2023年諾貝爾化學獎頒發給了在發現和合成量子點（quantum dots）方面作出杰出貢獻的三位科學家。
獲得2023年諾貝爾化學獎的三位科學家。
量子點是一種納米級別的半導體材料，它具有限制電子和電子空穴（Electron hole）的特性。當對這種納米半導體材料施加一定的電場或光壓時，它們會發出特定頻率的光，而這個光的頻率會隨著量子點的尺寸的改變而變化。由于量子點具有寬的激發譜和窄的發射譜以及良好的光穩定性，它們可以替代熒光染料，對生物體或者分子進行標記。目前，量子點已廣泛應用于生命科學的診斷和檢測領域，也可以在表面修飾后用于藥物載體。
量子點一旦被用到生命科學領域，就需要研究其在生物功能方面的表現，而分析量子點與生物分子互作就是最基本的研究手段。比如量子點與抗體/抗原的檢測，以及量子點與各種蛋白、藥物的相互作用。由于量子點可以在Octet® 非標記分子互作系統的傳感器表面產生較高的密度，從而產生較大的生物層干涉（BLI）信號，因此Octet®非常適合用于檢測量子點的分子互作。
接下來，讓我們通過幾個案例來進一步了解：
案例1 首都醫科大學
量子點的生物安全性[1]
了解量子點的血液相容性是評估其生物安全性的重要環節之一。量子點能夠通過延長凝血活酶和凝血酶原的活化時間，以及改變凝血和纖維蛋白溶解因子的表達水平，從而誘導凝血平衡紊亂。當量子點與凝血和纖維蛋白溶解系統中的相關蛋白，如PTM（凝血酶原）、PLG（纖溶酶原）和FIB（纖維蛋白原）接觸時，它們會通過氫鍵和疏水相互作用形成量子點-蛋白偶聯物，這會誘導PTM、PLG和FIB的靜態熒光猝滅，并改變它們的構象結構。量子點與PTM，PLG和FIB活性位點的結合可能會促進蛋白質的活化，從而干擾止血和纖維蛋白溶解過程。
圖1. Octet® 互作測試發現：量子點與PTM，PLG和FIB有非常強的結合
案例2 武漢病毒所
量子點與生物醫藥[2]
包裹無機納米顆粒的病毒是一種新型的納米結構，它在病毒疫苗和生物傳感器中都有應用。本研究通過冷凍電鏡等實驗手段發現，當存在量子點（QD）時，猿猴病毒40（SV40）的主要衣殼蛋白1（VP1）能夠在解離緩沖液中組裝成約25nm的衣殼，而且量子點被包裹在SV40的衣殼內部。通過使用Octet®非標記分子互作系統確定QD與SV40 VP1蛋白之間存在很強的親和力（KD= 2.19E-10 M），這在SV40病毒衣殼的QD包裹過程中起到了關鍵作用。這項研究為我們理解SV40病毒基納米粒子與量子點的組裝機質提供了新的認識，可能有助于其他類似的病毒基納米粒子的設計和構建。
圖2. Octet® 測試：基線（0-120秒），VP1五聚體固化（120-720秒），基線（720-840秒），量子點結合（840-1740秒）和量子點解離（1740-3540秒）；傳感器A2-G2分別表示100 nM，50 nM，25 nM，12.5 nM，6.25 nM，3.125 nM和0 nM的量子點濃度（藍色曲線表示量子點與傳感器沒有非特異性結合）；計算獲得KD= 2.19E-10 M
案例3 南昌大學
量子點與殘留物檢測[3]
本文建立了一種新型的競爭熒光聯免疫吸附測定法（dcFLISA），用于超靈敏地檢測赭曲霉毒素A（OTA）。使用量子點（QB）的大尺寸聚合物作為競爭抗原的載體，并通過控制QB表面抗原偶聯量來調節其與抗體的親和力。通過使用Octet®測試，發現競爭QB抗原與抗體的最佳親和力需要降低到μM級別的KD值才能獲得良好的靈敏度。在最佳檢測參數下，開發的dcFLISA能夠在0.05 pg/mL至1.56 pg/mL的范圍內動態線性地檢測OTA，這比基于過氧化物酶標記的常規競爭酶聯免疫吸附測定法（dcELISA）的靈敏度（0.24 ng/mL）高出3個數量級，并且準確度高，與其他霉菌毒素沒有交叉反應。這種方法為食品質量控制、環境監測以及臨床診斷中的痕量小分子高靈敏度檢測提供了一種新的途徑。
圖3. 左圖為Octet® 檢測的不同抗原包被量的量子點與抗體的親和力，右圖為dcFLISA方法的檢測曲線；發現QB:抗原摩爾比為1:10，親和力為μM級別的靈敏度最高。
案例4 蘇州大學
量子點的生物功能[4]
石墨烯量子點（GQDs）是一種重要的新型碳納米材料，由于其在生物醫學領域的巨大應用潛力而受到廣泛關注。泛素是一種在蛋白質降解途徑中起關鍵作用的蛋白質。本研究使用Octet® 發現，泛素和GQD之間存在高結合親和力。通過核磁共振（NMR）波譜明確確定了殘基水平上的泛素-GQDs相互作用位點，其中大多數位于β片區域附近。通過鑒定和表征這些關鍵地結合位點，我們對蛋白質與GQDs地相互作用有了更深入地理解，這可能為使用石墨烯納米材料進行安全設計和開發潛在應用鋪平道路。
圖4. Octet® 檢測GQDs與泛素的親和力，KD值為19nM
量子點被譽為“人造原子”，在過去的幾十年里，它已經廣泛應用于我們生活的各個領域。因此，量子點的研究獲得諾貝爾獎是預料之中的事情。我們期待在Octet® 這個強大的分子互作工具的幫助下，量子點在生物醫藥和診斷領域能夠發揮更大的作用。
使用Octet® 非標記分子互作系統的優勢？
非標記Direct Binding是趨勢，結果更準確
快速測定親和力，更加定量化地表征分子互作
無洗滌步驟，可測弱親和力（解離快）
寫入了美國藥典，文章多，認可度廣
萬金油技術，可以用與檢測DNA，小分子，蛋白質等各種生物分子；比如這次的介紹主要是檢測納米顆粒
操作簡便，耗材及維護成本低
-參考文獻-
[1] A novel insight into mechanism of derangement of coagulation balance: interactions of quantum dots with coagulation-related proteins. Particle and Fibre Toxicology volume 19, Article number: 17 (2022)
[2] Quantum dot-induced viral capsid assembling in dissociation buffer. International Journal of Nanomedicine Volume 8, 2013 - Issue
[3] Ultrasensitive direct competitive FLISA using highly luminescent quantum dot beads for tuning affinity of competing antigens to antibodies.Analytica Chimica Acta,Volume 972, 15 June 2017, Pages 94-101
[4] Understanding the graphene quantum dots-ubiquitin interaction by identifying the interaction sites. Carbon,Volume 121, September 2017, Pages 285-291
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