量子点因具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、高的荧光量子产率和较长的寿命等性质，是一种比荧光染料分子更理想的生物探针。但目前的方法难以制备同质且稳定的单官能团化（monofunctionalized）的量子点，这使其在生物学上的应用受到了极大的限制。传统的量子点官能团化的方法是将量子点与配体以固定比例在溶剂中混合，然而这种随机的计量比会导致样品的异质性，而且利用这种方法修饰的配体不稳定且易脱落，这将导致配体的缺失甚至使量子点团聚。

最近，法国居里研究所Ludger Johannes教授、美国芝加哥大学Yamuna Krishnan教授、法国皮埃尔和玛丽居里大学Benoit Dubertret教授共同合作，开发出一种能精确控制修饰官能团的方法，从而成功制备出同质、单官能团化的量子点。他们的方法是将量子点包裹于可程序化设计的DNA二十面体中，而这种DNA二十面体可以进行单官能团化修饰，该研究成果已发表于Nature Nanotechnology上。（Quantum dot-loaded monofunctionalized DNA icosahedra for single-particle tracking of endocytic pathways, Nature Nanotech., 2016, DOI: 10.1038/NNANO.2016.150）

Ludger Johannes（左）、Yamuna Krishnan（中）和Benoit Dubertret（右）。

图片来源：Institut Curie/University of Chicago/Pierre and Marie Curie University

既然直接在量子点表面修饰达不到预期效果，那不妨借助于其他媒介来进行间接修饰。研究人员借助于DNA多面体结构，巧妙地将量子点表面修饰完全地转化为稳定可控的DNA化学修饰。研究人员首先利用DNA设计合成半个二十面体结构，然后将两个这种结构与量子点共孵育，通过碱基互补作用，再经过纯化最终将量子点装载于DNA二十面体形成的空腔中。

将量子点包裹于DNA二十面体中的示意图。图片来源：Nature Nanotech.

由于设计DNA二十面体结构的核苷酸序列是已知的，研究人员接着在特定的碱基上进行氨基化，并通过碳二亚胺法与配体叶酸小分子相连接。结果显示DNA二十面体与叶酸分子的比例接近于1:1，表明每个DNA二十面体上只连接1个配体分子，且证明在位置11处能使配体最大程度地暴露，这有利于接下来进一步地与受体进行接触。

图示对特定位点碱基进行氨基化，并进一步与配体相连接。图片来源：Nature Nanotech.

接着，研究人员将叶酸修饰的DNA二十面体包裹的量子点（，绿色荧光）与IA2.2细胞（中国仓鼠卵巢细胞，能稳定表达转铁蛋白和叶酸的受体）共同孵育，同时用荧光标记的转铁蛋白（红色荧光）作为标记物，结果发现两种荧光能重叠在一起，这表明是通过受体介导的内吞方式进入细胞内，同时也证实了修饰的叶酸分子的功能未受到影响。

证明通过受体介导的内吞方式进入细胞。图片来源：Nature Nanotech.

最后，研究人员用同样的方法合成了半乳糖凝集素3（Gal3）及志贺毒素B亚基（STxB）修饰的DNA二十面体包裹的量子点（分别为和），并成功实现了单粒子实时持久地追踪细胞区域的动态。

通过单粒子追踪来研究其胞内运输。图片来源：Nature Nanotech.

研究人员强调，由于受体-配体作用受两者计量比的影响很大，而他们所设计的DNA二十面体包裹的量子点表面只有一个配体分子，将它作为探针可以定量地对内吞受体的动态进行成像。

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2016.150.html

（本文由冰供稿）

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