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量子点获诺奖,中翰“点”亮生物应用未来

发布时间:2023-10-08 13:39:41

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北京时间10月4日17时45分左右,2023年诺贝尔化学奖揭晓。3位美国科学家Moungi G. Bawendi(麻省理工学院),Louis E. Brus(哥伦比亚大学)和Alexei I. Ekimov(量子晶体科技公司)获得殊荣,以表彰他们对于量子点的发现与合成作出的贡献。

金沙威尼斯欢乐娱人城(以下简称“中翰生物”)是一家聚焦医疗体外诊断产品的国家高新技术企业,国家级专精特新重点“小巨人”企业(第一批第一年),浙江省隐形冠军企业。在量子点生物应用研究领域,中翰生物已有多年研究开发和生产应用经验,建有完备的量子点和量子点微球研发生产体系,年产百克级量子点及量子点微球。

中翰生物量子点相关研究依托公司核心技术平台获得2项浙江省重点研发计划(“尖兵”“领雁”项目)支持,并应用于细胞因子多指标检测试剂盒(液相芯片技术平台)、量子点微球新冠抗原检测试剂盒(快速诊断技术平台)等产品。基于量子点微球的快速检测试剂产品,具备可同时定量和定性检测、灵敏度更高、线性范围更宽、无需冷链运输、应用场景广泛(从居家自检手持机到医院检验科自动化仪器均可适配)等优势,以新冠抗原检测试剂盒为例,相较于胶体金产品,量子点微球产品在同等条件下检测灵敏度可以提高4~5Ct值,弱阳性检出率大大提高。

中翰生物致力于开发基于量子点的生物应用,可为业内同行提供高性能的量子点和量子点微球,并根据客户对量子点的不同需求,可定制化发射波长、表面修饰配体、极性、溶剂等;以及可定制化发射波长、微球粒径、表面功能基团等的量子点微球;同时,中翰生物也可提供定制量子点微球-抗体标记物、合作开发量子点微球-抗体标记方案、代开发量子点微球-抗体标记技术等服务,为量子点及其衍生品的生物应用提供全方位的技术与产品支持。

对获此殊荣的量子点,我们来科普一下:

1  什么是量子点?

量子点(Quantum dot,QD)是一种纳米材料,又称半导体纳米晶,呈近似球形,三维尺寸在2-20nm范围内。主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒。


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图1  量子点示意图

2  量子点的产品特点

可激发量子点的波长范围宽,因此可以使用同一种激发光同时激发多种量子点,发射出不同波长的荧光。传统的荧光染料分子激发光波长范围较窄,一般情况下,同时使用多种荧光染料需要相应的多种波长的激发光。

量子点发射峰窄而对称,重叠小,同时使用多种颜色的量子点时不易互相干扰。

量子点的发射波长可通过控制其大小和组成来调节,可以任意合成所需波长的量子点,这一系列的量子点具有相近的表面性能,大大降低了传统染料因不同官能基团导致工艺难以复制和扩充的难题。

量子点的荧光强度及稳定性是普通荧光染料的100倍左右,可以对所标记的物体进行长时间高质量的观察或检测。

经过各种化学修饰之后的量子点,生物相容性好,可以进行特异性连接,对生物体危害小,可进行生物活体标记和检测。

3  量子点的应用领域

量子点的卓越性能使其在各个高新技术产业的开发中拥有坚实的应用基础,迄今为止,量子点已经被应用于以下几个领域:显示照明、激光器、光学传感器、太阳能收集、光催化、生物医学等。


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图2  量子点应用领域汇总

4  量子点在纳米医学领域的应用

量子点在纳米医学领域的应用方向包括生物芯片、荧光探针、药物靶向、活体和组织成像、光动力治疗、疾病研究等。

5  什么是量子点荧光微球?

量子点荧光微球(Quantum Dot Microsphere, QDMS)是由单纯的量子点纳米材料通过复杂的组装工艺制备来的,通常微球的粒径范围在100~400nm之间,拥有比单纯量子点、时间分辨荧光微球等更高的发光强度和更好的光稳定性,是理想的荧光材料,可用于侧向层析、病理检测、微流控等不同技术领域。

量子点荧光微球优势特性—高发光强度

相较于单个量子点,微球包埋数个至数百个量子点于内部形成量子点荧光微球,显著提高了发光强度,信号得到放大。

量子点荧光微球优势特性—高光稳定性

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图3  强光照条件下量子点与量子点微球稳定性

经过特定封装工艺制备的量子点荧光微球,在紫外光照20h荧光强度保持96%,稳定性显著提升,可稳定存储≥3年。

 

中翰生物潜心量子点研究

中翰生物量子点研究团队成立于2019年6月,以量子点新材料及量子点微球为技术核心,致力于量子点产品在生物医药领域的应用。

目前,团队拥有近400平米研发、生产场地及完备的分析检测设备,可实现年产百克级量子点及量子点微球。申请专利技术数项;取得新冠抗原快速检测试剂盒CE证书1项;联合/支持发表学术论文7篇;承担多项政府科技项目:2022年度浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划2项(含新冠快速检测技术及产品研发应急攻关项目1项),第二十三届中国国际工业博览会高校展区优秀展品奖特等奖,2020年度浙江省全创产学研项目,2021年度杭州市科技成果交易转化项目,2019、2020年度余杭区产学研合作项目;团队成员获第三届中国创新挑战赛(浙江)三等奖、复旦大学高层次人才创业大赛三等奖等荣誉。产品和应用受到上海交通大学、厦门大学、澳门科技大学等多所顶尖大学、科研机构和浙江大学医学院附属第一医院传染病重症诊治全国重点实验室等多所合作机构的认可和好评,参与共建浙江大学-澳门科技大学联合研究中心,建立校企战略合作伙伴关系,共谋量子点医疗检测产业发展。

  

图4  与上海交通大学共同开发的新型编码液相芯片多指标检测技术模型展示与中国国际工业博览会获奖证书

量子点系列

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图5  开发的量子点产品

量子点具有发射光谱半峰宽小、发光效率高、镉含量低、性能稳定等优点,应用范围广泛。目前,中翰生物可供选择的波长分别为:525±10nm、545±10nm、580±10nm、605±10nm、645±10nm。

量子点微球系列

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图6  量子点微球在自然光/紫外光下的照片

目前中翰生物可供选择发射峰525/545/580/605/645nm,粒径150~400nm(指定尺寸),羧基、氨基、羟基或巯基基团的量子点微球,可用于替代传统的荧光微球抗体标记方案。

量子点微球抗体标记


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图7  量子点微球抗体标记物和实验室自制免疫层析试剂结果

量子点微球新冠抗原检测试剂盒

图8  量子点新冠抗原检测试剂CE证书、中检院检验报告

量子点编码液相芯片多指标检测

  

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图10  中翰生物液相芯片系统

中翰生物通过全球首创的“主-客体球结构”编码微球底层技术技术,利用量子点作为荧光编码元素设计的液相芯片系统打破20多年国际垄断的编码微球“卡脖子”技术,目前首批产品包括细胞因子系列试剂盒及检测设备已取得医疗器械注册证。

 

继往开来,大有可为——写在最后

Quantum dots are thus bringing the greatest benefit to humankind, and we have just begun to explore their potential.(量子点正在为人类带来最大的利益,而我们才刚刚开始探索其潜力。)

——瑞典皇家科学院

量子点具有许多令人着迷且不同寻常的特性,我们坚信,行则将至,未来量子点在生物医药领域必将展现出其艳丽的色彩。继往开来,我们将发挥自身技术优势,在多年技术积累的基础之上,开发更具商业价值的量子点生物应用产品,与上下游合作伙伴携手推动行业的发展和技术的进步!

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