Молекулярные сенсоры
Как и обычные флуоресцентные зонды, КТ могут быть использованы для измерения расстояний в нанометровом диапазоне в биологических объектах. Это измерение основывается на оценке эффективности миграции энергии электронного возбуждения между КТ-донором и КТ-акцептором (см. раздел 3.6).
Три особенности КТ делают особенно удобными для применения их в качестве флуорофоров при подобных измерениях:
легко можно подобрать КТ с такой спектральной областью фотолюминесценции, которая обуславливает максимальной перекрывание со спектром поглощения акцептора;
можно возбуждать фотолюминесценцию разных КТ излучением с одной и той же длиной волны, причем возбуждение может осуществляться излучением, отличающимся более, чем на 100 нм, от области люминесценции.
Измерения сдвигов в эффективности миграции энергии электронного возбуждения позволили разработать флуоресцентные сенсоры для определения рН и регистрации концентрации ионов определенных металлов в конкретных микрозонах исследуемого образца.
В последнем случае используются индикаторные молекулы, спектр поглощения которых меняется после связывания с ионом определяемого металла. Изменение спектра поглощения этих индикаторных молекул приводит к тому, что меняется интеграл перекрывания данного спектра со спектром флуоресценции присутствующих в системе КТ и, следовательно, и эффективность миграции энергии от них на эти индикаторные молекулы.
Молекулярная диагностика
Примером использования эффекта миграции энергии электронного возбуждения с применением КТ-зондов в медицине может быть уже доступный диагностический набор для раннего выявления аутоиммунного заболевания системной склеродермии.
В этом наборе донором энергии служат квантовые точки с длиной волны флуоресценции 590 нм, а акцептором - органический краситель - AlexaFluor 633. К микрочастице с квантовыми точками ковалентно присоединён «пришили» антиген, с которым связываются аутоантитела - маркеры системной склеродермии. В исследуемый образец затем вводятся меченные указанным красителем антитела против данных аутоантител. Если склеродермические аутоантитела в исследуемом образце отсутствуют, среднее расстояние между КТ-донором на молекулах антигена и красителем-акцептором на антителах против аутоантител велико, и миграции энергии с донора на акцептор не происходит. Но, если склеродермические аутоантитела имеются, происходит образование комплекса микрочастица-аутоантитело-краситель. Создаются условия для миграции энергии с КТ в составе микрочастицы на молекулы красителя, и регистрируется флуоресценция акцептора с максимумом при 633 нм (рис. 34).
Рисунок 34. Принцип диагностики присутствия специфических аутоантител при системной склеродермии с использованием эффекта миграции энергии электронного возбуждения с КТ на органический краситель. Формирование комплекса микрочастица с КТ-склеродермические аутоантитела-меченные красителем AlexaFluor антитела против этих аутоантител приводит к сближению донора (КТ в составе микрочастицы с акцептором (краситель). В результате регистрируется флуоресценция красителя с максимумом при 633 нм. Возбуждающее фотолюминесценцию КТ лазерное излучение используемым красителем не поглощается и его флуоресценции не вызывает. Вся регистрируемая флуоресценция красителя связана только с миграцией энергии электронного возбуждения на него с КТ на базе нанокристаллов CdSe/ZnS. Слева: структура молекулярного комплекса, котором происходит миграция энергии. Справа: схема возбуждения флуоресценции красителя. FRET - Förster resonanse energy transfer.
Рассмотренный подход применим и для выявления других типов аутоантител (а, следовательно, может быть использован и для ранней диагностики других форм аутоиммунных заболеваний). Уже полученные результаты открывают путь к созданию нового типа клинических диагностических тестов, основанных на использовании квантовых точек.