量子點是一種具有卓越熒光性能的新型納米材料，在生物醫(yī)學領域具有廣泛的應用前景。然而，如何解決量子點，特別是發(fā)光效率最高的鎘系量子點的生物相容性問題，成為這種納米材料臨床應用的瓶頸問題，其研究受到廣泛關注。

中國科學院上海應用物理研究所物理生物學實驗室的黃慶和樊春海課題組對鎘系量子點的細胞毒性問題進行了系統(tǒng)研究，相關研究工作受到國際同行關注，并于近期應邀在生物材料領域的著名雜志《生物材料》（Biomaterials，2012，33，1238-1244）發(fā)表觀點論文（leading  opinion  paper）The  cytotoxicity  of  cadmium-based  quantum  dots（鎘系量子點的細胞毒性）。結(jié)合課題組最新的研究結(jié)果，系統(tǒng)討論了鎘系量子點的細胞毒性及其作用機制，并對該領域的相關研究工作進行了總結(jié)與展望。

研究人員系統(tǒng)比較了三種不同結(jié)構(gòu)的鎘量子點的細胞毒性，發(fā)現(xiàn)CdTe量子點具有很強的細胞毒性，而使用核殼結(jié)構(gòu)包裹的量子點的細胞毒性則顯著降低，特別是具有硫化鋅外殼保護的CdTe/CdS/ZnS雙層外殼量子點，幾乎沒有明顯毒性，提示鎘系量子點的細胞毒性與其在胞內(nèi)解離的鎘離子濃度直接相關（Biomaterials，2009，30，19–25）。進一步的研究則表明，CdTe量子點引發(fā)的細胞毒性遠高于同等濃度的游離鎘離子，因而僅僅從鎘離子的重金屬毒性效應來考慮CdTe量子點的細胞毒性是不夠的。這提示了納米材料的尺寸效應和表面效應可能造成所謂的“納米毒性”（Biomaterials，2010，31，4829-4834）。

隨后，物理生物實驗室的研究人員通過基因芯片的方法系統(tǒng)比較了CdTe量子點和CdCl2分別引發(fā)的基因表達變化，發(fā)現(xiàn)二者具有明顯的相似性。為了揭示這種特別的納米效應，研究人員利用上海同步輻射光源中先進的軟X-射線細胞顯微成像技術(synchrotron-based  soft  transmission  X-ray  microscopy，STXM)，對CdTe量子點的亞細胞定位進行了精確成像，發(fā)現(xiàn)CdTe量子點明顯富集在細胞核的周圍，透射電鏡（TEM）結(jié)果也證明了CdTe量子點在細胞內(nèi)的不均一分布。這種納米粒子在細胞內(nèi)的不均一分布模式產(chǎn)生了顯著的納米效應，使得細胞核周圍產(chǎn)生遠高于胞內(nèi)其它地方的鎘離子濃度，而CdTe量子點表面尚未游離的鎘離子也可能通過與核的直接接觸而產(chǎn)生顯著的細胞毒性（Biomaterials，2012，33，1238-1244）。

綜合已有結(jié)果，研究者提出鎘系量子點的細胞毒性來源于其解離或存在于表面的鎘離子，而量子點在細胞內(nèi)的分布極大影響了其細胞毒性。此項研究對系統(tǒng)地理解量子點的生物安全性問題提供了新的機制，有望對量子點在生物成像、醫(yī)學診斷和治療中的應用與防護起到指導性作用。