病毒是一种具有传染性的病原体，病毒感染可引起严重的呼吸道、肠道、皮肤、器官、神经系统和血液系统等疾病。构建快速、准确、便于使用和低成本的病毒检测方法对于疫情的防控具有重要作用。纳米生物传感器通过纳米材料与酶、抗原、抗体、DNA等分子物质的特异性识别和相互作用，并将其转导为光学和电化学信号，已被广泛用于病毒检测中。量子点作为常用的半导体纳米晶体，具有优异的光学性能。与有机荧光染料相比，量子点（Quantum Dot，QD）具有激发范围宽、光致发光对称、荧光寿命长、耐光漂白等优点。近年来，量子点与多种分析技术（如荧光共振能量转移、聚集诱导猝灭、磁分离、酶联免疫吸附等）结合，许多新型分析方法被开发并广泛应用于病毒检测。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院马英新课题组综述了基于量子点的病毒核酸、抗体和抗原检测生物传感器的最新进展，并对量子点在病毒检测中面临的挑战、新趋势和方向做了展望。

图1. 量子点应用于病毒检测的方法概述。

作者系统地总结了量子点的合成与生物功能化方法。量子点是典型的零维纳米材料，包括II-VI、III-V或IV-VI纳米材料。与传统的荧光染料和荧光蛋白相比，量子点具有吸收光谱宽、发射光谱窄且可调、量子产率高、光稳定性好、易于生物功能化等优异的光学特性。量子点的合成方法包括金属有机合成法和水合成。有机金合成量子点粒径均匀，量子产率高，稳定性好，但毒性大。水相合成方法简单、绿色、易于表面功能化，可直接应用于各种生物系统。量子点的生物功能化涉及利用蛋白质、核酸或小生物分子修饰纳米颗粒表面，在生物领域有着广泛的应用。

此外，作者系统地概括了量子点在病毒检测领域的应用进展。由于量子点具有高量子产率、抗光漂白、高信噪比等优点，在病毒早期诊断和感染机制研究中展示出良好的应用潜力，基于量子点的方法己被开发用于病毒核酸检测和蛋白质免疫分析。由核酸组成的遗传物质在病毒的复制、增殖、遗传和进化中起着重要作用，是诊断病毒感染的主要生物标志物。核酸检测的原理是基于具有高度特异性的核酸杂交，构建多种DNA功能化量子点探针，用于病毒核酸检测，灵敏度较高。免疫测定主要依靠抗体和抗原结合的特异性来实现对病毒感染的诊断。与核酸检测相比，免疫检测方法简单方便，不需要昂贵的仪器，也不需要专业的实验人员，适用于病毒的快速筛查。免疫检测法主要分为均相检测法和异相检测法。异相系统通过洗涤去除目标物中的游离成分，具有高灵敏度、特异性好、应用性强等优点。均相体系没有固相抗体包被过程，不需要洗涤和分离过程，适用于快速检测，且可通过信号放大提高灵敏度。

最后，作者总结展望了目前量子点病毒检测存在的主要挑战及可能的解决方案：1、半导体量子点的潜在毒性会一定程度限制其在疾病诊断中的临床应用。因此，为了构建安全、环保的生物传感器，需要制备相对低毒甚至无毒的量子点。2、一些实验室量子点制备方法尚不成熟，难以大规模生产，因此需要发展并改进制备大规模QD的方法。3、传统的PCR或LAMP耗时，而CRISPR等新兴技术的应用成本较高，因此，对于病毒核酸检测尚需进一步研究。4、病毒核酸的提取步骤复杂，将无需核酸提取的方法与基于QD的病毒生物传感器相结合，可显著提高分子诊断的可操作性。5、对于免疫测定，ELISA法耗时长，LFIA法灵敏度低，但同时兼顾快速和灵敏度的方法很少。合成生物学传感器具有快速、特异性和鲁棒性等特性，将其与QDs结合作为报告基因，可进一步提高检测灵敏度。

该文章以题为“Biofunctionalized semiconductor quantum dots for virus detection”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Biofunctionalized semiconductor quantum dots for virus detection

Yingqi Liang, Guobin Mao, Junbiao Dai, Yingxin Ma

J. Semicond. 2023, 44(2): 023101 doi: 10.1088/1674-4926/44/2/023101

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/44/2/023101

来源：半导体学报