底物代谢驱动生物量子点合成的机制及量子点在生物成像中的应用学术资讯

来源：X一MOL资讯

污染物资源化是未来环境技术的重要发展方向。已有的研究主要集中有机物的资源化转化，而较少关注无机污染物。那么，能否实现对镉（Cd）和硒（Se）等无机污染物的定向转化和资源化利用呢？近日，中国科学技术大学的李文卫和陈洁洁团队合作，以水中的Cd和Se为原料，利用生物合成方法制备了高性能的硫硒化镉（CdSxSe1−x）量子点。

量子点是一种低维半导体纳米材料，由于其尺寸效应和量子限域效应，具有显著不同于宏观体材料的光电化学性质，在催化、医药、监测分析、及功能材料等方面具有广阔的应用前景。然而，传统的化学合成方法不仅成本高而且操作复杂。近年来，基于“细胞工厂”概念的生物合成技术由于其低成本、环境友好、能直接利用污染物为原料等优点而引起了广泛关注。但是，生物合成方法的最大挑战是体系复杂、可控性差，造成产品质量较差，并且其合成效率远低于化学合成方法，从而严重制约了其实际应用。

中国科学技术大学团队在深入揭示生物量子点形成分子机制的基础上，提出了一种简单、有效、广谱的调控策略。微生物细胞内含有的巯基蛋白在量子点的生物合成中扮演重要角色，但当前对具体参与的蛋白种类及其具体作用机制仍不清楚。另外，CdSxSe1−x生物量子点的形成过程中亚硒酸钠还原与底物代谢之间的关系也不明确。中国科学技术大学团队综合运用多种光谱、能谱表征手段、生物、化学分析方法结合DFT理论计算，发现了大肠杆菌细胞内关联底物代谢与生物量子点合成的关键巯基蛋白，包括，并重点揭示了底物代谢促进谷氧还蛋白（GRX）和硫氧还蛋白（TRX）合成进而驱动铬和硒转化形成量子点的途径和分子机制。

在此基础上，该团队通过调控底物代谢过程，显著提高了生物量子点的产率和质量。所获得的量子点粒径均一（约2 nm），具有比已报导生物量子点更强的量子产率（5.2%）和荧光寿命（99.2 ns），且具有良好的生物兼容性，因此显著提高了其应用性能。

生成的CdSxSe1−x量子点由于其优异的荧光性能和生物兼容性可被用于生物成像，目前已在肿瘤细胞的体外成像以及小鼠肿瘤组织的原位成像试验中得到了初步验证，显示出巨大的应用潜力。因此，代谢调控为生物量子点以及其他生物纳米材料的可控合成提供了一个新的方向，有望推动“细胞工厂”资源化技术的进一步发展与应用。