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quantum dot
撰文／阿利維撒托斯（A. Paul Alivisatos），美國加州大學柏克萊分校化學系的教授。他是美國科學促進協會及美國物理學會的會士，由於在奈米晶體物理性質的傑出研究成果而獲頒許多獎項。他同時也是量子點公司（Quantum Dot Corporation）的創辦人之一，致力於半導體奈米晶體的產業應用。
翻譯／潘震澤，美國韋恩州立大學生理學博士，陽明大學生理學研究所教授。
類似大小的人造磁性晶體，可能很快就會以全新的方式應用在生物醫學研究上。有兩個研究團隊，分別在德國以及筆者所在的美國加州大學柏克萊分校，正嘗試使用磁性奈米顆粒來偵測特定的生物實體，好比說引起疾病的微生物。
一如目前的許多科技，他們的做法需要有合適的抗體，可與特定的目標結合。磁性顆粒的作用像標籤一樣固定在抗體上，然後加入待測樣本中。為了檢測加入的抗體是否與標的產生結合，研究人員便施予強力磁場（造成顆粒暫時磁化），然後將樣本置於可以偵測微弱磁場的精密儀器中。帶磁性顆粒的抗體要是沒有與樣本產生結合，會在溶液中快速旋轉，因而無法產生磁性訊號。與樣本結合的抗體則不能夠旋轉，它們的磁性標籤也就協同一致地發出可以偵測到的磁場。
由於沒有與樣本結合的抗體探針不會產生訊號，因此這種做法就不需要經過耗時的清洗步驟，那是類似的檢測法通常都需要做的。該項試驗技術的靈敏度已經要比標準檢測法好上很多，再加上預期中檢測儀器的改進，很快就可能增加數百倍的靈敏度。
雖然有這些好處，但利用磁性的做法可能無法完全取代目前廣泛使用的螢光標籤。螢光標籤通常是一些受到特定色光激發後會發出特殊顏色的有機分子。在許多檢驗及研究方法中，顏色是很有用的工具，特別是需要追蹤不只一種探針時。
現代電子產品的世界裡，也同樣充斥著發光的物質。例如每台雷射唱機都有個由無機半導體所組成的固態雷射二極管（solid-state laser diode），會發出雷射光來讀取雷射唱片。試著想像一下，在一塊非常小（接近一個蛋白質分子）的無機半導體上進行雕刻，成果就是個半導體奈米晶體，行話稱作「量子點」（quantum dot）。一如奈米尺度的磁性顆粒，這些量子點對生物醫學的研究者可是有很大的用處。【圖說︰裝滿單色量子點的乳膠珠，發出與量子點波長相近的光線。研究人員同時也將不同組合的量子點置於單一乳膠珠中，製造出各式各樣獨特組合的標籤，供生物檢驗之需（參見下頁的「奈米條碼」）。】
顧名思義，量子點的特性與量子力學的怪異規則有關；相同的規則也將原子裡的電子限制在某些特定能階。有機染料分子只有吸收了光線中帶有合適能量的光子，才會將其電子從靜止狀態提升至最高幾層；也就是說，入射光必須具有一定的波長（或說顏色），才能達此效果。當該分子的電子降回原來的能階時，也會放出光子。這個現象與大型半導體當中所發生的很不一樣：大型半導體會讓電子占據兩個寬廣的能階，這種物質能夠從範圍寬廣的有色光（所有具有足夠能量、可跨越兩個能階之間差距的光線）吸收光子，但只放出特定波長的光線，其能量相當於兩個能階之間的差距。量子點則介於有機染料與大型半導體之間：它一方面像大型的半導體，所有超過能階差距門檻的光子都能吸收，但量子點放出光線的波長，也就是顏色，卻是與量子點的大小有密切相關。因此，單是一種半導體材質，就可以產生一整個系列的有色標籤。
物理學家在1970年代就開始研究量子點，他們設想有朝一日，可能用它來製造新的電子或光學器材。那些前輩研究者當中，大概沒有人想到這個東西可能用來檢驗疾病或發明新藥；他們可能作夢也沒有想到，量子點的第一項實際應用，是在生物及醫學領域。的確，想要讓量子點能夠在生物系統裡正常運作，需要多年的研究；目前，這個夢想已然成真。
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作者:admin@医学,生命科学 2011-04-20 05:11
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