具有生物适应性的量子点：细胞内原位合成策略与机制

《Accounts of Chemical Research》：Biologically Adaptable Quantum Dots: Intracellular in Situ Synthetic Strategy and Mechanism

量子点（QDs）活细胞合成技术通过整合细胞代谢网络实现可控生物标记与功能增强，解决了传统合成方法生物相容性差、表面结构破坏及定位不精准等问题。该技术已在病原体检测、微泡标记、蛋白定位及肿瘤成像等场景验证，并衍生出细胞外准生物合成系统用于近红外Ag2Se QDs的可控制备与光学特性调控。未来需突破合成机制解析与跨学科技术融合瓶颈，以提升细胞内纳米材料的时空精准性与生物功能协同性。

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概览

量子点（QDs）是一种卓越的无机半导体纳米晶体，能够将光能转化为电能、化学能、热能等多种形式的能量。通过与细胞的融合，量子点可以用于构建超级生物系统，在生物医学应用中具有巨大潜力。尽管人们已经付出了大量努力，试图通过内吞作用或电穿孔将体外合成的量子点导入细胞，但这些方法通常存在生物相容性差、摄取途径不可控以及细胞内相互作用不特异等问题。此外，为了满足生物环境的严格要求，通过传统合成方法制备的量子点通常需要经过复杂的后处理步骤（如转移到水介质中并进行表面修饰），这些步骤可能会不可逆地破坏其表面结构，显著降低其光致发光量子产率和光稳定性。因此，在生理环境中应用量子点时，其优异的光学性能难以得到完全保留。

在活细胞中合成量子点提供了一种创新策略，以克服这些固有局限。该策略利用细胞内时空有序的生化代谢网络，实现量子点的可控合成，并同时完成原位标记。这样合成的量子点会自然地被内源性生物分子包裹，可以定向沉积在特定的亚细胞位置，从而确保高生物相容性和与局部细胞结构的精确整合。这种方法为原位标记精细的细胞成分奠定了坚实的基础，为获取复杂生物过程中的动态信息开辟了新途径。此外，这种将无机纳米晶体与活细胞融合的灵活通用策略能够赋予生物体新的功能，为生物医学和能量转换领域带来广泛的应用前景。

在本报告中，我们系统总结了我们在活细胞合成量子点方面的研究工作。内容涵盖了“时空耦合”合成策略的开发、量子点细胞内合成背后的关键分子机制，以及该技术在病原体检测、微囊体标记、位点特异性蛋白标记和体内肿瘤成像等领域的应用。受活细胞合成方法的启发，我们还介绍了一种无细胞的“准生物合成”系统，该系统能够实现近红外Ag?Se量子点的可控合成，并支持基于表面化学的方法来精确调节其光致发光特性。最后，我们指出了该领域面临的关键挑战和未来发展方向，强调基因工程与精密材料科学的协同整合将极大地推动纳米晶体的细胞内合成，为高精度传感、动态调控和生物系统功能增强开辟新的可能性。我们相信，随着对合成机制的深入理解以及合成方法的持续创新，量子点在活细胞中的空间精确度、操作可靠性和功能整合将得到显著提升，从而为揭示生物机制和推进精准疾病诊断与治疗策略提供有力工具。

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