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量子點的奇幻旅程：如何在生物醫學中發揮魔力？
量子點（Quantum Dots, QDs）是一種直徑小於10納米的半導體納米粒子，展現了尺寸依賴的特性，尤其是在光學吸收和光致發光方面。根據其直徑，QDs的螢光發射峰可被調整，使其成為生物醫學領域中多功能的探針與標記物。當前市場上的QDs主要由含鎘（Cd）的材料製成，這使得其在生物體內的應用充滿了挑戰與爭議，因為Cd2+ 鈉離子對細胞和組織具有高度的毒性。
由於對生物環境潛在毒性的擔憂，研究者們逐漸轉向無鎘量子點（CFQDs）的開發，以期提升其在生物醫學應用中的安全性。
新一代的CFQDs如掺锌硫/ZnSe量子點、石墨烯量子點和矽量子點展示了其低毒性和良好的膠體及光致發光穩定性，適用於體外和體內模型。DNA或肽功能化的QDs受到廣泛應用，主要用於細胞和組織的靶向成像及藥物傳遞的監測。例如，多種技術可用於Cd-free QDs的成像，包括共焦/多光子顯微鏡和CARS成像。這些技術使研究者能夠以更高的解析度和更生物相容的方式觀察細胞和組織結構。
這些QDs還具有與其他試劑（如金屬納米粒子、放射性標記和拉曼標籤）劈複的靈活性，通過基於無鎘QDs的多功能納米標記實現多模態成像。
無鎘量子點的設計不僅限於成像，還可用作平台進行非侵入式療法和診斷，即Theranostics。最近，無鎘量子點在新一代太陽能電池和顯示器製造中也展現出巨大潛力。
在材料科學領域中，量子點的研究熱潮不斷升溫。這些納米顆粒的特性可以針對其運用進行操控和測試，進一步瞭解其行為，然而大多數QDs皆是以毒性重金屬製成，這導致其在生物系統中的使用受到限制，而消費者在購買含有有毒金屬產品時也面臨風險。
這促使研究者們開發不含重金屬的量子點，如無鎘量子點，以應對這一問題。
醫療領域的進步數十年來不斷探索，意圖掌握對於癌症等未知疾病的知識。儘管化療仍是主流治療方式之一，但其毒性化學物質在體內的運行，帶來了不小的風險。這時候，無鎘量子點的潛力便浮現出來。
加州大學聖地牙哥分校的Michael Sailor及其團隊成功研發出首款能夠強烈發光的無鎘納米量子點，使醫生能夠檢查內部器官，並在毒藥降解為無害副產物之前釋放癌症藥物。這種基於矽晶圓的設計，在體內降解後能形成體內需要的矽酸，有助於正常的骨骼和組織生長。
應用案例
鋅硫量子點
作為替代鎘級量子點的一種新素材，鋅硫量子點（ZnS QDs）在生物醫學研究中展現了許多有趣的應用，如檢測食物毒素，如有害的黃曲霉毒素B1，其導致的人體健康損害不可小覷。
銦量子點
另一種不包含重金屬的量子點是銦基量子點，尤其是CuInS2量子點被用作發光標記，能在近紅外區域發出光。這些量子點的穩定性、低毒性和高量子產率使其在癌症藥物的運送及成像方面顯示了可觀的前景。
矽量子點
最後，矽量子點也逐漸展現其在光電和生物應用中的潛力。這些量子點能用於光化學應用及生物檢測，證明其在水中檢測甲醛等方面的應用價值。
隨著科學家們對量子點的深入了解，其可能對未來生物醫學及材料科學帶來的變化令人興奮，這是否會改變我們對疾病治療和檢測的看法呢?
