Qdot®ナノクリスタル技術概要

ナノクリスタル技術の歴史において、独創的な技術成果が、1980年代初期にベル研究所のLouis Brusの研究室、および旧ソビエト連邦のサンクト・ペテルブルグ（当時のレニングラード）のYoffe研究所のAlexander EfrosとA.I.Ekimovの研究室から世に現れました。 Dr. Brusと共同研究者らは、ナノクリスタル半導体材料を使用して実験し、同じ物質から作られた著しく異なる色の溶液を観察しました。この実験はナノクリスタルのサイズと色の相関を説明する量子閉じ込め効果の理解に寄与しました。ベル研究所の2人の科学者——Dr. Moungi BawendiとDr. Paul Alivisatos--は、それぞれMIT（マサチューセッツ工科大学）とUCバークレー校（カリフォルニア大学）に移籍し、量子ドットの光学特性を引き続き研究しました。2人の科学者は量子ドットを水溶性にする方法を見つけました。また、ナノクリスタルの周りに無機の"シェル"を不動態化して加え、それらに青色光を当てると、量子ドットが明るく発光することを発見しました。弊社はそれら発見のいくつかの独占的ライセンスを所有しています。

弊社のオンライン蛍光チュートリアルでは、蛍光の基本的コンセプトに関する概要を提供しています。Qdot®ナノクリスタルのユニークな蛍光特性の裏にあるいくつかの物理的プロセスに関する簡単な情報が記載されています。

Qdot®ナノクリスタルの蛍光の中心では、励起子の形成、またはクーロン相関電子-正孔対がみられます。励起子は従来の蛍光物質の励起状態と同様であると考えられますが、励起子は通常、長寿命（約µ秒まで）という特性を有するため、特定タイプの"時間ゲート検出"の研究に有利に働きます。

しかし、もう一つの特徴が量子ドットの物理的サイズと励起子のエネルギーとの直接的かつ予測可能な関係から明らかです（それは放射される蛍光の波長です）。この特性は"同調性"と呼ばれ、マルチカラーアッセイの開発において幅広く利用されています。Qdot®ナノクリスタルはまた、蛍光発現に非常に効率的なマシンであり、その本来の明るさはその他のクラスの蛍光物質でも何度も観察されました。共役二重結合なしで蛍光を得るもう一つの実用上の利点は、Qdot®ナノクリスタルの光安定性が従来の蛍光物質よりも数桁以上も高いという点であり、この特性により、他の種類の蛍光物質では光誘起劣化につながる条件下で長期のイメージング実験が可能になります。

Qdot®バイオコンジュゲートとは、タンパク質、オリゴヌクレオチド、低分子などに結合されたQdot®ナノクリスタルを表す総称であり、対象ターゲットに量子ドットを直接結合させるために使用されます。Qdot®バイオコンジュゲートの例として、ストレプトアビジン、プロテインA、ビオチンファミリーのコンジュゲートなどがあります。Qdot®バイオコンジュゲートはしばしば、最適な結果を得るためにその独特なパフォーマンス特性が必要とされる場合に、類似する従来の色素の代替として使われます。

ほとんどの色素コンジュゲートは単一の生体分子に一つまたは二つの蛍光物質を結合させることにより合成します。しかし、ナノクリスタル蛍光物質は広い表面積をもたらすため、多くの生体分子が単一のQdot®ナノクリスタルに同時にコンジュゲートすることが可能となります。このアプローチによって得られた利点として、標的の結合活性増加、場合によっては協同的結合の可能性、および効率的なシグナル増幅方法などが挙げられます。例えば、ビオチン修飾した産物をストレプトアビジン標識と組み合わせれば、最初の標識化ステップの後に"サンドイッチ状"（ストレプトアビジン/ビオチン/ストレプトアビジン/その他）にすることで、シグナルを連続的に強化させることが可能となります。

標準的な蛍光顕微鏡はQdot®バイオコンジュゲートの検出に優れ、幅広く利用できるツールです。これらの顕微鏡には多くの場合、明るい白色光ランプと各種フィルターが備わっており、Qdot®ナノクリスタルは広帯域励起フィルターを透過した白色光を効率的に吸収します。また、Qdot®バイオコンジュゲートの卓越した光安定性のため、顕微鏡使用者は画像の最適化により時間をかけることができます。

多色マルチプレックスアッセイは、Qdot®バイオコンジュゲートの特異的な強みです。Qdot®ナノクリスタルの蛍光波長は狭くて対称的であるため、他の色との重複は最小であり、隣接する検出チャネルへのブリードおよびクロストークがより少なく、同時により多くの色を使用できます。それぞれのバイオコンジュゲートの色は基底材料に基づいており（サイズのみが異なります）、一色のコンジュゲーションの使用方法は、すべての異なる色に関しても容易に適用できるため、アッセイ開発がシンプルかつスピーディーになります。さらに、すべてのQdot®ナノクリスタルは単一光源を使用して励起することができ—狭いレーザーおよび広いランプ励起の両方が有用です。3色または4色検出ではもはや複数のレーザーや面倒なアラインメントおよび補正の必要がありません。