現代有機及生物分析在生命科學醫藥學分析及檢測方面的研究

張來新，張輝

(1.寶雞文理學院 化學化工學院，陜西 寶雞 721013;2.第二炮兵工程大學 門診部，陜西 西安 710025)

現代有機分析是有機化學和分析化學相互滲透彼此交融的一門新興熱門邊緣學科，是人們認識和了解有機世界的重要途徑。隨著各種有機及生物分析新方法、新技術、新理論、新儀器的不斷涌現，現代有機及生物分析在科學研究領域的應用日益廣泛，它已成為一門把化學、數學、物理學、生物學、統計學、計算機科學有機結合起來的具有非常大的發展空間和與時俱進的新興熱門邊緣學科。因之現代有機及生物分析在工業、農業、國防建設、醫藥學等領域無論從基礎理論或實際生產控制方面都有著廣闊的應用前景。同時現代有機及生物分析在生命科學、材料科學、環境科學、資源和能源科學、信息科學等眾多新學科領域的應用發展和建立方面所起的重要作用不容置疑。

1 現代有機及生物分析在生命科學及醫藥學分析中的應用

1.1 電噴霧內部萃取電離質譜法直接檢測大蒜中的蒜氨酸

現代醫學研究證實，存在于大蒜中的蒜氨酸具有降血脂、提高身體免疫力、殺菌、抑菌、抗感冒、抗衰老、促進血液循環、防癌抗癌之功效。近年來用HPLC 或液質聯用等方法實現了大蒜中蒜氨酸的離線檢測，但這些方法都需要繁瑣的樣品預處理(如蒜氨酸水解酶的滅活、分離、萃取、預富集等)無法對大蒜組織中的蒜氨酸直接進行快速分析。新興常壓離子化技術被廣泛用于復雜基體樣品分析［1-2］。但直接獲取樣品內部深層物質信息的離子化技術將更進一步拓展常壓離子化技術的應用范圍。因之發展一種在無需樣品預處理的情況下直接分析大蒜細胞內蒜氨酸的方法對生物組織中不穩定活性分子的分析具有重要的借鑒意義。為此華東理工大學的張華等［3］采用電噴霧內部萃取電離質譜(iEESI-MS)在無需樣品預處理的情況下，實現了對大蒜組織內部的蒜氨酸直接質譜檢測。大蒜組織的直接iEESIMS 分析結果表明iEESI 是一種軟電離技術，能夠獲得組織內部深層物質信號，對生物組織中不穩定活性分子的分析具有重要的借鑒意義。

1.2 光譜法研究含氟卟啉-蒽醌化合物與DNA 相互作用

卟啉類化合物具有較強的吸光和發光性能，是一種良好的大環芳香系光敏劑，蒽醌類化合物具有良好的DNA 光斷裂特性，它們易于插入DNA 堿基對之間，以不同的作用機理使DNA 斷裂。含氟化合物具有強的生理活性，它有可能和生物組織相互作用而顯示出抗腫瘤作用。黃岡師范學院的趙勝芳等［4］采用微波輻射合成了以二肽鍵聯的含氟卟啉-蒽醌化合物及其金屬鋅配合物。用紫外可見光譜法和熒光光譜滴定法考察了兩種合成的目標化合物與質粒DNA 的相互作用，探討了它們與DNA 的作用模式。即卟啉-二肽-蒽醌化合物與DNA 發生自堆積的外部鍵合。該研究將在生命科學、醫藥學、配位化學的研究中得到廣泛應用。

1.3 基于DNA 自組裝無酶循環放大猝滅化學發光法檢測核酸

G-四鏈體DNA 酶是一類具有催化功能的核酸分子，由于富含G 的核酸分子可以在血紅素存在下，形成G-四鏈體的結構，表現出類似于辣根過氧化物酶的活性，可以催化H2O2氧化魯米諾產生化學發光。基于目標催化DNA 自組裝，廣西師范大學的褚志丹等［5］基于G-四鏈體是富含鳥嘌呤堿基的DNA 序列形成的一種特殊的DNA 二級結構，當其與血紅素結合后，可顯示較強的過氧化物酶催化活性的事實，利用DNA 自組裝、G-四鏈體的催化化學發光性能，構建了一種無酶循環放大猝滅化學發光生物傳感新體系，用于DNA 檢測。該傳感系簡單、低耗、靈敏。該研究將在生命科學、醫學及生物學研究中得到廣泛應用。

1.4 基于DNA 鏈置換酶輔助信號放大G-四鏈體脫氧核酶DNAzyme 催化化學發光檢測腺苷

腺苷在各種生物組織和器官功能的生理活性調節中起著重要的作用。因此檢測生物體中腺苷含量意義重大。化學發光檢測具有靈敏度高、線性范圍寬、分析速度快等優點。廣西師范大學的李梅等［6］利用富含G 堿基的DNA 在血紅素和K+存在下，形成G-四鏈體結構并表現出過氧化物酶活性的特點，結合DNA 鏈置換反應和核酸內切酶的置換反應，構建了一種基于DNA 鏈體脫氧核酶DNA 鏈置換反應和核酸內切酶輔助信號放大的G-四鏈體脫氧核酶(DNA zyme)的催化發光檢測腺苷的新方法。該方法靈敏度高、選擇性好、檢測限量為0.5 μmol/L，用于人血清中腺苷的檢測效果良好。

1.5 南海紅樹林真菌Fusarium sp.301 次級代謝產物研究

紅樹林生態系統是一種分布在熱帶、亞熱帶潮間帶具有海洋環境特有森林類型的木本植物群落，其特殊環境孕育出的紅樹林內生真菌是此生態系統的主要降解者，也是海洋真菌的第二大生態群落［7］。從1994 年至今，國內外對海洋真菌次級代謝產物的研究表明，紅樹林內生真菌的次級代謝中含有極其豐富的結構新穎且在抗腫瘤、抗氧化、抗真菌、細菌等藥理方面表現出良好活性的化合物。海洋真菌活性代謝產物已經成為重要的新型藥物來源之一。為了尋找結構新穎且具有藥理活性的海洋真菌次級代謝產物，中山大學的方平等［8］對一株采自海口桐花樹的紅樹林內生菌Fusarium sp.301 次級代謝產物，根據化合物的理化性質、采用正反相硅膠、凝膠柱層析法和高效液相色譜法對其次級代謝產物進行分離純化，通過波譜解析以及文獻數據對照的方法，分離得到并確定了5 個鏈紅菌素類化合物的結構。該研究將在生命科學、生物學及醫藥學中得到廣泛應用。

1.6 鹽酸氨溴索的電化學氧化作用

鹽酸氨溴索(AMB)，trans-4-［(2-氨基-3，5-二溴芐基)氨基］環己醇鹽酸鹽，是治療呼吸系統疾病的一種特效藥物。它對活性自由基(ROS)有不同的清除能力，對羥基自由基(HO·)的清除能力強，對超氧陰離子(O2－)弱，對過氧化氫(H2O2)很少或沒有作用。因此研究AMB 的氧化作用和過程對了解AMB 的生化過程很有意義。為此西北大學的孫杰娟等［9］在酸性水溶液中，研究了鹽酸氨溴索(AMB)的伏安行為，參照取代苯胺的伏安特性，說明了AMB 的氧化機理。該研究將在生命科學、醫藥學的研究中得到應用。

2 現代有機及生物分析在有機物分析分離科學中的應用

2.1 殼聚糖衍生化杯［4］芳烴鍵合硅膠固定相對八種單取代苯的分離及分析

殼聚糖大分子中有活潑的羥基和氨基，具有較強的化學反應能力和生物相容性;杯芳烴的孔腔大小可調，構象和取代基可以人為控制。鄭州大學的盧靜等［10］利用二者的優點將其結合制備了一種新型固定相并對八種單取代苯進行了分離分析研究。他們的做法是采用自制殼聚糖衍生化杯［4］芳烴鍵合硅膠固定相(CBS4)，對8 種單取代苯(苯胺、苯甲醛、苯酚、甲苯、氯苯、溴苯、碘苯、丁苯)進行了分離、熱力學、疏水作用的研究。實驗結果表明，8 種單取代苯在CBS4 上分離時間短，分離效果好，符合反相色譜機理;分析物的保留時間會隨柱溫的增加而減小;疏水作用在分離單取代苯時起著重要作用。該研究將在分析分離科學、環境科學、生物學中得到應用。

2.2 Cu2+-羧甲司坦絡合物的光譜特征及其應用

羧甲司坦為一種黏痰調節劑，用于治療支氣管炎、支氣管哮喘等疾病引起的痰液黏稠，咳出困難者，但用量過大會有醫療副作用。為此廣西大學的林瑜等［11］根據羧甲司坦分子結構特征，推測其分子應該具有與金屬離子絡合的條件。通過紫外可見分光光度法考察了羧甲司坦與各種金屬離子絡合的可能性。他們的研究發現，羧甲司坦與Cu2+可以形成穩定絡合物，該絡合物在237 nm 處有一個最大特征吸收峰。確定了絡合物的絡合比羧甲司坦Cu2+為2∶1，絡合物穩定常數為4.98 ×109，在237 nm 處絡合物的摩爾吸光系數最大為 4. 74 ×103L/(mol·cm)建立了基于Cu2+絡合的紫外分光光度法定量測定羧甲司坦的新方法。該方法簡單、快速、靈敏、準確，且成功的應用于藥廠的產品分析，結果與標量相符合。

3 結束語

隨著有機分析及生物分析新方法、新技術、新儀器、新理論的不斷問世，使得現代有機分析及生物分析迅猛發展，并為人類的生產、生活、生存和可持續發展等方面提供了強有力的保障。現代有機及生物分析的建立和發展，促進了生命科學、環境科學、資源和能源科學、材料科學的形成和發展，并且在工業、農業、國防、航空航天、通信科學、信息科學、醫藥學等領域均彰顯出廣闊的應用前景。隨著科學家對現代有機及生物分析研究的不斷深入，現代有機及生物分析正朝著準確、靈敏、特新、在線、微量痕量化、快速的方向發展。現代有機及生物分析發展的明天會更光明更輝煌。

［1］ Chen Huanwen，Yang Shuiping，Li Ming，et al. Sensitive detection of native proteins using extractive electrospray ionization mass spectrometry［J］. Angewandte Chemie International Edition，2010，49，3053-3056.

［2］ Chen Huanwen，Gamez G，Zenobi R. What can we learn from ambient ionization techniques［J］.Journal of the American Society for Mass Spectrometry，2009，20:1947-1963.

［3］ 張華，朱亮，王楠楠，等. 電噴霧內部萃取電離質譜法直接檢測大蒜中的蒜氨酸［C］//全國第十七屆有機及生物分析學術討論會論文集. 南寧:廣西大學，2013.

［4］ 趙勝芳，陳年友，沈慧慧，等.光譜法研究含卟啉-蒽醌化合物與DNA 相互作用［C］//全國第十七屆有機及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013.

［5］ 褚志丹，黃勇，李梅，等.基于DNA 自組裝無酶循環放大猝滅化學發光檢測核酸［C］//全國第十七屆有機及生物分析學術討論會論文集. 南寧:廣西大學，2013.

［6］ 李梅，黃勇，褚志丹，等.基于DNA 鏈置換酶輔助信號放大G-四鏈體脫氧核酶DNAzyme 催化化學發光檢測腺苷［C］//全國第十七屆有機及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013.

［7］ Gopl B，Chauhan M. Diversity and conservation in the Sundarban mangrove ecosystem［J］. Aguatic Science，2006，68:338-354.

［8］ 方平，李靜，劉嵐.南海紅樹林真菌Fusarium sp.301 次級代謝產物研究［C］//全國第十七屆有機及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013.

［9］ 孫杰娟，吳怡，宋俊峰.鹽酸氨溴索的電化學氧化作用［C］//全國第十七屆有機及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013.

［10］盧靜，湯超，劉蒲，等.殼聚糖衍生化杯［4］芳烴鍵合硅膠固定相對八種單取代苯的分離及分析［C］//全國第十七屆有機及生物分析學術討論會論文集. 南寧:廣西大學，2013.

［11］林瑜，韋小玲，龔琦，等.Cu2+-羧司坦絡合物的光譜特征及其應用［C］//全國第十七屆有機及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013.