現代有機及生物分析在環境檢測及醫藥學檢測中的應用

張來新，趙阿妮

(寶雞文理學院 化學化工學院，陜西 寶雞 721013)

有機分析是有機化學和分析化學相互交融、相互滲透的一門新興熱門邊緣學科。隨著科學技術的迅猛發展，現代有機分析及生物分析的發展遠遠超出化學領域，也不僅僅是有機化學、生物化學和分析化學交融的一門學科，而是集化學、數學、生物學、物理學、計算機、統計學、環境學等學科的先進成果，去研究物質的組成、結構、含量、理化性質的一門綜合性新興熱門邊緣學科。現代有機及生物分析發展至今，已從單純的化學分析發展到儀器分析;從常量分析發展到微量及痕量分析;從離線分析發展到在線分析;實現了準確、靈敏、快速、獨特、直接的質量控制和鑒別。現代有機及生物分析不僅在工業、農業、國防、醫藥學及四化建設中有著廣泛的應用前景，而且促進了21 世紀熱門學科生命科學、資源與能源科學、環境科學、材料科學、信息科學的形成和發展。

1 現代有機及生物分析新方法新技術在生物分析中的應用

1.1 稀土鑭對內切酶(HindIII)活性的影響

由于稀土元素有特殊的外層電子結構，因此具有特殊的發光特性［1-2］，同時還有殺菌、抗癌等作用［3］。隨著稀土離子的逐步開發和在各個領域中的廣泛應用，人們逐漸開始探討起金屬離子的生物效應。早在本世紀初，人們就已經開始研究稀土的生物效應。如隨著許多分析儀器的出現，人們開始研究稀土離子對DNA 及蛋白質的作用，并逐步擴展到研究稀土金屬離子對酶催化活性的研究。實驗表明，稀土金屬離子可以通過作用于酶活性中心的周圍環境以及通過Ca2+競爭影響酶的活性，使酶產生抑制或活化作用。稀土金屬離子與酶分子相互作用大多數是通過酶蛋白中的酸性氨基酸殘基結合的。為此內蒙古大學的張君等研究了稀土硝酸鑭對限制性內切酶HindIII 活性的影響。實驗結果表明，在不同濃度的稀土硝酸鑭濃度下，金屬鑭離子對酶的抑制作用不同，即隨著濃度的增大，抑制作用增強［4］。該研究期望能在生命科學、生物科學、環境科學、醫藥學及稀土化學的研究中得到廣泛應用。

1.2 光子晶體及超快速生物分析

光子晶體是一種包含周期性折射率結構的新型光學材料，有類似于半導體的光子禁帶，可以選擇性地讓光傳播或禁阻。光子晶體的周期性結構，也有助于提高分離的效率，可用作高效色譜分析新介質。為此，中國科學院化學研究所的陳義等近年來對基于光子晶體的化學制備以及用于超高效和超高速分離展開了研究，其結果已經可以在秒級水平上分離分析生物活性分子如氨基酸、肽類。不僅如此，還可以實現高效的手性分析［5］。他們還介紹了利用光子晶體的特性，來發展高速的手性分離的分析方法，其中包括關于光子晶體的制備和性能的拓展應用。該研究期望能在生命科學、分析科學及醫藥學上得到應用。

1.3 生命分析中的信號放大

隨著社會的發展以及人類對自身健康的需求，簡單、特異、高靈敏的生物分子檢測方法已成為科技發展的前沿。生命科學是21 世紀自然科學研究的重點和熱門之一。而探究生命奧秘與科學研究的基礎在于靈敏、精確地測試手段的發現。揭示生命現象的關鍵之一是生物識別過程的信號提取，而解決這一問題的途徑是設計信號放大策略，研制識別探針，建立靈敏、特異的生物分子檢測方法。為此近15 年來，南京大學的鞠熀先等圍繞生物分子與細胞的高效檢測，將分析化學與納米科學、分子生物學、細胞生物學等領域的新成就相結合，構建了分子識別與信號放大新策略，建立了一系列生物分子與細胞的檢測新方法。即他們以信號放大為主線，1997年他們將納米材料引入信號放大，開展生物與細胞傳感的信號放大及其器件化研究，至今已將功能納米材料用于加速電子傳遞、加快傳質速率;降低活化能、利用其催化與模擬酶功能;作為信號標簽;信號分子載體;選擇性富集;提出了電化學、光學、質譜與影像分析結合及示蹤新原理與新方法。2001 年以來，他們將分子生物學放大技術用于信號放大，建立了生物小分子、DNA、蛋白質、腫瘤細胞等檢測方法，并提出細胞表面糖基、細胞內microRNA、microRNA前體、端粒酶活性等原位檢測方法［6］。

2 現代有機及生物分析新方法新技術在環境監測中的應用

2.1 ZnO 量子點的合成及其作為熒光探針對鉛離子的測定

成人鉛中毒后常會出現疲勞、情緒消沉、心臟衰竭、腹部疼痛、腎虛、高血壓、關節疼痛、生殖障礙、貧血等癥狀。孕婦鉛中毒后會出現流產、新生兒體重過輕、死嬰、嬰兒發育不良、弱智等嚴重后果。兒童鉛中毒會出現食欲不振、胃疼、失眠、學習障礙、便秘、惡心、腹瀉、疲勞、智商低下、貧血等癥狀。因此，準確快速測定環境、飲食中的鉛含量意義重大。為此，延安大學的孫雪花等在無水乙醇溶液中制備出巰基乙酸包覆的高穩定性的ZnO 量子點。通過X射線衍射、電子顯微鏡掃描、電子顯微鏡透射、熒光光譜和紫外光譜對ZnO 量子點的發光特性及結構進行了研究。結果發現，合成的ZnO 量子點是纖鋅礦結構的納米晶，且顆粒均勻，大小基本一致，穩定性強。其熒光光譜在314 nm 處有一強的激發峰［7］。基于此，建立了環境水樣、飲食及食品中鉛離子的定量檢測新方法，從而為人類生活、生產、生存及可持續發展提供了安全保證。

2.2 新型MOF 材料制備的SPME 涂層與環境中多氯聯苯的檢測

多氯聯苯(PCBs)為一類廣泛存在的環境污染物，在環境中的分解速度緩慢且可通過食物鏈富集。中毒時則表現為嗜睡、全身無力、食欲不振、惡心、腹脹、腹痛、肝腫大、黃疸、腹水、水腫、月經不調、性欲減退等。因之，快速準確的測定環境中殘留的毒性物多氯聯苯顯得尤為重要。為此，福州大學的顧昉等以氯化鋯和對苯二甲酸為原料，采用水熱法合成了一種UIO-66 材料，并用直接黏附法制備了一種鋼絲為支撐的涂層，該涂層經高溫化后用于PCBs 富集，繼而建立了一種SPME-GC-MS 法能同時富集并分離檢測環境樣中7 種PCBs 代表物的新方法［8］。該研究在食品科學、環境科學、生命科學、醫藥學等領域的檢測中有著廣闊的應用前景。

2.3 基于DNAG-四鏈體的非標記熒光邏輯門多元檢測

前面已敘述到鉛離子是廣泛存在的有毒金屬離子，故尋找快速準確檢測鉛離子濃度的新方法意義重大。因此，廣西師范大學的金雪等基于卟啉類有機小分子對DNAG-四鏈體具有高特異性能的結合力，利用鉀、鉛離子能夠誘導富含G 堿基的DNA 序列形成G-四鏈結構，以卟啉鏈分子4-甲基嗎啉(NMM)插入G 四鏈體結構，使得NMM 分子從G 四鏈體結構中釋放出來，熒光信號下降(輸出0)，構建了一種新型非標記的熒光DNA 分子邏輯門多元分析方法，并應用于鉀離子、鉛離子和精胺含量的測定［9］。

3 現代有機及生物分析新方法新技術在醫藥學檢測分析中的應用

3.1 基于FRET 的新型萊克多巴胺熒光猝滅試紙條的研制

萊克多巴胺是一種醫藥原料，一種可用于治療充血性心力衰竭癥的強心藥。還可用于治療肌肉萎縮癥，增長肌肉，減脂肪蓄積，并對胎兒和新生兒生長有益。如果萊克多巴胺過量會引起神經興奮，出現肌肉振顫、心慌、顫栗、頭疼、惡心、嘔吐等癥狀。用量巨大可能引發高血壓、心臟病，嚴重者導致死亡。因此，尋找一種快速準確檢驗萊克巴胺的新方法十分必要。為此暨南大學的史聰穎等為了克服用小分子檢測的免疫競爭膠體金試紙條使用時，高濃度的陽性樣品使檢測線信號完全消失，且所得檢測信號與樣品濃度呈負相關，易引起誤判的問題，他們在膠體金試紙條的平臺上，根據熒光共振能量轉移(FRET)的原理，建立了一種新型的熒光免標記猝滅試紙條，該方法制備簡便，更易于引起熒光共振能量轉移，產生熒光猝滅，可轉換檢測信號和提高靈敏度。在研究中他們以萊克多巴胺為檢測目標建立了熒光免標記猝滅試紙條，該試紙條對豬尿中的萊克多巴胺的最低檢測限度可達到0.31 ng/mL，且熒光信號與樣品濃度呈正相關。該方法比膠體金試紙條有較多的優勢，如更靈敏，得到的結果數值與樣品濃度呈正相關，可定量等，其設計思路可適用于試紙平臺上的各種小分子檢測研究［10］。

3.2 高效液相色譜法檢測綠核金中的植物生長激素

綠核金是美籍華人Dr.Li 博士在美國十余年學習和研究的最新農業增產技術成果，綠核金由殼聚糖、維他命、生長因子、螯合鋅、螯合錳等成分優化組合而成。在美國，此類技術在過去20 年的田間反復實驗和美國農場實際使用，被廣泛應用于大田作物和各種經濟作物，可達到穩定增產10%以上的效果。鄭州大學的楚建祥等為此建立了高效液相色譜法測定綠核金中的植物生長激素中的α-萘乙酸、吲哚乙酸、吲哚丁酸含量的新方法，結果證明該法準確、簡便、靈敏，可用于綠核金中植物生長激素含量的測定［11］。

4 結束語

在科學技術蓬勃發展、學科之間相互交融滲透的今天，隨著現代有機及生物分析新儀器、新方法、新技術的不斷涌現，現代有機及生物分析必將為人類生活、生存、生產和持續發展提供強有力的保障。不僅如此，現代有機及生物分析正朝著在線、靈敏、準確、獨特、快速、微量化、自動化的方向迅猛發展，并彰顯出強大的生命力。

［1］ Wang Dongmei，Liu Qingyun，Jian Jiangzhuang，et al.Synthesis and optical properties of transparent resins containing rare earth compounds［J］.Chin J Lumin，2009，30(4):427-435.

［2］ Cui Haixia，Chen Jianmin，Zhou Huidi.Synthesis and fluorescence properties of rare earth complex with a new diamidel ligand［J］.Chin J Lumin，2009，30(4):457-462.

［3］ Deng Ruwen，Zhang Zhongsheng.Rare earth medicine and pharmacy property［J］.Chin Rare Earth，1987(3):36-47.

［4］ 張君，李敏，袁倬斌.稀土鑭對HindIII 活性的影響［C］//全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013:17-19.

［5］ 陳義.光子晶體及超快速生物分析［C］//全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013:157-158.

［6］ 鞠熀先.生命分析中的信號放大［C］//全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013:165-166.

［7］ 孫雪花，劉芳玲，胡海婧，等.ZnO 量子點的合成及其作為熒光探針對鉛離子的測定［C］//全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013:199-200.

［8］ 顧昉，嚴志明，張蘭.新型MOF 材料制備的SPME 涂層與環境中多氯聯苯的檢測［C］//全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013:169-170.

［9］ 金雪，趙麗敏，李梅，等.基于DNAG-四鏈體的非標記熒光邏輯門多元檢測［C］//全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013:67-68.

［10］史聰穎，梁家杰，周克楠，等.基于FRET 的新型萊克多巴胺熒光猝滅試紙條的研制［C］//全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013:251-252.

［11］楚建祥，湯超，張永明，等.高效液相色譜法檢測綠核金中的植物生長激素［C］//全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集.南寧:廣西大學，2013:97-98.