激光分析在生命科學(xué)中的應(yīng)用

激光分析在生命科學(xué)中的應(yīng)用

在前面幾節(jié)中已涉及到生命科學(xué)中許多重要的分析課題，如DNA 序列分析，免疫分析，植物釋放的低濃度氣體測(cè)定等。在這一節(jié)里，將著重生物分子的結(jié)構(gòu)分析和活體分析。
　　在生物分子的振動(dòng)光譜和分子結(jié)構(gòu)分析中，RS 是一個(gè)有力工具。特別是高靈敏度的SERS ，大大地增強(qiáng)了RS 在生物分子研究中的能力，使它在生物分子的定性、定量測(cè)定，在生物分子構(gòu)型、表面吸附狀態(tài)等研究中成為一種非常強(qiáng)有力的武器。因?yàn)榇蟛糠稚�物分子�?/SPAN>UV 區(qū)有吸收，隨著UV 激光技術(shù)的進(jìn)展，用UV 激光激發(fā)的UV 拉曼光譜和共振拉曼光譜，將會(huì)在生物分子結(jié)構(gòu)研究中占據(jù)重要地位。
　　在生物大分子分析中，一個(gè)重要問(wèn)題是分子量的測(cè)定。MS 是分子量測(cè)定的最好工具。對(duì)于MS ，要求樣品本身是氣相的或能夠被轉(zhuǎn)化為氣相。生物分子恰恰是不易轉(zhuǎn)化成氣相的。當(dāng)蒸發(fā)時(shí)，生物分子崩潰為碎片。因此，長(zhǎng)期以來(lái)曾尋求一種準(zhǔn)確、靈敏的方法測(cè)定像蛋白質(zhì)、碳水化合物等生物高聚物分子量的方法。過(guò)去20 年間，在蒸發(fā)和電離生物高聚物的技術(shù)上作了很大努力，尋求到一些方法，其中，電噴射電離和基體輔助激光解吸電離是最有前途的兩種電離方式。
　　基體輔助激光解吸電離質(zhì)譜法（matrix-assistea laser desorption-ionization mass spectroscopy , MALDI-MS ）是1988 年才出現(xiàn)的一種新的MS 進(jìn)樣技術(shù)，它在高分子量生物分子和其他不蒸發(fā)物質(zhì)的MS 分析中的重要意義，很快就為人們所關(guān)注，近年研究異�；钴S，報(bào)道激增。測(cè)厚儀| 測(cè)速儀| 轉(zhuǎn)速表| 壓力表| 壓力計(jì)| 真空表| 硬度計(jì)| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測(cè)高儀| 測(cè)距儀| 金屬探測(cè)器| 試驗(yàn)機(jī)| 扭力計(jì)| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計(jì)|
　　MALDI MS 法常用UV 或IR 脈沖激光，脈寬在1～100ns 。聚焦激光產(chǎn)生的離子，實(shí)際上是在空間和時(shí)間上的一點(diǎn)，能非常理想地與飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)結(jié)合。目前常用基體有煙酸、芥子酸、琥珀酸、甘油、尿素、Tris 緩沖液等。樣品制備簡(jiǎn)單快速。能用于各種蛋白質(zhì)分析，實(shí)際靈敏度約1pmol（進(jìn)入MS 計(jì)），在優(yōu)化條件下，能檢出lfmol 的蛋白質(zhì)。其它生物分子如聚核昔酸、寡糖、糖脂等亦適用。分子量范圍在幾千至幾十萬(wàn)道爾頓。此外，還有分析速度快（包括制樣、裝樣，10～20min 可分析一個(gè)樣品），某些高濃度基體的存在不影響Ms 分析的特點(diǎn)。這意味著在導(dǎo)入MS 計(jì)前無(wú)需除去生化處理過(guò)程中所用的緩沖液和鹽，為它與HPLC 和HPCE 的直接藕聯(lián)提供了方便。下圖是一個(gè)典型的例子??單克隆抗體（從鼠中得到，平均分子量149190士69Da ）的MALDI Ms 圖。在低功率密度下，主要形成分子或準(zhǔn)分子，在高功率密度下，得到大量的MS 碎片，從而可獲得結(jié)構(gòu)信息。此法正在完善和推廣應(yīng)用之中，可以預(yù)料，今后將會(huì)在下面幾個(gè)方面擴(kuò)大應(yīng)用：① 將微柱LC 和CZE ( Capillary zone electrophoresis ）禍合到LDIMS 計(jì)，直接與濕法分離技術(shù)藕合；② 用于DNA 碎片超快序列分析；③ 將此離子源用于其它MS 計(jì)，作多肽和小分子蛋白質(zhì)分析。

　　在生命科學(xué)中，激光光聲和光熱光譜分析有著另一些重要的應(yīng)用。光聲和光熱檢測(cè)基于樣品的真正吸收，可檢測(cè)高反射、高散射和不透明樣品，以及可進(jìn)行深度輪廓無(wú)損剖析、分層結(jié)構(gòu)分析和亞表面成像等，因而非常適合于生物樣品分析。在生物樣品的光譜研究中，大多數(shù)生物樣品具有高散射特點(diǎn)，它的形狀和狀態(tài)使得它難以直接用普通光譜法測(cè)定，而采用PA 、PT 光譜，試樣無(wú)需作特別的處理即可得到有關(guān)光吸收的光譜信息。例如，用PT 法測(cè)定白血病患者和正常人單個(gè)白細(xì)胞的光熱光譜，便可對(duì)單個(gè)活細(xì)胞進(jìn)行光譜化學(xué)研究。在生物材料的形態(tài)分析中，PA 、PT 也有獨(dú)到之處。根據(jù)光聲理論，熱擴(kuò)散長(zhǎng)度與調(diào)制頻率有關(guān)，改變調(diào)制頻率可得到樣品表面層及表面層以下不同深度的分層結(jié)構(gòu)的PAS ，用這個(gè)方法研究了植物葉子的分層結(jié)構(gòu)及人體皮膚對(duì)藥物吸收后的滲透行為。PA 和PT 技術(shù)非常適合于不透明樣品、完整的生物活體樣品的研究。如植物葉子中，葉綠素等植物光合色素的分布、能量轉(zhuǎn)換過(guò)程和放氧過(guò)程、光合作用強(qiáng)度和植物呼吸強(qiáng)度等。特別是超短脈沖光聲技術(shù)，被認(rèn)為是研究光合作用放氧過(guò)程的最佳方法。