激光分析在生命科学中的应用

激光分析在生命科学中的应用

在前面几节中已涉及到生命科学中许多重要的分析课题，如DNA 序列分析，免疫分析，植物释放的低浓度气体测定等。在这一节里，将着重生物分子的结构分析和活体分析。
　　在生物分子的振动光谱和分子结构分析中，RS 是一个有力工具。特别是高灵敏度的SERS ，大大地增强了RS 在生物分子研究中的能力，使它在生物分子的定性、定量测定，在生物分子构型、表面吸附状态等研究中成为一种非常强有力的武器。因为大部分生物分子在UV 区有吸收，随着UV 激光技术的进展，用UV 激光激发的UV 拉曼光谱和共振拉曼光谱，将会在生物分子结构研究中占据重要地位。
　　在生物大分子分析中，一个重要问题是分子量的测定。MS 是分子量测定的最好工具。对于MS ，要求样品本身是气相的或能够被转化为气相。生物分子恰恰是不易转化成气相的。当蒸发时，生物分子崩溃为碎片。因此，长期以来曾寻求一种准确、灵敏的方法测定像蛋白质、碳水化合物等生物高聚物分子量的方法。过去20 年间，在蒸发和电离生物高聚物的技术上作了很大努力，寻求到一些方法，其中，电喷射电离和基体辅助激光解吸电离是最有前途的两种电离方式。
　　基体辅助激光解吸电离质谱法（matrix-assistea laser desorption-ionization mass spectroscopy , MALDI-MS ）是1988 年才出现的一种新的MS 进样技术，它在高分子量生物分子和其他不蒸发物质的MS 分析中的重要意义，很快就为人们所关注，近年研究异常活跃，报道激增。测厚仪| 测速仪| 转速表| 压力表| 压力计| 真空表| 硬度计| 探伤仪| 电子称| 热像仪| 频闪仪| 测高仪| 测距仪| 金属探测器| 试验机| 扭力计| 流速仪| 粗糙度仪| 流量计|
　　MALDI MS 法常用UV 或IR 脉冲激光，脉宽在1～100ns 。聚焦激光产生的离子，实际上是在空间和时间上的一点，能非常理想地与飞行时间质谱计结合。目前常用基体有烟酸、芥子酸、琥珀酸、甘油、尿素、Tris 缓冲液等。样品制备简单快速。能用于各种蛋白质分析，实际灵敏度约1pmol（进入MS 计），在优化条件下，能检出lfmol 的蛋白质。其它生物分子如聚核昔酸、寡糖、糖脂等亦适用。分子量范围在几千至几十万道尔顿。此外，还有分析速度快（包括制样、装样，10～20min 可分析一个样品），某些高浓度基体的存在不影响Ms 分析的特点。这意味着在导入MS 计前无需除去生化处理过程中所用的缓冲液和盐，为它与HPLC 和HPCE 的直接藕联提供了方便。下图是一个典型的例子??单克隆抗体（从鼠中得到，平均分子量149190士69Da ）的MALDI Ms 图。在低功率密度下，主要形成分子或准分子，在高功率密度下，得到大量的MS 碎片，从而可获得结构信息。此法正在完善和推广应用之中，可以预料，今后将会在下面几个方面扩大应用：① 将微柱LC 和CZE ( Capillary zone electrophoresis ）祸合到LDIMS 计，直接与湿法分离技术藕合；② 用于DNA 碎片超快序列分析；③ 将此离子源用于其它MS 计，作多肽和小分子蛋白质分析。

　　在生命科学中，激光光声和光热光谱分析有着另一些重要的应用。光声和光热检测基于样品的真正吸收，可检测高反射、高散射和不透明样品，以及可进行深度轮廓无损剖析、分层结构分析和亚表面成像等，因而非常适合于生物样品分析。在生物样品的光谱研究中，大多数生物样品具有高散射特点，它的形状和状态使得它难以直接用普通光谱法测定，而采用PA 、PT 光谱，试样无需作特别的处理即可得到有关光吸收的光谱信息。例如，用PT 法测定白血病患者和正常人单个白细胞的光热光谱，便可对单个活细胞进行光谱化学研究。在生物材料的形态分析中，PA 、PT 也有独到之处。根据光声理论，热扩散长度与调制频率有关，改变调制频率可得到样品表面层及表面层以下不同深度的分层结构的PAS ，用这个方法研究了植物叶子的分层结构及人体皮肤对药物吸收后的渗透行为。PA 和PT 技术非常适合于不透明样品、完整的生物活体样品的研究。如植物叶子中，叶绿素等植物光合色素的分布、能量转换过程和放氧过程、光合作用强度和植物呼吸强度等。特别是超短脉冲光声技术，被认为是研究光合作用放氧过程的最佳方法。