现代有机及生物分析在环境检测及医药学检测中的应用

张来新，赵阿妮

(宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西 宝鸡 721013)

有机分析是有机化学和分析化学相互交融、相互渗透的一门新兴热门边缘学科。随着科学技术的迅猛发展，现代有机分析及生物分析的发展远远超出化学领域，也不仅仅是有机化学、生物化学和分析化学交融的一门学科，而是集化学、数学、生物学、物理学、计算机、统计学、环境学等学科的先进成果，去研究物质的组成、结构、含量、理化性质的一门综合性新兴热门边缘学科。现代有机及生物分析发展至今，已从单纯的化学分析发展到仪器分析;从常量分析发展到微量及痕量分析;从离线分析发展到在线分析;实现了准确、灵敏、快速、独特、直接的质量控制和鉴别。现代有机及生物分析不仅在工业、农业、国防、医药学及四化建设中有着广泛的应用前景，而且促进了21 世纪热门学科生命科学、资源与能源科学、环境科学、材料科学、信息科学的形成和发展。

1 现代有机及生物分析新方法新技术在生物分析中的应用

1.1 稀土镧对内切酶(HindIII)活性的影响

由于稀土元素有特殊的外层电子结构，因此具有特殊的发光特性［1-2］，同时还有杀菌、抗癌等作用［3］。随着稀土离子的逐步开发和在各个领域中的广泛应用，人们逐渐开始探讨起金属离子的生物效应。早在本世纪初，人们就已经开始研究稀土的生物效应。如随着许多分析仪器的出现，人们开始研究稀土离子对DNA 及蛋白质的作用，并逐步扩展到研究稀土金属离子对酶催化活性的研究。实验表明，稀土金属离子可以通过作用于酶活性中心的周围环境以及通过Ca2+竞争影响酶的活性，使酶产生抑制或活化作用。稀土金属离子与酶分子相互作用大多数是通过酶蛋白中的酸性氨基酸残基结合的。为此内蒙古大学的张君等研究了稀土硝酸镧对限制性内切酶HindIII 活性的影响。实验结果表明，在不同浓度的稀土硝酸镧浓度下，金属镧离子对酶的抑制作用不同，即随着浓度的增大，抑制作用增强［4］。该研究期望能在生命科学、生物科学、环境科学、医药学及稀土化学的研究中得到广泛应用。

1.2 光子晶体及超快速生物分析

光子晶体是一种包含周期性折射率结构的新型光学材料，有类似于半导体的光子禁带，可以选择性地让光传播或禁阻。光子晶体的周期性结构，也有助于提高分离的效率，可用作高效色谱分析新介质。为此，中国科学院化学研究所的陈义等近年来对基于光子晶体的化学制备以及用于超高效和超高速分离展开了研究，其结果已经可以在秒级水平上分离分析生物活性分子如氨基酸、肽类。不仅如此，还可以实现高效的手性分析［5］。他们还介绍了利用光子晶体的特性，来发展高速的手性分离的分析方法，其中包括关于光子晶体的制备和性能的拓展应用。该研究期望能在生命科学、分析科学及医药学上得到应用。

1.3 生命分析中的信号放大

随着社会的发展以及人类对自身健康的需求，简单、特异、高灵敏的生物分子检测方法已成为科技发展的前沿。生命科学是21 世纪自然科学研究的重点和热门之一。而探究生命奥秘与科学研究的基础在于灵敏、精确地测试手段的发现。揭示生命现象的关键之一是生物识别过程的信号提取，而解决这一问题的途径是设计信号放大策略，研制识别探针，建立灵敏、特异的生物分子检测方法。为此近15 年来，南京大学的鞠熀先等围绕生物分子与细胞的高效检测，将分析化学与纳米科学、分子生物学、细胞生物学等领域的新成就相结合，构建了分子识别与信号放大新策略，建立了一系列生物分子与细胞的检测新方法。即他们以信号放大为主线，1997年他们将纳米材料引入信号放大，开展生物与细胞传感的信号放大及其器件化研究，至今已将功能纳米材料用于加速电子传递、加快传质速率;降低活化能、利用其催化与模拟酶功能;作为信号标签;信号分子载体;选择性富集;提出了电化学、光学、质谱与影像分析结合及示踪新原理与新方法。2001 年以来，他们将分子生物学放大技术用于信号放大，建立了生物小分子、DNA、蛋白质、肿瘤细胞等检测方法，并提出细胞表面糖基、细胞内microRNA、microRNA前体、端粒酶活性等原位检测方法［6］。

2 现代有机及生物分析新方法新技术在环境监测中的应用

2.1 ZnO 量子点的合成及其作为荧光探针对铅离子的测定

成人铅中毒后常会出现疲劳、情绪消沉、心脏衰竭、腹部疼痛、肾虚、高血压、关节疼痛、生殖障碍、贫血等症状。孕妇铅中毒后会出现流产、新生儿体重过轻、死婴、婴儿发育不良、弱智等严重后果。儿童铅中毒会出现食欲不振、胃疼、失眠、学习障碍、便秘、恶心、腹泻、疲劳、智商低下、贫血等症状。因此，准确快速测定环境、饮食中的铅含量意义重大。为此，延安大学的孙雪花等在无水乙醇溶液中制备出巯基乙酸包覆的高稳定性的ZnO 量子点。通过X射线衍射、电子显微镜扫描、电子显微镜透射、荧光光谱和紫外光谱对ZnO 量子点的发光特性及结构进行了研究。结果发现，合成的ZnO 量子点是纤锌矿结构的纳米晶，且颗粒均匀，大小基本一致，稳定性强。其荧光光谱在314 nm 处有一强的激发峰［7］。基于此，建立了环境水样、饮食及食品中铅离子的定量检测新方法，从而为人类生活、生产、生存及可持续发展提供了安全保证。

2.2 新型MOF 材料制备的SPME 涂层与环境中多氯联苯的检测

多氯联苯(PCBs)为一类广泛存在的环境污染物，在环境中的分解速度缓慢且可通过食物链富集。中毒时则表现为嗜睡、全身无力、食欲不振、恶心、腹胀、腹痛、肝肿大、黄疸、腹水、水肿、月经不调、性欲减退等。因之，快速准确的测定环境中残留的毒性物多氯联苯显得尤为重要。为此，福州大学的顾昉等以氯化锆和对苯二甲酸为原料，采用水热法合成了一种UIO-66 材料，并用直接黏附法制备了一种钢丝为支撑的涂层，该涂层经高温化后用于PCBs 富集，继而建立了一种SPME-GC-MS 法能同时富集并分离检测环境样中7 种PCBs 代表物的新方法［8］。该研究在食品科学、环境科学、生命科学、医药学等领域的检测中有着广阔的应用前景。

2.3 基于DNAG-四链体的非标记荧光逻辑门多元检测

前面已叙述到铅离子是广泛存在的有毒金属离子，故寻找快速准确检测铅离子浓度的新方法意义重大。因此，广西师范大学的金雪等基于卟啉类有机小分子对DNAG-四链体具有高特异性能的结合力，利用钾、铅离子能够诱导富含G 碱基的DNA 序列形成G-四链结构，以卟啉链分子4-甲基吗啉(NMM)插入G 四链体结构，使得NMM 分子从G 四链体结构中释放出来，荧光信号下降(输出0)，构建了一种新型非标记的荧光DNA 分子逻辑门多元分析方法，并应用于钾离子、铅离子和精胺含量的测定［9］。

3 现代有机及生物分析新方法新技术在医药学检测分析中的应用

3.1 基于FRET 的新型莱克多巴胺荧光猝灭试纸条的研制

莱克多巴胺是一种医药原料，一种可用于治疗充血性心力衰竭症的强心药。还可用于治疗肌肉萎缩症，增长肌肉，减脂肪蓄积，并对胎儿和新生儿生长有益。如果莱克多巴胺过量会引起神经兴奋，出现肌肉振颤、心慌、颤栗、头疼、恶心、呕吐等症状。用量巨大可能引发高血压、心脏病，严重者导致死亡。因此，寻找一种快速准确检验莱克巴胺的新方法十分必要。为此暨南大学的史聪颖等为了克服用小分子检测的免疫竞争胶体金试纸条使用时，高浓度的阳性样品使检测线信号完全消失，且所得检测信号与样品浓度呈负相关，易引起误判的问题，他们在胶体金试纸条的平台上，根据荧光共振能量转移(FRET)的原理，建立了一种新型的荧光免标记猝灭试纸条，该方法制备简便，更易于引起荧光共振能量转移，产生荧光猝灭，可转换检测信号和提高灵敏度。在研究中他们以莱克多巴胺为检测目标建立了荧光免标记猝灭试纸条，该试纸条对猪尿中的莱克多巴胺的最低检测限度可达到0.31 ng/mL，且荧光信号与样品浓度呈正相关。该方法比胶体金试纸条有较多的优势，如更灵敏，得到的结果数值与样品浓度呈正相关，可定量等，其设计思路可适用于试纸平台上的各种小分子检测研究［10］。

3.2 高效液相色谱法检测绿核金中的植物生长激素

绿核金是美籍华人Dr.Li 博士在美国十余年学习和研究的最新农业增产技术成果，绿核金由壳聚糖、维他命、生长因子、螯合锌、螯合锰等成分优化组合而成。在美国，此类技术在过去20 年的田间反复实验和美国农场实际使用，被广泛应用于大田作物和各种经济作物，可达到稳定增产10%以上的效果。郑州大学的楚建祥等为此建立了高效液相色谱法测定绿核金中的植物生长激素中的α-萘乙酸、吲哚乙酸、吲哚丁酸含量的新方法，结果证明该法准确、简便、灵敏，可用于绿核金中植物生长激素含量的测定［11］。

4 结束语

在科学技术蓬勃发展、学科之间相互交融渗透的今天，随着现代有机及生物分析新仪器、新方法、新技术的不断涌现，现代有机及生物分析必将为人类生活、生存、生产和持续发展提供强有力的保障。不仅如此，现代有机及生物分析正朝着在线、灵敏、准确、独特、快速、微量化、自动化的方向迅猛发展，并彰显出强大的生命力。

［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］ 张君，李敏，袁倬斌.稀土镧对HindIII 活性的影响［C］//全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013:17-19.

［5］ 陈义.光子晶体及超快速生物分析［C］//全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013:157-158.

［6］ 鞠熀先.生命分析中的信号放大［C］//全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013:165-166.

［7］ 孙雪花，刘芳玲，胡海婧，等.ZnO 量子点的合成及其作为荧光探针对铅离子的测定［C］//全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013:199-200.

［8］ 顾昉，严志明，张兰.新型MOF 材料制备的SPME 涂层与环境中多氯联苯的检测［C］//全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013:169-170.

［9］ 金雪，赵丽敏，李梅，等.基于DNAG-四链体的非标记荧光逻辑门多元检测［C］//全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013:67-68.

［10］史聪颖，梁家杰，周克楠，等.基于FRET 的新型莱克多巴胺荧光猝灭试纸条的研制［C］//全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013:251-252.

［11］楚建祥，汤超，张永明，等.高效液相色谱法检测绿核金中的植物生长激素［C］//全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013:97-98.