现代有机及生物分析在生命科学医药学分析及检测方面的研究

张来新，张辉

(1.宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西 宝鸡 721013;2.第二炮兵工程大学 门诊部，陕西 西安 710025)

现代有机分析是有机化学和分析化学相互渗透彼此交融的一门新兴热门边缘学科，是人们认识和了解有机世界的重要途径。随着各种有机及生物分析新方法、新技术、新理论、新仪器的不断涌现，现代有机及生物分析在科学研究领域的应用日益广泛，它已成为一门把化学、数学、物理学、生物学、统计学、计算机科学有机结合起来的具有非常大的发展空间和与时俱进的新兴热门边缘学科。因之现代有机及生物分析在工业、农业、国防建设、医药学等领域无论从基础理论或实际生产控制方面都有着广阔的应用前景。同时现代有机及生物分析在生命科学、材料科学、环境科学、资源和能源科学、信息科学等众多新学科领域的应用发展和建立方面所起的重要作用不容置疑。

1 现代有机及生物分析在生命科学及医药学分析中的应用

1.1 电喷雾内部萃取电离质谱法直接检测大蒜中的蒜氨酸

现代医学研究证实，存在于大蒜中的蒜氨酸具有降血脂、提高身体免疫力、杀菌、抑菌、抗感冒、抗衰老、促进血液循环、防癌抗癌之功效。近年来用HPLC 或液质联用等方法实现了大蒜中蒜氨酸的离线检测，但这些方法都需要繁琐的样品预处理(如蒜氨酸水解酶的灭活、分离、萃取、预富集等)无法对大蒜组织中的蒜氨酸直接进行快速分析。新兴常压离子化技术被广泛用于复杂基体样品分析［1-2］。但直接获取样品内部深层物质信息的离子化技术将更进一步拓展常压离子化技术的应用范围。因之发展一种在无需样品预处理的情况下直接分析大蒜细胞内蒜氨酸的方法对生物组织中不稳定活性分子的分析具有重要的借鉴意义。为此华东理工大学的张华等［3］采用电喷雾内部萃取电离质谱(iEESI-MS)在无需样品预处理的情况下，实现了对大蒜组织内部的蒜氨酸直接质谱检测。大蒜组织的直接iEESIMS 分析结果表明iEESI 是一种软电离技术，能够获得组织内部深层物质信号，对生物组织中不稳定活性分子的分析具有重要的借鉴意义。

1.2 光谱法研究含氟卟啉-蒽醌化合物与DNA 相互作用

卟啉类化合物具有较强的吸光和发光性能，是一种良好的大环芳香系光敏剂，蒽醌类化合物具有良好的DNA 光断裂特性，它们易于插入DNA 碱基对之间，以不同的作用机理使DNA 断裂。含氟化合物具有强的生理活性，它有可能和生物组织相互作用而显示出抗肿瘤作用。黄冈师范学院的赵胜芳等［4］采用微波辐射合成了以二肽键联的含氟卟啉-蒽醌化合物及其金属锌配合物。用紫外可见光谱法和荧光光谱滴定法考察了两种合成的目标化合物与质粒DNA 的相互作用，探讨了它们与DNA 的作用模式。即卟啉-二肽-蒽醌化合物与DNA 发生自堆积的外部键合。该研究将在生命科学、医药学、配位化学的研究中得到广泛应用。

1.3 基于DNA 自组装无酶循环放大猝灭化学发光法检测核酸

G-四链体DNA 酶是一类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红素存在下，形成G-四链体的结构，表现出类似于辣根过氧化物酶的活性，可以催化H2O2氧化鲁米诺产生化学发光。基于目标催化DNA 自组装，广西师范大学的褚志丹等［5］基于G-四链体是富含鸟嘌呤碱基的DNA 序列形成的一种特殊的DNA 二级结构，当其与血红素结合后，可显示较强的过氧化物酶催化活性的事实，利用DNA 自组装、G-四链体的催化化学发光性能，构建了一种无酶循环放大猝灭化学发光生物传感新体系，用于DNA 检测。该传感系简单、低耗、灵敏。该研究将在生命科学、医学及生物学研究中得到广泛应用。

1.4 基于DNA 链置换酶辅助信号放大G-四链体脱氧核酶DNAzyme 催化化学发光检测腺苷

腺苷在各种生物组织和器官功能的生理活性调节中起着重要的作用。因此检测生物体中腺苷含量意义重大。化学发光检测具有灵敏度高、线性范围宽、分析速度快等优点。广西师范大学的李梅等［6］利用富含G 碱基的DNA 在血红素和K+存在下，形成G-四链体结构并表现出过氧化物酶活性的特点，结合DNA 链置换反应和核酸内切酶的置换反应，构建了一种基于DNA 链体脱氧核酶DNA 链置换反应和核酸内切酶辅助信号放大的G-四链体脱氧核酶(DNA zyme)的催化发光检测腺苷的新方法。该方法灵敏度高、选择性好、检测限量为0.5 μmol/L，用于人血清中腺苷的检测效果良好。

1.5 南海红树林真菌Fusarium sp.301 次级代谢产物研究

红树林生态系统是一种分布在热带、亚热带潮间带具有海洋环境特有森林类型的木本植物群落，其特殊环境孕育出的红树林内生真菌是此生态系统的主要降解者，也是海洋真菌的第二大生态群落［7］。从1994 年至今，国内外对海洋真菌次级代谢产物的研究表明，红树林内生真菌的次级代谢中含有极其丰富的结构新颖且在抗肿瘤、抗氧化、抗真菌、细菌等药理方面表现出良好活性的化合物。海洋真菌活性代谢产物已经成为重要的新型药物来源之一。为了寻找结构新颖且具有药理活性的海洋真菌次级代谢产物，中山大学的方平等［8］对一株采自海口桐花树的红树林内生菌Fusarium sp.301 次级代谢产物，根据化合物的理化性质、采用正反相硅胶、凝胶柱层析法和高效液相色谱法对其次级代谢产物进行分离纯化，通过波谱解析以及文献数据对照的方法，分离得到并确定了5 个链红菌素类化合物的结构。该研究将在生命科学、生物学及医药学中得到广泛应用。

1.6 盐酸氨溴索的电化学氧化作用

盐酸氨溴索(AMB)，trans-4-［(2-氨基-3，5-二溴苄基)氨基］环己醇盐酸盐，是治疗呼吸系统疾病的一种特效药物。它对活性自由基(ROS)有不同的清除能力，对羟基自由基(HO·)的清除能力强，对超氧阴离子(O2－)弱，对过氧化氢(H2O2)很少或没有作用。因此研究AMB 的氧化作用和过程对了解AMB 的生化过程很有意义。为此西北大学的孙杰娟等［9］在酸性水溶液中，研究了盐酸氨溴索(AMB)的伏安行为，参照取代苯胺的伏安特性，说明了AMB 的氧化机理。该研究将在生命科学、医药学的研究中得到应用。

2 现代有机及生物分析在有机物分析分离科学中的应用

2.1 壳聚糖衍生化杯［4］芳烃键合硅胶固定相对八种单取代苯的分离及分析

壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，具有较强的化学反应能力和生物相容性;杯芳烃的孔腔大小可调，构象和取代基可以人为控制。郑州大学的卢静等［10］利用二者的优点将其结合制备了一种新型固定相并对八种单取代苯进行了分离分析研究。他们的做法是采用自制壳聚糖衍生化杯［4］芳烃键合硅胶固定相(CBS4)，对8 种单取代苯(苯胺、苯甲醛、苯酚、甲苯、氯苯、溴苯、碘苯、丁苯)进行了分离、热力学、疏水作用的研究。实验结果表明，8 种单取代苯在CBS4 上分离时间短，分离效果好，符合反相色谱机理;分析物的保留时间会随柱温的增加而减小;疏水作用在分离单取代苯时起着重要作用。该研究将在分析分离科学、环境科学、生物学中得到应用。

2.2 Cu2+-羧甲司坦络合物的光谱特征及其应用

羧甲司坦为一种黏痰调节剂，用于治疗支气管炎、支气管哮喘等疾病引起的痰液黏稠，咳出困难者，但用量过大会有医疗副作用。为此广西大学的林瑜等［11］根据羧甲司坦分子结构特征，推测其分子应该具有与金属离子络合的条件。通过紫外可见分光光度法考察了羧甲司坦与各种金属离子络合的可能性。他们的研究发现，羧甲司坦与Cu2+可以形成稳定络合物，该络合物在237 nm 处有一个最大特征吸收峰。确定了络合物的络合比羧甲司坦Cu2+为2∶1，络合物稳定常数为4.98 ×109，在237 nm 处络合物的摩尔吸光系数最大为 4. 74 ×103L/(mol·cm)建立了基于Cu2+络合的紫外分光光度法定量测定羧甲司坦的新方法。该方法简单、快速、灵敏、准确，且成功的应用于药厂的产品分析，结果与标量相符合。

3 结束语

随着有机分析及生物分析新方法、新技术、新仪器、新理论的不断问世，使得现代有机分析及生物分析迅猛发展，并为人类的生产、生活、生存和可持续发展等方面提供了强有力的保障。现代有机及生物分析的建立和发展，促进了生命科学、环境科学、资源和能源科学、材料科学的形成和发展，并且在工业、农业、国防、航空航天、通信科学、信息科学、医药学等领域均彰显出广阔的应用前景。随着科学家对现代有机及生物分析研究的不断深入，现代有机及生物分析正朝着准确、灵敏、特新、在线、微量痕量化、快速的方向发展。现代有机及生物分析发展的明天会更光明更辉煌。

［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］ 张华，朱亮，王楠楠，等. 电喷雾内部萃取电离质谱法直接检测大蒜中的蒜氨酸［C］//全国第十七届有机及生物分析学术讨论会论文集. 南宁:广西大学，2013.

［4］ 赵胜芳，陈年友，沈慧慧，等.光谱法研究含卟啉-蒽醌化合物与DNA 相互作用［C］//全国第十七届有机及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013.

［5］ 褚志丹，黄勇，李梅，等.基于DNA 自组装无酶循环放大猝灭化学发光检测核酸［C］//全国第十七届有机及生物分析学术讨论会论文集. 南宁:广西大学，2013.

［6］ 李梅，黄勇，褚志丹，等.基于DNA 链置换酶辅助信号放大G-四链体脱氧核酶DNAzyme 催化化学发光检测腺苷［C］//全国第十七届有机及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013.

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

［8］ 方平，李静，刘岚.南海红树林真菌Fusarium sp.301 次级代谢产物研究［C］//全国第十七届有机及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013.

［9］ 孙杰娟，吴怡，宋俊峰.盐酸氨溴索的电化学氧化作用［C］//全国第十七届有机及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013.

［10］卢静，汤超，刘蒲，等.壳聚糖衍生化杯［4］芳烃键合硅胶固定相对八种单取代苯的分离及分析［C］//全国第十七届有机及生物分析学术讨论会论文集. 南宁:广西大学，2013.

［11］林瑜，韦小玲，龚琦，等.Cu2+-羧司坦络合物的光谱特征及其应用［C］//全国第十七届有机及生物分析学术讨论会论文集.南宁:广西大学，2013.