傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析技術(shù)正不斷發(fā)展和進步，不僅成功應用于蛋白質(zhì)、糖原、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)分析，而且還被用于研究細胞和組織等更加復雜的體系，尤其是腫瘤細胞和組織分析。目前FTIR已廣泛應用于生物學多個領域中，如細胞生物學、分子生物學、蛋白質(zhì)組學、動物學、植物學、生態(tài)學、免疫學等等。
FTIR技術(shù)在生物樣品研究中具有以下幾個優(yōu)點：
1）快速無損，無需試劑，樣品用量少，各形態(tài)樣品均適合，不破壞樣品結(jié)構(gòu)，既可研究樣品表面結(jié)構(gòu)，又可研究樣品整體結(jié)構(gòu)；
2）能在分子水平上直接了解研究分子或體系的機構(gòu)，得到基因生物功能信息，新化學鍵的形成及類型，以及環(huán)境對生物樣品的影響；
3）結(jié)合化學計量學方法，可有效提取復雜信號中的有用信息，準確進行成分的定性鑒別和定量分析，而且可以同時測定多個指標。
下面力晶小天為大家簡單介紹一些成熟的應用實例：
1、生物大分子中的應用
細胞是器官和組織的小組成單元，而細胞是由核酸、蛋白質(zhì)、脂類和糖類等生物大分子組成的。細胞的紅外光譜由這些分子的振動光譜疊加組成，它反映這些組分在細胞內(nèi)的量及構(gòu)型構(gòu)象等信息，前人整理了人體組織和細胞的紅外光譜特征吸收頻率和振動方式見下表。
我們知道，葡萄糖、低密脂蛋白膽固醇、甘油三酯和尿素是血清中的四種主要代謝成分，也是人體健康和亞健康的重要臨床指標，逐漸得到人們的重視，已有學者建立了用FTIR對四項指標進行同時快速定量檢測的方法。暨南大學的尹浩優(yōu)化了全血樣品中血紅蛋白濃度、平均紅細胞血紅蛋白含量和平均紅細胞體積三項指標的紅外快速檢測方法，可大范圍篩查地中海貧血癥。還有研究表明，利用FTIR對人體血清樣本的各種臨床生化指標進行實時監(jiān)測，能夠快速地提取細胞變異信息，進而及時控制病變。
2、腫瘤方面的應用
近二十年來，很多學者把FTIR運用到早期癌癥診斷上，癌細胞的基本生物化學特征是腫瘤的FTIR分析的基礎。與正常組織的紅外光譜相比，腫瘤組織的紅外光譜在峰形、峰強、吸收頻率等方面都有非常顯著的差異。這些差異提示：癌變細胞和組織中核酸相對含量增加，糖原或膠原的相對含量下降，核酸分子中磷酸二酯基團的氫鍵結(jié)合力增強，脂質(zhì)中亞甲基鏈變得更無序。已有很多人通過對核酸內(nèi)部的磷酸二酯，癌變組織中糖原，蛋白質(zhì)分子中的絲氨酸、蘇氨酸和酷氨酸等吸收峰的檢測，鑒別胃、食道、乳腺、皮膚、結(jié)腸癌等細胞，并對病程進展各期：正常→微小病理變化→惡性期做出診斷。
相對于腫瘤組織和細胞，尿液和血清樣本更易獲得，電子科技大學的楊紅霞分別檢測了兩百多個癌癥患者的尿液和血清樣本的紅外光譜，驗證了癌癥樣本光譜的峰形和峰強與正常人的明顯差異。尤其是用FTIR檢測血清樣品，診斷的準確率很高，從而建立了癌癥早期篩查的有效方法。
更多人運用蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)檢測方法，對癌癥進行診斷篩查。紅外光譜法應用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的定性和定量分析已有幾十年的歷史，是一種非常成熟的分析方法，人們對各類蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)紅外吸收峰，以及同類蛋白質(zhì)不同組分的特種頻率和指認，都已非常明確。目前，蛋白質(zhì)紅外檢測方法已廣泛應用于藥物研發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量控制和出廠檢測中，力晶小天將會在下期為大家介紹蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)內(nèi)容。
3、動植物提取物方面的應用
動物提取物的定性鑒別對于傳統(tǒng)檢測方法來說是比較困難的，以動物膠類藥材為例，在通過動物皮類熬制過程中，膠原蛋白會分解為更小的肽類，難以鑒別，所以摻假現(xiàn)象普遍。用紅外光譜及其二維光譜可以直觀地對不同膠類進行定性鑒別，還可用于鑒別某種膠的真?zhèn)?。下圖是不同動物膠類的紅外原始光譜。
對于中草藥提取物的FTIR定性鑒別應用非常多，例如成分分析、產(chǎn)地鑒別、判斷真?zhèn)巍⒎欠ㄌ砑訖z測等等，應用很普及。FTIR的定量分析方法也給行業(yè)帶來了很多便利，很多中藥提取物因生產(chǎn)工藝和儲存條件的要求，需在生產(chǎn)過程中添加一定量的麥芽糊精。例如用FTIR快速檢測葛根提取物混合粉末中麥芽糊精含量，可使企業(yè)有效把握提取物質(zhì)量，也可幫助市場監(jiān)管部門有效地監(jiān)督提取物市場以次充好的混亂現(xiàn)象。下圖所示就是葛根粉和麥芽糊精的紅外光譜，以及麥芽糊精的定量標準曲線，精度很高。
軍事醫(yī)學科學院儀器分析中心的劉炳玉等人還通過紅外液體池透射法，定量測定青蒿素和磷酸萘酚奎抗瘧復方制劑中青蒿素的含量，從而考察復方的穩(wěn)定性，建立了簡便、回收率高且精密度好的質(zhì)控方法。
4、人工抗原的鑒定
人工抗原的偶聯(lián)是否成功，抗原合成后的化學結(jié)構(gòu)是否達到預期？用FTIR馬上分析一下，答案立即揭曉，而且結(jié)果非常直觀。
例如諾氟沙星、恩氟沙星、氧氟沙星等藥物在動物源食品中的殘留對人毒副作用很大，甚至有致畸、致癌、致突變等危害，所以含量有嚴格限定，常采用快速簡便的酶聯(lián)免疫吸附測定技術(shù)（ELISA）檢測。新鄉(xiāng)醫(yī)學院實驗動物中心的李超英等人采用碳二亞胺法制備諾氟沙星人工抗原，通過紅外光譜鑒定人工抗原偶聯(lián)是否成功。
如下圖所示，諾氟沙星標準品在1760-1600cm-1和3005-3120cm-1處有強吸收峰，這是羧酸基團中羰基和羥基的特征峰，諾氟沙星人工抗原中保留了羰基吸收峰，而羥基吸收峰消失，證明抗原改造和偶聯(lián)成功。
5、生物制劑中的應用
FTIR在生物制劑中的異物檢測中發(fā)揮了非常重要的作用，如生物注射液中的可見異物或雜質(zhì)的鑒別和溯源，藥企可用燈檢法或光散射法初步篩查出有異物的產(chǎn)品，然后將其過濾，將帶有異物的濾膜放置在紅外光譜儀的顯微附件下檢測，后經(jīng)譜庫檢索獲得異物化學成分并判斷其來源。
作為一種快速無損的分析檢測方法，紅外光譜技術(shù)在生物領域中的應用，必將隨著科技水平的提高和其他分析手段的連用而日益增加，并在生物免疫，遺傳等相關(guān)領域發(fā)揮越來越重要的作用。
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