激光分析在生命科學中的應用

在前面幾節中已涉及到生命科學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定等。在這一節里，將著重生物分子的結構分析和活體分析。
　　在生物分子的振動光譜和分子結構分析中，RS 是一個有力工具。特別是高靈敏度的SERS ，大大地增強了RS 在生物分子研究中的能力，使它在生物分子的定性、定量測定，在生物分子構型、表面吸附狀態等研究中成為一種非常強有力的武器。因為大部分生物分子在UV 區有吸收，隨著UV 激光技術的進展，用UV 激光激發的UV 拉曼光譜和共振拉曼光譜，將會在生物分子結構研究中占據重要地位。
　　在生物大分子分析中，一個重要問題是分子量的測定。MS 是分子量測定的最好工具。對于MS ，要求樣品本身是氣相的或能夠被轉化為氣相。生物分子恰恰是不易轉化成氣相的。當蒸發時，生物分子崩潰為碎片。因此，長期以來曾尋求一種準確、靈敏的方法測定像蛋白質、碳水化合物等生物高聚物分子量的方法。過去20 年間，在蒸發和電離生物高聚物的技術上作了很大努力，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譜法（matrix-assistea laser desorption-ionization mass spectroscopy , MALDI-MS ）是1988 年才出現的一種新的MS 進樣技術，它在高分子量生物分子和其他不蒸發物質的MS 分析中的重要意義，很快就為人們所關注，近年研究異常活躍，報道激增。測厚儀| 測速儀| 轉速表| 壓力表| 壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機| 扭力計| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計|
　　MALDI MS 法常用UV 或IR 脈沖激光，脈寬在1～100ns 。聚焦激光產生的離子，實際上是在空間和時間上的一點，能非常理想地與飛行時間質譜計結合。目前常用基體有煙酸、芥子酸、琥珀酸、甘油、尿素、Tris 緩沖液等。樣品制備簡單快速。能用于各種蛋白質分析，實際靈敏度約1pmol（進入MS 計），在優化條件下，能檢出lfmol 的蛋白質。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 可分析一個樣品），某些高濃度基體的存在不影響Ms 分析的特點。這意味著在導入MS 計前無需除去生化處理過程中所用的緩沖液和鹽，為它與HPLC 和HPCE 的直接藕聯提供了方便。下圖是一個典型的例子??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，主要形成分子或準分子，在高功率密度下，得到大量的MS 碎片，從而可獲得結構信息。此法正在完善和推廣應用之中，可以預料，今后將會在下面幾個方面擴大應用：① 將微柱LC 和CZE ( Capillary zone electrophoresis ）禍合到LDIMS 計，直接與濕法分離技術藕合；② 用于DNA 碎片超快序列分析；③ 將此離子源用于其它MS 計，作多肽和小分子蛋白質分析。

　　在生命科學中，激光光聲和光熱光譜分析有著另一些重要的應用。光聲和光熱檢測基于樣品的真正吸收，可檢測高反射、高散射和不透明樣品，以及可進行深度輪廓無損剖析、分層結構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，大多數生物樣品具有高散射特點，它的形狀和狀態使得它難以直接用普通光譜法測定，而采用PA 、PT 光譜，試樣無需作特別的處理即可得到有關光吸收的光譜信息。例如，用PT 法測定白血病患者和正常人單個白細胞的光熱光譜，便可對單個活細胞進行光譜化學研究。在生物材料的形態分析中，PA 、PT 也有獨到之處。根據光聲理論，熱擴散長度與調制頻率有關，改變調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構的PAS ，用這個方法研究了植物葉子的分層結構及人體皮膚對藥物吸收后的滲透行為。PA 和PT 技術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、能量轉換過程和放氧過程、光合作用強度和植物呼吸強度等。特別是超短脈沖光聲技術，被認為是研究光合作用放氧過程的最佳方法。