分析儀器在生命科學中的應用

生命科學是以生物的生命過程為研究對象，也是生物、化學、物理、數(shù)學等學科之間相互滲透形成的交叉學科。以基礎科學來講，未來發(fā)展迅速，影響大的可能是生命科學。事實上世界科學技術發(fā)達國家都已將生命科學列為優(yōu)先發(fā)展領域。21世紀是生命科學世紀，生命科學的領域主要包括生態(tài)平衡、生物化學、醫(yī)療診斷、健康保健、醫(yī)藥制造、度品檢驗、食品營養(yǎng)等。分析儀器發(fā)揮了重要作用。

提到今天的生命科學，就不能不提到本領域內(nèi)頭號工程即人類基因研究計劃。自1990年正式起動以來，經(jīng)過全球科學家的共同努力，目前已完成全部人類基因組序列測定工作，這得益探索大分子－核酸、蛋白質(zhì)、結(jié)構與功能的各種儀器手段。如利用基因堿基互補配對制造出來的聚合酶鏈擴增儀（PCR）。毛細管凝膠電泳儀由于其快速、準確、定量的測定蛋白質(zhì)、核酸、以及DNA的特點，較傳統(tǒng)板凝膠電泳的速度快25倍，大大促進了這一宏偉計劃的實現(xiàn)。近年來，一系列質(zhì)譜軟電離技術得到新的發(fā)展，使質(zhì)譜技術發(fā)生了突破性的革新，而且使質(zhì)譜技術在生命科學中的應用得到了很大的擴展。毛細管電泳／質(zhì)譜聯(lián)用（CE／MS）儀，已被成功應用于多肽和蛋白質(zhì)的鑒定中，傅立葉轉(zhuǎn)換離子回旋共振質(zhì)譜儀(FTI-CR-MS) 己使得在阿托摩文10－18m0.1L-1水平上進行蛋白質(zhì)鑒定成為可能，基質(zhì)輔激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS) ，可檢測單核苷酸多肽及寡核苷酸的序列分析，液相色譜、電噴霧質(zhì)譜儀(LC-ESI-MS) 分析糖蛋白，解決了糖生物分子的研究由于基糖鏈的復雜性及糖蛋白結(jié)構分析帶來的困難。傅里葉紅外光譜儀（FT－IR）可進行蛋白質(zhì)二級結(jié)構的定量分析與蛋白構象變化研究，可跟蹤DNA右手螺旋和左手螺旋之間的結(jié)構轉(zhuǎn)變，進行核酸的分析。核磁共振儀（NMR），如高場和多維NMR使生命科學研究達到一個新水平，不僅可研究殘基不多的糖類和核酸，研究肽和蛋白的相互作用和鍵合，多維NMR可研究殘基多于150個的蛋白的結(jié)構，也可研究蛋白的氨基酸序列。用來檢測各種體液、血尿、羊水、腦脊髓等，對研究藥物代謝和毒物效果極為有用。原子吸收光譜儀（AAS）和電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP－MS）在人體內(nèi)微量元素的測定中很有意義。許多元素，特別是微量元素，是生物生命，發(fā)育所必需的養(yǎng)分，但一些元素，特別是重金屬元素，如吸收過量則成為毒素。掃描X－射線顯微技術（SXM）分辯率可達10-100nm，可在不染色、不脫水的狀態(tài)觀測生物活體樣品。其它的分析儀器如：氣相色譜、液相色譜儀、熒光光度計、拉曼光譜儀等在研究生物大分子的結(jié)構及其變化，蛋白質(zhì)二級結(jié)構，DNA和致癌物分子間的作用有許多成功的示例。

近年來專用的生命科學分析儀器，如動態(tài)心電圖儀、超聲診斷儀器、磁共振成像儀、血氣分析儀、生化分析儀、血細胞分析儀、免疫分析儀都已在臨床診斷中實際運用。