分析仪器在生命科学中的应用

生命科学是以生物的生命过程为研究对象，也是生物、化学、物理、数学等学科之间相互渗透形成的交叉学科。以基础科学来讲，未来发展迅速，影响大的可能是生命科学。事实上世界科学技术发达国家都已将生命科学列为优先发展领域。21世纪是生命科学世纪，生命科学的领域主要包括生态平衡、生物化学、医疗诊断、健康保健、医药制造、度品检验、食品营养等。分析仪器发挥了重要作用。

提到今天的生命科学，就不能不提到本领域内头号工程即人类基因研究计划。自1990年正式起动以来，经过全球科学家的共同努力，目前已完成全部人类基因组序列测定工作，这得益探索大分子－核酸、蛋白质、结构与功能的各种仪器手段。如利用基因碱基互补配对制造出来的聚合酶链扩增仪（PCR）。毛细管凝胶电泳仪由于其快速、准确、定量的测定蛋白质、核酸、以及DNA的特点，较传统板凝胶电泳的速度快25倍，大大促进了这一宏伟计划的实现。近年来，一系列质谱软电离技术得到新的发展，使质谱技术发生了突破性的革新，而且使质谱技术在生命科学中的应用得到了很大的扩展。毛细管电泳／质谱联用（CE／MS）仪，已被成功应用于多肽和蛋白质的鉴定中，傅立叶转换离子回旋共振质谱仪(FTI-CR-MS) 己使得在阿托摩文10－18m0.1L-1水平上进行蛋白质鉴定成为可能，基质辅激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS) ，可检测单核苷酸多肽及寡核苷酸的序列分析，液相色谱、电喷雾质谱仪(LC-ESI-MS) 分析糖蛋白，解决了糖生物分子的研究由于基糖链的复杂性及糖蛋白结构分析带来的困难。傅里叶红外光谱仪（FT－IR）可进行蛋白质二级结构的定量分析与蛋白构象变化研究，可跟踪DNA右手螺旋和左手螺旋之间的结构转变，进行核酸的分析。核磁共振仪（NMR），如高场和多维NMR使生命科学研究达到一个新水平，不仅可研究残基不多的糖类和核酸，研究肽和蛋白的相互作用和键合，多维NMR可研究残基多于150个的蛋白的结构，也可研究蛋白的氨基酸序列。用来检测各种体液、血尿、羊水、脑脊髓等，对研究药物代谢和毒物效果极为有用。原子吸收光谱仪（AAS）和电感耦合等离子质谱（ICP－MS）在人体内微量元素的测定中很有意义。许多元素，特别是微量元素，是生物生命，发育所必需的养分，但一些元素，特别是重金属元素，如吸收过量则成为毒素。扫描X－射线显微技术（SXM）分辩率可达10-100nm，可在不染色、不脱水的状态观测生物活体样品。其它的分析仪器如：气相色谱、液相色谱仪、荧光光度计、拉曼光谱仪等在研究生物大分子的结构及其变化，蛋白质二级结构，DNA和致癌物分子间的作用有许多成功的示例。

近年来专用的生命科学分析仪器，如动态心电图仪、超声诊断仪器、磁共振成像仪、血气分析仪、生化分析仪、血细胞分析仪、免疫分析仪都已在临床诊断中实际运用。