分析儀器在生命科學(xué)中的應(yīng)用

生命科學(xué)是以生物的生命過(guò)程為研究對(duì)象，也是生物、化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科之間相互滲透形成的交叉學(xué)科。以基礎(chǔ)科學(xué)來(lái)講，未來(lái)發(fā)展迅速，影響大的可能是生命科學(xué)。事實(shí)上世界科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都已將生命科學(xué)列為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。21世紀(jì)是生命科學(xué)世紀(jì)，生命科學(xué)的領(lǐng)域主要包括生態(tài)平衡、生物化學(xué)、醫(yī)療診斷、健康保健、醫(yī)藥制造、度品檢驗(yàn)、食品營(yíng)養(yǎng)等。分析儀器發(fā)揮了重要作用。

提到今天的生命科學(xué)，就不能不提到本領(lǐng)域內(nèi)頭號(hào)工程即人類基因研究計(jì)劃。自1990年正式起動(dòng)以來(lái)，經(jīng)過(guò)全球科學(xué)家的共同努力，目前已完成全部人類基因組序列測(cè)定工作，這得益探索大分子－核酸、蛋白質(zhì)、結(jié)構(gòu)與功能的各種儀器手段。如利用基因堿基互補(bǔ)配對(duì)制造出來(lái)的聚合酶鏈擴(kuò)增儀（PCR）。毛細(xì)管凝膠電泳儀由于其快速、準(zhǔn)確、定量的測(cè)定蛋白質(zhì)、核酸、以及DNA的特點(diǎn)，較傳統(tǒng)板凝膠電泳的速度快25倍，大大促進(jìn)了這一宏偉計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，一系列質(zhì)譜軟電離技術(shù)得到新的發(fā)展，使質(zhì)譜技術(shù)發(fā)生了突破性的革新，而且使質(zhì)譜技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用得到了很大的擴(kuò)展。毛細(xì)管電泳／質(zhì)譜聯(lián)用（CE／MS）儀，已被成功應(yīng)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(jìn)行蛋白質(zhì)鑒定成為可能，基質(zhì)輔激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS) ，可檢測(cè)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(fù)雜性及糖蛋白結(jié)構(gòu)分析帶來(lái)的困難。傅里葉紅外光譜儀（FT－IR）可進(jìn)行蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的定量分析與蛋白構(gòu)象變化研究，可跟蹤DNA右手螺旋和左手螺旋之間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，進(jìn)行核酸的分析。核磁共振儀（NMR），如高場(chǎng)和多維NMR使生命科學(xué)研究達(dá)到一個(gè)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(gè)的蛋白的結(jié)構(gòu)，也可研究蛋白的氨基酸序列。用來(lái)檢測(cè)各種體液、血尿、羊水、腦脊髓等，對(duì)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(cè)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(guò)量則成為毒素。掃描X－射線顯微技術(shù)（SXM）分辯率可達(dá)10-100nm，可在不染色、不脫水的狀態(tài)觀測(cè)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(jì)、拉曼光譜儀等在研究生物大分子的結(jié)構(gòu)及其變化，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)，DNA和致癌物分子間的作用有許多成功的示例。

近年來(lái)專用的生命科學(xué)分析儀器，如動(dòng)態(tài)心電圖儀、超聲診斷儀器、磁共振成像儀、血?dú)夥治鰞x、生化分析儀、血細(xì)胞分析儀、免疫分析儀都已在臨床診斷中實(shí)際運(yùn)用。