無機質(zhì)譜和有機質(zhì)譜技術(shù)在生物樣品檢測中的方法和應(yīng)用.pdf

1、質(zhì)譜(mass spectrometry，MS)技術(shù)的歷史可追溯到1913年前后由英國劍橋大學卡文迪許實驗室J.J.Thomson研制的拋物線質(zhì)譜裝置;1919年英國科學家F.W.Aston制成了第一臺速度聚焦型磁質(zhì)譜儀，成為了質(zhì)譜發(fā)展史上的里程碑。一個世紀以來，質(zhì)譜技術(shù)在離子化方法、接口技術(shù)及聯(lián)用手段等方面的迅速發(fā)展推動著質(zhì)譜進入實用化階段，廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)考古、生命醫(yī)藥、食品安全、環(huán)境分析以及檢驗檢疫等眾多領(lǐng)域。由于其具有靈敏度高、

2、準確性好、動態(tài)范圍寬、鑒定能力強、易于與各種分離技術(shù)聯(lián)用等優(yōu)點，近年來已經(jīng)成為生物樣品定性定量研究中不可或缺的手段之一。
　　生物樣品的檢測具有極其重要的生物學和醫(yī)學意義，是分析科學的研究熱點之一，但由于其復(fù)雜的基體和極低的含量，又面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。本論文著重介紹兩種無機質(zhì)譜技術(shù)和三種有機質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)用于生物樣品檢測的方法和應(yīng)用。主要研究內(nèi)容如下:
　　第一部分工作是將實驗室自行設(shè)計并組建的飛秒激光電離飛行時間質(zhì)譜儀(f

3、emtosecond laser ionization time-of-flight mass spectrometry, fs-LI-TOFMS)應(yīng)用于單細胞生物的元素定性定量檢測。單細胞元素分析，由于受到分析尺度和檢出限的限制，是目前研究的難點之一。本課題組設(shè)計研發(fā)的LI-TOFMS系統(tǒng)將工作于低氣壓下的高能激光電離源與正交式飛行時間質(zhì)量分析器相結(jié)合，其性能指標處于國際領(lǐng)先水平;在此基礎(chǔ)上，配合使用目前最為先進的飛秒激光器，組成fs

4、-LI-TOFMS系統(tǒng)。本研究主要介紹了這一新型儀器在單細胞生物樣品分析中的應(yīng)用。實驗證明，通過簡單便捷的樣品前處理，該儀器能實現(xiàn)單細胞樣品中元素含量快速靈敏的無標樣定性定量測定，結(jié)果準確可靠且檢出限低至飛克級，性能卓越，從而進一步拓展了本課題組儀器的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　第二部分工作是將電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)應(yīng)用于血清尿液樣品的

5、元素分析。ICP-MS具有分析速度快、動態(tài)范圍寬、靈敏度高、可同時進行多元素檢測的優(yōu)點，所以ICP-MS特別適合作為生物樣品中元素含量快速檢測的手段。泌尿系結(jié)石癥是一種常見而又復(fù)雜的多發(fā)性泌尿系統(tǒng)疾病，該疾病的非侵入性診斷預(yù)測和病理生理學的研究，是許多研究者關(guān)注的問題。通過ICP-MS測定結(jié)石患者的血清和尿液樣品中各種元素的含量，并以正常人為對照組，再通過多變量分析等統(tǒng)計學方法對數(shù)據(jù)進行分析解釋，可對泌尿系結(jié)石癥的預(yù)測、診斷和治療有一定

6、的指導(dǎo)作用;根據(jù)對結(jié)石成分的分型和結(jié)石區(qū)域的分析從而進一步提供泌尿結(jié)石疾病的病因?qū)W研究依據(jù)。
　　前兩部分工作都是以無機質(zhì)譜為基礎(chǔ)來開展的，而有機質(zhì)譜檢測對象是樣品中的分子及其碎片，信息量大，與生理疾病關(guān)系更為密切，所以第三部分工作是將有機質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用于血清和尿液樣品中分子層面的檢測分析，用于進一步預(yù)測和診斷泌尿系結(jié)石癥?；|(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜(matrix-assisted laser desorption/ionizatio

7、n mass spectrometry，MALDI-MS)、電噴霧傅里葉變換質(zhì)譜(electrospray ionization Fourier transform mass spectrometry,ESI-FTMS)和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS)等技術(shù)，都是目前生命科學領(lǐng)域最常用的分離分析和鑒定技術(shù)，可用于考察這些檢測方法進行疾病診斷的潛力。我們的研

8、究結(jié)果表明:泌尿系結(jié)石癥患者相較于健康人具有顯著的代謝譜差異，基于質(zhì)譜的檢測技術(shù)結(jié)合多變量的數(shù)據(jù)分析方法，能夠有效地對差異譜進行檢測，從而實現(xiàn)對泌尿系結(jié)石癥的準確診斷和治療指導(dǎo)。
　　以上的實驗研究說明，本課題組自行搭建的元素質(zhì)譜（fs-LI-TOFMS系統(tǒng)）能夠?qū)渭毎飿悠愤M行快速全面準確的元素分析。其次，應(yīng)用本課題組的無機質(zhì)譜和有機質(zhì)譜方法可以對血清尿液樣品進行元素和分子分析，利用多變量的數(shù)據(jù)分析方法來解釋由質(zhì)譜方法獲得的