無機(jī)質(zhì)譜和有機(jī)質(zhì)譜技術(shù)在生物樣品檢測(cè)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(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室J.J.Thomson研制的拋物線質(zhì)譜裝置;1919年英國(guó)科學(xué)家F.W.Aston制成了第一臺(tái)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(gè)世紀(jì)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(dòng)著質(zhì)譜進(jìn)入實(shí)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(yàn)檢疫等眾多領(lǐng)域。由于其具有靈敏度高、

2、準(zhǔn)確性好、動(dòng)態(tài)范圍寬、鑒定能力強(qiáng)、易于與各種分離技術(shù)聯(lián)用等優(yōu)點(diǎn)，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(cè)具有極其重要的生物學(xué)和醫(yī)學(xué)意義，是分析科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，但由于其復(fù)雜的基體和極低的含量，又面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本論文著重介紹兩種無機(jī)質(zhì)譜技術(shù)和三種有機(jī)質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)用于生物樣品檢測(cè)的方法和應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一部分工作是將實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)并組建的飛秒激光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(f

3、emtosecond laser ionization time-of-flight mass spectrometry, fs-LI-TOFMS)應(yīng)用于單細(xì)胞生物的元素定性定量檢測(cè)。單細(xì)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(diǎn)之一。本課題組設(shè)計(jì)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(shí)間質(zhì)量分析器相結(jié)合，其性能指標(biāo)處于國(guó)際領(lǐng)先水平;在此基礎(chǔ)上，配合使用目前最為先進(jìn)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(xì)胞生物樣品分析中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明，通過簡(jiǎn)單便捷的樣品前處理，該儀器能實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞樣品中元素含量快速靈敏的無標(biāo)樣定性定量測(cè)定，結(jié)果準(zhǔn)確可靠且檢出限低至飛克級(jí)，性能卓越，從而進(jìn)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(dòng)態(tài)范圍寬、靈敏度高、可同時(shí)進(jìn)行多元素檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，所以ICP-MS特別適合作為生物樣品中元素含量快速檢測(cè)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(cè)和病理生理學(xué)的研究，是許多研究者關(guān)注的問題。通過ICP-MS測(cè)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(duì)照組，再通過多變量分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解釋，可對(duì)泌尿系結(jié)石癥的預(yù)測(cè)、診斷和治療有一定

6、的指導(dǎo)作用;根據(jù)對(duì)結(jié)石成分的分型和結(jié)石區(qū)域的分析從而進(jìn)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(jī)質(zhì)譜為基礎(chǔ)來開展的，而有機(jī)質(zhì)譜檢測(cè)對(duì)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(jī)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(cè)分析，用于進(jìn)一步預(yù)測(cè)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(xué)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(cè)方法進(jìn)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(cè)技術(shù)結(jié)合多變量的數(shù)據(jù)分析方法，能夠有效地對(duì)差異譜進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)泌尿系結(jié)石癥的準(zhǔn)確診斷和治療指導(dǎo)。
　　以上的實(shí)驗(yàn)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?xì)胞生物樣品進(jìn)行快速全面準(zhǔn)確的元素分析。其次，應(yīng)用本課題組的無機(jī)質(zhì)譜和有機(jī)質(zhì)譜方法可以對(duì)血清尿液樣品進(jìn)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