傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析技術(shù)正不斷發(fā)展和進(jìn)步，不僅成功應(yīng)用于蛋白質(zhì)、糖原、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)分析，而且還被用于研究細(xì)胞和組織等更加復(fù)雜的體系，尤其是腫瘤細(xì)胞和組織分析。目前FTIR已廣泛應(yīng)用于生物學(xué)多個(gè)領(lǐng)域中，如細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、免疫學(xué)等等。
FTIR技術(shù)在生物樣品研究中具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1）快速無(wú)損，無(wú)需試劑，樣品用量少，各形態(tài)樣品均適合，不破壞樣品結(jié)構(gòu)，既可研究樣品表面結(jié)構(gòu)，又可研究樣品整體結(jié)構(gòu)；
2）能在分子水平上直接了解研究分子或體系的機(jī)構(gòu)，得到基因生物功能信息，新化學(xué)鍵的形成及類型，以及環(huán)境對(duì)生物樣品的影響；
3）結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，可有效提取復(fù)雜信號(hào)中的有用信息，準(zhǔn)確進(jìn)行成分的定性鑒別和定量分析，而且可以同時(shí)測(cè)定多個(gè)指標(biāo)。
下面力晶小天為大家簡(jiǎn)單介紹一些成熟的應(yīng)用實(shí)例：
1、生物大分子中的應(yīng)用
細(xì)胞是器官和組織的小組成單元，而細(xì)胞是由核酸、蛋白質(zhì)、脂類和糖類等生物大分子組成的。細(xì)胞的紅外光譜由這些分子的振動(dòng)光譜疊加組成，它反映這些組分在細(xì)胞內(nèi)的量及構(gòu)型構(gòu)象等信息，前人整理了人體組織和細(xì)胞的紅外光譜特征吸收頻率和振動(dòng)方式見下表。
我們知道，葡萄糖、低密脂蛋白膽固醇、甘油三酯和尿素是血清中的四種主要代謝成分，也是人體健康和亞健康的重要臨床指標(biāo)，逐漸得到人們的重視，已有學(xué)者建立了用FTIR對(duì)四項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行同時(shí)快速定量檢測(cè)的方法。暨南大學(xué)的尹浩優(yōu)化了全血樣品中血紅蛋白濃度、平均紅細(xì)胞血紅蛋白含量和平均紅細(xì)胞體積三項(xiàng)指標(biāo)的紅外快速檢測(cè)方法，可大范圍篩查地中海貧血癥。還有研究表明，利用FTIR對(duì)人體血清樣本的各種臨床生化指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠快速地提取細(xì)胞變異信息，進(jìn)而及時(shí)控制病變。
2、腫瘤方面的應(yīng)用
近二十年來，很多學(xué)者把FTIR運(yùn)用到早期癌癥診斷上，癌細(xì)胞的基本生物化學(xué)特征是腫瘤的FTIR分析的基礎(chǔ)。與正常組織的紅外光譜相比，腫瘤組織的紅外光譜在峰形、峰強(qiáng)、吸收頻率等方面都有非常顯著的差異。這些差異提示：癌變細(xì)胞和組織中核酸相對(duì)含量增加，糖原或膠原的相對(duì)含量下降，核酸分子中磷酸二酯基團(tuán)的氫鍵結(jié)合力增強(qiáng)，脂質(zhì)中亞甲基鏈變得更無(wú)序。已有很多人通過對(duì)核酸內(nèi)部的磷酸二酯，癌變組織中糖原，蛋白質(zhì)分子中的絲氨酸、蘇氨酸和酷氨酸等吸收峰的檢測(cè)，鑒別胃、食道、乳腺、皮膚、結(jié)腸癌等細(xì)胞，并對(duì)病程進(jìn)展各期：正常→微小病理變化→惡性期做出診斷。
相對(duì)于腫瘤組織和細(xì)胞，尿液和血清樣本更易獲得，電子科技大學(xué)的楊紅霞分別檢測(cè)了兩百多個(gè)癌癥患者的尿液和血清樣本的紅外光譜，驗(yàn)證了癌癥樣本光譜的峰形和峰強(qiáng)與正常人的明顯差異。尤其是用FTIR檢測(cè)血清樣品，診斷的準(zhǔn)確率很高，從而建立了癌癥早期篩查的有效方法。
更多人運(yùn)用蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法，對(duì)癌癥進(jìn)行診斷篩查。紅外光譜法應(yīng)用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的定性和定量分析已有幾十年的歷史，是一種非常成熟的分析方法，人們對(duì)各類蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)紅外吸收峰，以及同類蛋白質(zhì)不同組分的特種頻率和指認(rèn)，都已非常明確。目前，蛋白質(zhì)紅外檢測(cè)方法已廣泛應(yīng)用于藥物研發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量控制和出廠檢測(cè)中，力晶小天將會(huì)在下期為大家介紹蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)內(nèi)容。
3、動(dòng)植物提取物方面的應(yīng)用
動(dòng)物提取物的定性鑒別對(duì)于傳統(tǒng)檢測(cè)方法來說是比較困難的，以動(dòng)物膠類藥材為例，在通過動(dòng)物皮類熬制過程中，膠原蛋白會(huì)分解為更小的肽類，難以鑒別，所以摻假現(xiàn)象普遍。用紅外光譜及其二維光譜可以直觀地對(duì)不同膠類進(jìn)行定性鑒別，還可用于鑒別某種膠的真?zhèn)?。下圖是不同動(dòng)物膠類的紅外原始光譜。
對(duì)于中草藥提取物的FTIR定性鑒別應(yīng)用非常多，例如成分分析、產(chǎn)地鑒別、判斷真?zhèn)?、非法添加檢測(cè)等等，應(yīng)用很普及。FTIR的定量分析方法也給行業(yè)帶來了很多便利，很多中藥提取物因生產(chǎn)工藝和儲(chǔ)存條件的要求，需在生產(chǎn)過程中添加一定量的麥芽糊精。例如用FTIR快速檢測(cè)葛根提取物混合粉末中麥芽糊精含量，可使企業(yè)有效把握提取物質(zhì)量，也可幫助市場(chǎng)監(jiān)管部門有效地監(jiān)督提取物市場(chǎng)以次充好的混亂現(xiàn)象。下圖所示就是葛根粉和麥芽糊精的紅外光譜，以及麥芽糊精的定量標(biāo)準(zhǔn)曲線，精度很高。
軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院儀器分析中心的劉炳玉等人還通過紅外液體池透射法，定量測(cè)定青蒿素和磷酸萘酚奎抗瘧復(fù)方制劑中青蒿素的含量，從而考察復(fù)方的穩(wěn)定性，建立了簡(jiǎn)便、回收率高且精密度好的質(zhì)控方法。
4、人工抗原的鑒定
人工抗原的偶聯(lián)是否成功，抗原合成后的化學(xué)結(jié)構(gòu)是否達(dá)到預(yù)期？用FTIR馬上分析一下，答案立即揭曉，而且結(jié)果非常直觀。
例如諾氟沙星、恩氟沙星、氧氟沙星等藥物在動(dòng)物源食品中的殘留對(duì)人毒副作用很大，甚至有致畸、致癌、致突變等危害，所以含量有嚴(yán)格限定，常采用快速簡(jiǎn)便的酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定技術(shù)（ELISA）檢測(cè)。新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的李超英等人采用碳二亞胺法制備諾氟沙星人工抗原，通過紅外光譜鑒定人工抗原偶聯(lián)是否成功。
如下圖所示，諾氟沙星標(biāo)準(zhǔn)品在1760-1600cm-1和3005-3120cm-1處有強(qiáng)吸收峰，這是羧酸基團(tuán)中羰基和羥基的特征峰，諾氟沙星人工抗原中保留了羰基吸收峰，而羥基吸收峰消失，證明抗原改造和偶聯(lián)成功。
5、生物制劑中的應(yīng)用
FTIR在生物制劑中的異物檢測(cè)中發(fā)揮了非常重要的作用，如生物注射液中的可見異物或雜質(zhì)的鑒別和溯源，藥企可用燈檢法或光散射法初步篩查出有異物的產(chǎn)品，然后將其過濾，將帶有異物的濾膜放置在紅外光譜儀的顯微附件下檢測(cè)，后經(jīng)譜庫(kù)檢索獲得異物化學(xué)成分并判斷其來源。
作為一種快速無(wú)損的分析檢測(cè)方法，紅外光譜技術(shù)在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用，必將隨著科技水平的提高和其他分析手段的連用而日益增加，并在生物免疫，遺傳等相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。
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