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生命科学仪器及其应用的最新进展
编辑: 文章来源: 点击数: 更新日期:2012-06-25
生命科学仪器及其应用的发展非常快。其最新进展归纳如下:
1 向“三超”的发展趋势更明显、发展速度令人赏心悦目
所谓“三超”,就是生命科学仪器向超高速、超微量和超小型方向发展。
(1)超高速:
目前世界上最快的DNA合成仪,2分钟可合成一个碱基;2小时的工作效率,相当于过去25个专业人员手工操作45年的工作量。即它1小时的工作
量。相当于人的手工操作9万小时的工作量。也就是说,工作效率提高了九万倍。可以说,DNA合成仪是生命科学仪器向超高速发展的典范。DNA测序仪是最引人注目的生命科学仪器之一。美国专家科学委员会曾经认为:人类基因组计划限
速的主要因素,在于方法学和仪器跟不上。所以,在90年代中期,他们就要求DNA测序效率在当时的基础上提高510倍。继阿波罗登月计划之后的美国人类基因组计划,在对人类基因全部30亿个核苷酸的序列测定中,美国政府拨款30亿美金,要求用15年时间完成测序。HP企业为此研发的基因芯片测试仪起到了很大的作用(200710月的BCEIA上已经展出),该仪器可测试60万个核苷酸/小时,结果人类基因组计划提前完成了任务。特别值得注意的是,瑞典Phamacia近几年推出的时间分辨荧光免疫测试仪(DEFIA)每秒钟可分析一个样品,每小时可分析3600个样品,而且其灵敏度可达1017mol(Eu),这又是一个生命科学仪器向超高速方向发展的典型例子。2006年,日本岛津推出了超快速的液相色谱(U FLC),进样动作仅需1 0秒钟,分析速度提高10(200710月的BCEIA上已经展出)。这些都是值得注意的最新进展之一。
美国的Waters近几年推出的超高压液相色谱(UPLCTM),其最大操作压力达到1 5000psi,大大提高了分析速度,但不降低分离度。这种仪器更是值得科技工编辑注目。
中国北京普析通用企业近年推出的MB5原子吸取分光光度计,一只五元素灯,一滴血,3秒钟可以同时得到CUZnCaMgFe五种元素含量测试的结果,这也是值得重视的发展之一。
(2)超微量:
荧光分光光度计(FLS)本身就是高灵敏度的生命科学仪器,从原理上讲,FLS就比紫外可见分光光度计(UVS)的灵敏度高23个数量级!继美国的Bear教授用荧光检测器,检测1014molLeu后不久,李昌厚研究组发明了UVFL多功能紫外荧光微量光度计,其荧光(FL)部分能检测到1013mol的亮氨酸(Leu),只需8微升试样,就可得到满意的结果,已获得国家发明奖。2007年,日本的HORIBA推出FluoroMax4超高灵敏度荧光光谱仪,测水的Raman峰信噪比达到4901(350nm激发,397nm的峰信号601988;没有拉曼信号的450nm背景信号14376);目前一般的常规FLS灵敏度(水的拉曼峰信噪比)3000以下,而FluoroMax4接近5000,这在FLS领域是一个了不起的、很值得重视的进展。
原子吸取分光光度计(AAS)是近几年发展特别快的分析仪器之一,检测限可达到1013 g。随着科技的发展、人类生存环境的变化,AAS的应用将越来越广泛。近几年,国际上的科学家发现,很多稀有元素是强致癌物质。美国癌症研究中心报道:人类癌症90%来自有机物(包括微量重金属元素)。而重金属元素的检测,主要用AAS,所以它发展很快。例如:200 6年德国J e n a企业正式推出了商品的ContruAA连续光源AAS,一只灯可分析60多个元素。目前已小批生产。因为一般常规的AAS,一只元素灯只能分析一个样品。所以应该说德国Jena企业的ContruAA连续光源AAS,是AAS的一个革命性的突破。2007年的BCEIA已有展品。还有,原子荧光光度计是我国发明的一种分析仪器,我国已有几家司在生产该类仪器。2005年,北京瑞利企业推出的的AF630640环保型多道原子荧光光度计,获2005BCEIA金奖,它具有8项自主常识产权。是一种很好的生命科学分析仪器,很值得大家重视。
(3 )、超小型
既要超高速、超微量,又要超小型,在同一台仪器上实现是很困难的。而当代生命科学研究工作和许多家用分析仪器,却往往希翼“三超”在同一台
仪器上实现,既要仪器稳定可靠,又要求超小型、占地方小、便于携带。所以,近几年国外陆续出现了茶杯里能放进的水质分析仪、口袋里可放进的葡萄糖检测仪等等超小型生命科学仪器。大家知道,紫外可见分光光度计是生命科学研究中必不可少的分析工具,它被认定为生命科学仪器的主干产品之一。李昌厚研究组研制了一种超小型、多功能微量UVS,它可作为高压液相色谱(HPLCD)、微量紫外可见分光光度计(M u V S)、流动注射分析检测器(FIAD),核酸蛋白分析仪等四种仪器使用,所需试样只有8微升就可得到满意的结果;其体积只有目前国内外常用UVS1516,在中国科学院组织召开的专家鉴定会上,得到了很多专家的好评。2007年的BCEIA会上,我国上海精科企业的便携式气相色谱GC190GC128、北京东西分析的光离子化便携式气相色谱仪、北京普析通用企业的小型紫外可见分光光度计T6、上海光谱企业的超小型紫外分光光度计UV、美国哈希的超小型荧光、超小型拉曼等等,都是国际上超小型生命科学仪器飞速发展的典型例子。特别值得注意的是我国天瑞仪器有限企业,他们最近推出的EDX PocketIIX荧光分析仪,是全球同类仪器中体积最小、重量最轻的x荧光分析仪,但是检测灵敏度可到达ppm级别,值得大家重视,值得中国人骄傲。
2 联用技术的发展令人眼花缭乱、耳目一新:
现代科学仪器的发展,与方法学的突破有密切关系。往往一个新的方法的突破,会带动一大片学科的发展,生命科学仪器的发展,可以说是一个典型例
子。大家可以说:新的联用技术的发展,是当前生命科学仪器发展的一大特征;往往一个方法、一台仪器不能解决的生命科学领域中的分析测试问题,几种方法或几台仪器联用,问题就迎刃而解了。
下面举几个例子,说明生命科学领域中联用技术(包括仪器和应用)最新的突破性进展:
(1)最近,岛津推出了最新型的AXIMATOF2一新一代MALDI CID MSMS联用仪,它具有高精度、良好的重复性、操作简单、适用面广等特点。它的主要应用领域为:蛋白质组学解决方案、L C MALDI综合工具包、识别生物标志物、功能基因组学等领域:完全能满足生命科学领域、生物技术领域的从最简单到全自动化分析的要求(2007年的BcEIA会上有展品)。这种联用仪器,在蛋白质组学、功能基因组学、很多生物技术领域的研究工作中,将有非常广阔的应用前景。
(2)2006年,我国上海复旦大学与上海精科企业联合攻关的LCMS项目,取得了很好的成果;LCMS两项技术都有重要突破,有自主常识产权。Lc部分没有机械部件,减少了机械摩擦、振动,大大提高了仪器的可靠性,是属于世界首创的科研成果。
该仪器的灵敏度很高,可达nL级的检测限。该项目已经顺利通过了上海市科委的攻关项目成果验收。目前,正在由上海精科企业产业化。
(3)FIA F4010FLS联用技术开发研制成功:
李昌厚研究小组将只能分析三种有天然荧光的氨基酸的荧光分光光度计(F LS)仪器(日本日立企业生产的F4010FLS),与流动注射分析(FIA)仪器联用,组成一台新的分析系统,称之为FIAF40 1 0FLS流动注射一荧光分光光度计。该仪器将高压液相色谱(HPLC)技术中的柱后衍生法引到荧光分光光度计中来,充分利用FIA的功能,利用OPA或茚三酮,把不发荧光的氨基酸转换成发荧光的氨基酸,可以分析地球上全部21种氨基酸。大家用它作了许多工作,解决了许多问题。用它来分析各种氨基酸,最小检测灵敏度可达到1012mol(Leu),与国际上报道的分析测试结果完全一致。引起了国际上同行的高度重视。
(4)FIA与原子吸取分光光度计(AA s)联用,使AAS发生了革命性的变化:
FIA仪器和应用目前在国际上发展很快,有的分析化学家认为它给分析化学带来了革命性的变化,给生命科学带来了突破性进展;方肇和WELZ认为:FIAAAS联机,使AAS产生了一场革命,人们过去不能做的工作(海水中有些微量元素的分析),现在可做了;过去无法说明的理论问题(AAS的峰拖尾),现在已能说明了。
过去,AAS的分析速度比较慢,一般经过前处理后的样品,也需要152O分钟才能完成分析工作,有些样品的分析时间还会长。如果加上样品的前处理,所需时间就更长。现在,FIA+AAS组成新的分析系统后,每小时可作200个样品。可以说,联用技术,给AAS仪器带来了革命性的变化。
(5)专用砷形态分析仪器的问世
“地砷病”是由于砷中毒而引起的一种疾病。目前,“地砷病”是全世界最可怕的一种疾病之一,它特别容易癌变。过去,没有很灵敏的检测手段。我国卫生部请清华大学和北京普析通用企业联合攻关“地砷病”的专用检测仪器, 2005年,他们研制成功专用As9O型砷形态分析仪,当年获得BCEIA金奖。已由北京普析通用企业实现了产业化。该仪器是一种用AASHPLC联用的仪器,AAS作为HPLC的检测器,实现对III价砷(剧毒)V价砷(无毒)的检测。国外只有日本岛津有6800AAS+ “冷阱捕集一还原气化”原理的同类仪器,但灵敏度没有专用的、用HPLC做检测器的As9 0高。北京瑞利企业推出的AF610D2型色谱一原子荧光联用仪具有中国特色。它也是用液相色谱分离手段,用原子吸取分光光度计作检测器的联用仪器,具有分析灵敏度高、线性范围宽、结构简单等优点,也是联用技术的重要进展之一,很值得重视。
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