分析儀器在生命科學中的應用

生命科學是以生物的生命過程為研究對象，也是生物、化學、物理、數學等學科之間相互滲透形成的交叉學科。以基礎科學來講，未來發展迅速，影響大的可能是生命科學。事實上世界科學技術發達國家都已將生命科學列為優先發展領域。21世紀是生命科學世紀，生命科學的領域主要包括生態平衡、生物化學、醫療診斷、健康保健、醫藥制造、度品檢驗、食品營養等。分析儀器發揮了重要作用。

提到今天的生命科學，就不能不提到本領域內頭號工程即人類基因研究計劃。自1990年正式起動以來，經過全球科學家的共同努力，目前已完成全部人類基因組序列測定工作，這得益探索大分子－核酸、蛋白質、結構與功能的各種儀器手段。如利用基因堿基互補配對制造出來的聚合酶鏈擴增儀（PCR）。毛細管凝膠電泳儀由于其快速、準確、定量的測定蛋白質、核酸、以及DNA的特點，較傳統板凝膠電泳的速度快25倍，大大促進了這一宏偉計劃的實現。近年來，一系列質譜軟電離技術得到新的發展，使質譜技術發生了突破性的革新，而且使質譜技術在生命科學中的應用得到了很大的擴展。毛細管電泳／質譜聯用（CE／MS）儀，已被成功應用于多肽和蛋白質的鑒定中，傅立葉轉換離子回旋共振質譜儀(FTI-CR-MS) 己使得在阿托摩文10－18m0.1L-1水平上進行蛋白質鑒定成為可能，基質輔激光解吸電離飛行時間質譜(MALDI-TOF-MS) ，可檢測單核苷酸多肽及寡核苷酸的序列分析，液相色譜、電噴霧質譜儀(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雜性及糖蛋白結構分析帶來的困難。傅里葉紅外光譜儀（FT－IR）可進行蛋白質二級結構的定量分析與蛋白構象變化研究，可跟蹤DNA右手螺旋和左手螺旋之間的結構轉變，進行核酸的分析。核磁共振儀（NMR），如高場和多維NMR使生命科學研究達到一個新水平，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個的蛋白的結構，也可研究蛋白的氨基酸序列。用來檢測各種體液、血尿、羊水、腦脊髓等，對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譜（ICP－MS）在人體內微量元素的測定中很有意義。許多元素，特別是微量元素，是生物生命，發育所必需的養分，但一些元素，特別是重金屬元素，如吸收過量則成為毒素。掃描X－射線顯微技術（SXM）分辯率可達10-100nm，可在不染色、不脫水的狀態觀測生物活體樣品。其它的分析儀器如：氣相色譜、液相色譜儀、熒光光度計、拉曼光譜儀等在研究生物大分子的結構及其變化，蛋白質二級結構，DNA和致癌物分子間的作用有許多成功的示例。

近年來專用的生命科學分析儀器，如動態心電圖儀、超聲診斷儀器、磁共振成像儀、血氣分析儀、生化分析儀、血細胞分析儀、免疫分析儀都已在臨床診斷中實際運用。