現代有機及生物分析新方法新技術的研制開發(fā)及應用*

張來新

（寶雞文理學院化學化工學院，陜西寶雞721013）

現代有機及生物分析新方法新技術的研制開發(fā)及應用*

張來新*

（寶雞文理學院化學化工學院，陜西寶雞721013）

本文簡要介紹了現代有機分析的產生發(fā)展及應用；重點介紹了：（1）現代有機及生物分析儀器設備、試劑及相關產品的研制與開發(fā)；（2）現代有機及生物分析在醫(yī)藥學檢測與分析中的應用。并對現代有機分析的發(fā)展進行了展望。

現代有機及生物分析；新方法；新技術；應用

現代有機分析是有機化學和分析化學相互交融相互滲透而發(fā)展起來的一門熱門新興邊緣學科。二十世紀以來，基于測量物質的理化性質，大量的新型分析儀器被發(fā)明，高靈敏度、高選擇性的測量新方法新技術使現代有機分析被建立起來。近年來由于生命科學、材料科學、資源與能源科學、信息科學、環(huán)境科學及醫(yī)藥學的發(fā)展和進步促進了現代有機分析化學的迅猛發(fā)展，一些用于復雜體系、超痕量組分、特殊環(huán)境和特殊要求的新測定方法和新測量技術將與時俱進的發(fā)展和問世。今天，在分子生物學、天然有機化學、有機合成、醫(yī)藥學以及石油化工、工業(yè)、農業(yè)、環(huán)境科學、材料科學、生命科學、能源科學以及國防科學領域中，無論從基礎研究方面或是實際生產控制方法，現代有機分析所起的作用是毋庸贅言的。

1 現代有機分析及生物分析儀器設備試劑及相關產品的研制與開發(fā)

1.1 基于巰基烯點擊化學的毛細管電色譜手性開管柱的制備研究

毛細管電色譜開管柱具有制備過程簡單，耗時少，且無需柱端塞子等優(yōu)點[1]。因為電滲流為塞子型平推流，開管柱能提供高柱效，故其在各種物質的分離分析研究中被廣泛應用[2]。電色譜開管柱的制備方法主要有3種：涂布聚合物固定相、表面粗糙化后鍵合固定相和凝膠（Sol-gel）技術。廣西師范大學的呂清慧等人采用巰基-烯點擊化學方法，將合成的巰基化-β-環(huán)糊精鍵合到烯基化的毛細管內，得到手性毛細管開管柱，以磷酸鹽緩沖液-甲醇混合液為流動相，用電色譜手性毛細管開管柱拆分了酪氨酸對映體[3]，其分離效果良好。該方法期望被用于其他手性氨基酸的拆分。

1.2 基于ZIF-8的有機聚合物整體柱的制備研究

整體柱是一種用有機或無機聚合方法在色譜柱內進行原位聚合的連續(xù)床固定相，具有制備方法簡單，內部結構均勻，通透性、重現性好，柱效高，固定相表面易于改性，無需制備塞子和可進行快速分離等優(yōu)點。金屬-有機骨架材料（MOFs）是一種新型有機-無機雜化材料，因具有易于制備、比表面積大、孔隙度高、結構多樣等特點而廣泛應用于氣體儲存、催化、傳感、分離以及生物醫(yī)學等領域。為了結合MOFs的整體優(yōu)點，廣西師范大學的楊勝超等人采用甲基丙烯酸十八烷基酯（SMA）為單體，以分散有多孔沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8）的乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）為交聯劑，異戊醇和1,4-丁二醇為致孔劑，偶氮二異丁睛（AIBN）為引發(fā)劑，通過熱引發(fā)原位聚合制備有機整體柱，用于毛細管液相色譜分離多環(huán)芳烴。所制備的整體柱包含有ZIF-8，結合了ZIF-8和整體柱的分離優(yōu)勢，不僅增加了整體柱的比表面積，而且疏水性的ZIF-8會增強其與多環(huán)芳烴之間的作用[4]。該研究期望能在分析分離科學中得到廣泛應用。

2 現代有機及生物分析分析在醫(yī)藥學檢測與分析中的應用

2.1 高速逆流色譜分離純化千層塔中的石杉堿甲

石杉堿甲是由石杉科植物千層塔中提取的一種生物堿，是一種高效乙酰膽堿酯酶抑制劑，具有提高記憶的功能，是治療老年癡呆癥的一個有開發(fā)前景的藥物，國內已經將石杉堿甲開發(fā)用于臨床，其在治療老年性癡呆癥的過程中取得了顯著療效。為了獲得更多更純的石杉堿甲，廣西大學的樊希望等人以千層塔粗提物為原料，建立了高速逆流色譜分離純化石杉堿甲的純化工藝[5]，優(yōu)化了兩相溶劑體系的組成及配比。優(yōu)化后的分離純化溶劑體系為正己烷-正丁醇-甲醇-水，其體積比為1∶3∶2∶6，實驗溫度為室溫，主機轉速為850r·min-1，正向洗脫，流動相流速為2.0mL·min-1，上相做固定相，下相為流動相。其分離提取效果令人滿意。

2.2 苦參堿對吖啶橙-茜素紅體系的熒光猝滅效應及其在分析中的應用

苦參堿是由豆科植物苦參的干燥根、植株、果實經乙醇等溶劑提取出的一種生物堿，主要功能為清熱、殺蟲、利尿、祛濕，用于治療血痢、便血、黃疸、瘙癢、腳氣、燒傷等。還可以用于抗心律失常、抗腫瘤、抗病毒、抗過敏、抗肝損傷、降血脂、降壓等作用，在畜牧禽業(yè)上主要用于治療畜禽的痢疾、疥癬等，在農業(yè)上是廣泛使用的殺蟲劑。為了檢測食物食品的安全性和醫(yī)學藥用安全性，廣西大學的王曉軍等人利用苦參堿對吖啶橙-茜素紅體系的熒光猝滅效應規(guī)律建立了一種檢測苦參堿含量的新方法。即他們的研究發(fā)現，在pH=5～6酸度條件下，當-茜素紅和吖啶橙混合時，茜素紅能使吖啶橙熒光少量猝滅，加入適量苦參堿，由于其分子的N上有未成鍵孤對電子，可與電子接受體茜素紅發(fā)生電荷轉移反應，形成一種絡合物，該絡合物最大吸收波長與吖啶橙最大發(fā)射波長吻合，絡合物和吖啶橙之間能夠跟發(fā)生有效能量轉移使吖啶橙的熒光強度減弱更明顯，熒光信號的減弱程度與苦參堿加入量成良好的線性關系。據此建立了吖啶橙-茜素紅體系的熒光猝滅法測定苦參堿含量的新方法[6]。該方法成本低、簡單、快速、準確性高，適用于測定食物中殘留農藥苦參堿的含量，也適用于測定人類藥用品中苦參堿的含量。

2.3 等溫滴定微量熱法、圓二色譜法研究一種原兒茶酸衍生物與人血清白蛋白相互作用

原兒茶酸可從鱗始蕨科植物烏蕨葉及冬青科植物冬青葉中提取。原兒茶酸及其衍生物具有抗菌、祛痰、平喘作用，臨床上用于治療慢性氣管炎。因而，原兒茶酸是一種具有生理活性的酚酸。為此廣西大學的何藝鑫等人用止血芳酸對其進行結構修飾，合成了一種全新的原兒茶酸衍生物，4-[（3', 4'-二羥基苯甲酰胺基）甲基]苯甲酸鈉。利用分子對接法、等溫滴定微量熱法（ITC）圓二色譜法（CD）研究了該衍生物與人血清白蛋白（HSA）的相互作用。并利用等溫滴定微量熱法計算了兩者相互作用的結合常數、焓變、熵變及吉布斯自由能等熱力學數據，得出二者結合是疏水作用與氫鍵作用協(xié)同作用的結果[7]。其中疏水作用是二者結合的主要推動了。該研究期望能在生命科學、醫(yī)藥學、生物學及分析分離科學中得到應用。

2.4 桃兒七中活性成分的高效液相色譜分析

桃兒七屬于“太白七藥”之一，具有神奇的抗癌作用。還具有活血調經、止咳平喘、健脾利濕之功效。是非常重要的名貴中藥。為此，中國科學院西北高原生物研究所的王萍等人建立了測定桃兒七中多種活性成分及含量的分析方法，對不同產地的桃兒七藥材進行品質評價。即建立了HPLC色譜柱，以甲醇-0.1%醋酸溶液按梯度洗脫[8]，結果發(fā)現：4’-去甲鬼臼毒素、鬼臼毒素-4-0-β-D-葡萄糖苷、槲皮素、鬼臼素、山奈酚和去氧鬼臼素對照濃度在一定的范圍內與峰面積呈良好的線性關系，平均回收率在98.4%～100.7%。故該方法操作簡便，結果準確可靠，可同時測定桃兒七中木脂素及黃酮類成分含量，從而為桃兒七藥材的品質評價提供了一個簡易可行、準確快速、特征性強的新的分析方法。

2.5 利用核酸適體-分子信標均相生物傳感熒光檢測腺苷

腺苷是一種內源性核苷，是生物體內的重要成分之一，它不僅參與能量代謝，而且是生命遺傳物質的組成部分，能參與血管神經舒張活動，具有抗心律失常的功效，對神經元活動和脂肪組織的形態(tài)有顯著地調節(jié)作用。在中樞神經系統(tǒng)中，腺苷參與眾多生理和病理過程，腺苷最直接的作用是增加血流量，減少心肌的耗氧量等等。同時也是三磷酸腺苷的重要組成部分，對人體功能具有極其重要的作用。因此，腺苷的檢測意義重大。為此廣西師范大學的趙麗敏等人建立了一種基于核酸適體-分子信標均相生物傳感熒光檢測腺苷的新方法，即體系由腺苷適體，互補DNA和5'端標記熒光素，3'端標記猝滅劑的DNA發(fā)夾分子信號探針等3種DNA鏈組成。在無腺苷存在時，適體與互補DNA雜交，發(fā)夾探針不能被打開，體系的熒光猝滅。當有腺苷存在時，腺苷與適體結合，互補DNA信號探針雜交，發(fā)夾打開，體系的熒光恢復，根據熒光的強度可實現對腺苷的定量檢測[9]。該方法選擇性良好，在實際樣品測定中不需分離，應用于人類血清樣品的分析，獲得了滿意的結果。

2.6 苦檻藍花及果實的揮發(fā)油化學成分的分析

苦檻藍原是隸屬于苦檻藍科的雙子葉植物。在我國只有苦檻藍1種。研究表明，苦檻藍具有多種生物活性，如苦檻藍揮發(fā)油對小菜蛾成蟲具有強烈的驅避作用。為進一步發(fā)掘其藥用潛力和昆蟲驅避活性，華南農業(yè)大學的郭育輝等人將苦檻藍花果晾干粉碎，采用同時蒸餾萃取提取揮發(fā)油的方法，結合GC-MS進行成分分析，依據物質的結構和性質分析，分別檢測出21、28個化合物[10]，主要含有倍半萜類、單萜類、脂肪酸、醇類、酮類等。從而為進一步發(fā)掘其藥用潛力提供了理論和應用依據。

綜上所述：現代有機及生物分析在當今的各學科中無處不有。它集化學、物理學、數學、統(tǒng)計學、計算機科學、環(huán)境科學和信息科學的先進成果，去研究物質的組成、結構和含量等，是人們認識客觀物質世界的顯微鏡。毫無疑問，現代有機及生物分析已成為“為人類未來的生活、生存、文明進步及可持續(xù)發(fā)展提供安全保障的關鍵科學”。正如1991年IUPAC國際分析科學會議主席E.NiKi教授所言：新世紀是光明還是黑暗，取決于人類在能源與資源科學、信息科學、生命科學、環(huán)境科學四大領域的進步，而取得這些領域進步的關鍵問題是依賴于現代有機分析化學。與此同時，隨著科學技術的發(fā)展，現代有機及生物分析正朝著靈敏、準確、特新、微量化、自動化、在線分離檢測的方向發(fā)展。我們可預言，現代有機及生物分析的明天會更輝煌。

［1］LIU Xi,LIU Xiaoling,LI Min,et al.Application of graphene as the stationary phase for open-tubular capillary electochromatographg［J］.Journal ofChromatographyA,2013,1277:93-97.

［2］LI Min,LIU Xi,JIANG Fengyi,et al.Enantioselective open-tubular capillary electrochromatography using cyctodextrin-modified gold nanoparticles as stationary phase［J］.Journal of Chromatography A, 2011,1218（23）:3725-3729.

［3］呂清慧,楊勝超,沈淑芳,等.基于巰基-烯點擊化學的毛細管電色譜手性開管柱的制備研究［C］.全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集,南寧廣西大學,2013年10月, P277-278.

［4］楊勝超,呂清慧,張聰,等.基于ZIF-8的有機聚合物整體柱的制備研究［C］.全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集,南寧廣西大學,2013年10月,P279-280.

［5］樊希望,梁上疆,杜傳榮,等.高速逆流色譜分離純化千層塔中的石杉堿甲［C］.全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集,南寧廣西大學,2013年10月,P153-154.

［6］王曉軍,韋小玲,王立升,等.苦參堿對吖啶橙-茜素紅體系的熒光猝滅效應及其在分析中的應用［C］.全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集,南寧廣西大學,2013年10月, P147-148.

［7］何藝鑫,鄒嘉佳,貝國興,等.等溫滴定微量熱法、圓二色譜法研究一種原兒茶酸衍生物與人血清白蛋白相互作用［C］.全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集,南寧廣西大學,2013年10月,P133-134.

［8］王萍,陳濤,陳晨,等.桃兒七中活性成分的高效液相色譜分析［C］.全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集,南寧廣西大學,2013年10月,P201-202.

［9］趙麗敏,黃勇,劉金文,等.基于核酸適體-分子信標均相生物傳感熒光檢測腺苷［C］.全國第七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集,南寧廣西大學,2013年10月,P71-73.

［10］郭有育,谷文祥.苦檻藍花及果實的揮發(fā)油化學成分的分析［C］.全國第十七屆有機分析及生物分析學術討論會論文集,南寧廣西大學,2013年10月,P83-84.

Preparation development and applications of new modern organic and biological analysis methods*

ZHANG Lai-xin
（Chemistry&Chemical Engineering Department,Baoji University of Arts and Sciences,Baoji 721013，China）

This paper briefly introduces the generation,development,and applications of organic analysis. Emphases are put on two parts:①preparation and development of equipments,reagents and applications in modern organic and biological analysis;②applications of modern organic and biological analysis to pharmaceutical testing and analysis.Future developments of modern organic analysis are prospected in the end.

modern organic and biological analysis;new method;new technology;application

O656

A

1002-1124（2014）08-0061-03

2014-05-20

陜西省植物化學重點實驗室基金資助項目（09JS066）；陜西省教育廳自然科學基金資助課題（04JK147）；寶雞文理學院自然科學基金資助課題（zk12014）

張來新（1955-），男，漢族，陜西周至人，寶雞文理學院化學化工學院教授，碩士生導師，主要從事大環(huán)化學研究及天然產物分離提取。