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，不僅成功應用于蛋白質(zhì)、糖原、核酸等生物大分子的結構分析，而且還被用于研究細胞和組織等更加復雜的體系，尤其是腫瘤細胞和組織分析。目前FTIR已廣泛應用于生物學(xué)多個(gè)領(lǐng)域中，如細胞生物學(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，不破壞樣品結構，既可研究樣品表面結構，又可研究樣品整體結構；

2）能在分子水平上直接了解研究分子或體系的機構，得到基因生物功能信息，新化學(xué)鍵的形成及類(lèi)型，以及環(huán)境對生物樣品的影響；

3）結合化學(xué)計量學(xué)方法，可有效提取復雜信號中的有用信息，準確進(jìn)行成分的定性鑒別和定量分析，而且可以同時(shí)測定多個(gè)指標。

下面力晶小天為大家簡(jiǎn)單介紹一些成熟的應用實(shí)例：

1、生物大分子中的應用

細胞是器官和組織的小組成單元，而細胞是由核酸、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和糖類(lèi)等生物大分子組成的。細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胞內的量及構型構象等信息，前人整理了人體組織和細胞的紅外光譜特征吸收頻率和振動(dòng)方式見(jiàn)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，逐漸得到人們的重視，已有學(xué)者建立了用FTIR對四項指標進(jìn)行同時(shí)快速定量檢測的方法。暨南大學(xué)的尹浩優(yōu)化了全血樣品中血紅蛋白濃度、平均紅細胞血紅蛋白含量和平均紅細胞體積三項指標的紅外快速檢測方法，可大范圍篩查地中海貧血癥。還有研究表明，利用FTIR對人體血清樣本的各種臨床生化指標進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，能夠快速地提取細胞變異信息，進(jìn)而及時(shí)控制病變。

2、腫瘤方面的應用

近二十年來(lái)，很多學(xué)者把FTIR運用到早期癌癥診斷上，癌細胞的基本生物化學(xué)特征是腫瘤的FTIR分析的基礎。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、吸收頻率等方面都有非常顯著(zhù)的差異。這些差異提示：癌變細胞和組織中核酸相對含量增加，糖原或膠原的相對含量下降，核酸分子中磷酸二酯基團的氫鍵結合力增強，脂質(zhì)中亞甲基鏈變得更無(wú)序。已有很多人通過(guò)對核酸內部的磷酸二酯，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，鑒別胃、食道、乳腺、皮膚、結腸癌等細胞，并對病程進(jìn)展各期：正常→微小病理變化→惡性期做出診斷。

相對于腫瘤組織和細胞，尿液和血清樣本更易獲得，電子科技大學(xué)的楊紅霞分別檢測了兩百多個(gè)癌癥患者的尿液和血清樣本的紅外光譜，驗證了癌癥樣本光譜的峰形和峰強與正常人的明顯差異。尤其是用FTIR檢測血清樣品，診斷的準確率很高，從而建立了癌癥早期篩查的有效方法。

更多人運用蛋白質(zhì)二級結構檢測方法，對癌癥進(jìn)行診斷篩查。紅外光譜法應用于蛋白質(zhì)結構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，人們對各類(lèi)蛋白質(zhì)二級結構紅外吸收峰，以及同類(lèi)蛋白質(zhì)不同組分的特種頻率和指認，都已非常明確。目前，蛋白質(zhì)紅外檢測方法已廣泛應用于藥物研發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量控制和出廠(chǎng)檢測中，力晶小天將會(huì )在下期為大家介紹蛋白質(zhì)二級結構分析的相關(guān)內容。

3、動(dòng)植物提取物方面的應用

動(dòng)物提取物的定性鑒別對于傳統檢測方法來(lái)說(shuō)是比較困難的，以動(dòng)物膠類(lèi)藥材為例，在通過(guò)動(dòng)物皮類(lèi)熬制過(guò)程中，膠原蛋白會(huì )分解為更小的肽類(lèi)，難以鑒別，所以摻假現象普遍。用紅外光譜及其二維光譜可以直觀(guān)地對不同膠類(lèi)進(jìn)行定性鑒別，還可用于鑒別某種膠的真偽。下圖是不同動(dòng)物膠類(lèi)的紅外原始光譜。

對于中草藥提取物的FTIR定性鑒別應用非常多，例如成分分析、產(chǎn)地鑒別、判斷真偽、非法添加檢測等等，應用很普及。FTIR的定量分析方法也給行業(yè)帶來(lái)了很多便利，很多中藥提取物因生產(chǎn)工藝和儲存條件的要求，需在生產(chǎn)過(guò)程中添加一定量的麥芽糊精。例如用FTIR快速檢測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)監管部門(mén)有效地監督提取物市場(chǎng)以次充好的混亂現象。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準曲線(xiàn)，精度很高。

軍事醫學(xué)科學(xué)院儀器分析中心的劉炳玉等人還通過(guò)紅外液體池透射法，定量測定青蒿素和磷酸萘酚奎抗瘧復方制劑中青蒿素的含量，從而考察復方的穩定性，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)結構是否達到預期？用FTIR馬上分析一下，答案立即揭曉，而且結果非常直觀(guān)。

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，所以含量有嚴格限定，常采用快速簡(jiǎn)便的酶聯(lián)免疫吸附測定技術(shù)（ELISA）檢測。新鄉醫學(xué)院實(shí)驗動(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(guò)紅外光譜鑒定人工抗原偶聯(lián)是否成功。

如下圖所示，諾氟沙星標準品在1760-1600cm-1和3005-3120cm-1處有強吸收峰，這是羧酸基團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、生物制劑中的應用

FTIR在生物制劑中的異物檢測中發(fā)揮了非常重要的作用，如生物注射液中的可見(jiàn)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(guò)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，后經(jīng)譜庫檢索獲得異物化學(xué)成分并判斷其來(lái)源。

作為一種快速無(wú)損的分析檢測方法，紅外光譜技術(shù)在生物領(lǐng)域中的應用，必將隨著(zhù)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(lái)越重要的作用。