1引言分析仪器是科学仪器的主要分支。当前分析仪器的发展趋势主要现在微型化大众化和日用品化智能化计算机化大量采用高新技术高新技术集成和大量发展非传统仪器如在线非侵入非破坏原位实时多维多参数高旭量分析仪器方其中微型化则是这些趋势的集中体现。它既是社会和经济发展种参数的传感器不同,除专用仪器以外,常用分析仪器般都能对杂样的多种成分进测定。因此般都要具有分离不同组分,利用各组分的光电热磁质量等性质获得某种可测信号并加以测量的功能。为了提5测定的灵敏度准确度和速率等等,还必须对信兮进丁放大去噪积分平均等处理并+断捉高仪器的自动化和智能化程度。因此,般分析仪器所包含的部件较多,也较复负。许多汶器也因此而成为个庞然大物,难以满足越来越多样化的要求。如何使这类分析仪器小型化微型化和简化操作就成为越来越迫切需要解决的问。当然,现代科学技术的发展也为分析仪器的小型化微型化和简化操作提供汴多空前的可能1.
比如,计算机技术的飞速发展就是个,生动的例广,它为用微小型部件实现仪器的智能化和自动化创造了空前的可能性。又如,阵列检测器如沈,的出现,又为各种成像仪器的小型化微型化和自动化创造了很好析方法的,器化和微型化奠定了基础。下面结合我们近来的工作介绍几种刚刚出现,预计在今后若干年中将会有较广泛应用价值的分析仪器新技术。
2常压离子化质谱技术采用传统的质谱分析技术,样品般都需要作定样,或者利用激光器或者高压电源进行离子化,因此操作较繁杂,容易发生污染损失引入副反应,还有定的危险性高电压强辐射,更难以实时获得分析结果。最近几年来,在质谱分析中实现常压离子化和实时分析方面取得了引人注目的成功。特别是不久前刚刚出现的直接实时折,搦1叫。1030抑离子化源1和电喷雾解吸离子化源,630印,1631巧1也3廿,0512.它们都可在常压下对样品进行直接离子化,与相应的质谱仪联用就可容易地实现气液样品和固体面样品的直接实时分析,因而被认为是质谱分析技术发展中的下个量子跃迁,值得予以格外关注。
高能中性粒子束由相应气流经电晕放电和随后去除荷电粒子之后获得。当高能中性粒子束与样品接触时,将发生非弹性碰撞使样品分子气化和离子化,随后被质谱仪离子化源与了0厂,8联用可对气液样品和固体面的样品进行直接分析并实时获得分析结果,因此已经在公共安全包括生物和化学武器及毒品的现场检测刑事侦察药物监测和检测天然产物和食品及饮料的质检环境灾难的监控急诊病人的确诊等等领域获得广泛应用。可以预,随着对这离子化源离子化机理的逐步深入了解和性能更好的新型高能中性粒子束源的研制成功,01离化技水将在质谱分析领域获得越来越广泛的欢迎。如果能够与离子淌度谱仪联用则有望研制成功便于野外使用的小型手持式仪器。
放电样品明1仪进样门051离子化源虽然也利用56,3口以1说但是这里不是直接利用51自身产生的离尹进行质谱分析,而是利用某些溶剂如水和乙酸形成的1.81射流对样品进行离子化。2是01离子化源1以1最初由美国普渡大;的,13教授等提出并进,系统的研究3扯然这技术尚未商品化似是迄今发衣的有关论文已涉及离广化机理和许多应用祯域3,所能测的化合物包括非极性小分子如番燕红素生物碱和小分子药品等直到极性大分子如多肽和蛋白质。已经有充分的理由相信这技术在许多方面都可以与,打技术相媲美。还已证明,适当减小喷雾毛细管出口的粗细,51还可用于样品面各组分的分布分析目前其物理分辨率己可达5,级,因而特别适于与1联用4,甚至在对病人进行肿瘤切除手术时作活体分析以便实时判断正常组织和癌变组织,避免不必要地把过多的正常组织切除。
033的应用领域3液相色谱用0众00检测器液相色谱分析是应用最广泛的分析技术之。2004年在我国钔售的液相色谱仪已超过4400台,按台数计位列分析仪器第第第位为紫外可分光光度讣和原子吸收分光光度计。随着生命科学重要性的不断提升,可以预,液相色谱分析技术的应用必将越来越广泛但传统的液相色谱仪缺乏像气相色济仪用的火焰离子化检测器那样既灵敏又通用的检测器,影响了其进步推广应用的步伐不久甜出现的⑶价斤仍03,1;识,0切1检测器则足这方面的个突破5.
0的检测原理如阁1.液相色谱柱的流出液先雾化并经过干燥后形成不含溶,的气溶胶微粒,同时,第路气流在放电室经电晕放电产生正负荷电粒子,其正离子被气溶胶微粒吸附后继续随其他粒子起向前运动。经过负电荷离子阱时,残留的带负电荷的电子被除去,最后将只有中性气体分子和带正电荷的气溶胶微粒能够进入检测室,而只有后者能够最终被电荷收集器检测。由于检测电流的大小只与进入检测室的气溶胶微粒数目有关,而与相关组分的分子量大小无关,因此,其检测信号的大小与分子种类无关,是种很好的通用检测器。这种检测器不仅灵敏度高,而且重复性好,适用范围广,动态线性范。宽,汜重要的足它对各种化六物的响应基本致这对于那些目前还得不到标准物质的天然物质的定量分析例如,中药现代化研究中就经常遇到这样的问尤其有特殊重要的意义,㈨为由代六⑶检,器的这特性人们就可以选用质量数相近的己知化合物标准制作校正曲线对分子量不样的欲测组分进行定量分析,而不必有会否产生太大误差的担心。
项目灵敏度动态检信号响应测范围致性应用范围重复性色谱适用性简便性紫外法蒸发光散射法氮化学发光法差法4液体微透镜技术许多成像仪器都需要有套精密的变焦成像系统。
传统的变焦系统嗔需要多个透镜和较杂和精密的机械调焦系统,很难微型化。最近,由法国科学家发明的以电浸湿技术为基础的液休透镜采用祈射率不同1.互不混溶的两种液体,制作出了具有高光学质量且不含活动部件的独特变焦透镜,其最小尺寸可达1此种透镜+仅成像质好体枳小价格低而且耗电量小0.1 1变焦速度快,耐温范围宽40至+50摄氏度寿命长,因此有望使此前闽成本或尺小因素而无法实现用于手机照相机。液体微透镜的焦距还可通过其他环境因素如,离子强度面化学组成温度等的改变而改变。因此,可用于相应参数的检测。例如,在生物医学领域,这特性己经被成功地用于物料萃取温敏开关细胞分离与培养固定化细胞或固定化酶药物的控制释放和靶向药物等领域。从近,17,和他的研,小组成功地研制7,他水凝胶微透镜阵列6.通过普通光学显微镜观察水凝胶微透镜焦点的变化情况,研宄了亲和素及抗生物素抗体和生物素的相互现代科学仪器20064作用。在1平方英寸的面积上可以同时进行上百万样品完成常规方法要数小时或者数天才能完成的检测。整个仪器有望做得非常小巧,因而特别适合于作现场监测,从而可大大加速对生物和化学武器做出快速反应,同时对医学快速诊断也具有重大意义。由于这种水凝胶微透镜还可以反复使用,具有可逆性,因而成本也可大大降低,显然是种非常适合于在像我国这样的发展中国家推广应用的医学诊断和生物与化学武器的快速监测方法。
5量子点技术半导体纳米粒子也称量子点由于其量子限域效应和尺度效应,具有许多独特的光电性质它们都发很强的荧光,而且其荧光发射峰窄而对称,吸收峰则宽而平坦;荧光发射波长则可通过改变量子点的大小加以调节;有机染料所常的光退色现象在这里也很不明显;具有水溶性和生物相容性,利于在生物医学领域应用等等。量子点的这些独特性质己被用于疾病例如癌症诊断;量子点编码微球与微芯片流式细胞术的结合,则可用于复杂样品中多种病原体的同时检测7;作为荧光标记物,量子点又可用于蛋白质等生物大分子的检测;将量子点与荧光共振能量转移技术8乃相结合,则可做成超灵敏的单量子点,池纳米传感器,不需作任何分离即可对复杂样品中很低浓度50拷贝的目标蛋白质进行测定,此法已被成功地用于卵巢癌的早期临床检测8,9.
牟颖,金钦汉,量子点在生命科学中的应用及其进展,微纳电子技术