分析化学

评述与进展

  • 微针在皮肤间质液生物分析中的研究进展

    卢惠婷;李金泽;王夜宇;葛如娇;董海峰;

    对生物样品进行采集并分析测定是疾病诊断和治疗的有效手段,其中,血液取样和分析是临床诊断中的标准方法,但血液采样具有损伤性,通常会导致皮肤组织损伤从而引起患者不适。皮肤间质液(Interstitial skin fluid, ISF)具有丰富的生物学信息,是一种很有前景的血液替代品,然而,以微创和非侵入性方式采集ISF中足够的标志物仍然具有很大的挑战。近年来,微针(Microneedles, MNs)技术因其具有高效、安全、方便和无痛等特点,在ISF研究中备受关注。MNs作为一种微米级别的针阵列,在医疗美容、分子递送、诊断监测以及疾病治疗等方面取得了显著的成果,但在ISF生物分析中的应用很少。本文总结了制备MNs的材料,详细描述了MNs在ISF采样、生物标志物捕获和分析以及可穿戴传感等方面的应用,展望了MNs作为一个新兴研究领域的发展前景,并总结了在技术成果转化过程中需要考虑和存在的问题。

    2022年06期 v.50 819-829页 [查看摘要][在线阅读][下载 1624K]
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  • 电化学方法去除重金属的研究进展

    叶静宏;吴庆川;宗志强;张小江;蔡冬清;王冬芳;

    重金属离子具有毒性且不可降解,对生态环境、生物多样性及人类健康构成严重威胁。电化学方法是一种处理重金属废水的有效方法,而电极材料是影响重金属去除效果的关键。本文综述了电吸附、电化学氧化还原和电沉积3种电化学方法去除重金属离子的原理、效果和规律,探讨了电极材料对去除重金属的影响,并展望了电化学方法去除重金属的发展方向和电极材料的发展趋势。

    2022年06期 v.50 830-838页 [查看摘要][在线阅读][下载 1073K]
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  • 多光谱数据融合分析技术的研究和应用进展

    戴嘉伟;王海朋;陈瀑;褚小立;

    现代光谱技术可直接对液体和固体进行快速无损分析,不同类型的光谱有不同的分析侧重点,为实现更全面、更准确的分析,需要结合多种分析手段共同完成。多光谱融合技术是将不同类型的光谱进行优化和整合,实现单光谱优势互补,以获得更全面、更可靠、更丰富的特征数据,达到提高模型预测准确性和稳定性的目的。本文从融合结构入手,分别介绍了低、中、高3种层级的融合策略,探讨了各融合策略的优势及不足,并对近年出现的多光谱数据融合技术的新策略和新方法进行了综述,着重介绍了该技术的研究和应用进展,总结了不同光谱技术在不同领域内的融合策略及方法,对其未来发展方向进行了展望。

    2022年06期 v.50 839-849页 [查看摘要][在线阅读][下载 1400K]
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人物专访

  • 唐孝威院士两三事

    柴之芳;

    <正>我1964年进入中科院高能所后不久,就知晓唐孝威先生是一位著名的实验核科学家。后来当我在高能所中关村核技术应用部负责科研工作时,唐先生又将他的一个研究组从高能所玉泉路总部转到中关村分部,积极推进交叉学科研究,尤其是分子影像学的研究,这样我就有了更多接触唐孝威的机会。在本文中,我不想写他的杰出科研成果,只是从我个人和他的交往留下的回忆中,挑一些小事落笔。

    2022年06期 v.50 829+858+868+888+911页 [查看摘要][在线阅读][下载 1011K]
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研究报告

  • 基于DNA折纸的酶级联催化用于低密度脂蛋白的电化学检测

    余紫荆;肖明书;裴昊;李丽;

    很多疾病(如动脉粥样硬化)的发生与低密度脂蛋白(LDL)水平的上升密切相关,发展快速、灵敏的LDL分析方法对于相关疾病的早期诊断具有重要意义。本研究构建了一种基于DNA折纸的酶级联催化电化学传感器用于LDL的检测。基于核酸的可编程性和可寻址性,可将胆固醇氧化酶和辣根过氧化物酶特异性锚定在DNA折纸上,并通过控制酶间距(如20、40和80nm),实现了对LDL级联催化效率的优化。通过Au—S化学键,将负载酶的DNA折纸结构修饰在金电极表面,构建了酶级联催化电化学传感器。此传感器对LDL检测具有优异性能,在2~15μmol/L浓度范围内具有良好的线性关系,并且检出限低(1.8μmol/L(S/N=3)),选择性良好。将此传感器应用于健康人血清中LDL的检测,加标回收率在97.8%~103.6%之间,表明此传感器具有良好的重现性、稳定性和实用性。基于DNA折纸的酶级联催化电化学传感器为LDL的快速、灵敏检测提供了一种新方法,有望用于动脉粥样硬化的早期诊断。

    2022年06期 v.50 850-858页 [查看摘要][在线阅读][下载 1435K]
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  • 一步法制备高导电聚3,4-乙烯二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸水凝胶及其电化学传感研究

    崔入文;冯涛涛;高楠;张美宁;

    作为一种新型导电聚合物水凝胶材料,聚3,4-乙烯二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)在生物电子和生物传感领域受到越来越多的关注。然而,目前PEDOT∶PSS水凝胶的制备大多需要以非导电水凝胶为模板,或制备条件苛刻,这极大地影响了其在电化学生物传感领域的应用。本研究建立了一种简单的制备PEDOT∶PSS水凝胶的新方法,将含有乙二醇的PEDOT∶PSS水溶液经过真空干燥处理,再次吸水溶胀后即可获得稳定、具有三维交联网络的PEDOT∶PSS水凝胶。制备的PEDOT∶PSS水凝胶具有微/纳多级孔及三维导电网络结构,电导率可达到(3321.33±129.41)S/m,形貌可稳定保持2个月。PEDOT∶PSS水凝胶修饰的电极不但具有良好的异相电子转移和传质能力,而且可在一个月内有效抵抗蛋白质吸附对电化学信号的影响。水凝胶的三维网络可稳定地固载酶,并显著提高了酶电化学传感器的稳定性,酶传感器在储存1个月后的信号强度仍保持在初始信号强度的90%以上。此水凝胶为电化学传感器检测复杂生物样品提供了新的策略。

    2022年06期 v.50 859-868页 [查看摘要][在线阅读][下载 1653K]
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  • 利用重氮化反应构建比率型电分析方法测定亚硝酸盐

    牛湘衡;汪梦珠;胡盼旺;刘邦祥;

    食品和水中过量的亚硝酸盐(Nitrite)会对人体健康和环境造成诸多危害,因此开发可靠、便捷、低成本的亚硝酸盐检测方法十分重要。本研究采用邻苯二胺(o-Phenylenediamine, OPD)作为探针,基于重氮化反应开发了一种便捷的比率型电分析方法,利用未修饰的丝网印刷电极(Screen-printed electrode, SPE)实现了对亚硝酸盐的高性能检测。OPD探针可在较低电位处产生一个氧化信号,亚硝酸盐可在较高电位处产生另一个氧化信号。当OPD与亚硝酸盐共存时,两者在酸性环境中会发生重氮化反应。随着亚硝酸盐浓度增大,其自身氧化信号增强,而游离的OPD因重氮化反应消耗而减少,导致此探针的氧化信号减弱,基于此实现了比率型电化学测量。本方法对亚硝酸盐的线性检测范围为10~300μmol/L,检出限(S/N=3)为4.7μmol/L,可对环境水样和腌酸水中的目标物进行准确测定。本方法的灵敏度和准确性优良,抗干扰能力强,操作简便,成本低廉,具有广阔的应用前景。

    2022年06期 v.50 869-877页 [查看摘要][在线阅读][下载 1693K]
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  • 虑及栅电极极化及吸附电荷影响的有机电化学晶体管Ⅰ-Ⅴ特性研究

    刘燃;彭钰博;黄庆;杨兴;贾月梅;杜衍;冀健龙;

    有机电化学晶体管(OECT)具有良好的生物兼容性、较低的工作电压以及优异的信号放大能力等特点,被广泛应用于生物传感领域。栅电极修饰是利用OECT进行生物传感的关键,但现有OECT理论无法描述栅电极极化与电荷吸附对电流-电压(I-V)特性关系的影响。本研究通过构建栅电极/电解液、半导体沟道/电解液界面微分电容串联模型修正了Bernards-Malliaras I-V特性关系,并通过实验研究讨论了此修正模型的有效性,具体包括改变恒电位电沉积时间调控栅电极表面PEDOT:PSS薄膜厚度(0.80~3.73μm)以及栅电极/电解液界面电容(CG)(24.01~120.10μF)。结果表明,OECT跨导峰值随着CG的增加而增大;设置栅电极电压(VG)为+0.6 V时,半导体沟道电流(IDS,l)随着CG的增大而单调上升;设置VG为–0.6 V时,IDS,l随着CG的增大而单调下降。在OECT栅电极上修饰适配体探针,并使之与不同浓度的三磷酸腺苷(10-12~10-5 mol/L)发生特异性结合反应,结果表明,IDS,l随三磷酸腺苷浓度即吸附电荷量的增大而减小。定性理论分析结果与实验测试结果一致。本研究提出的修正理论模型有望为OECT及基于OECT的生物传感器的设计提供理论支持。

    2022年06期 v.50 878-888页 [查看摘要][在线阅读][下载 1829K]
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  • 基于掺硼金刚石电极的磷酸盐电化学传感器

    徐钰豪;卫胜男;王月坤;熊晨雨;谢勇;韩明杰;王日;边超;夏善红;

    磷污染是导致水体富营养化的主要因素之一,磷酸盐已成为我国地表水质标准中的一个重要指标。针对磷酸盐检测需求,本研究研制了一种基于掺硼金刚石电极的磷酸盐电化学传感器,通过检测磷酸盐与钼酸盐络合物的电化学还原反应,实现了对水中磷酸盐的检测。本传感器采用方波脉冲伏安法,可在较宽的浓度范围内实现对磷酸盐的检测,在0.4~5.0μmol/L和5.0~80.0μmol/L范围内呈分段线性关系,灵敏度分别为301和97 nA·L/μmol,具有较低的检出限(0.1μmol/L)。本电化学传感器对磷酸盐检测表现出较好的抗干扰性,检测实际水样的回收率为93.8%~104.5%。研制的掺硼金刚石电极无需修饰和还原试剂即可对磷钼酸盐络合物表现出较强的催化还原性能,与现有磷酸盐检测方法相比减少了反应试剂使用量,检测过程更绿色环保,具有长期在线监测的应用潜力。

    2022年06期 v.50 889-898页 [查看摘要][在线阅读][下载 1347K]
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  • 采用不同活化剂制备分级多孔碳用于二羟基苯异构体的电化学传感分析

    韦良;黄信龙;王彦力;杨晶;闫飞燕;宁德娇;唐莉;罗丽红;韦宇宁;牙禹;

    以壳聚糖(CS)为碳源,分别以 NaCl、Na_2CO_3 和 NaOH 为活化剂,制备了分级多孔碳材料,采用扫描电镜、X 射线衍射、拉曼光谱、N_2 吸附-脱附等技术对其形貌、结构、比表面积及孔径分布进行研究;采用电化学技术研究不同碳材料修饰电极的电化学性能,探究材料的形貌结构和理化参数与碳材料电化学传感性能之间的构效关系。研究结果表明,以 Na_2CO_3 为活化剂制备的分级多孔碳材料(CS-Na_2CO_3)修饰电极具有更大的电化学活性面积和更快的电子转移速率,并对 3 种二羟基苯异构体(对苯二酚、邻苯二酚和间苯二酚)表现出更优异的电催化性能。基于 CS-Na_2CO_3 的电化学信号增强作用,构建了一种对苯二酚、邻苯二酚和间苯二酚连续测定的电化学传感平台,3 种分析物的氧化峰电流与浓度分别在 0.050~1.5 μmol/L、0.050~1.5 μmol/L 和0.50~15 μmol/L范围内呈线性关系,检出限(3σ)分别为 0.012、0.017 和 0.29 μmol/L。将本传感平台用于江水样品分析,展示出良好的准确度。

    2022年06期 v.50 899-911页 [查看摘要][在线阅读][下载 2388K]
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  • 主动靶向近红外二区诊疗一体化纳米颗粒用于三阴性乳腺癌的研究

    邹志凤;高晶;来旖;徐志爱;

    供体-受体-供体(D-A-D)型荧光探针通常具有优异的光学稳定性和生物相容性。通过分子设计,D-A-D型分子的荧光发射可以到达近红外二区(NIR-Ⅱ),同时还具有光热转换性质,因此具有生物成像和光热治疗的潜力。但是,D-A-D型分子的分子量较大,水溶性差,严重限制了其在生物诊疗领域的应用。本研究设计了具有肿瘤主动靶向性的高分子聚合物(CRGDK-PEG-b-PLGA)用于负载D-A-D型荧光探针(TQTCD),从而提高了TQTCD探针的水溶性、肿瘤特异性和光热治疗效果,并实现了诊疗一体化。CRGDK-PEG-b-PLGA与TQTCD探针在水溶液中可自组装形成均一稳定的纳米颗粒(RPP@TQTCD),并且非共价负载不影响TQTCD探针的荧光特性和光热效应。在CRGDK靶向肽的作用下,RPP@TQTCD纳米颗粒可特异性蓄积于肿瘤部位,并作用于肿瘤细胞表面高表达的神经纤毛蛋白-1(NRP-1)受体,通过受体介导的途径促进肿瘤细胞对纳米颗粒的摄取,随后在808 nm激光照射下可有效杀伤肿瘤细胞。本研究通过对疏水性探针的靶向递送,为三阴性乳腺癌(TNBC)的诊断及光热治疗提供了一种有效的策略。

    2022年06期 v.50 912-923页 [查看摘要][在线阅读][下载 2541K]
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  • 基于Nafion管-高场不对称波形离子迁移谱的环境湿度下硫化氢快速检测方法

    李山;陈圳;刘昌杰;金娇;王晗;胡俊;马贺;史家亮;任谦;程玉鹏;刘友江;陈池来;

    高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)是一种快速、灵敏度高的现场检测技术,但利用其检测极性物质时极易受湿度的影响。Nafion管可选择性地快速滤除水汽,基于此本研究提出了适用于环境湿度下硫化氢(H_2S)气体快速检测的nafion-FAIMS技术。采用自制的nafion-FAIMS装置,研究了不同湿度条件下nafion-FAIMS技术检测H2S的稳定性,以及典型环境干扰物存在条件下的H_2S分离识别能力、定量检测线性度和检出限。结果表明,当相对湿度为5%~50%时,H2S的nafion-FAIMS谱图峰位置和峰高RSD分别小于0.4%和0.2%,比单一的FAIMS技术分别小10倍和250倍,表现出极高的识别和定量检测稳定性。在分离电压为1200 V条件下,苯与H_2S混合气体谱图的峰高和峰位置与单一物质的相对偏差仅为0.7%和2.0%,说明nafion-FAIMS技术对现场混合物检测具有良好的适应性。利用nafion-FAIMS技术检测浓度为0.08~0.46 mg/m~3的H2S气体样品,其信号线性度达到0.98,检出限低至0.04 mg/m3。

    2022年06期 v.50 924-931页 [查看摘要][在线阅读][下载 1349K]
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  • 聚腺嘌呤保护的金纳米团簇与金属有机框架材料ZIF-8复合物的聚集诱导发光增强及用于抗坏血酸的高灵敏荧光检测

    曹程程;林祥芳;任晨宇;苏磊;

    纳米金属有机框架材料(NMOFs)在生物诊断和治疗领域中具有良好的应用前景。本研究建立了一种基于聚腺嘌呤保护的金纳米团簇(PolyA-AuNC)和金属有机框架沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)纳米复合材料的荧光分析方法,用于血清中抗坏血酸(AA)的高灵敏检测。所制备的纳米复合材料(Poly A-Au NCs@ZIF-8)通过MOF(即ZIF-8)的限制效应显示出聚集诱导的荧光发射增强现象。当AA与ZIF-8作用时,复合材料的骨架被破坏,PolyA-AuNCs从聚集态转变为分散态,导致荧光强度大大降低。将本方法用于AA的检测,线性范围为10~100μmol/L,检出限(LOD, S/N=3)为0.3μmol/L。本方法可在2 min内完成AA的检测,对AA的选择性高。将本方法用于检测人血清中的AA,回收率为95.7%~100.9%。

    2022年06期 v.50 932-939页 [查看摘要][在线阅读][下载 1443K]
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  • 蛋白修饰定量质谱法研究两种不同作用模式基因毒化合物对组蛋白H3乙酰化的影响

    瞿敏敏;陈佳;徐斌;李治;郭磊;徐华;谢剑炜;

    建立了细胞中组蛋白H3的9位(H3K9ac)或14位(H3K14ac)赖氨酸乙酰化及其相应原型特征多肽片段的高效液相色谱-三重四极杆质谱同时定量分析方法。样品经胰酶消化、丙酰化衍生、除盐及肽段富集等前处理后,在ACQUITY UPLCBEH C18色谱柱上分离,采用质谱技术在正离子多反应监测模式(MRM)下检测。空白细胞样品中组蛋白H3的各特征肽段在1~250 ng/mL浓度范围内线性关系良好(R2> 0.99),检出限(LOD,S/N=3)均为0.1 ng/mL,准确度、精密度、基质效应及提取回收率均符合方法学要求。本方法具有操作简便、灵敏度高、检测速度快及定量分析准确等优势。将本方法应用于2种典型的不同作用模式的基因毒性化合物(喜树碱和秋水仙碱)对2种人源细胞株即肝癌细胞HepG2和宫颈癌细胞HeLa中组蛋白H3的9位或14位赖氨酸乙酰化修饰影响的研究,测得了组蛋白H3中H3K9ac及H3K14ac修饰含量的变化,探讨了其与不同基因毒性化合物作用模式的关系,为基因毒性化合物的DNA损伤/修复及转录研究提供了技术支持。

    2022年06期 v.50 940-947页 [查看摘要][在线阅读][下载 1172K]
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  • 基于真空紫外光电离质谱的氯原子引发诺蒎酮氧化反应研究

    胡荣荣;马子吉;岳浩;林晓晓;温作赢;张为俊;顾学军;唐小锋;

    采用微波放电流动管反应器模拟大气中氯原子(Cl)引发的诺蒎酮(C_9H_(14)O)氧化反应,结合自行研制的真空紫外光电离飞行时间质谱仪,在线检测获得反应中的关键物种,包含反应物、自由基和产物,并开展其反应动力学研究,通过比较关键物种的动力学实验与模拟计算结果,探讨了反应中关键物种的反应路径。结果表明,Cl 原子和诺蒎酮分子之间的反应经夺氢通道生成自由基 C_9H_(13)O,产生的自由基 C_9H_(13)O与 O_2分子反应主要生成过氧自由基 C_9H_(13)OO_2,并且新生成的 C_9H_(13)OO_2 在无 NO 或 NO_2 条件下进一步与 HO_2 自由基反应生成氢过氧化物 C_9H_(13)OO_2H,以及与自身发生双分子反应生成自由基C_9H_(13)OO、羰基化合物 C_9H_(12)O_2 和C_9H_(13)OOH。本研究通过实验研究和模拟计算揭示了 Cl 原子引发的诺蒎酮大气氧化反应机理。

    2022年06期 v.50 948-956页 [查看摘要][在线阅读][下载 1307K]
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  • 超声探针辅助酶解结合全自动固相萃取快速测定动物组织中β-受体激动剂残留

    肖志明;王石;索德成;李阳;姚婷;娄迎霞;赵新雪;张峰;樊霞;

    建立了猪、牛、羊肌肉和肝脏中22种β-受体激动剂残留的超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)分析方法。样品采用β-葡萄糖醛酸酶/芳基硫酸酯酶在超声探针辅助下进行快速酶解提取,酶解后在全自动固相萃取仪上净化,UPLC-MS/MS测定,采用内标法进行定量分析。结果表明,超声探针辅助酶解在120 s内即达到了传统酶解16 h的提取效率,回收率为81.2%~100.7%。结合全自动固相萃取的批量、自动化处理,30 min内可同时处理36份样品,显著提升了工作效率,避免了因人员操作导致的结果偏差,相对标准偏差低至0.3%~7.9%。与传统酶解和固相萃取方法相比,本方法具有快速、简便和高通量等优点,适用于大批量动物组织样品的日常监测。

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  • 超高效合相色谱-质谱技术对芬太尼类物质异构体的快速分离和检测

    胡爽;花镇东;黄钰;程芳彬;刘耀;

    芬太尼类物质作为一类新型精神活性物质,具有种类繁多、更新换代迅速、结构极其相似等特点,对其同分异构体进行准确定性分析是当前毒品分析工作面临的难题。超高效合相色谱法是实现同分异构体高效分离的有力手段,基于此,本研究建立了超高效合相色谱-质谱技术快速分离和检测芬太尼类物质的分析方法,对分离过程中色谱柱、改性剂、柱温等条件进行了优化。在最优条件下,采用Waters ACQUITY UPC2BEH色谱柱,以超临界流体CO_2为主要流动相、含20 mmol/L甲酸铵的甲醇为改性剂,在柱温50℃下进行梯度洗脱,使用Xevo TQD三重四极杆质谱进行检测,6.5 min内即可实现13种芬太尼类物质的有效分离,所有同分异构体的分离度均大于1.5,并且色谱峰对称性良好。方法的检出限为0.01~0.05 ng/mL,保留时间的相对标准偏差均小于0.6%,9种常见毒品对13种目标物的测定没有干扰。与常规的超高效液相色谱-质谱检测方法相比,本方法在异构体分离方面具有显著优势,可满足当前公安禁毒部门对于芬太尼类物质准确定性分析的需要。

    2022年06期 v.50 964-972页 [查看摘要][在线阅读][下载 1303K]
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