稳定性同位素/放射性同位素示踪技术的运行和变化规律

同位素示踪所利用的放射性核素或稳定性核素及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质。因此，就可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物（如标记食物，药物和代谢物质等）代替相应的非标记化合物。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。放射性同位素和稳定性同位素都可作为示踪剂（tracer），但是，稳定性同位素作为示踪剂其灵敏度较低，可获得的种类少，价格较昂贵，其应用范围受到限制；而用放射性同位素作为示踪剂不仅灵敏度，测量方法简便易行，能准确地定量，准确地定位及符合所研究对象的生理条件等特点。

同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，生物学中常用的放射性同位素（原子核不稳定会发生衰变，发出α射线或β射线或γ射线的同位素）有3H、14C、 32P、35S、 45Ca、51Cr、59Fe、125I、131I、198Ag等，稳定性同位素（原子核结构稳定，不会发生衰变的同位素）有2H、13C、15N、18O等。

同位素标记法可用于追踪物质的运行和变化规律

1．光合作用中氧气的来源

1939年，鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，然后进行两组对比实验：一组提供H2O和C18O2，另一组提供H218O和CO2。在其他条件相同情况下，分析出第一组释放的氧气全部为O2，第二组全部为18O2，有力地证明了植物释放的O2来自于H2O而不是CO2。

2．DNA的半保留复制

1957年，美国科学家梅塞尔森和斯坦尔用含15N的培养基培养大肠杆菌，使之变成“重”细菌，再把它放在含14N的培养基中继续培养。在不同时间取样，并提取DNA进行密度梯度离心，根据轻重链浮力等的不同，就分出新生链和母链，这就证实了DNA复制的半保留性。

放射性同位素示踪技术

1．分泌蛋白的合成与分泌

20世纪70年代，科学家詹姆森等在豚鼠的胰腺细胞中注射3H标记的亮氨酸。3min后被标记的亮氨酸出现在附有核糖体的内质网中；17min后，出现在高尔基体中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的囊泡中及释放到细胞外的分泌物中。由此发现了分泌蛋白的合成与分泌途径：核糖体→内质网→高尔基体→囊泡→细胞膜→外排。

2．光合作用中有机物的生成

20世纪40年代美国生物学家卡尔文等把单细胞的小球藻短暂暴露在含14C的CO2里，然后把细胞磨碎，分析14C出现在哪些化合物中。经过10年努力终于探索出了光合作用的“三碳途径”——卡尔文循环。为此，卡尔文荣获“诺贝尔奖”。

3．噬菌体侵染细菌的实验

1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，再让被35S、32P分别标记的两种噬菌体去侵染大肠杆菌，经离心处理后，分析放射性物质的存在场所。此实验有力证明了DNA是遗传物质。

4．基因工程

在目的基因的检测与鉴定中，采用了DNA分子杂交技术（如32P）。将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作标记，以此为探针使之与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明目的基因已导入受体细胞中。

另外，还可采用同样方法检测目的基因是否转录出了mRNA，不同的是从转基因生物中提取的是mRNA。

5．基因诊断

基因诊断是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子作探针，依据DNA分子杂交原理，鉴定被检测样本上的遗传信息，从而达到检测疾病的目的。

示踪原子不仅用于科学研究，还用于疾病的诊断和治疗。例如，射线能破坏甲状腺细胞，使甲状腺肿大得到缓解。因此，碘的放射性同位素就可用于治疗甲状腺肿大。

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静电纺丝技术

静电纺丝技术是指聚合物熔体或者溶液在高压静电场作用下形成纤维的过程。与电喷技术形成的是单分散微米或者纳米聚合物球不同,静电纺丝技术是通过使带有电荷的高分子熔体或者溶液在高压静电场中喷射、拉伸、劈裂,固化或者溶剂挥发,最终形成纤维状物质的过程,是目前制备一维纳米结构材料的重要方法之一。该技术首先由Formhals在1934年开始的一系列专利中进行报道,他以乙酸纤维素为研究对象,详细阐述了溶液的性质对收集板上带电纤维的影响。静电纺丝技术装置主要由高压电源、喷丝头及接收板3部分组成(图1)。其中,高压电源一般使用能够产生几千到十几万伏特的直流电源,用以产生高压静电场。喷丝头可以使用带有注射器针头的塑料管,金属管及玻璃管等,唢丝嘴直径一般为0.1~l mm。接收板用来接收经溶剂挥发或者熔体固化后所形成的聚合物纤维，一般采用导电金属板,硅片,导电玻璃等。当然,如果需要得到具有特殊排列的聚合物纤维,还可以采用滚筒、金属框架等特殊接收板。尽管从1934年开始人们就已经利用静电纺丝技术来制备聚合物纤维,但是这方面的研究却还很少,直到1966年 ,Simons2在专利中叙述了利用静电纺丝技术制备超细超轻无纺布的实验装置,他发现通过静电纺丝技术制备的纤维与溶液的黏度有很大关系。当溶液黏度较低时,得到的纤维长度较短;而当溶液的黏度增大后,纤维变得相对连续，但是纤维的直径依然很大。1971年,Baumgarten利用高压静电纺丝技术制备了丙烯酸树脂纤维,纤维直径为0.05~l um]。他们还考察了纤维直径与溶液黏度、溶液加料速度,射流长度及环境气体组分之间的关系。1972年,Simm等发表专利报道,其制备了直径小于l um 的聚合物纤维。1981年,Larrondo 和 Mhai-ley[3~311以熔融聚乙烯和聚丙烯体系为研究对象,通过静电纺丝技术制备了直径为50 um左右的纤维,他们详细研究了电场强度、熔融体黏度、喷口直径等对纤维直径的影响,结果表明增加电场强度或者熔融体的温度都能够使纤维直径降低,而唢丝嘴直径对纤维直径没有明显的影响。

供应产品目录：

静电纺丝多孔碳纳米纤维    

静电纺丝TiO2/SiO2复合中空纳米纤维    

静电纺丝ZrO2纳米纤维    

静电纺丝超细聚苯乙烯纳米纤维    

静电纺丝Ag-TiO2复合纳米纤维    

静电纺丝BiFeO_3纳米纤维    

PVA/[Gd(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维    

外径为3μm的同轴PAN复合纤维    

1μm的中空碳纤维    

静电纺丝有序纳米纤维    

具有室温铁磁性纳米纤维    

氧化物纳米纤维    

PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米带    

聚乳酸（PLA）/纳米磷酸钙(NCP)复合纳米纤维    

Tb(BA)_3phen/PANI/PVP光电双功能复合纳米纤维    

再生丝素蛋白水溶液静电纺丝    

静电纺丝聚酰亚胺新型材料    

静电纺丝图案化微纳米纤维薄膜    

定向排列的铁氧体纳米纤维    

高比表面积纳米多孔纤维    

u(BA)3phen/PANI/PVP光电双功能复合纳米纤维    

yyp2021.5.25

稳定同位素示踪技术在氨基酸代谢调控中的应用

氨基酸在合成代谢和分解代谢中起着关键作用，它们不仅是蛋白质的组成部分，而且是许多关键代谢产物的前体，并被氧化以提供能量。氨基酸在体内的代谢包括4个方面（图2）：

①转化为非蛋白的含氮化合物，如嘌呤、嘧啶、胆碱等；

②通过脱氨基作用转化为NH3或α-酮酸，α-酮酸较终转变成糖类、酮体或经过TCA氧化成二氧化碳和水，并放出能量；

③通过脱羧作用依次转化为胺、醛、酸，较终生成二氧化碳和水；

④过剩氨基酸将通过排泄方式排出体外。在氨基酸代谢调控研究中，稳定同位素示踪技术多用于研究氨基酸的合成与转化，通过对特定氨基酸进行同位素标记，根据标记原子追踪该氨基酸的代谢路径，精确了解氨基酸的代谢情况，进而研究其在机体内的重要功能。

研究了冬虫夏草中茶氨酸的积累多于其他植物的机制，比较了冬虫夏草与其他植物（如金花茶、山茶花、玉米、拟南芥和番茄）中茶氨酸的含量，并用稳定同位素示踪技术阐明其生物合成途径。通过质谱法对相关中间体和代谢物进行定量分析发现，补给2N5-乙胺后，所有植物均产生2N5-茶氨酸，这就暗示乙胺的可用性将是茶氨酸在冬虫夏草和其他植物中积累差异的原因。

前期发现啮齿目动物膳食必需氨基酸（NEAAs）作为氮源的重要性，且每个必需氨基酸均具有不同的促生长活力。他们对必需氨基酸进行同位素标记（15N），比较膳食中必需氨基酸氮素代谢的差异，借助氨基酸分析仪和串联质谱分别测定肠道及血浆中氨基酸的浓度和相应的15N丰度。较终揭示了大鼠肠道中必需氨基酸氮代谢的异同，暗示膳食中必需氨基酸的氮素主要通过肠内代谢大量进入氨基酸氮循环。

通过描述载脂蛋白M与脂代谢其他成分间的相互作用来更好地明确其在动脉粥样硬化中的潜在优势。给14名男性受试者持续注入14 h 2H3-亮氨酸，每小时取1次血样并用液相色谱串联质谱进行分析，脂蛋白中的部分分解速率和产率采用房室模型进行计算。结果表明，低密度脂蛋白动力学在载脂蛋白M周转过程中发挥关键作用，血浆三酰甘油对载脂蛋白M和1-磷酸鞘氨醇在脂蛋白间的分布均起作用，进一步证实了载脂蛋白M分泌后可被结合到高密度脂蛋白中，然后与非脂蛋白相关的室进行快速交换，也可被结合到低密度脂蛋白被慢慢分解代谢。

此外，CO2呼气法是同位素标记氨基酸用于临床诊断的一种新方法。其原理是给患者口服或静脉注射一定量某种13C标记的氨基酸，根据其身体某部位上发生特定的氧化代谢，产生含13C的CO2，经肺呼出后用NaOH吸收，将生成的Na213CO3用酸处理获得13CO2气体，经纯化后，利用13C-呼气试验专用质谱仪来检测13CO2的浓度变化，绘出13CO2排出特征曲线。某种疾病的患者对某种氨基酸的氧化能力与正常人不同，因此，所获得曲线也存在明显的差异，从而可以进行临床诊断。Kirschmhai等[46]用实验的方法控制两栖类动物的生理应激，通过呼吸测量法和13C呼气试验检测发展和蜕变过程中能量和营养物质的消耗。研究结果为幼虫生长和发育之间生理平衡的近因提供了证据，并为整个生命阶段能量和营养的消耗提供了新的认识。

稳定同位素标记氨基酸的检测方法快速准确、灵敏度高，现已应用于科学研究的各个领域。采用稳定同位素标记的氨基酸作为示踪剂，可准确把握氨基酸的合成与代谢途径，对揭示其在生物体内的转化规律起到了关键性作用；同时还可追踪蛋白质合成与代谢过程，利用患病状况下蛋白质合成的异常来诊断疾病。

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