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《中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)》 2017年
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复杂生物体系胆碱及其衍生物的快速核磁共振检测

柴鑫  
【摘要】:胆碱及其衍生物是一类具有重要功生物能的分子。胆碱是磷脂酰胆碱和神经递质乙酰胆碱的合成前体,被认为有助于人类脑部发育和记忆。磷脂酰胆碱和鞘磷脂是细胞膜的重要组分,对于细胞形态维持、物质运输和信号传递等具有重要作用。有研究表明胆碱衍生物含量变化与癌变过程有关,已经在癌症诊断中作为癌变标志物。胆碱是人体的必需营养物质,部分可以在人体合成,但是更重要的来源却是来自于饮食,胆碱类物质常存在于牛奶、动物肝脏等食物中,也是婴儿食品添加剂的成分之一。因此,发展快速准确的胆碱衍生物的检测技术在食品分析、医学诊断等领域具有重要的意义。胆碱衍生物的检测方法众多,有质谱、酶比色法、雷氏盐分光光度法等,这些方法通常需要复杂的样品处理过程。PET和荧光是胆碱类物质的原位检测方法,但需要引入有放射性或细胞毒性的探针。核磁共振波谱作为一种非侵入性检测方法,是针对复杂生物体系的理想的胆碱衍生物分析技术。一维1H和31PNMR是目前检测复杂体系中胆碱衍生物的常用技术,但谱线宽、信号重叠、导致解析困难,限制了其应用。研究表明,1H-14NHSQC实验可以实现牛奶、肝组织中的胆碱衍生物的高分辨、高灵敏检测。然而,由于这些分子的纵向弛豫时间较长(T11s),通过常规采样手段进行1H-14N二维HSQC采样仍然需要较长的实验时间,不利于在活体生物样品中的应用。在本论文中,我们将SOFAST-HMQC这—快速谱采集技术应用于胆碱衍生物的检测,通过快速1H-14N二维相关实验提高相关物质的检测灵敏度。我们对1H-14N二维相关实验的条件进行了优化对比分析。以人工配制的3种不同胆碱衍生物的混合溶液作为标准样品,通过一系列优化实验和模拟分析,获得了适合三种胆碱衍生物同时检测的1H-14N二维相关实验的扫描间隔时间、极化转移时间,以及SOFAST-HMQC实验形状脉冲的形状和脉宽。在相同实验条件下,将1H-14N SOFAST-HMQC实验的胆碱衍生物检测效果与文献中选择性同核去耦的1H-14NHSQC实验的检测效果进行了对比。结果表明,针对不同组分,1H-14N SOFAST-HMQC实验的灵敏度是1H-14N HSQC实验的1.47~2.05倍。通过实验数据对比与理论分析,我们发现在1H-14N SOFAST-HMQC实验中,纵向磁化的恢复效率更高,可以有效减少实验的扫描间隔时间。最后,分别采用1H-14N SOFAST-HMQC技术和1H-14N HSQC技术对6个不同乳制品中的胆碱衍生物进行了分析。结果表明:与常规1H谱检测相比,1H-14N二维相关技术对胆碱衍生物的检测具有高选择性,可消除复杂生物体系中其它背景信号的干扰;与1H-14NHSQC检测技术相比,1H-14NSOFAST-HMQC技术具有更高的灵敏度,在单位时间内信号增强可达1.32~3.00倍。此外,我们发现,与牛奶样品相比,奶粉溶液样品中磷酸胆碱的相对含量明显较低,而胆碱的含量却相对较高,这可能是由奶粉中的胆碱添加剂所引起。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q6-33

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