胡立新，熊倩，陳曉雯，趙佳慧，趙建亮，劉有勝，應(yīng)光國,*

1. 華南師范大學環(huán)境學院，廣州 510006 2. 廣東省化學品污染與環(huán)境安全重點實驗室&環(huán)境理論化學教育部重點實驗室，華南師范大學，廣州 510006 3. 國家環(huán)境保護環(huán)境污染健康風險評價重點實驗室，生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學研究所，廣州 510655

環(huán)境毒理學是研究環(huán)境污染物對生物的毒性效應(yīng)及作用機制的一門學科，其主要內(nèi)容是研究環(huán)境污染物毒性效應(yīng)的監(jiān)測、毒性作用機制的認識、生物標志物的提取及污染物的風險評價。環(huán)境污染物在一定劑量下對生態(tài)環(huán)境中的生物都存在著直接或間接的毒害作用。基于單一效應(yīng)終點的傳統(tǒng)毒性測試方法很難準確地評估污染物的毒性效應(yīng)。因此，發(fā)展多指標、高綜合性的毒性測試方法對研究污染物的毒性效應(yīng)、評估化學物質(zhì)的環(huán)境風險具有重要的意義。

紅外光譜是通過研究分子內(nèi)部原子之間振動、轉(zhuǎn)動信息來確定化合物結(jié)構(gòu)的技術(shù)。對于正常細胞而言，生物體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸和糖類等生物大分子的含量始終保持在平衡狀態(tài)。當生物受到外界刺激時，污染物作用于不同的生物大分子或者因污染物的存在使得某些生物大分子在構(gòu)型和構(gòu)象等方面發(fā)生變化，進而引起相應(yīng)的紅外光譜吸收峰的改變。通過對特征峰的分析，可以更加準確地得到污染物介導的細胞內(nèi)生物大分子的變化情況，從而在生物大分子水平對污染物的毒性效應(yīng)進行評價。相比于傳統(tǒng)的毒性測試方法，基于光譜手段的毒性測試方法不僅技術(shù)便捷、靈敏，而且能夠提供更加豐富的生物大分子變化的信息，為進一步的毒性機制和毒性通路研究提供新的思路。

1 紅外光譜概述(Overview of infrared spectroscopy)

紅外光譜是將分子中在振動和轉(zhuǎn)動過程中引起的偶極矩變化信息轉(zhuǎn)化為可視化的透射和吸收形式的譜圖，從而用以分析化學物質(zhì)以及生物大分子(脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及核酸等)在構(gòu)型和構(gòu)象上變化的技術(shù)[1-2]。由于紅外光譜在樣品檢測方面具有樣品無損、非標記性等優(yōu)勢，該技術(shù)已經(jīng)成為生物大分子結(jié)構(gòu)研究的重要手段之一，在醫(yī)學、法醫(yī)學和生命科學等多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[3]。

紅外光譜作為生物大分子結(jié)構(gòu)分析中的常用技術(shù)，在毒理學研究中也被廣泛應(yīng)用。通過對受試生物在生物大分子水平上結(jié)構(gòu)變化情況，來表征環(huán)境污染物對細胞、組織或者器官等的毒性效應(yīng)，一方面可以靈敏、有效地評估污染物的毒性效應(yīng)，另一方面還可以基于大分子水平推斷其毒理機制。紅外光譜應(yīng)用于環(huán)境毒理學研究中的優(yōu)勢主要包括；能夠用以分析環(huán)境濃度污染物介導的毒性損傷作用；樣品分析用時較短；樣品無需復雜的前處理過程，且不會引起二次污染的問題；光譜信息具有很強的特征性，同時還能提供豐富的生物分子的變化信息；光譜檢測對樣品的形態(tài)要求不高，適用于多種生物(細菌、細胞、植物和動物等)的檢測分析[2]。

2 生物大分子的光譜特征峰識別(Characteristic recognition of biological macromolecules)

生物樣本主要由蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸和糖類等生物大分子組成，而這些大分子在結(jié)構(gòu)組成上因具有獨特的化學鍵而呈現(xiàn)出具有特征性的紅外光譜振動峰[5]。因此，可以用生物樣本的光譜振動信息來表征細胞內(nèi)生物大分子的變化情況[2]。通過對生物大分子的變化情況進行進一步的分析，可以從分子水平揭示污染物脅迫對受試生物的影響[4]。

2.1 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是生物的重要組成，其結(jié)構(gòu)信息與活性及功能密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是蛋白質(zhì)發(fā)揮正常功能的前提條件。當受試生物受到來自外界環(huán)境的脅迫或刺激時，會引起細胞內(nèi)蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生改變[6]。在基于紅外光譜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中，與蛋白質(zhì)相關(guān)的振動區(qū)域主要有酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ。酰胺Ⅰ的振動信息主要發(fā)生在1 650 cm-1左右，該區(qū)域的振動峰主要是由碳氧雙鍵和少量的碳氮單鍵貢獻[7]。酰胺Ⅱ主要由碳氮鍵的面內(nèi)彎曲和碳氫的伸縮振動貢獻，振動峰在1 550 cm-1左右[8]。酰胺Ⅲ主要在1 400～1 200 cm-1區(qū)域，是由氮氫彎曲和碳氮伸縮振動構(gòu)成[9]。

基于紅外光譜的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)分析主要以酰胺Ⅰ為主。該區(qū)域的的振動峰出現(xiàn)在1 700～1 600 cm-1范圍內(nèi)，通過二級倒數(shù)和解卷積算法，可以得到8～11個與蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)相關(guān)的振動峰(表1)。其中，β折疊結(jié)構(gòu)主要在較低的波數(shù)(1 620～1 640 cm-1)、其次為無規(guī)則卷曲(1 640～1 648 cm-1)、α螺旋(1 650～1 658 cm-1)、310螺旋(1 663 cm-1)、β轉(zhuǎn)角(1 666～1 690 cm-1)以及反平行β折疊(1 690～1 695 cm-1)[6]。由于紅外光譜可以準確、靈敏地反映蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)信息的變化，使得光譜技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域快速發(fā)展[10]。在環(huán)境毒理學研究中，當受試生物受到污染物脅迫，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中折疊結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，酰胺Ⅰ振動峰主要表現(xiàn)為窄峰；當?shù)鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)比較松散，呈現(xiàn)出無序結(jié)構(gòu)的特征時，酰胺Ⅰ以寬峰為主[11]。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中另外一種構(gòu)象形式為α螺旋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的變化情況與谷氨酸、甘氨酸和脯氨酸有關(guān)。甘氨酸和脯氨酸含量的增加往往會導致螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生強烈改變[12]。與β折疊結(jié)構(gòu)關(guān)系較為密切的是纈氨酸和谷氨酸，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的錯誤折疊會引起細胞功能發(fā)生紊亂、蛋白質(zhì)聚集等[13]。甘氨酸和脯氨酸的含量變化與β轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)有關(guān)，而β轉(zhuǎn)角的變化可以用來表征球形蛋白的形成以及磷酸化和糖基化的氨基酸側(cè)鏈修飾[14]。無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)一般與折疊、螺旋和轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)一起用于說明蛋白質(zhì)變性情況[15]。

在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中，由于紅外光譜對蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)非常敏感，因此也被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)聚集的研究中。Miller等[10]綜述了蛋白質(zhì)聚集的紅外光譜檢測表征技術(shù)，發(fā)現(xiàn)具有高信噪比的同步輻射光源的光譜儀可以對蛋白質(zhì)的錯誤折疊和聚集進行檢測；在阿爾茨海默癥、帕金森等疾病的病變組織進行光譜分析發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)聚集與α螺旋和β折疊之間的轉(zhuǎn)換存在相關(guān)性，這一結(jié)論與圓二色光譜和核磁共振結(jié)果相一致。此外，紅外光譜還可以用于蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究。Zhang等[16]運用紅外光譜研究曲古霉素A介導的Hela細胞在蛋白質(zhì)乙酰化水平上的變化情況，發(fā)現(xiàn)可以通過A(CH3)/A(CH2)和α-螺旋的含量來定量分析蛋白質(zhì)乙?；?。此外，紅外光譜還可以用于蛋白質(zhì)磷酸化的研究中，以970 cm-1的變化情況來表征磷酸化水平。這是因為當細胞內(nèi)蛋白質(zhì)中的羥基被磷酸根離子取代后，維持分子內(nèi)層構(gòu)象的氫鍵被打破，使得β折疊含量出現(xiàn)明顯的下降，因此可以用磷酸基團的振動信息與酰胺Ⅰ的振動信息綜合反映蛋白質(zhì)磷酸化水平[17]。

總的來說，紅外光譜能夠很便捷地對生物大分子中官能團的變化進行表征。通過對與蛋白質(zhì)相關(guān)的紅外光譜振動信息的變化來闡釋生化過程中蛋白質(zhì)分子在結(jié)構(gòu)上的差異性；通過對酰胺Ⅰ中各二級結(jié)構(gòu)的分析，對污染物介導蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化進行評估。因此，基于紅外光譜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，有助于揭示環(huán)境污染物與細胞內(nèi)蛋白質(zhì)之間的動態(tài)關(guān)系，為污染物毒理機制的研究提供新的思路。

2.2 脂質(zhì)

脂質(zhì)是細胞膜的重要組成部分，主要由磷酸基和磷酸膽堿基的極性親水頭部和以長鏈脂肪酸為主的中性脂分子的疏水尾部兩部分組成。脂質(zhì)分子中不飽和雙鍵的數(shù)目以及脂肪酸烷基鏈長度的變化均會引起細胞膜在結(jié)構(gòu)與功能上的改變[18]?；诩t外光譜的細胞膜脂質(zhì)研究，一方面可以說明磷脂分子在結(jié)構(gòu)上的變化，另外一方面還可以分析細胞膜上蛋白和脂質(zhì)過氧化等現(xiàn)象[19]。在脂質(zhì)分子的紅外光譜圖來看，脂質(zhì)分子的紅外吸收峰主要分布在碳氫伸縮振動區(qū)域以及部分生化指紋區(qū)域。在碳氫伸縮振動區(qū)域，主要包括與不飽和碳氫鍵相關(guān)的振動峰(～3 010 cm-1)、CH3的對稱和反對稱伸縮振動(～2 870 cm-1和～2 960 cm-1)以及CH2的對稱和反對稱伸縮振動(～2 850 cm-1和～2 920 cm-1)。通過對該區(qū)域與碳氫相關(guān)的振動信息分析，可以獲得不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸之間的變化情況[20]。通過對CH2基團的振動峰進行分析，可以得到與脂質(zhì)分子亞甲基的堆積、烷基鏈的長度以及烷基鏈的無序化信息等[21]。通過對甲基和亞甲基的含量進行分析，可以用亞甲基的含量總和來表征總脂肪酸的量[22]，用不飽和碳氫與總脂的比值來說明脂肪酸的不飽和程度，用甲基和亞甲基的比值來說明膜脂的流動性[23]。

在生物指紋區(qū)，與脂質(zhì)相關(guān)的振動峰主要出現(xiàn)在1 800～1 700 cm-1范圍內(nèi)。當振動信息出現(xiàn)在低波數(shù)(1 705 cm-1)時，可以表征氫鍵化的羰基基團；而在高波數(shù)(1 740 cm-1)表征的是非氫鍵化的羰基基團；在1 710 cm-1左右的振動峰表征的是羧基。羰基基團與亞甲基基團的比值，可以用以分析脂質(zhì)過氧化程度[24]。綜合2個振動區(qū)域的光譜信息，可以從結(jié)構(gòu)和功能上對細胞膜的損傷作用進行評價。

綜上所述，細胞膜上脂質(zhì)分子在結(jié)構(gòu)上發(fā)生微小的變化，都可以在光譜振動信息上得到明顯的表征。細胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性決定其功能的完整性[25]。細胞膜上烷基鏈長度、膜的流動性、脂肪酸不飽和度以及過氧化程度都可以作為指示環(huán)境污染物脅迫的生物標志物[26]?；诩t外光譜的細胞膜脂研究，可以為污染物介導的膜損傷機制研究提供便利。

2.3 核酸

核酸是生命體存儲遺傳信息的重要組成。核酸分子結(jié)構(gòu)的變化往往會影響生物體的生長發(fā)育?；诩t外光譜的核酸分子研究中，DNA/RNA的特征振動信息在1 300～860 cm-1區(qū)域，主要用以說明DNA分子的構(gòu)型信息[27]。與DNA分子相關(guān)的振動信息主要包括基于DNA骨架結(jié)構(gòu)在1 300～1 000 cm-1的振動信息，以及900～800 cm-1的五碳糖的振動信息。DNA在結(jié)構(gòu)上主要由具有剛性特點的A-DNA、柔性特點的B-DNA以及左手Z-DAN組成。其中，B-DNA的振動峰主要在1 225 cm-1和1 080 cm-1左右，>1 225 cm-1的振動峰歸屬于A-DNA，1 025 cm-1歸屬于Z-DNA[28]。當DNA分子受到外界環(huán)境的刺激和脅迫時(如高鹽度環(huán)境下)，左手Z-DNA容易形成，而A-DNA和B-DNA容易發(fā)生相互的轉(zhuǎn)化[29]。因此，可以通過DNA分子結(jié)構(gòu)變化信息反映DNA損傷程度。

3 在環(huán)境毒理學研究中的應(yīng)用(Application in environmental toxicology research)

截至目前，紅外光譜在毒理學研究中主要應(yīng)用于環(huán)境污染物的快速毒性檢測以及在生物大分子水平上的毒性機制的研究。但是該領(lǐng)域的發(fā)展很大程度上依賴于生物信息學方面的支持?？偠灾?，紅外光譜結(jié)合多元統(tǒng)計的手段，以環(huán)境中常見的生物，如細菌、細胞、綠藻、浮萍、斑馬魚和小鼠等為研究對象，對環(huán)境污染物的毒性效應(yīng)進行識別和分析，在污染物毒性篩查以及毒性機制研究中起到很重要的作用。

3.1 紅外光譜在重金屬毒性研究中的應(yīng)用

在重金屬的毒性研究中，Palaniappan和Vijayasundaram[30]基于紅外光譜研究了砷對南亞野鯪(Labeorohita)腎臟毒性，發(fā)現(xiàn)砷會對腎臟組織產(chǎn)生損傷作用。通過對腎臟光譜信息解析發(fā)現(xiàn)，砷中毒會引起腎臟組織中脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等生化組成發(fā)生顯著性改變，并在分子水平引起腎臟組織的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。Senthamilselvan等[31]研究鎳和汞對尖吻鱸(Latescalcarifer)組織的毒性作用時，發(fā)現(xiàn)鎳和汞中毒的肌肉組織的光譜差異主要集中在與脂類、蛋白質(zhì)和核酸相關(guān)的振動信息。且在亞致死濃度下，2種重金屬均會引起蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化，表現(xiàn)為α螺旋結(jié)構(gòu)的減少和無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)的增加。Kardas等[32]研究發(fā)現(xiàn)，鈷會引起細菌細胞膜和細胞壁結(jié)構(gòu)的改變，同時還發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)構(gòu)象自由度降低。Llabjani等[33]利用不同濃度的砷、銅和硒處理MCF-7細胞，發(fā)現(xiàn)3種重金屬的關(guān)鍵靶分子是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，但是不同重金屬的指紋特征又存在特異性。同時，光譜數(shù)據(jù)表明3種重金屬均會引起活性氧(ROS)的產(chǎn)生，可對細胞的生長起到刺激或損傷作用。在對鎳和鉻的細菌毒性研究中，發(fā)現(xiàn)鎳和鉻聯(lián)合暴露存在協(xié)同效應(yīng)[34]。Hu等[35]研究銅離子暴露對大腸桿菌(Escherichiacoli)的毒性，發(fā)現(xiàn)紅外光譜在細菌膜脂、核酸、肽聚糖和蛋白質(zhì)等的檢測中靈敏度高，并且能夠檢測到短時間暴露引起的磷脂組成的變化。Dao等[36]運用紅外光譜研究鉛對綠藻(Chlorellasp.FleB1和ScenedesmusacutusYaA6)毒性，發(fā)現(xiàn)鉛會引起碳水化合物和脂質(zhì)含量增加，蛋白質(zhì)和磷酸化分子含量下降；且光譜技術(shù)結(jié)合化學計量學方法能從分子水平快速揭示污染物毒性特征，還可以通過細胞內(nèi)分子損傷水平預(yù)測污染物的暴露水平。

3.2 紅外光譜在有機化合物毒性研究中的應(yīng)用

紅外光譜在有機物的毒性研究中應(yīng)用較為廣泛。在持久性有機污染物毒理學研究方面，Barber等[37]研究低劑量多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)，包括PBDEs同系物47、99、153、183和209對MCF-7的毒性時發(fā)現(xiàn)，當暴露濃度<10-9mol·L-1時，PBDEs引起的細胞內(nèi)生物分子的變化可以被光譜信息捕獲。Llabjani等[38]研究了PBDEs(同系物47、153、183和209)、苯并(a)芘(B[a]P)、雜環(huán)胺(PHIP)、雌二醇(E2)及林丹對MCF-7細胞的毒性作用，結(jié)果表明，即使在極低的暴露濃度(10-12mol·L-1)，PBDE處理組與對照組之間光譜信息仍然具有顯著性差異，且主要出現(xiàn)在與脂質(zhì)和蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)相關(guān)的振動區(qū)域。Llabjani等[39]運用紅外光譜進一步研究了PBDEs(同系物47、153、183和209)和多氯聯(lián)苯(PCBs)(同系物126和153)的聯(lián)合毒性作用，發(fā)現(xiàn)PCB126與PBDEs的聯(lián)合作用表現(xiàn)為拮抗作用，而PCB153與PBDEs的聯(lián)合作用表現(xiàn)為協(xié)同作用。Pang等[40]研究了B[a]P對不同周期(S期和G0/G1期)細胞的毒性作用，結(jié)果表明，B[a]P對S期和G0/G1期細胞的影響均呈現(xiàn)劑量-效應(yīng)關(guān)系，主要影響的是DNA/RNA、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和脂質(zhì)。Gorrochategui等[41]運用紅外光譜研究全氟辛酸化合物對非洲爪蟾A6腎上皮細胞的毒性效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)全氟及多氟烷基化合物(PFASs)類化合物主要影響細胞DNA/RNA，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和脂肪酸等。

在激素類物質(zhì)的毒性研究中，Cakmak等[42]運用紅外光譜研究17β-雌二醇對虹鱒魚(rainbow trout)肝臟的毒性作用時發(fā)現(xiàn)，處理組肝臟組織中糖原和蛋白質(zhì)水平降低，甘油三脂和核酸的含量增加，還發(fā)現(xiàn)肝臟細胞膜流動性下降，膜脂結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；研究者同時對比了17β-雌二醇和壬基酚處理組中肝臟組織的光譜差異，證實二者對未發(fā)育成熟虹鱒魚具有類似的作用。Johnson等[43]開展了17β-雌二醇介導雌激素效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的E-screen方法和紅外光譜方法檢測17β-雌二醇的半數(shù)抑制濃度(EC50)分別為2.29 ng·L-1和2.56 ng·L-1，說明光譜技術(shù)是一種快速、靈敏的雌激素篩查方法。Duan等[8]運用紅外光譜研究了壬基酚(4-NP)對大鼠睪丸組織和睪丸支持細胞的毒性效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)4-NP主要影響的光譜振動區(qū)域為酰胺、脂質(zhì)和DNA/RNA，其中處理組多肽聚集水平、酰胺Ⅰ與酰胺Ⅱ的比值，以及磷酸基團和碳水化合物的比值出現(xiàn)明顯的下降，說明光譜手段可以用于睪丸組織生物分子損傷的研究中。

在農(nóng)藥和殺菌劑類物質(zhì)的毒性研究中，Dakhakhni等[44]在2,4-二氯苯酚(2,4-D)的肝毒性研究中，發(fā)現(xiàn)2,4-D能夠顯著降低大鼠肝臟蛋白質(zhì)含量，引起脂質(zhì)碳鏈疏松以及脂質(zhì)極性改變，證明紅外光譜在細胞毒性檢測和毒物介導生物膜和蛋白質(zhì)損傷監(jiān)測方面具有明顯的優(yōu)勢。Strong等[45]運用紅外光譜研究多菌靈和氟喹唑?qū)Ψ侵拮窤6細胞的單一毒性和聯(lián)合毒性，結(jié)果表明，2種化合物單一暴露均會影響細胞的蛋白質(zhì)和磷脂分子，并且二者的聯(lián)合暴露還會對DNA和碳水化合物產(chǎn)生影響，說明紅外光譜是一項研究細胞水平上環(huán)境濃度殺菌劑毒性效應(yīng)的靈敏度較高的技術(shù)。Xin等[46]運用紅外光譜從分子水平揭示三氯生和卡馬西平對淡水綠藻(Chlorococcumsp.)的毒性效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)三氯生對淡水綠藻的毒性效應(yīng)遠大于卡馬西平，三氯生主要通過抑制綠藻的脂肪酸合成以及引起蛋白質(zhì)聚集從而產(chǎn)生毒性，而卡馬西平主要通過與磷脂雙分子層相互作用破壞細胞膜而產(chǎn)生毒性。

3.3 紅外光譜在納米材料毒性研究中的應(yīng)用

在對納米材料的毒性研究中，Palaniappan和Pramod[47]運用紅外光譜研究了納米二氧化鈦(nTiO2)對斑馬魚鰓組織的毒性作用，發(fā)現(xiàn)nTiO2暴露會引起鰓組織中蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成之間的變化，對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進一步研究發(fā)現(xiàn)nTiO2暴露還會增加蛋白質(zhì)的α螺旋結(jié)構(gòu)，減少β折疊結(jié)構(gòu)。在碳納米顆粒毒性研究中，結(jié)果表明，光譜信息的變化情況與納米顆粒的濃度之間呈現(xiàn)劑量-效應(yīng)關(guān)系，同時還發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管和富勒烯主要影響細菌的脂質(zhì)、酰胺Ⅱ和DNA，并且碳納米顆粒的毒性大小與其尺寸相關(guān)[48]。Li等[49]也運用紅外光譜研究了碳納米顆粒的毒性效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)光譜技術(shù)結(jié)合化學計量學的方法可以檢測到μg·L-1級別的碳納米顆粒對細胞的毒性效應(yīng)。Novak等[50]在研究氧化鎢納米纖維對鼠婦(Porcellioscaber)的毒性時，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的毒性測試方法沒有檢測到氧化鎢納米纖維的毒性效應(yīng)，而紅外光譜卻檢測到了脂質(zhì)過氧化以及DNA結(jié)構(gòu)的變化。Rhiem等[51]研究多壁納米管對綠藻細胞的毒性時發(fā)現(xiàn)，多壁納米管會影響綠藻細胞的生物組成。Li等[52]研究銀離子和納米銀對大腸桿菌的殺菌作用，發(fā)現(xiàn)銀離子和納米銀均會影響巰基基團、蛋白質(zhì)、脂多糖和DNA的振動信息，但是二者呈現(xiàn)出不同的動力學特征。

4 展望(Prospects)

隨著光譜技術(shù)的不斷進步，紅外光譜在毒理學領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。紅外光譜因其具有樣品無損、非標記和樣品前處理簡單等優(yōu)點，有望成為一種新的毒理學研究工具。但是，紅外光譜在毒理學研究中目前處于起步階段，各項基礎(chǔ)性工作還需要進一步完善。從儀器平臺來說，高分辨的紅外光譜和具有成像功能光譜儀的應(yīng)用將豐富生物光譜信息，提高我們對生物樣本分子層面的認識；從數(shù)據(jù)分析來說，更加準確和便捷的統(tǒng)計模型以及模式識別方法、特征提取手段等的應(yīng)用可以輔助我們進一步深入理解生物大分子構(gòu)型構(gòu)象等的變化；從峰值指認來說，各個紅外吸收峰對應(yīng)的化學鍵的振動信息以及歸屬問題的解決，將對我們的光譜解析與分析給予關(guān)鍵支持，并且使我們對疾病診斷和毒性機理的認識更加準確；除此之外，紅外光譜數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，基于分子構(gòu)型構(gòu)象變化的生物信息數(shù)據(jù)與基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學、代謝組學等的結(jié)合將是未來光譜技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。