生物技術的優點和缺點

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生物技術的優點和缺點范文第1篇

關鍵詞：印染廢水

Abstract: the paper system technology and progress of the printing and dyeing wastewater at home and abroad, especially the new technology in recent years is introduced, and probes into the developing trend of printing and dyeing wastewater treatment technology, combined with the advantages and disadvantages and practicability, economy, the authors put forward their own views and the prospect of printing and dyeing wastewater treatment.

Keywords: printing and dyeing wastewater

中圖分類號：X791文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）

引言：印染廢水組分復雜，常含有多種染料，色度深、毒性強、難降解，PH波動大、而且濃度高，廢水量大，是難處理的工業廢水之一。由于化學纖維織物的發展，，使難生化降解有機物大量進入印染廢水，色度的去除是印染廢水處理的一大難題，舊的生化法在脫色方面一直不能令人滿意。傳統的生物處理工藝已受到嚴重挑戰。

如何選擇適宜的廢水處理工藝，做到運行成本既合理，污染物去除效果又好，是工程設計中的關鍵。為了對印染廢水處理工藝有更深入的了解，文章簡要介紹印染廢水的幾種典型的傳統處理方式，以及新型印染廢水處理工藝技術，并就其優缺點進行評析和展望。

一、傳統印染廢水處理工藝：

1 物理處理法：吸附法和混凝法

吸附法可通過吸附劑去除水中的色、臭、重金屬離子和有機物。但該方法不大適用于分散染料的去除。

混凝沉淀法是對于成分復雜的染料廢水，先經均化沉淀，加入適量的酸或堿中和后，再加混凝劑絮凝沉淀。傳統混凝法對疏水性染料脫色效率很高。缺點是需隨著水質變化改變投料條件，對親水性染料的脫色效果差，COD去除率低。

2 化學處理法：化學氧化法、焚燒法

化學氧化法是通過強氧化劑的氧化作用，破壞發色基團或染料分子結構，達到脫色和去除COD的目的。

焚燒法是在高溫下，利用空氣深度氧化處理極高濃度有機物廢水的最有效手段，是最易實現工業化的方法。目前，國內焚燒處理存在的主要問題是：熱回收率低，不少焚燒裝置因運轉費用高而不能運行。國外先進的焚燒系統都配備廢熱回收和廢氣污染控制裝置，有利于降低能耗和消除二次污染。

3 生物處理法

廢水生化處理是利用微生物的代謝作用分解廢水中有機物的處理方法。生化法操作簡單, 運行費用低, 無二次污染的優點, 在印染廢水的處理中得到了廣泛的應用。生化法包括好氧法和厭氧法。

二、新型印染廢水處理工藝：

1 膜過濾法

國內用醋酸纖維素納濾膜處理染料廠的高鹽度、高色度廢水, 色度去除率幾乎達100%, COD 去除率在95% 以上。【4】膜分離技術處理效果明顯, 是一種極有前途的物理處理新技術。但其投資和運行費用高, 易發生堵塞, 需要高水平的預處理和定期的化學清洗, 還存在濃縮物的處理問題。【3】

2 高能物理處理法

水分子在高能束轟擊作用下能發生激發和電離, 生成離子, 激發電子、次級電子, 這些高活性粒子可使有害物質得到降解。該技術的特點是有機物的去除率高, 設備占地面積小, 操作簡便; 但因其產生高能粒子的裝置昂貴, 技術要求高, 能耗較大, 要真正投入應用還有大量的問題需要解決。

3 化學處理法

3.1 光催化氧化法：利用某些物質在紫外光的作用下產生自由基, 氧化染料分子從而實現脫色。目前存在的主要問題是染料體系的復雜性和測試方法的局限性。其次, 是由于催化劑懸浮于水體中, 加大了清理難度, 增加對環境的二次污染。

3.2 超聲波氧化法：基于超聲波能在液體中產生局部高溫、高壓、高剪切力, 誘使水分子及染料分子裂解產生自由基, 引發各種反應并促進絮凝的一種技術。該技術可與化學氧化、電解氧化、光催化氧化等聯用, 對一些難降解有機物有顯著的降解效果,去除率高且反應速度快。

4. 生物法

4.1 好氧生物處理法【5】

4.1.1加壓生物氧化法： 采用密閉塔式容器, 根據亨利分壓定律, 以簡單的“加壓”手段突破了有機廢水生物處理的供氧問題, 增大了活性微生物量, 提高了微生物活性。為生物法處理印染廢水, 特別是處理濃度高和難生物降解的印染廢水創出了一條新路。

4.1.2 膜生物反應器處理法： 它將水力停留時間與污泥停留時間相分離，延長了泥齡，污泥質量濃度可以得到提高，從而提高了生物系統對難降解有機物的處理能力。它具有出水穩定、水質好等優點, 但膜污染、成本高的問題阻礙了它的大量推廣。

4.1.3 添加優勢菌種法： 通過添加優勢復合菌, 經長期馴化形成穩定的含菌泥體系, 菌泥的形成不但可使降解效率大大提高, 而且可使反應時間大大縮短, 因而大幅度降低了廢水處理工程的投資和運行成本。利用高效菌作為添加劑或種源接種處理印染廢水是當今環保領域中新興的生物技術。

4.2 厭氧生物處理法： 厭氧生物處理較好氧生物處理在印染廢水處理上, 有應用范圍廣、能耗低、有機負荷高、剩余污泥少的優勢。但是, 單一的厭氧處理運行周期比較長, 而且往往很難達到排放標準。因此，厭氧生物處理應用較多的主要是其復合或改進工藝。

4.3 好氧-厭氧處理法： 通過厭氧處理以提高印染廢水的可生化性, 使出水水質穩定, 減少了負荷沖擊, 以利于后續的好氧處理。當有機物通過厭氧反應, 降解成有機酸或小分子的溶解性物質后, 再通過好氧處理予以徹底降解。

厭氧-好氧法處理難生化降解的印染廢水具有除污染效率高、運行穩定和較強的耐沖擊負荷能力等特點。但是又存在著以下自身無法解決的問題：活性污泥沉降性、生化反應速率和剩余污泥的處理費用較高；隨著印染廢水的可生化性變差，單一運用生物處理法不能滿足實際要求。

小結：

比較上述各種印染廢水處理技術, 物理和化學法總體上處理成本高, 其中吸附法和膜分離技術適合作為深度處理技術, 化學氧化法處理效率高、二次污染較少。比較有效的處理工藝是通過物化處理減少印染廢水的生物毒性, 提高可生化性, 再采用運行成本較低的生化法進一步處理。且單一處理工藝均很難達到要求, 需對不同處理工藝進行優化組合。因此, 系統開發不同工藝的有效組合, 研究高效、經濟、節能的印染廢水處理反應器將是印染廢水處理工藝研究的主要內容和發展方向。

參考文獻

[1] 明銀安,陸曉華. 印染廢水處理技術進展. 工業安全與環保 2003,29,8:16~17.

[2] 趙平,羅智明,梁羽峰,宏鳳英,吳晉波. 印染廢水的傳統處理方式評析. 廣東化工.2011,8,38,220:114~115

[3] 景曉輝,尤克非,丁欣宇,蔡再生. 印染廢水處理技術的研究與進展. 南通大學學報( 自然科學版). 2005.3.4:18~19

生物技術的優點和缺點范文第2篇

1．1缺乏擁有自主知識產權的基因

目前我國正在研發的轉基因植物涉及的種類較少，隨著轉基因技術研發的深入，這種狀況將嚴重制約我國轉基因植物的研發進展。從整體水平看，目前我國在轉基因作物研究技術方面的進展與國際基本同步，在發展中國家居領先地位。但與國際先進水平相比仍有較大差距，主要表現在我國擁有自主知識產權較差，轉基因技術的研發又相對較少，這種狀況將嚴重制約我國轉基因作物的研發進展。

1．2對轉基因作物的認知不足

轉基因作物有很多優勢，但它的潛在危害和風險是巨大的，對人類的健康和周圍環境的不確定性。因為有一個巨大的信息不對稱領域的轉基因作物和技術等，優點和缺點尚未完全被人們認知或一定程度的理解。與此同時，由于社會道德和的影響，有些人的轉基因作物有不同程度的偏差，如恐懼、懷疑。轉基因作物的產業化在中國有直接或間接的負面影響。

1．3轉基因育種技術體系不夠完善

轉基因技術在我國主要停留在實驗室的小規模的水平，與國外跨國公司大規模遺傳轉化相比，有很大的差距。與此同時，我國缺乏有效的系統支持育種技術支持轉基因技術，不能完全顯示轉基因技術的優勢。在應用轉基因技術為核心和領先技術，開發更好的種子資源的同時，也會帶來相應的栽培，然而栽培和管理等一系列措施改變尚未改變。因此，實現轉基因作物的產業化發展，除了依靠轉基因技術獲得優良的品種資源，還需要雜交育種、耕作栽培、土壤、植物和其他配套的綜合措施。

1．4國內農業科技企業發展落后

轉基因植物產業化能力仍然薄弱。缺乏具有國際競爭力的大型農業科技企業組織和企業、成果轉化和產業化的轉基因植物產業化能力較弱。在轉基因作物市場中，通過企業重組、并購，孟山都、安內特、巴斯夫、先正達、杜邦和其他大型農業生物技術企業已逐漸成為生物技術研究和發展的主題，占據了轉基因作物品種、技術和知識產權，加速其在轉基因行業的壟斷。

2加強轉基因產品貿易發展的對策

2．1加強有關農產品國際貿易規范和慣例的研究

我國之制定了相應的轉基因產品管理制度，但缺乏強有力的監督。在政策創新方面，應該合理構建技術性貿易措施以保護消費者利益與產業發展。由于轉基因產品對人類健康、生態環境的影響具有不確定性，建議相關部門在不歧視外國出口商的前提下制定專門針對轉基因產品貿易的法律法規、技術標準、認證程序等，利用“轉基因安全”的審定，設置高門檻，阻止外國產品隨意進入我國市場。同時，也要重視宣傳尊重消費者的知情權，把對轉基因食品的選擇權交給消費者。

2．2建立標準化的協調轉基因產品管理系統

建立一個標準化的協調轉基因產品管理系統，以確保產品的安全。一方面，加強宣傳，提高公眾的感知水平的轉基因作物加強農業轉基因技術的有效推廣。另一方面，我們應該完善立法體系，制定細致的實驗室以及種植審批制度，以保證有條件的社會力量可以加入到轉基因產品的研發過程，從而促進轉基因產業的發展。

2.3增強轉基因技術的研究與開發

近年來，我國政府逐漸重視了科技的重要性，而且在科技投入方面也是逐年加大，這位我國的產品的創新和發展提供了有力的保障，但是資金的投入力度和發達國家相比還是相差甚遠，甚至都不及發達國家一家跨國公司的科研投入力度。由歐美轉基因產品的貿易爭端可以發現，只有自身的科研技術能力在國際上處于領先水平，才能在國際舞臺上立足，才能引領國際市場的發展。

2.4增強轉基因技術的應用提高我國競爭力

我國應該繼續推進轉基因作物的產業化和市場化，打造出優勢產品在國際上的競爭力，但是要根據國際市場的情形和轉基因技術的重視程度。目前，我國的優勢轉基因技術主要是在抗蟲棉和轉基因水稻方面，所以我國應該繼續發展轉基因技術在棉花和水稻方面的研究，形成自己的優勢產業。

3結論

生物技術的優點和缺點范文第3篇

關鍵詞 綠色化學 環境保護 生物技術

人類正面臨有史以來最嚴重的環境危機，由于人口急劇的增加，資源的消耗日益擴大，人均耕地、淡水和礦產等資源占有量逐漸減少，人口與資源的矛盾越來越尖銳；環保問題就成為經濟與社會發展的重要問題之一。作為國民經濟支柱產業之一的化學工業及相關產業，在為創造人類的物質文明作出重要貢獻的同時，在生產活動中不斷排放出大量有毒物質，化學工業也為環境和人類的健康帶來一定的危害。發達國家對環境的治理，已開始從治標，即從末端治理污染轉向治本，即開發清潔工業技術，消減污染源頭，生產環境友好產品。“綠色技術”已成為21世紀化工技術與化學研究的熱點和重要科技前沿。

綠色化學又稱綠色技術、環境無害化學、環境友好化學、清潔化學。綠色化學即是用化學及其它技術和方法去減少或消除那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑、產物、副產物等的使用和產生。

化學可以粗略地看作是研究從一種物質向另一種物質轉化的科學。傳統的化學雖然可以得到人類需要的新物質，但是在許多場合中卻既未有效地利用資源，又產生大量排放物，造成嚴重的環境污染。綠色化學則是更高層次的化學，它的主要特點是“原子經濟性”，即在獲得物質的轉化過程中充分利用每個原料原子，實現“零排放”，因此既可以充分利用資源，又不產生污染。傳統化學向綠色化學的轉變可以看作是化學從“粗放型”向“集約型”的轉變。綠色化學可以變廢為寶，可使經濟效益大幅度提高。綠色化學已在全世界興起，它對我國這樣新興的發展中國家更是一個難得的機遇。

1 采用無毒、無害并可循環使用的新物料

1.1 原料選擇

工業化的發展為人類提供了許多新物料，它們在不斷改善人類物質生活的同時，也帶來大量生活廢物，使人類的生活環境迅速惡化。為了既不降低人類的生活水平，又不破壞環境，我們必須研制并采用對環境無毒無害又可循環使用的新物料。

以塑料為例，據統計，到1989年美國在包裝上使用的塑料就超過55.43億kg（20世紀90年代數量進一步上升），打開包裝后即被拋棄，這些塑料廢物破壞環境是我們面臨的一大問題：掩埋它們將永久留在土地里中；焚燒它們會放出劇毒。

我國也大量使用塑料包裝，而且在農村還廣泛地使用塑料大棚和地膜，造成的“白色污染”也越來越嚴重。解決這個問題的根本出路在于研制可以自然分解或生物降解的新型塑料，目前國際上已有一些成功的方法，例如：光降解塑料和生物降解塑料。前者已經投入生產。光生物雙降解塑料研究是我國“八五”科技攻關的一個重大項目，已取得一些進展。

1.2 溶劑的選擇

大量的與化學制造相關的污染問題不僅來源于原料和產品，而且源自在其制造過程中使用的物質。最常見的是在反應介質，分離和配方中所用的溶劑。在傳統的有機反應中，有機溶劑是最常用的反應介質，這主要是因為它們能較好地溶解有機化合物。但有機溶劑的毒性和難以回收又使之成為對環境有害的因素。因此，在無溶劑存在下進行的有機反應，用水作反應介質，以及超臨界流體作反應介質或萃取溶劑將成為發展潔凈合成的重要途徑。

1.2.1 固相反應

固相化學反應實際上是在無溶劑化作用的新穎化學環境下進行的反應，有時可比溶液反應更為有效并達到更好的選擇性。它是避免使用揮發性溶劑的一個研究動向。

1.2.2 以水為溶劑的反應

由于大多數有機化合物在水中的溶解性差，而且許多試劑在水中會分解，因此一般避免用水作反應介質。但水作為反應溶劑有其獨特的優越性，因為水是地球上自然豐度最高的“溶劑”，價廉、無毒、不危害環境。此外水溶劑特有的疏水效用對一些重要有機轉化是十分有益的，有時可提高反應速率和選擇性，更何況生命體內的化學反應大多是在水中進行的。

水相有機合成在有機金屬類反應，水相Lewis酸催化的反應現都已取得較大進展。因此在某些有機化學反應中，開發利用以水作溶劑是大有可為的。

1.2.3 超臨界流體作為有機溶劑

超臨界流體是指超臨界溫度及超臨界壓力下的流體，是一種介于氣態與液態之間的流體。在無毒無害溶劑的研究中，最活躍的研究項目是開發超臨界流體（SCF），特別是超臨界CO2作溶劑。超臨界CO2是指溫度和壓力在其臨界點（31.10℃，7 477.79KPa）以上的CO2流體。它通常具有流體的密度，因而有常規常態溶劑的溶解度；在相同條件下，它又具有氣體的粘度，因而又具有很高的傳質速度。而且，由于具有很大的可壓縮性，流體的密度，溶劑溶解度和粘度等性能可由壓力和溫度的變化來調節。其最大優點是無毒、不可燃、價廉等。

1.3 催化劑的選擇

許多傳統的有機反應用到酸、堿液體催化劑。如烴類的烷基化反應一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸做催化劑，這些液體酸催化劑的共同缺點是：對設備腐蝕嚴重，對人身危害和產生廢渣污染環境。為了保護環境，多年來人們從分子篩、雜多酸、超強酸等新催化材料入手，大力開發固體酸做為烷基催化劑。其中采用新型分子篩催化劑的乙苯液相烴化技術較為成熟，這種催化劑選擇性高，乙苯收率超過99.6%，而且催化劑壽命長。

2

化學反應的綠色化

為了節約資源和減少污染，合成效率成了當今合成方法學研究中關注的焦點。合成效率包括兩方面，一是選擇性（化學、區域、非對映體和對映體選擇性），另一個就是原子經濟性，即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉化為產物，理想的原子經濟反應是原料分子中的原子百分之百的轉變為產物，不產生副產物或廢棄物，實現廢物的“零排放”。為此，化學化工工作者在設計合成路線時，要減少“中轉”、增加“直快”、“特快”，更加經濟合理地利用原料分子中的每一個原子，減少中間產物的形成，少用或不用保護基或離去基，避免副產物或廢棄物的產生。實現原子經濟反應的有效手段很多，在些不作贅述。

3

生物技術的應用

生物科學是當代科學的前沿。生物技術是世界范圍內新技術革命的重要組成部分，生物化工是21世紀最具有發展潛力的產業之一，它將成為創造巨大社會財富的重要產業體系。采用生物技術已在能源、采油、采礦、肥料、農藥、蛋白質、聚合物、表面活性劑、催化劑、基本有機化工原料、精細化學品的制造等方面得到廣泛應用。從發展綠色化學的角度出發，它最大的特點和魅力就在節約能源和易于實現無污染生產而且可以實現用一般化工技術難以實現的化工過程，其產品常常又具有特殊性能。因此，生物技術的研究和應用倍受青睞。

綠色化學是人類的一項重要戰略任務。綠色化學的根本目的是從節約資源和防止污染的觀點來重新審視和改革傳統化學，從而使我們對環境的治理可以從治標中轉向治本。綠色化學的發展不僅將對環境保護產生重大影響，而且將為我國的企業與國際接軌創造條件。

參考文獻

1 朱清時. 綠色化學和新的產業革命[J]. 現代化工，1998（6）

2 閔思澤. 環境友好石油煉制技術的發展[J].化學進展，1998（1）

生物技術的優點和缺點范文第4篇

關鍵詞：蛋白質組學；蛋白質組學技術體系

中圖分類號：Q753

文獻標識碼：A

文章編號：1672－979X(2010)5－0207－04

21世紀是生物技術和信息技術的世紀。隨著人類基因組測序計劃的完成，功能基因組學逐漸成為新的研究熱點，研究蛋白質組學是功能基因組研究的重要組成部分，是生命科學研究進入后基因組時代的里程碑，也是后基因組時代研究的核心內容之一。

1　蛋白質組與基因組――從基因組到蛋白質組的轉變

基因組用于描述生物的全部基因和染色體組成。基因組學包括結構基因組學和功能基因組學兩方面的內容。

隨著研究的深入，人們認識到單純基因組信息不能完全揭示生命的奧秘。基因是遺傳信息的攜帶者，蛋白質才是生理功能的執行者和生命活動的直接體現者。幾乎所有的生理和病理過程都能引起蛋白質相應的變化，研究蛋白質結構和功能將直接闡明生物體在不同生理或病理條件下的變化機制。由此產生了蛋白質組學(protemics)。在后基因組時代，生命科學的中心任務將是闡明基因組所表達蛋白質的表達規律和生物功能。生命科學的研究重心將從基因組學移向蛋白質組學。

2　蛋白質組學的研究內容

蛋白質組學研究的內容主要有結構蛋白質組學和功能蛋白質組學兩方面。結構蛋白質組學主要是研究蛋白質表達模式，功能蛋白質組學主要是研究蛋白質功能模式，目前的研究主要集中在蛋白質組相互作用網絡關系上。

目前蛋白質組學又出現了新的研究趨勢：(1)亞細胞蛋白質組學分離、鑒定不同生理狀態下亞細胞蛋白質的表達，這對全面了解細胞功能有重要意義；(2)定量蛋白質組學精確的定量分析和鑒定一個基因組表達的所有蛋白質已成為當前研究的熱點；(3)磷酸化蛋白質組學蛋白質磷酸化和去磷酸化調節幾乎所有的生命活動過程。蛋白質組學的方法可以從整體上觀察細胞或組織中蛋白質磷酸化的狀態及其變化；(4)糖基化蛋白質組學可用于確定糖蛋白特異性結合位點中多糖所處的不同位置。近來在蛋白質組學背景下進行的糖生物學研究已取得了可喜的進展；(5)相互作用蛋白質組學通過各種先進技術研究蛋白質之間的相互作用，繪制某個體系蛋白質作用的圖譜。

3　蛋白質組學研究技術

蛋白質組學的發展，既是技術推動又受技術限制。蛋白質組學研究成功與否，很大程度上取決于技術方法水平的高低。蛋白質組學的蓬勃發展主要得益于三大技術突破：固相化pH梯度膠條即IPG膠條的發明和完善；兩種軟電離質譜技術的出現：蛋白質雙向凝膠電泳圖譜數字化和一系列分析軟件的問世。當前國際蛋白質組研究技術平臺的技術基礎和發展趨勢有以下幾個方面。

3.1蛋白質樣品制備技術

樣品制備是雙向電泳成功的關鍵之一。選擇合適的樣品制備方法對獲得滿意的雙向電泳圖譜非常重要。不同來源的樣品有不同的處理方法。目前常用的樣品處理技術有液相等電聚焦、亞細胞分級、吸附色譜、連續多步提取方法等。

激光捕獲顯微切割技術是上世紀末期發展起來的新技術。利用激光切割組織，能高效地從復合組織異性地分離出單個細胞或單一類型細胞群，顯著提高樣本的均一性。

3.2蛋白質分離技術

3.2.1雙向凝膠電泳(2-DE)　其原理是根據蛋白質的等電點和相對分子質量來分離蛋白質。近年雙向電泳技術的蛋白質分離分辨率和重復性顯著提高。尤其是差異熒光顯示凝膠電泳(DIGE)技術，將蛋白質樣品經不同的熒光染料CYPRO Ruby(Cy2、Cy3、Cy5)標記后，等量混合雙向電泳，蛋白量差異可通過蛋白點熒光信號間的不同比率分辨。此法靈敏度高，所需樣品量少，一張膠可同時分析3個樣品，減少了工作量，重復性顯著提高。目前該技術已得到了廣泛應用。

3.2.2高效液相色譜技術(HPLC)　2D-LCO口串聯HPLC也是分析蛋白質組學最有效的工具之一。其基本原理是先進行第一向分子篩柱層析，按蛋白質相對分子質量大小分離。從柱上流出的蛋白峰自動進入第二向層析進一步分離，第二向層析通常是利用蛋白質表面疏水性質進行反相柱層析。

3.2.3毛細管電泳(CE)　在高電場強度作用下，按相對分子質量、電荷、電泳遷移率等差異有效分離毛細管中的待測樣品。CE分辨率高，分離速度快且易于和ESI-MS實現在線連接，在蛋白質分析中應用的極為廣泛。與2-DE比較，CE可在線自動分析蛋白質的分離，并可分析相對分子質量范圍不適于2-DE的樣品。缺點是復雜樣品分離不完全。

3.3蛋白質定量分析

蛋白質組研究中，以2-DE為基礎的蛋白質定量方法大致有考馬斯亮藍染色法、銀染法、負染法、熒光染色法和放射性同位素標記法等。其中，考馬斯亮藍染色法和銀染法是最常用的定量手段，操作簡單易行，而且能很好地與質譜鑒定匹配，但靈敏度較低，檢測下限為0.2～0.5g，背景較高。

銀染的優點是靈敏度高，可染出蛋白質量1ng／點，但與蛋白質量的線性關系不如考馬斯亮藍染色法，且對質譜鑒定影響較大。

負染方法簡單快速，但是，其重復性依賴于許多物理化學因素，例如染色液的pH，膠中陰離子濃度、溫度等，所以不能作為一種通用方法。

熒光染色法的靈敏度與銀染相似但速度快得多，且不需要固定蛋白質。這為后續的蛋白酶解或印跡帶來很大方便。此外，熒光染色的線性范圍較寬，定量結果較可靠。

在所有的染色方法中，最靈敏的是同位素標記法，20×10-6量的標記蛋白就可通過其熒光或磷光的強度測定。但此方法易污染，易對人體產生傷害，操作也不方便，一般不采用。

3.4蛋白質的鑒定

3.4.1氨基酸組成分析此法可提供蛋白質一級結構信息，耗資低，但速度較慢。所需蛋白質或肽的量較大，在超微量分析中受到限制；且存在酸性水解不徹底或部分降解而致氨基酸變異的缺點，故應結合蛋白質的其它屬性鑒定。

3.4.2 C-端或N-端氨基酸序列分析常用Edman降解法測定蛋白質N－端氨基酸序列。常用羧肽酶法、化學降解法測定蛋白質C-端氨基酸序列。目前均可用自動測序儀。

3.4.3質譜能清楚地鑒定蛋白質并準確測量肽和蛋白質的相對分子質量、氨基酸序列及翻譯后的修飾，因靈敏度高、速度快、易自動化，已成為蛋白質組研究中主要的蛋白質鑒定技術。

質譜技術的基本原理基于：帶電粒子在磁場或電場中運動的軌跡和速度依粒子質量與攜帶電荷比的不同而變

化，可據此判斷粒子的質量和特性。目前常用的質譜儀有氣相色譜－質譜儀(GC－MS)：液質聯用質譜儀(LC－MS)；電噴霧電離串聯質譜儀(ESI－MS－MS)；液相色譜－電噴霧離子化質譜儀(LC－ESI－MS)；基質輔助的激光解吸飛行時間質譜儀(MALDI－TOF－MS)等。其中MALDI－TOF－MS和ESI－MS－MS是簡單高效且靈敏的方法，是目前蛋白質組學研究中應用最廣泛的生物質譜儀。

3.4.3.1肽質量指紋圖譜法鑒定蛋白質在蛋白質數據庫中檢索實驗獲得的肽質量指紋圖譜，根據肽段匹配率和蛋白質序列覆蓋率尋找具有相似肽指紋圖譜(PMF)的蛋白質，就可以初步完成蛋白質鑒定。

當前測定蛋白質的肽質量指紋圖譜，常用的質譜儀為MALDI－TOF－MS，精度可達0.1個質量單位，靈敏度可以達到分解亞皮摩爾量的蛋白質，并且分析時間極短，適于蛋白質的高通量鑒定。

3.4.3.2質譜測肽序列信息鑒定蛋白質為進一步鑒定蛋白質，可將液相中的肽段經電噴霧電離后進入串聯質譜，肽鏈中的肽鍵斷裂，形成N－端和C－端碎片離子系列。根據肽片段的斷裂規律綜合分析這些碎片離子系列，可得出肽段的氨基酸序列，聯合肽片段的相對分子質量和肽段的序列信息，就足以鑒定一個蛋白質。

表面增強激光解吸電離－飛行時間－質譜(SELDI－TOF－MS)是在MALDI－TOF－MS基礎上進一步改進的質譜技術。它通過表面選擇性吸附大大降低了樣品蛋白質的復雜性，而又能同時分析多樣品、多蛋白質，具有分析速度快、簡便易行、樣品用量少和高通量等特點。

3.4.4同位素標記親和標簽(ICAT)　這是應用MALDI－ToF和LC－MS／MS表達蛋白質差異的定量分析技術。其優點是可以直接測試混合樣品而不需分離，能迅速定性和定量鑒定低豐度蛋白質，但也存在特異性吸附、不可逆吸附和容量低等缺點。

3.4.5iTRAQ　iTRAQ試劑是在ICAT基礎上發展起來的氨基反應試劑，可標記四重樣品，以便用串聯質譜儀比較分析豐度。Hirsch等利用iTRAQ-MS／MS研究大鼠肝臟局部熱缺血處理后Kuppfer細胞內蛋白質的變化，獲得了總計1559種蛋白質的定量比較數據。

3.4.6蛋白質芯片技術這是用于分析蛋白質功能及相互作用的生物芯片。待分析樣品中的生物分子與蛋白質芯片的探針分子雜交或相互作用或用其他分離方式分離后，用激光共聚焦顯微掃描儀檢測和分析雜交信號，從而實現高通量檢測多肽、蛋白質及其他生物成分的活性、種類和相互作用。此技術快速、操作簡便、樣品用量少，可平行檢測多個樣品，可直接檢測不經處理的各種體液和分泌物等。在蛋白質組學研究中較目前用的常規方法有明顯優勢。

3.5蛋白質之間的相互作用技術

蛋白質之間相互作用是細胞生命活動的基礎和特征。目前主要的研究方法有以下幾種。

3.5.1酵母雙雜交系統這是在真核模式生物酵母中進行的，靈敏度很高。目前此技術不但可用于體內檢驗蛋白質之間，蛋白質與小分子肽、DNA、RNA之間的相互作用，而且能用于發現新的功能蛋白質，研究蛋白質的功能，對于認識蛋白質組特定代謝途徑中的蛋白質相互作用關系網絡發揮了重要作用。

這種技術可用于研究大量蛋白質間的相互作用，易自動化、高通量，但存在假陽性和假陰性現象。酵母雙雜交系統提供的蛋白質之間可能的相互作用信息，還需通過進一步的生物化學實驗確定和排除。

3.5.2噬菌體展示技術主要是在編碼噬菌體外殼蛋白質基因上連接一單克隆抗體基因序列。噬菌體生長時表面會表達出相應單抗，噬菌體過柱時，如柱上含有目的蛋白質，則可特異性地結合相應抗體。該技術具有高通量及簡便的特點，與酵母雙雜交技術互為補充，彌補了酵母雙雜交技術的一些限制。缺陷是噬菌體文庫中的編碼蛋白均為融合蛋白，可能改變天然蛋白質的結構和功能，體外檢測的相互作用可能與體內不符。

3.5.3串聯親和純化(TAP)

利用一種經過特殊設計的蛋白標簽，經過兩步連續親和純化，獲得更接近自然狀態的特定蛋白復合物。TAP技術可在低濃度下富集目的蛋白，得到的產物可用于活性檢測及結構分析。因其高特異性和選擇性可減小復雜蛋白質組分離的復雜性。

TAP技術的開發是研究蛋白質相互作用方法學上的巨大突破。該方法集成了經典的親和純化和免疫共沉淀兩種技術的優點，可快速得到生理條件下與目標蛋白真實相互作用蛋白質的特點。這些分離技術與2－DE相互補充或不同分離模式組合，將成為蛋白質組學高通量分析的重要工具。

3.5.4表面等離子共振技術(SPR)　為研究蛋白質之間相互作用的全新手段。典型代表是瑞典BIACORE的單元蛋白質芯片。SPR技術的特點是檢測快速、安全，不需標記物或染料，靈敏度高。除用于檢測蛋白質之間的相互作用外，還可用于檢測蛋白質與核酸及其他生物大分子之間的相互作用，并且能實時監測整個反應過程。因此，SPR技術在檢測生物大分子特異性相互作用上比傳統方法更具優勢。

3.6生物信息學分析

生物信息學是蛋白質組學研究不可或缺的研究方法。蛋白質組學研究任一物種的基因組編碼的全套蛋白質，通常是高通量的，在預測和結構分析蛋白質功能時，生物信息學就成為蛋白質組學研究的核心技術之一。數據庫是生物信息學的主要內容，各種數據庫幾乎覆蓋了生命科學的各領域，建立與開發蛋白質組數據庫和分析軟件是蛋白質組定性和定量分析的重要基礎。Mascot，Expasy，PeptideSearch和ProteinProspector等是目前蛋白質組學中常用的檢索數據庫。

生物技術的優點和缺點范文第5篇

【關鍵詞】 信號放大；時間分辨熒光分析；鑭系元素螯合物

Studies and applications of time-resolved fluorescence assay based on signal amplification

【Abstract】 Time-resolved fluorescence assies(TRFA) based on signal amplification are new ultrasensitive labelling assay technologies.The basis is biosignal amplification，the labels are lanthanide chelates，and the detection methods are the time-resolved and wavelength-resolved fluorescence assay in the technologies.In addition，enzyme-labelled assay and PCR amplification et al are used in the technologies.The several main signal amplification methods and amplifications， for example， enzyme-amplification， two-round enzyme-amplification，europium nanopartical，rolling circle amplification，immuno-PCR and fluorescence quenching assay et al， were introduced in the summary. The unique advantages of nonisotope and ultrasensitivity and extensive applications in bioassay shown good prospects of TRFA based on signal amplification.

【Key words】 signal amplification; time-resolved fluorescence assay; lanthanide chelate

近些年來，非同位素標記分析技術發展迅速。它主要包括：酶標記分析技術、化學發光分析技術、生物發光分析技術和時間分辨熒光分析技術。信號放大時間分辨熒光分析技術克服了其他技術的缺點，具有非同位素、靈敏度高、標記物制備簡單、測量快速和分析動態范圍寬等優點，成為一種最有發展前途的非同位素標記分析技術。

1 信號放大時間分辨熒光分析技術的原理及特點

信號放大時間分辨熒光分析（time-resolved fluorescence assay， TRFA）技術是把生物信號放大、鑭系元素螯合物的固有優點以及時間分辨和波長分辨兩種測量技術合為一體，極其有效地排除了非特異熒光，測量了特異熒光，因而靈敏度很高。

信號放大時間分辨熒光分析技術的優點歸根到底是源于鑭系元素螯合物的固有特點［1］。它們是：(1)激發光譜帶較寬，可以增加激發能，提高標記物的比活性。(2)發射光譜帶很窄，50%發射譜帶的寬僅約為10nm，可以利用通帶濾光片，只允許峰值波長±5nm譜段通過供測量，在如此窄的譜段內，非特異熒光很少，可有效降低本底熒光，且能量損失也不大。(3)激發光與發射光之間的stokes位移大，有利于排除激發光散射等的干擾。(4)鑭系離子螯合物的熒光壽命很長，約1ms，在時間分辨熒光儀上測量時，脈沖光源激發后，可適當延遲一段時間，待其他短半衰期（1～10ns）的非特異熒光完全衰變后再測量，從而極大的降低了本底熒光，實現了時間分辨，靈敏度大大提高。(5)鑭系離子由激發態躍遷到基態時發射熒光，在測量時間內可反復激發鑭系離子，相當于大大提高了標記比活性。

此外，時間分辨熒光分析技術的分析動態范圍寬，可達4～5個數量級；標記物制備簡單，穩定性好，有效期長，不受半衰期影響；標記蛋白質時反應條件溫和，蛋白質活性受損少；測量快速，易于自動化。

2 生物素—鏈霉親和素系統放大的時間分辨熒光分析

1988年，出現了一種新的雙功能螯合劑，稱為4，7-雙（氯磺酰基苯基）-1，10-菲咯啉-2，9-二羧酸［4，7-bis(chlorosulfophenyl)-1，10-phenanthroline-2，9-dicarboxylic acid，BCPDA］，為了增加生物放大又把生物素-親合素系統（biotin-avidin system，BAS）引入免疫反應系統。本分析系統的基本原理是：固相McAb與抗原反應后，再加入生物素化McAb，形成免疫反應復合物，再加入通用試劑SA-BCPDA-Eu3+，其中SA是鏈霉親合素（streptavidin，SA），借助SA與生物素的高特異和高親合力的結合，把這種通用試劑連接到免疫反應復合物上，最終形成的復合物為：固相McAb-抗原（標準或樣品）-（McAb-生物素）-（SA-BCPDA-Eu3+）［2］。本分析系統的特點是不用增強液，可在固相下直接測熒光。該系統共有三次放大作用，但放大倍數仍然遠小于增強液系統，靈敏度可能略低，為此也有學者在最后一步加入增強液，進行液相熒光測定。

3 酶放大時間分辨熒光分析

酶放大時間分辨熒光分析（enzyme-amplified time-resolved fluorescence assay， EATRFA）系統，它的核心思想是把生物素-鏈霉親和素的高親和力和放大作用、酶放大作用、鑭系元素螯合物的特有優點和時間分辨測量技術結合，不用增強液，在液相下測量熒光。

其基本原理是：固相McAb與抗原和生物素化McAb同時反應，形成免疫反應復合物；然后再與堿性磷酸酶（ALP）標記SA的復合物ALP-SA反應，形成復合物（固相McAb-抗原-McAb-生物素-SA-ALP）。再加入ALP的底物5-氟水楊酸磷酸酯（5-fluorosalicyl phosphate，5-FSAP），生成產物5-氟水楊酸（5-fluorosalicylic acid，5-FSA）。再加入鋱（Tb3+）—乙二胺四乙酸（EDTA）螯合物，在高pH下，形成熒光壽命長、熒光產額高的三元復合物FSA- Tb3+-EDTA。測定546nm波長的熒光強度即可得抗原濃度［3，4］。在本法中，環境改變和淬滅體對熒光發射特征影響極小；鑭系元素污染的影響也非常小［5］；在液相下測熒光，不用分離，非常簡捷。

4 二次酶放大時間分辨熒光分析

近年又提出二次酶放大時間分辨熒光分析系統［3，6］，用于核酸雜交分析。其原理如下：先用抗體包被微滴定孔，再經特異抗原標記的靶DNA與該抗體反應，將靶DNA連接到固相抗體上。然后用生物素化探針與靶DNA雜交，再通過生物素與鏈霉親和素的反應，將鏈霉親和素標記的辣根過氧化物酶（HRP）連接到雜化物上。當加入含有H2O2和生物素化酪胺（B-T）的HRP的底物溶液，因有H2O2存在，HRP在催化酪胺氧化，產生游離基團的同時，也催化事先固定在微滴定孔表面的蛋白質（如白蛋白）的酪胺酰基的氧化。由于二聚體形成反應，于是B-T就共價地結合到固相上。再加入ALP-SA，經B與SA的反應，ALP結合到固相上。至此，實現了雜交和建立了雜交的定量關系。洗滌后，加入ALP的底物5-FSAP，此后的步驟與EATRF分析系統的相同。二次酶放大時間分辨熒光分析系統的主要目的是增加放大倍數，大大提高分析靈敏度。有報告稱此系統的特異信號可增加30倍，信/噪比可改進10倍，靈敏度可達3×10-16mol［7］。

熒光光譜明確可靠。測量熒光強度時，溶液中有5-FSA：EDTA：Tb三元復合物，它的最大吸收波長與儀器的激發波長337nm幾乎相等，很匹配，它的四條發射譜帶中547nm譜帶的強度最強，用（547±5）nm的窄通帶濾光片，只允許其通過，是供測量的熒光信號。5-FSAP本身不發熒光，也不能與Tb-EDTA結合成復合物。游離的5-FSA只發射420nm波長的熒光，也被濾光片濾掉。

EATRFA系統的優點是：靈敏度非常高，對PBR322DNA的雜交分析，國外Evanglista等報道為3pg［8］，國內趙啟仁等報道為10pg［3］，而二次EATRFA系統的靈敏度更高；分析系統簡單，全過程操作，可以一管到底，在檢測熒光強度時，不需要分離，可直接在液相下測量；分析快速，測定全過程只需要十幾小時，且主要是溫育需要過夜；相關試劑的有效期長；不存在放射性對人體的危害等問題；不存在金屬離子污染問題；環境改變和淬滅體對熒光特征發射的影響極小；有利于分析自動化實現。

5 納米顆粒的應用

近幾年來，納米顆粒應用到時間分辨熒光分析技術中。每個納米顆粒含有數千鑭系元素螯合物，這樣可以大大提高標記比活性。在均相時間分辨熒光分析中，使用納米顆粒技術，當激發光激發時，大量增加的鑭系元素螯合物作為能量供體將能量傳遞給能量受體，傳遞的能量增加，受體所受的激發熒光強度也大大增加。Harma等和Kokko等分別報告了用銪納米顆粒和時間分辨熒光免疫分析技術進行了超靈敏的前列腺特異抗原（PSA）和雌二醇的測定［9，10］。

6 滾動循環放大時間分辨熒光分析

由于ELISA等酶免疫分析的靈敏度和特異性受限，特別是當分析材料或抗原的量很少時，2000年，Schweitzer等［11］利用滾動循環放大（rolling circle amplification， RCA）進行了超靈敏的抗原測定。滾動循環放大用于蛋白抗原類的測定，被稱為“immunoRCA”。它是一個多元化的分析系統，可以一次檢測多種抗原，可用于免疫診斷和基因診斷。

“immunoRCA”的原理是：將抗原（標準或待測樣品）包被在固相上，加入共價連接寡核苷酸引物的抗體。通過抗原和抗體的特異結合，寡核苷酸引物連于固相。這樣，在環狀DNA、DNA聚合酶和核苷酸的存在下，進行擴增。擴增的結果就是一條很長的DNA分子，它包含了數百個拷貝的環狀DNA序列［12］。這時，我們用生物素化的探針和其雜交，利用生物素-鏈霉親和素系統對擴增產物DNA的量進行時間分辨熒光測定。因為在一定范圍內，所得擴增DNA的量正比于固相的量，所以可以定量固相抗原。

“immunoRCA”具有靈敏度高，特異性強；測定快速，動態范圍寬；不需要特殊的設備，操作更簡便；避免假陽性結果；檢測結果更準確等優點［13，14］。

“immunoRCA”不僅可用于蛋白抗原類的測定，其基本原理還可應用于點突變檢測以及直接檢測病毒DNA或RNA來診斷病毒感染。2003年，Wang B等用RCA高效地測定了SARS-CoV病毒DNA［15］。2005年，Silander K等用少量DNA經過多樣引物進行了SNP基因擴增的評估［16］。

7 免疫PCR時間分辨熒光分析

很多疾病的生命和分子基礎的基本原理的闡明，需要研究生物分子的相互作用，甚至是在單個細胞或單個分子水平上的這種作用。多數自然過程涉及蛋白質和其他非核酸物質，因此，單是核酸分析還是不足以探索生物原理。為了把PCR的近乎指數的擴增能擴展到蛋白質的高靈敏度測定，Sano et al［17］創立了免疫PCR法（Immuno-PCR，IPCR）。IPCR是一種檢測微量抗原的高靈敏度技術。它把抗原抗體反應的高特異性和PCR的高靈敏感性有機地結合起來。它的基本原理是：用一段已知DNA分子標記抗體作為探針，利用抗體和抗原的特異結合，把此探針連接到待測抗原上，PCR擴增粘附在抗原抗體復合物上的這段DNA分子，電泳定性，根據特異性PCR產物的有無，來判斷待測抗原是否存在。IPCR是迄今最敏感的一種抗原檢測方法，理論上可以檢測單個抗原分子，實踐上它的靈敏度比ELISA法高100～10000倍［18］。由于PCR產物在抗原量未達到飽和前與抗原抗體復合物的量成正比，因此IPCR還可進行抗原的定量［19］和半定量試驗。

IPCR的連接分子是指IPCR中需要的連接報告分子和抗原抗體復合物的中間橋分子［20］。主要有：重組的鏈霉親和素-蛋白A嵌合體，蛋白A可與抗體的Fc段結合，而鏈霉親和素可與DNA分子上的生物素連接。以及生物素化單抗-親和素-生物素化DNA分子復合體及其修飾物［21］。研制新型連接分子是IPCR的一個研究熱點。

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要求用作IPCR報告分子和PCR擴增系統有良好的擴增效果，具有近似理論的擴增率。與反應系統中可能存在的DNA分子不應有同源性。目前用的較多的是DNA聚合酶將生物素化的堿基聚合到DNA末端，理論上一條DNA鏈上標記一個生物素分子時靈敏度最高。

PCR產物經葡聚糖凝膠電泳后，EB染色，紫外線燈下觀察或照像，出現特異性擴增帶為陽性。另外，在PCR擴增時應用生物素標記，再與堿性磷酸酶標記的鏈霉親和素反應，再加入ALP的底物5-FSAP，產物為5-FSA，再加入含Tb-EDTA的熒光發展溶液，可用時間分辨熒光儀測熒光強度。當然也有用放射性同位素和熒光素的。

IPCR應用很多，目前主要用于檢測腫瘤標志物、細胞因子、神經內分泌活性多肽、病毒抗原、細菌、酶、支原體、衣原體等微量抗原。到目前不完全統計有各種檢測40多種［22～24］。

8 時間分辨熒光淬滅分析

時間分辨熒光淬滅分析（time-resolved fluorescence quenching assay，TRFQA）是建立于熒光共振能量轉移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）理論［25］上的一種分析系統。在此分析系統中，能量是從一個鑭系元素螯合物轉移到一個非熒光淬滅體。雙鏈DNA探針，其中一條鏈的5′端標記鑭系元素螯合物，另一條單鏈的3′端標記熒光淬滅基團。當標記有鑭系元素螯合物的單鏈與靶DNA雜交時產生熒光信號，而游離的該種單鏈與標記有熒光淬滅基團的單鏈結合時，熒光信號被熒光淬滅基團淬滅。這樣大大減小了背景熒光，提高了靈敏度［26］。2006年，Wang等進行了抗引物淬滅的實時PCR和臨床癌癥樣品的分析［27］。Santangelo等用納米結構探針測定了活細胞中的RNA［28］。

信號放大時間分辨熒光分析法是一種新型的超微量分析方法，由于它的優點突出，越來越受到關注，應用日益廣泛。相信在不久的將來，隨著生物技術的發展，對微量檢測要求的提高，具有高靈敏度的信號放大時間分辨熒光分析將在更多的領域內得到廣泛應用。

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