信息素的高效分析

圖1.  用于信息素分析的GC-MS。

信息素（Pheromone，亦稱費洛蒙）僅以很低的濃度存在于自然界中。要檢測這種具有揮發性的化學信號物質，需采用精良的分析方法。而毛細管GC結合相應的萃取技術，就是一種有效的方法。

近年來，科學家們已從研究中得知：不光是昆蟲，脊椎動物也能產生信息素，并能通過化學作用在分子層面上溝通。信息素的作用常見于發生攻擊、筑巢或性行為時。薩爾大學的研究人員指出：當處于妊娠階段的小雌鼠與非原配的雄鼠密切接觸時，會因外遇雄鼠所排泄的MHC-肽物質而致早產或流產（布魯斯效應）；雄鼠尿液中的特殊物質能促進年輕雌鼠提早繁殖生育（范登堡效應）；雌鼠尿液中的信息素則會抑制群居雌鼠們的發情周期（李-波特氏效應）；而雄性動物尿液中的信息素又能重新誘導雌鼠的性成熟（惠藤效應）。

信息素對行為的影響

迄今為止，科學界仍不能明確信息素影響人類發展和行為的程度,僅了解信息素的一些表征。目前能確定的是：形成于皮膚內部或表皮上的化學信息物質，在人們相處中起到了不容忽視的作用。亞琛大學附屬醫院放射神經醫院院長Martin Wiesmann博士認為：對于曾因聞到過他人的汗臭而產生心理畏懼的測試者而言，她（他）們可能還沒有與他人發生實際接觸，就已經產生焦慮并表現得小心翼翼。另外，試驗表明：并非所有的人都會對于同一種化學信號做出相同或相似的反應。特定的性別因素在這里起到了重要的作用：汗液在男性世界里能引發警報，而對女性而言則起到鎮定安撫的作用。

研究信息素要求靈敏的技術

人們對信息素的影響和功能方面了解越多，提出的問題也就越多。顯然，信息素的作用就如同香味一樣，是基于不同化合物的復雜作用。鮮花和草的氣味是由數百種單個的芳香組分組成的，為了弄清楚信息素的源頭、作用以及功能，需要采用類似于研究香味的方式，借助于靈敏的分離和分析技術來測定整體特性輪廓。

信息素的分子大小和揮發性決定了人們需要采用毛細管氣相色譜分析法來完成高效的檢測，且信息素在尿液和肌肉組織中濃度較低，還需采用高效的萃取技術。生物學家Alfred Butenandt為了確定信息素誘烯醇（Bombykol）的特征，曾經投入成千上萬只雌性蝴蝶作為試驗動物。

以印第安納大學信息素研究所化學系的Milos V. Novotry 為首的科學家們，在尋找生物物料中信息素的萃取技術時，與比利時色譜研究所合作，驗證了一種攪拌棒吸附萃取法（SBSE）的效能和作用。該方法用具有聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面涂層的磁性攪拌棒（Gerstel-Twister）作為萃取介質，成功地測定了水相中的多種有機物，包括飲用水、地表水、廢水、冰、生物物料（如血液、尿液、體液和精液），以及食品、環境樣品和空氣。

圖2.  采用SBSE法對倉鼠尿液中揮發性有機物VOC的GC/MS- 測定（總離子質譜圖，TIC），對比測定采用“吹掃-捕集法”并以Tenax 為吸附劑，結果表明，SBSE法對于弱揮發性化合物具有更高的萃取效率。

為了檢測SBSE法的效能，Novotry 及同事對倉鼠的尿液進行了萃取。并借助“吹掃-捕集法” 來評估易揮發性和難揮發性化合物的分析結果，用Tenax吸附管進行了比較測定。他們認為：SBSE方法分析，無需使用有機溶劑，能夠始終以同一種簡單的方式來進行。通過在熱解析系統（Gerstel-TDS/TDSA）中自動進行的熱解析、在GC進樣器中（Gerstel-冷進樣系統KAS）對分析溶質的冷聚焦、通過溫度程序轉入分離柱上、最后進行氣相色譜分離和帶原子發射檢測器的自動定量測定（GC-6890/AED G235A Agilent Technologies）。采用質譜檢測法與已知標準物質進行對照來鑒定分析溶質。采用冷聚焦技術，保證了所有的分析溶質都無一遺漏地轉入到GC系統中。

分析結果令人滿意

在雄倉鼠（坎貝爾侏儒倉鼠）的尿液中，人們發現了一系列具有特征性的烴基化吡嗪，可視為與該倉鼠的強大內分泌功能有關的信息素。為考察SBSE方法的效能，科學家們采用了“吹掃-捕集法”，并以Tenax為吸附劑，與之進行對照。結果表明：對于揮發性高的化合物而言，SBSE方法的萃取效率略低（一般在5%~10%）；對揮發性低的化合物（尤其是烴基化的吡嗪）來說，效率則明顯提高（通常提高50%~100%）。這為研究人員在知之甚少的領域中開辟了新的視野。采用SBSE方法,雄性倉鼠尿液中7種化合物所達到的峰面積的相對標準偏差為1%~5%（N=4）。該結果對于從其他哺乳動物樣品中所得到的色譜峰的重現性也具有參考意義。

由于Gerstel-Twister磁性攪拌棒的萃取率直接取決于該化合物的極性，因此可以通過其logKo/w數值簡單地加以估算。憎水性越強的化合物，在輕微憎水的PDMS相中的萃取率就越高。但像萜醇這類憎水性化合物，理論上雖有較高的回收率，但相對于強親水性的化合物（如2,5-二甲基吡嗪），卻并沒有更好的萃取重現性。總的看來，采用SBSE法萃取倉鼠尿液中揮發性組份的定量重現性，在從親水性到憎水性的廣泛范圍內是相當穩定的，其線性是通過自水相中經60min從濃度范圍0.25~4.0μg/L的苯甲醛進行萃取而繪制的。相關系數（R2, N=4）在全部測量范圍內測定＞0.99。由此還表明，相比于用Tenax吸附管的“吹掃-捕集法”， SBSE方法更適用于生物樣品中所發現的微量苯甲醛的分析。

采用SBSE法分析信息素

Novotry及其研究小組最后得出結論：在定量測定哺乳動物尿液中的輕度和中度揮發性化合物時，SBSE法是一種靈敏的、重現性和線性良好的分離技術，采用該萃取技術可以對微量的樣品體積（100μl）進行有效地加工，此外，SBSE技術也適用于以動態方式進行空氣樣品和肌肉組織中的小量、有機的和與動物實驗有關的萃取。該方法以平行的方式進行，且無需昂貴的儀器設備，因此顯著地提高了分析流通量。采用SBSE法，為測定倉鼠尿液中復雜的信息素特性輪廓這一領域提供了新的思路。

信息素的有效萃取

信息素僅以很低的濃度存在于自然界，且多存在于易揮發性的化合物中。這一屬性使得毛細管GC成為了分析信息素最理想的方法，如何將信息素從基體中分離出來是問題的關鍵。本文首選的是應用低成本儀器設備的技術，磁攪拌棒吸附萃取法SBSE相對于傳統的方法（如“吹掃-捕集法”）具有明顯的優勢。