臨床生物化學（也稱為化學病理學或臨床化學）是病理學的一個領域，通常與體液分析有關。

該學科起源於 19 世紀後期，當時人們開始使用簡單的化學測試來檢測血液和尿液中各種成分。隨後，人們應用了其他技術，包括使用和測量酶活性、分光光度法、電泳和免疫分析。

大多數現代實驗室現在都是高度自動化的，並使用經過嚴格監控和質量控制的檢測方法。

需要檢查和測量血液細胞的測試以及血液凝固研究不包括在內，因為這些通常歸類為血液學.

工作型別

生化測試也被稱為“化學病理學”。這些測試在任何型別的體液上進行，但主要在血清或血漿上進行。血清是血液凝固後，所有血細胞都被去除後留下的黃色水樣部分。最容易透過離心實現，離心將密度更大的血細胞和血小板壓縮到離心管的底部，留下液體血清部分位於壓縮細胞的上方。血漿本質上與血清相同，但透過離心不凝固的血液獲得。因此，血漿包含所有凝血因子，包括纖維蛋白原。生物化學家檢測樣品中的不同生化成分。

免疫學測試抗體。
DNA 分析也在大型醫療實驗室進行。
激素
礦物質
維生素
代謝產物
酶

一個大型實驗室將接受多達 700 種不同測試的樣品。即使是最大的實驗室也很少自己進行所有這些測試，有些需要轉介到其他實驗室。這大量測試可以進一步細分為以下亞專業

普通或常規化學
內分泌學 - 研究激素
免疫學 - 研究免疫系統和抗體
藥理學或毒理學 - 研究藥物

化學病理學測試

常見的化學病理學測試包括

w:鈉;
w:鉀;
w:氯;
w:碳酸氫鹽;
w:尿素;
w:肌酐;
w:鈣;
w:磷酸鹽;
白蛋白;
w:膽紅素;
AST;
ALT;
w:GGT;
w:鹼性磷酸酶;
w:鎂;
w:滲透壓;
w:尿酸;
w:鐵;
w:轉鐵蛋白;
w:總蛋白;
w:球蛋白;
w:葡萄糖;
w:C 反應蛋白;
w:HbA1c.
w:血氣 ( $[H^{+}],P_{{\mathrm {CO} }_{2}},P_{{\mathrm {O} }_{2}}$ )

自動化

生物化學科比其他科室使用更多的自動化分析。這是由於

測試程式的可靠性和有效性。
所需的樣本量。
一天內測試的樣本數量。

凝膠電泳

凝膠電泳是一組技術，科學家使用這些技術根據物理特性（例如大小、形狀或等電點）分離分子。凝膠電泳通常用於分析目的，但也可用作製備技術，在使用其他方法（例如質譜、PCR、克隆、DNA 測序或蛋白質印跡）進行進一步表徵之前，部分純化分子。

分離

“凝膠”是指用於分離分子的基質。在大多數情況下，凝膠是交聯的聚合物，其成分和孔隙率的選擇基於分析目標的重量和成分。在分離蛋白質或小核酸（DNA、RNA 或寡核苷酸）時，凝膠通常用不同濃度的丙烯醯胺和交聯劑製成，產生不同大小的聚丙烯醯胺網狀網路。在分離更大的核酸（大於幾百個鹼基）時，首選的基質是純化的瓊脂糖（瓊脂的組成部分，瓊脂是一種紅色海藻提取物）。在這兩種情況下，凝膠形成一種固體但多孔的基質，看起來和感覺起來像透明的果凍。丙烯醯胺與聚丙烯醯胺相反，是一種神經毒素，需要使用良好實驗室規範 (GLP) 處理，以避免中毒。

“電泳”是指用於推動或拉動分子穿過凝膠基質的電動勢 (EMF)；透過將分子放置在凝膠中的孔中並施加電流，分子將以不同的速度穿過基質，如果帶負電荷則朝陽極移動，如果帶正電荷則朝陰極移動（請注意，凝膠電泳作為電解池執行；陽極是正極，陰極是負極）。

視覺化

電泳結束後，當最小的分子幾乎到達陽極時，凝膠中的分子可以透過染色使其可見。可以使用溴化乙錠、銀或考馬斯亮藍染料。還可以使用其他方法來視覺化混合物組分在凝膠上的分離情況。如果分析物分子在紫外光下發光，可以在紫外光下對凝膠拍照。如果待分離的分子含有放射性原子，可以記錄凝膠的放射自顯影圖（如這裡所示的示例）。

如果最初將幾種混合物彼此相鄰注入，它們將在各自的泳道中平行執行。根據不同分子的數量，每個泳道顯示出原始混合物中組分的分離，表現為一個或多個不同的條帶，每個組分對應一個條帶。組分分離不完全會導致條帶重疊，或者形成代表多個未解析組分的難以區分的彌散帶。

在不同泳道中，最終與頂端距離相同的條帶包含以相同速度穿過凝膠的分子，這通常意味著它們的大小大致相同。有特殊的標記物——梯子——包含已知大小的分子混合物。如果在凝膠中將這種標記物與未知樣品平行地執行在一個泳道中，可以將觀察到的條帶與未知條帶進行比較，以確定其大小。條帶遷移的距離與分子大小的對數成反比。

應用

凝膠電泳應用於分子生物學、遺傳學、微生物學和生物化學。結果可以透過用紫外光視覺化凝膠或透過染色分離的分子來定量分析。凝膠成像裝置使用計算機控制的攝像頭記錄影像，並測量感興趣的條帶或斑點的強度，並與載入在同一凝膠上的標準品或標記物進行比較。測量和分析主要使用專門的軟體進行。

核酸

在核酸的情況下，從負極到正極的遷移方向是由於它們糖磷酸骨架上天然的負電荷。雙鏈 DNA 片段自然表現為長杆，因此它們在凝膠中的遷移與它們的回轉半徑有關，或者對於非環狀片段，大致與大小有關。單鏈 DNA 或 RNA 往往會摺疊成具有複雜形狀的分子，並根據其三級結構以複雜的方式遷移穿過凝膠。因此，會使用破壞氫鍵的試劑，例如氫氧化鈉或甲醯胺，來使核酸復性，使其再次表現為長杆。

大型 DNA 或 RNA 分子的凝膠電泳通常透過瓊脂糖凝膠電泳進行。有關聚丙烯醯胺 DNA 測序凝膠的示例，請參見“w:鏈終止法”頁面。

蛋白質

另一方面，蛋白質可能具有不同的電荷和複雜的形狀，因此當在樣品上施加負到正的 EMF 時，它們可能不會以相似的速率遷移，甚至根本不會遷移。因此，蛋白質通常在十二烷基硫酸鈉/十二烷基磷酸鈉 (SDS/SDP) 等去汙劑的存在下變性，該去汙劑會將蛋白質包覆負電荷。通常，結合的 SDS 數量與蛋白質的大小有關（通常每克蛋白質 1.4 克 SDS），因此所得的變性蛋白質具有整體負電荷，並且所有蛋白質都具有相似的電荷與質量比。由於變性蛋白質表現得像長杆而不是具有複雜的三級結構，因此所得 SDS 包覆蛋白質在凝膠中遷移的速率僅與其大小有關，而不是與其電荷或形狀有關。

蛋白質通常透過十二烷基硫酸鈉聚丙烯醯胺凝膠電泳 (SDS-PAGE)、天然凝膠電泳、定量製備性天然連續聚丙烯醯胺凝膠電泳 (QPNC-PAGE) 或二維電泳進行分析。

課堂實驗

使用簡單的臨床試紙，可以分析模擬尿液樣本。可以確定葡萄糖、酮體和蛋白質水平，以識別可能的疾病。

碳水化合物、蛋白質和氨基酸或脂類的薄層色譜分離易於進行，並向考生介紹分子分離與化學性質相關的概念。

如果無法使用電泳裝置，教師可以聯絡醫院生物化學科或當地大學生物科學系，請求示範日，或安排人員訪問，該人員可以使用從考生那裡收集的樣本演示該技術。蛋白質電泳裝置可從多家公司獲得，國家生物技術教育中心提供一系列電泳的實踐活動和資源。

紙色譜

'紙色譜是一種分析技術，用於分離和鑑定有顏色或可以著色的化合物，尤其是色素。這種方法已被薄層色譜法取代，但它仍然是一種強大的教學工具。雙向紙色譜，也稱為二維色譜，涉及使用兩種溶劑，並在兩者之間將紙旋轉 90°。這對於分離複雜相似化合物混合物很有用，例如氨基酸。

技術

在距離紙張底部約 1 釐米的位置，在紙張條上塗抹少量含有樣品的溶液。該樣品被吸附到紙上，並可能與紙形成相互作用。任何與紙張發生反應或結合的物質都無法使用此技術進行測量。然後將紙浸入合適的溶劑中，例如乙醇或水，並放置在密封容器中。

溶劑透過毛細管作用向上移動紙張，毛細管作用是由於溶劑分子對紙張和彼此之間的吸引力而發生的。當溶劑透過紙張上升時，它會遇到並溶解樣品混合物，然後樣品混合物會隨溶劑一起向上移動紙張。樣品混合物中的不同化合物由於溶解度在溶劑中的差異以及它們對紙張中纖維的吸引力不同，因此遷移速率不同。紙色譜法需要幾分鐘到幾個小時的時間。

在某些情況下，紙色譜法無法完全分離色素；當兩種物質在特定溶劑中似乎具有相同的 R_f 值時，就會發生這種情況。在這些情況下，使用雙向色譜法分離多色素斑點。將色譜圖旋轉 90 度，並像以前一樣放置在不同的溶劑中；一些斑點會分離成多個斑點，表明存在不止一種色素。像以前一樣，計算 R_f 值，並識別兩種色素。

薄層色譜

薄層色譜 (TLC) 是一種廣泛使用的色譜技術，用於分離化學化合物。它涉及一個固定相，該固定相由一層薄薄的吸附劑材料組成，通常是二氧化矽凝膠、氧化鋁或固定在扁平惰性載體片上的纖維素。一個液相，包含待分離的溶液，溶解在溶劑中，透過毛細管作用被拉過板，從而分離實驗溶液。它可以用於確定植物中包含的色素，檢測食品中的農藥或殺蟲劑，在法醫學中分析纖維的染料成分，或識別給定物質中存在的化合物，以及其他用途。

板製備

TLC 板透過將吸附劑（例如二氧化矽凝膠）與少量惰性粘合劑（例如硫酸鈣（石膏））和水混合製成。將這種混合物作為濃漿均勻塗抹在惰性載體片上，通常是玻璃、厚鋁箔或塑膠，然後將所得的板乾燥並在烘箱中加熱以活化。吸附劑層的厚度通常為分析目的為 0.1–0.25 毫米，製備性 TLC 為 1–2 毫米。

技術

該過程類似於紙色譜法，但具有執行速度更快、分離效果更好以及可以選擇不同固定相的優勢。由於 TLC 的簡單性和速度，它通常用於監測化學反應以及反應產物的定性分析。

將含有樣品的少量溶液滴在板上，距離板底大約一釐米。然後將板浸入適當的溶劑中，如乙醇或水，並放入密閉容器中。溶劑透過毛細作用向上移動，遇到樣品混合物，樣品混合物溶解並被溶劑攜帶向上移動。樣品混合物中不同的化合物由於在溶劑中的溶解度不同，以及它們對固定相的吸引力不同，而以不同的速率移動。

色譜圖分析

顯色後，可以透過顏色、紫外光、茚三酮或用碘蒸汽處理來定位對應於不同化合物的斑點。最終的色譜圖可以與其他已知混合物的色譜圖進行比較，使用R_f值來識別樣品混合物。

與大多數其他形式的色譜法一樣，紙層析法使用R_f值來幫助識別化合物。R_f值透過將色素在紙上移動的距離除以溶劑移動的距離（溶劑前沿）來計算。因為R_f值對於給定化合物是標準的，所以已知的R_f值可用於幫助識別實驗中的未知物質。

由於被分離的化學物質可能是無色的，因此存在幾種方法來使斑點視覺化。

通常，會在吸附劑中新增少量熒光化合物，通常是錳活化的矽酸鋅，這使得在黑光（UV₂₅₄）下能夠視覺化斑點。吸附劑層本身會發出淡綠色的熒光，但分析物的斑點會抑制這種熒光。
碘蒸汽是一種通用的非特異性顯色試劑。
存在特定的顯色試劑，將TLC板浸入其中或噴灑在板子上。

一旦可見，每個斑點的R_f值可以透過將產物移動的距離除以溶劑移動的總距離（溶劑前沿）來確定。這些值取決於使用的溶劑和TLC板的型別，不是物理常數。

另見

參考文獻

外部連結

來源