信息素的高效分析

图1.  用于信息素分析的GC-MS。

信息素（Pheromone，亦称费洛蒙）仅以很低的浓度存在于自然界中。要检测这种具有挥发性的化学信号物质，需采用精良的分析方法。而毛细管GC结合相应的萃取技术，就是一种有效的方法。

近年来，科学家们已从研究中得知：不光是昆虫，脊椎动物也能产生信息素，并能通过化学作用在分子层面上沟通。信息素的作用常见于发生攻击、筑巢或性行为时。萨尔大学的研究人员指出：当处于妊娠阶段的小雌鼠与非原配的雄鼠密切接触时，会因外遇雄鼠所排泄的MHC-肽物质而致早产或流产（布鲁斯效应）；雄鼠尿液中的特殊物质能促进年轻雌鼠提早繁殖生育（范登堡效应）；雌鼠尿液中的信息素则会抑制群居雌鼠们的发情周期（李-波特氏效应）；而雄性动物尿液中的信息素又能重新诱导雌鼠的性成熟（惠藤效应）。

信息素对行为的影响

迄今为止，科学界仍不能明确信息素影响人类发展和行为的程度,仅了解信息素的一些表征。目前能确定的是：形成于皮肤内部或表皮上的化学信息物质，在人们相处中起到了不容忽视的作用。亚琛大学附属医院放射神经医院院长Martin Wiesmann博士认为：对于曾因闻到过他人的汗臭而产生心理畏惧的测试者而言，她（他）们可能还没有与他人发生实际接触，就已经产生焦虑并表现得小心翼翼。另外，试验表明：并非所有的人都会对于同一种化学信号做出相同或相似的反应。特定的性别因素在这里起到了重要的作用：汗液在男性世界里能引发警报，而对女性而言则起到镇定安抚的作用。

研究信息素要求灵敏的技术

人们对信息素的影响和功能方面了解越多，提出的问题也就越多。显然，信息素的作用就如同香味一样，是基于不同化合物的复杂作用。鲜花和草的气味是由数百种单个的芳香组分组成的，为了弄清楚信息素的源头、作用以及功能，需要采用类似于研究香味的方式，借助于灵敏的分离和分析技术来测定整体特性轮廓。

信息素的分子大小和挥发性决定了人们需要采用毛细管气相色谱分析法来完成高效的检测，且信息素在尿液和肌肉组织中浓度较低，还需采用高效的萃取技术。生物学家Alfred Butenandt为了确定信息素诱烯醇（Bombykol）的特征，曾经投入成千上万只雌性蝴蝶作为试验动物。

以印第安纳大学信息素研究所化学系的Milos V. Novotry 为首的科学家们，在寻找生物物料中信息素的萃取技术时，与比利时色谱研究所合作，验证了一种搅拌棒吸附萃取法（SBSE）的效能和作用。该方法用具有聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面涂层的磁性搅拌棒（Gerstel-Twister）作为萃取介质，成功地测定了水相中的多种有机物，包括饮用水、地表水、废水、冰、生物物料（如血液、尿液、体液和精液），以及食品、环境样品和空气。

图2.  采用SBSE法对仓鼠尿液中挥发性有机物VOC的GC/MS- 测定（总离子质谱图，TIC），对比测定采用“吹扫-捕集法”并以Tenax 为吸附剂，结果表明，SBSE法对于弱挥发性化合物具有更高的萃取效率。

为了检测SBSE法的效能，Novotry 及同事对仓鼠的尿液进行了萃取。并借助“吹扫-捕集法” 来评估易挥发性和难挥发性化合物的分析结果，用Tenax吸附管进行了比较测定。他们认为：SBSE方法分析，无需使用有机溶剂，能够始终以同一种简单的方式来进行。通过在热解析系统（Gerstel-TDS/TDSA）中自动进行的热解析、在GC进样器中（Gerstel-冷进样系统KAS）对分析溶质的冷聚焦、通过温度程序转入分离柱上、最后进行气相色谱分离和带原子发射检测器的自动定量测定（GC-6890/AED G235A Agilent Technologies）。采用质谱检测法与已知标准物质进行对照来鉴定分析溶质。采用冷聚焦技术，保证了所有的分析溶质都无一遗漏地转入到GC系统中。

分析结果令人满意

在雄仓鼠（坎贝尔侏儒仓鼠）的尿液中，人们发现了一系列具有特征性的烃基化吡嗪，可视为与该仓鼠的强大内分泌功能有关的信息素。为考察SBSE方法的效能，科学家们采用了“吹扫-捕集法”，并以Tenax为吸附剂，与之进行对照。结果表明：对于挥发性高的化合物而言，SBSE方法的萃取效率略低（一般在5%~10%）；对挥发性低的化合物（尤其是烃基化的吡嗪）来说，效率则明显提高（通常提高50%~100%）。这为研究人员在知之甚少的领域中开辟了新的视野。采用SBSE方法,雄性仓鼠尿液中7种化合物所达到的峰面积的相对标准偏差为1%~5%（N=4）。该结果对于从其他哺乳动物样品中所得到的色谱峰的重现性也具有参考意义。

由于Gerstel-Twister磁性搅拌棒的萃取率直接取决于该化合物的极性，因此可以通过其logKo/w数值简单地加以估算。憎水性越强的化合物，在轻微憎水的PDMS相中的萃取率就越高。但像萜醇这类憎水性化合物，理论上虽有较高的回收率，但相对于强亲水性的化合物（如2,5-二甲基吡嗪），却并没有更好的萃取重现性。总的看来，采用SBSE法萃取仓鼠尿液中挥发性组份的定量重现性，在从亲水性到憎水性的广泛范围内是相当稳定的，其线性是通过自水相中经60min从浓度范围0.25~4.0μg/L的苯甲醛进行萃取而绘制的。相关系数（R2, N=4）在全部测量范围内测定＞0.99。由此还表明，相比于用Tenax吸附管的“吹扫-捕集法”， SBSE方法更适用于生物样品中所发现的微量苯甲醛的分析。

采用SBSE法分析信息素

Novotry及其研究小组最后得出结论：在定量测定哺乳动物尿液中的轻度和中度挥发性化合物时，SBSE法是一种灵敏的、重现性和线性良好的分离技术，采用该萃取技术可以对微量的样品体积（100μl）进行有效地加工，此外，SBSE技术也适用于以动态方式进行空气样品和肌肉组织中的小量、有机的和与动物实验有关的萃取。该方法以平行的方式进行，且无需昂贵的仪器设备，因此显著地提高了分析流通量。采用SBSE法，为测定仓鼠尿液中复杂的信息素特性轮廓这一领域提供了新的思路。

信息素的有效萃取

信息素仅以很低的浓度存在于自然界，且多存在于易挥发性的化合物中。这一属性使得毛细管GC成为了分析信息素最理想的方法，如何将信息素从基体中分离出来是问题的关键。本文首选的是应用低成本仪器设备的技术，磁搅拌棒吸附萃取法SBSE相对于传统的方法（如“吹扫-捕集法”）具有明显的优势。