重金属的生物体原位成像技术研究进展

裴诚诚; 聂亚光; 赵亚楠; 倪珅瑶; 许安

doi:10.19969/j.fxcsxb.21120601

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重金属的生物体原位成像技术研究进展

综述 | 更新时间：2022-07-15

- 重金属的生物体原位成像技术研究进展
- Progress on In Situ Imaging of Heavy Metals in Living Organisms
- 分析测试学报 2022年41卷第7期页码：1102-1110
- 作者机构：
  
  1.安徽大学物质科学与信息技术研究院，安徽合肥 230601
  2.环境毒理与污染控制技术安徽省重点实验室，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心，安徽合肥 230031
- 作者简介：
  
  许安，博士，研究员，研究方向：环境毒理学，E - mail：anxu@ipp.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(91743106);安徽省重点研究与开发计划项目(202004i07020015)
- DOI：10.19969/j.fxcsxb.21120601
  中图分类号：
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裴诚诚,聂亚光,赵亚楠等.重金属的生物体原位成像技术研究进展[J].分析测试学报,2022,41(07):1102-1110.

PEI Cheng-cheng,NIE Ya-guang,ZHAO Ya-nan,et al.Progress on In Situ Imaging of Heavy Metals in Living Organisms[J].Journal of Instrumental Analysis,2022,41(07):1102-1110.
裴诚诚,聂亚光,赵亚楠等.重金属的生物体原位成像技术研究进展[J].分析测试学报,2022,41(07):1102-1110. DOI： 10.19969/j.fxcsxb.21120601.

PEI Cheng-cheng,NIE Ya-guang,ZHAO Ya-nan,et al.Progress on In Situ Imaging of Heavy Metals in Living Organisms[J].Journal of Instrumental Analysis,2022,41(07):1102-1110. DOI： 10.19969/j.fxcsxb.21120601.

摘要

重金属广泛存在于自然环境中，由于其具有高毒性和不同的赋存形式，且在环境中不能被微生物分解，因此重金属在通过多种途径进入生物体后，极易产生累积并造成伤害。重金属在生物体内分布及形态的差异是决定其生物效应的核心因素，因此了解这些关键信息是探索其毒性机制的基础。原位成像技术能在空间上识别生物体内重金属，并直观地评价生物体内重金属的含量、分布、形态转化及摄入和排出等状态和过程，因而受到广泛关注。该文总结了激光烧蚀电感耦合等离子体质谱法（LA－ICP－MS）、同步辐射以及金属感测荧光团成像等重金属原位成像方法的基本原理和应用，比较了其各自的技术特点和应用场景，并对重金属的生物原位成像技术发展进行了展望。

Abstract

Heavy metals are ubiquitously present in the natural environment．Due to their high toxicity，different occurrences and resistance to microorganism decomposition，they are highly prone to accumulate and cause harm when they enter into living organisms through various pathways．The differences in the distribution and occurrence of heavy metals in organisms are the key factors that determine their biological effects，thus understanding these key factors is the basis for exploring their toxicological mechanisms．In-situ imaging technology has received widespread attention as it is designed to spatially identify heavy metals in organisms，which enables the visual evaluation of heavy metal content，distribution，transformation，as well as intake and excretion．The basic principles and applications of in-situ imaging methods for heavy metals are summarized in this paper，including laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry（LA－ICP－MS），synchrotron radiation and metal sensing fluorophore imaging，and their respective technical characteristics and application scenarios are compared．The perspectives on future development of in-situ imaging of heavy metals in living organisms are also provided．

关键词

重金属原位成像技术激光烧蚀电感耦合等离子体质谱同步辐射金属感测荧光团

Keywords

heavy metalsin-situ imaging technologylaser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry（LA－ICP－MS）synchrotron radiationmetal sensing fluorophore

references

Wang J，Xi Z，Yang Q，Zhang K，Kai Z．J. Environ. Sci．，2018，71：283－291．

Liu A，Ma Y，Gunawardena J M A，Egodawatta P，Ayoko G A，Goonetilleke A．Ecotoxicol. Environ. Saf．，2018，164：696－703．

Lu Y，Song S，Wang R，Liu Z，Meng J，Sweetman A J，Jenkins A，Ferrier R C，Li H，Luo W，Wang T．Environ. Int．，2015，77：5－15．

Li Z，Ma Z，Van Der Kuijp T J，Yuan Z，Huang L．Sci. Total Environ．，2014，468/469：843－853．

Hartwig A．Biometals，2010，23（5）：951－960．

Hughes M F．Toxicol. Lett.，2002，133（1）：1－16．

Wang L，Hou D，Cao Y，Ok Y S，Tack F M G，Rinklebe J，O'connor D．Environ. Int.，2020，134：105281．

Yang Y R，Zhong Y，Li S D，Deng M L，Yang X Y，Yang Y M，Yao Y P．Agric. Technol. Equip. 杨雅茹，钟瑶，李帅东，邓梦玲，杨希妍，杨雅茂，姚怡萍．农业技术与装备），2020，（10）：55－56．

Aschner M，Palinski C，Sperling M，Karst U，Schwerdtle T，Bornhorst J．Metallomics，2017，9（4）：357－364．

Yu W，Liao J，Yang F，Zhang H，Chang X，Yang Y，Bilal R M，Wei G，Liang W，Guo J，Tang Z．Ecotoxicol. Environ. Saf.，2021，212：111968．

Yin J J，Wang L，Li S，Chen F F，Hegazy A M，Zhang X．Environ. Toxicol. Pharmacol.，2020，80：103465．

Cheng G H．North Environ. （陈光华．北方环境），2018，30（4）：138－139．

Liu J H，Zheng L N，Wang B，Chen M N，Wang M，Feng W Y．J. Anal. Sci. （刘金辉，郑令娜，汪冰，陈明丽，王萌，丰伟悦．分析科学学报），2020，36（3）：443－448．

Wang J J，Nie Y G，Dai H，Wang M D，Cheng L，Yang Z，Chen S P，Zhao G P，Wu L J，Guang S H，Xu A．Environ. Sci. Nano，2019，6（5）：1332－1342．

Brinkhaus S G，Bornhorst J，Chakraborty S，Wehe C A，Niehaus R，Reifschneider O，Aschner M，Karst U．Metallomics，2014，6（3）：617－621．

Wang J J，Xu A，Dai H，Wang J，Wang M D．Chin. J. Appl. Environ. Biol. （王晶晶，许安，代慧，王娟，王牧笛．应用与环境生物学报），2015，21（6）：1003－1011．

Becker J S．J. Mass Spectrom.，2013，48（2）：255－268．

Crone B，Aschner M，Schwerdtle T，Karst U，Bornhorst J．Metallomics，2015，7（7）：1189－1195．

Becker J S，Breuer U，Hsieh H F，Osterholt T，Kumtabtim U，Wu B，Matusch A，Caruso J A，Qin Z．Anal. Chem.，2010，82（22）：9528－9533．

Togao M，Nakayama S M M，Ikenaka Y，Mizukawa H，Makino Y，Kubota A，Matsukawa T，Yokoyama K，Hirata T，Ishizuka M．Chemosphere，2020，238：124581．

Pornwilard M M，Merle U，Weiskirchen R，Becker J S．Int. J. Mass Spectrom.，2013，354：281－287．

Egger A E，Grabmann G，Gollmann－Tepeköylü C，Pechriggl E J，Artner C，Türkcan A，Hartinger C G，Fritsch H，Keppler B K，Brenner E，Grimm M，Messner B，Bernhard D．Metallomics，2019，11（12）：2010－2019．

Becker J S，Matusch A，Wu B．Anal. Chim. Acta，2014，835：1－18．

Yang H X，Zhao L H，Gao J X，Liu W，Li B．Chin. J. Anal. Chem. （杨红霞，赵令浩，高津旭，刘崴，李冰．分析化学），2014，42（3）：355－359．

Promchan J，Günther D，Siripinyanond A，Shiowatana J．J. Cereal Sci.，2016，71：198－203．

Kim T J，Park J G，Ahn S K，Kim K W，Choi J，Kim H Y，Ha S H，Seo W D，Kim J K．Minerals，2020，10（2）：175．

Yang C Z，Cheng G F，Huang Y H．Phys. Test. Chem. Anal.： Phys. Test. （杨传铮，程国峰，黄月鸿．理化检验－物理分册），2009，45（7）：462－466．

Li F R，Shi H Z，Xu A P，Wu Z C，Deng T H B，Cheng Y J，Wang F H．Qual. Saf. Agro-prod. 李富荣，石含之，徐爱平，吴志超，邓腾灏博，陈永坚，王富华．农产品质量与安全），2020，（2）：52－58．

Snigireva I，Snigirev A．J. Environ. Monit.，2006，8（1）：33－42．

Zhang H F，He X，Bai W，Guo X M，Zhang Z Y，Chai Z F，Zhao Y L．Metallomics，2010，2（12）：806-810．

Gao Y X，Liu N Q，Chen C Y，Luo Y F，Li Y F，Zhang Z Y，Zhao Y L，Zhao B L，Iida A，Chai Z F．J. Anal. At. Spectrom.，2008，23（8）：1121－1124．

Yuan J，Luo L Q．Chin. J. Anal. Chem. （袁静，罗立强．分析化学），2016，44（5）：792－798．

Al－Ebraheem A，Dao E，Desouza E，Li C，Wainman B C，Mcneill F E，Farquharson M J．Physiol. Meas.，2015，36（3）：N51－60．

Zhao J，Gao Y，Li Y F，Hu Y，Peng X，Dong Y，Li B，Chen C，Chai Z．Environ. Res.，2013，125：75－81．

Meng B，Feng X，Qiu G，Anderson C W，Wang J，Zhao L．Environ. Sci. Technol.，2014，48（14）：7974－7981．

James S A，Roberts B R，Hare D J，De Jonge M D，Birchall I E，Jenkins N L，Cherny R A，Bush A I，Mccoll G．Chem. Sci.，2015，6（5）：2952－2962．

Weekley C M，Aitken J B，Witting P K，Harris H H．Metallomics，2014，6（12）：2193－2203．

Diacomanolis V，Ng J C，Sadler R，Nomura M，Noller B N，Harris H H．Chem. Res. Toxicol.，2010，23（11）：1647-1649．

Porcaro F，Roudeau S，Carmona A，Ortega R．TrAC，Trends Anal. Chem.，2018，104：22－41．

Guimarães D，Roberts A A，Tehrani M W，Huang R，Smieska L，Woll A R，Lin S，Parsons P J．J. Anal. At. Spectrom.，2018，33（10）：1616－1630．

Weekley C M，Shanu A，Aitken J B，Vogt S，Witting P K，Harris H H．Metallomics，2014，6（9）：1602－1615．

Homma－Takeda S，Uehara A，Yoshida T，Numako C，Sekizawa O，Nitta K，Sato N．Radiat. Phys. Chem.，2019，175：108147．

Kopittke P M，De Jonge M D，Menzies N W，Wang P，Donner E，Mckenna B A，Paterson D，Howard D L，Lombi E．Plant Physiol.，2012，159（3）：1149－1158．

Brown Jr G E，Sturchio N C．Rev. Mineral Geochem.，2002，49（1）：1－115．

Korent Urek Š，Frančič N，Turel M，Lobnik A．J. Nanomater.，2013，2013：501320．

Winick H，Xie X S，Shi C S，Yin Y，Jin Y M．Synchrotron Radiation Applications．Hefei：International Conference，1990：548．

Huang Y，Yan J，Fang Z，Zhang C，Bai W，Yan M，Zhu C，Gao C，Chen A．RSC Adv.，2016，6（93）：90300－90304．

Huo F，Zhang Y，Kang J，Chao J，Zhang Y，Yin C．Sens. Actuators B，2017，243：429－434．

Kaletta T，Hengartner M O．Nat. Rev. Drug Discov.，2006，5（5）：387－398．

Chung S Y，Nam S W，Lim J，Park S，Yoon J．Chem. Commun. （Camb），2009，20（20）：2866－2868．

Guo L E，Liu X Y，Wang H，Chen Q L，Wang G K，Luo K，Mi Q L，Zhou Y，Zhang J F．Chem. Asian J.，2015，10（9）：1898－1902．

Chen X，Nam S W，Jou M J，Kim Y，Kim S J，Park S，Yoon J．Org. Lett.，2008，10（22）：5235－5238．

Lakshmi N V，Kannan R，Muthuvijayan V，Prasad E．Colloid Surf. B，2019，179：180－189．

Hirayama T，Van De Bittner G C，Gray L W，Lutsenko S，Chang C J．Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.，2012，109（7）：2228－2233．

Chereddy N R，Thennarasu S，Mandal A B．Sens. Actuators B，2012，171：294－301．

Shu Q，Liu M，Ouyang H，Fu Z．Nanoscale，2017，9（34）：12302－12306．

Xu P S，Zhang Z Y，Li L Y，Liu Y B．Visible Study of Mercuric Ion in Brassica Juncea Living Cells and Plants Using a Fluorescent Dye．Proceedings of the 2nd International Conference on Biomedical and Biological Engineering 2017 （BBE 2017），2017．

Zhang D C，Ma X W，Zhu X L，Li B，Zu K L．Spectrosc. Spectral Anal．（张大成，马新文，朱小龙，李斌，祖凯玲．光谱学与光谱分析），2009，29（5）：1189－1192．

Sun Q，Tran M，Smith B W，Winefordner J D．Talanta，2000，52（2）：293－300．

Guo H Y，Zhao A W，Gao Q．J. Nanopart. Res.，2014，16（8）：2538．

Becker J S，Zoriy M，Matusch A，Wu B，Salber D，Palm C，Becker J S．Mass. Spectrom. Rev.，2010，29（1）：156－175．

Pozebon D，Scheffler G L，Dressler V L，Nunes M A G．J. Anal. At. Spectrom.，2014，29（12）：2204－2228．

Becker J S，Becker J S．Imaging of Metals，Metalloids，and Non-metals by Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry （LA－ICP－MS） in Biological Tissues．Mass Spectrometry Imaging．Berlin：Springer，2010．

Brown Jr G E，Catalano J G，Templeton A S，Trainor T P，Farges F，Bostick B C，Kendelewicz T，Doyle C S，Spormann A M，Revill K．Phys. Scripta，2005，T115：80．

Chen B，Nayuki K，Kuga Y，Zhang X，Wu S，Ohtomo R．Microbes Environ.，2018，33（3）：257－263．

Sávoly Z，Pepponi G，Nagy P I，Streli C，Buzanich G，Chinea-Cano E，Záray G．X-ray Spectrom.，2013，42（4）：321－329．

Yu Z T F，Joseph J G，Liu S X，Cheung M K，Haffey P J，Kurabayashi K，Fu J．Sens. Actuators B，2017，245：1050－1061．

Kim H，Jang G，Yoon Y．Appl. Microbiol. Biotechnol．，2020，104（3）：907－914．

Deems J C，Reibenspies J H，Lee H S，Hancock R D．Inorg. Chim. Acta，2020，499：119181.

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