化学发光检测试剂鲁米诺的安全使用策略

生物技术进展 2014 年 第 4 卷 第 3 期 182 185 C urrent Biotechnology ISSN 2095-2341櫅櫅櫅櫅櫅殯櫅櫅殯櫅櫅殯进展评述eviews化学发光检测试剂鲁米诺的安全使用策略刘晓志， 赵伟， 常亮， 高健*华北制药集团新药研究开发有限责任公司，抗体药物研制国家重点实验室，石家庄 050015摘 要: 鲁米诺是一种对于不可见血迹进行增强显示的试剂，是法医科学中最敏感的显色试剂之一，同时也可作为发光 试剂应用于各种生物检测体系中。出于对安全与健康的担心，该试剂在英国和其他一些欧洲国家的使用一直受到限制。 本文综述了有关鲁米诺试剂对于健康的影响的研究进展，分析显示只要采取适当的防护措施，在犯罪现场或在实验室使 用鲁米诺试剂的安全风险可控。关键词: 鲁米诺; 血; 安全风险; 毒性DOI: 10 3969 / j issn 2095-2341 2014 03 06The Safe Use of a Chemiluminescence Detection eagent LuminolLIU Xiao-zhi，ZHAO Wei，CHANG Liang，GAO Jian*State Key Laboratory of Antibody esearch and Development; New Drug esearch and Development Company Ltd ，North China Pharmaceutical Corporation，Shijiazhuang 050015，ChinaAbstract: Luminol is a reagent that is used to enhance the display of non-visible blood stains and it is one of the most sensitive reagents available to forensic scientists It is also known as light-emitting reagent used in biological detection systems However， its use has been limited particularly within the UK and some other European countries，predominantly due to concerns about health and safety of the reagent This paper reviews current research progress of effects of luminol on health It showed that there is no impact on health when using luminol at the crime scene or in the laboratory if suitable protective measures are takenKey words: luminol; blood; safety risk; toxicity鲁米诺( luminol) ，化学名称为 3-氨基邻苯二 甲酰肼。血红蛋白含有铁，而铁能催化过氧化氢 的分解，并氧化鲁米诺发光，所以含过氧化氢的鲁 米诺试剂广泛应用于刑事侦查、生物工程、化学示 踪等领域1。世界各地的法医和刑警使 用鲁米 诺作为血迹的增强显色剂，并用于犯罪现场证据 的收集及实验室血液测定等工作，在犯罪现场将 鲁米诺溶液喷洒在可能残留血迹的区域，鲁米诺 溶液遇到血红蛋白就会释放活性氧，氧化鲁米诺 发出蓝绿色光，用于相机拍照取证。此试剂被法 医科学家认为是最敏感的血液检测增强试剂2。 鲁米诺也被广泛作为化学发光试剂使用，常 用于化学发光免疫分析生化系统中3。如: 辣根过氧化物酶 HP ( horse radish peroxidase) 可以催 化过氧化氢的分解，并氧化鲁米诺，鲁米诺经氧化 后可 发 出 蓝 光，这种蓝光可经荧光 CCD 扫 描 检测4。尽管鲁米诺试剂已经广泛应用于血液检测、 DNA 测序和血清学分析等领域，但是英国和其他 一些欧洲国家的法医和刑警仍对该试剂存疑，他 们认为鲁米诺试剂的使用会对健康构成威胁。试 剂生产商在鲁米诺的说明书中指出，鲁米诺会通 过吸入、食入或皮肤吸收等方式刺激眼睛、呼吸系 统及皮肤。20 世纪 90 年代初，鲁米诺对健康产 生的影响被曝光后，其安全性备受关注，使用也受 到了影响。但是由于使用剂量小，鲁米诺在实验收稿日期: 2014-02-10; 接受日期: 2014-03-31基金项目: 国家科技重大专项( 2012ZX10001008-015; 2012ZX09101313) ; 国家科技支撑计划项目( 2012AA02A701) 资助。作者简介: 刘晓志，高级工程师，博士，主要从事蛋白药物研发。E-mail: 13073182298 163 com。* 通信作者: 高 健，高级工程师，主 要从事蛋白药物研发。E-mail: gaojian3993 aliyun com刘晓志，等: 化学发光检测试剂鲁米诺的安全使用策略183室作为化学发光试剂使用仍被认为是安全的。本 文综述了鲁米诺试剂的安全风险研究情况，在此 基础上提出了其安全使用的策略。1 鲁米诺的发现与应用20 世纪 30 年代，鲁米诺作为血液增强试剂 被首次报道，它可作为一种发现肉眼不可见的血 痕的检测试剂在法医领域广泛应用5。但 鲁米 诺并不仅仅应用于法医学领域，在 20 世纪 60 年 代曾用于脱发的临床治疗、促进血液凝集和伤口 愈合等6，后来由于耐药性的问题退出了临床治 疗领域。目前，其氧化发光的特性在免疫学检测 领域得到了非常广泛的应用7 10。2 鲁米诺的安全风险研究2 1 鲁米诺的遗传毒性姊妹 染 色 体 单 交 换 ( SCE，sister chromatid exchanges) 发生在细胞有丝分裂时同源姊妹染色 体之间，SCE 的发生几率被用来评估化学物质或 类似物潜在的遗传毒性。1990 年，Ikushima11研 究发现鲁米诺可能会增大 SCE 的几率。该研究 分别用 0 25 mmol / L、0 5 mmol / L 和 1 mmol / L 的 鲁米诺处理中华仓鼠 ( Chinese hamster) V79 细 胞，无论处理时长为 12 h 还是 24 h，V79 细胞 SCE 的几率都会增加。该研究还发现，SCE 只发生在 细胞分裂间期“S 期”，而且去除鲁米诺之后，细胞 会迅速地回复到正常的状态，因此推测鲁米诺可 能并不直接作用于 DNA 而产生 SCE。另一项针对中华仓鼠细胞的实验12证实，鲁 米诺可以对 DNA 的修复与重组产生影响。鲁米 诺可抑制多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶的活性，进 而影响细胞 DNA 的修复、复制和重组，并 增加 DNA 的断裂。目前研究只能确定鲁米诺是可能的诱变剂， 但未对 人 正 常 细 胞 ( 如人类外周血淋巴细胞)SCE 的增加几率及细胞损伤的危险程度进行实 会被作为食品添加剂使用，并没有被禁止。因此 问题的关键是，必须控制这类化学品的摄入量以 降低机体产生诱变的可能，并对实验室使用加以 规范和加强管理，以降低使用风险。2 2 鲁米诺的毒理学研究有关鲁米诺的毒理学研究主要为动物实验。 1997 年，美 国 ILS 公 司 ( Integrated Laboratory System Inc ) 的研究报告16 显示，大鼠口服鲁米 诺的 LD50( 半致死剂量) 为 500 mg / kg; 雌狗静脉 推注 2 5 mg 鲁米诺可导致尿钠增加及动脉血压 下降; 小鼠腹腔注射 2 5 mg 鲁米诺无不良反应 发生。鲁米诺在体外实验中将被氧化形成包括 3-氨 基邻苯二甲酸盐酸在内的三种产物，但研究显示 在体内，鲁米诺并不形成上述产物17。在体内， 鲁米诺会被胃肠道迅速吸收并从尿液排出体外， 只有极少量的鲁米诺及其代谢产物在组织中沉 积。Sanders 等18 的研究表明，皮肤对鲁米诺的 吸收很差，如果人体的鲁米诺代谢方式同大鼠相 似，通过皮肤或其他途径进入体内的鲁米诺不会 在体内沉积或造成慢性毒性。并且，至今没有一 例因没有佩戴口罩等防护措施导致使用鲁米诺中 毒事件的报道。因此可以推测，即使鲁米诺很容 易吸收肺泡上皮细胞或通过胃肠道粘膜等进入血 液，也会被从尿液快速排出体外，鲁米诺透过皮肤 或在体内沉积的几率很小，因此导致慢性中毒的 可能性很小。美国卫生及公共服务部认为，由于 缺乏皮肤吸收途径、并且代谢迅速得以清除，因此 鲁米诺是安全的19。英国卫生部的一项国家毒 理学计划研究也显示，鲁米诺没有诱变剂的基本 特征20。鲁米诺对人类的毒性尚无直接证据，虽然有 体外实验证实鲁米诺可以和人 血 清 白 蛋 白 结 合21，但是上述美国 ILS 公司的动物实验证实， 只有大剂量药物才导致实验动物生理变化及死 亡，小剂量没有对实验动物几乎没有影响; 20 世 纪 60 年代鲁米诺被直接用于临床治疗，也没有证验，因此，尚无法评估鲁米诺对人体细胞产生毒害据证实鲁米诺有毒副作用6。因此，可以认为仅的剂量。除鲁米诺以外，日常生活及实验室工作 中接触的许 多 化 学 品，如 氯 仿13、乙 酸14 和 糖 精15等，也 可能引起 SCE 的 增 加，并 影 响 体 内 DNA 的修复和重组。但是实际上，这些化学品常鲁米诺本身对人类产生的危害很小。2 3鲁米诺试剂潜在的使用风险法医使用的鲁米诺试剂中并非只有鲁米诺单 一成分。Grodsky 等22报道中所配制的溶液被称184生物技术进展 C urrent Biotechnology为鲁米诺溶液，是利用碳酸钠和过硼酸 钠 等 配制的溶液; 之后 Weber 等23 配制的溶液被成 为鲁米诺溶液，是利用氢氧化钠和过氧化氢 等配制的溶液。这些溶液都是水性溶液。通常 鲁米诺溶液中的鲁米诺含量在 0 5 1 0 g / L 范 围内。鲁米诺试剂的使用风险除了来自鲁米诺本身 外，还来源于其溶液中的其他成分，如碱和氧化剂 等。其中，氢氧化钠具有腐蚀性，对呼吸道会产生 严重的刺激性，还可以引发诱变; 碳酸钠对眼睛和 粘膜具有较大的刺激并对生殖具有危害; 过氧化 氢具有腐蚀性，吸入可导致伤害，吞咽可能致瘤、 导致同源姊妹染色体发生交换24; 过硼酸钠对眼 睛和皮肤有致畸和突变的危险25。3 鲁米诺的安全使用策略虽然鲁米诺溶液被作为血液显色增强剂在全 世界广泛应用，但出于安全考虑，并不被英国及其 他一些欧洲国家所接受，人们担心在溶液配制、应 用及使用后在物品表面的残留危害。但研究发 现，鲁米诺以及配制鲁米诺试剂所使用的其他化 学品普遍具有潜在的健康风险，因此，我们在控制 有害化学品用量的同时，应采取适当措施和使用 防护设备来减少风险。过氧化氢同鲁米诺一样是 由于引发了同源姊妹染色体交换 而 备 受 关 注要遵循试剂说明进行使用并采取必要的防护措 施，对法医人员及实验者的危害很小。参 考 文 献1 Lara F J，Garca-Campaa A M，Velasco A I Advances and analytical applications in chemiluminescence coupled to capillary electrophoresisJ Electrophoresis，2010，31 ( 12 ) : 1998 20272 Castello A，Alvarez M，Verdu F Accuracy，reliability，and safety of luminol in bloodstain investigationJ Can Soc Fo- rensic Sci J ，2002，( 2) : 113 1213 Kugimiya A，Fukada ，Funamoto D A luminol chemilumi- nescence method for sensing histidine and lysine using enzyme reactionsJ Anal Biochem ，2013，443( 1) : 22 264 Daz A N，Snchez F G，Baro E N，et al Sensitive chemilu-minescent immunoassay of triclopyr by digital image analysisJ Talanta，2012，97: 42 475 Proescher F，Moody A M Detection of blood by means of chemi- luminescenceJ J Lab Clin Med ，1939，24: 118311896 Irie S The treatment of wounds with 3-aminophthalhydrazideJ The American Surgeon，1961，27( 2) : 642 6457 Fan A，Cao Z，Li H，et al Chemiluminescence platforms in immunoassay and DNA analysesJ Anal Sci ，2009，25 ( 5) : 587 5978 Yu X，He Y，Jiang J，et al A competitive immunoassay forsensitive detection of small molecules chloramphenicol based on luminol functionalized silver nanoprobeJ Anal Chim Ac- ta ，2014，( 812) : 236 2429 Jiang X，Chai Y，Wang H，et al Electrochemiluminescence ofluminol enhanced by the synergetic catalysis of hemin and silver nanoparticles for sensitive protein detectionJ Biosens Bio-electron ，2014，15( 54) : 20 26的24，但是过 氧化氢却被广泛的应用于头发漂 10Yu F，Yu S，Yu L，et al Determination of residual enroflox-白、牙齿美白、医疗的消毒和灭菌行业。这说明，不必过分关注由化学品引发的姊妹染色体交换几 率的上升，应对可引发危害的药物剂量及采用的 安全措施加以研究。使用鲁米诺的风险控制关键在于溶液的制备 及使用过程。在溶液制备时，对组分浓度及在配 制过程中每种组分的暴露进行严格控制。在实验 室或犯罪现场使用鲁米诺溶液前，应该仔细查阅 产品安全数据说明书中有关各组分的相关信息。 这些信息包括特定方法下药物使用的浓度和质 量，以及泄漏后的处理办法。健康和安全规范一 般要求说明危险品危害身体的途径( 通过呼吸系 统、皮肤和食道等) ，采用适当的防护装备阻止伤 害。使用者应使用必要的防护装备以阻止在配制 及使用过程中的危害。综上所述，鲁米诺是一种安全的实验试剂，只acin in food samples by a sensitive method of chemiluminescence enzyme immunoassayJ Food Chem ， 2014，15( 149) : 71 7511 Ikushima T Bimodal induction of sister chromatid exchanges by luminol，an inhibitor of poly ( ADP-ribose) synthetase，dur- ing the S-phase of the cell cycleJ Chromosoma ，1990，99 ( 5) : 360 36412 Abramian D S，omanov S ，Smagina L V，et al Agentsthat act on chromatin structure affect the rate of intrachromasomal homologous DNA recombination in cultured cellsJ Tsitologiia，1994，36 ( 9 10) : 1012 102113 Chloroform， Safety Data Sheet EB / OL http: / / www labchem com / tools / msds / msds / LC13040 pdf，2013 06 0314 Acetic Acid，Safety Data Sheet 75003EB / OL http: / / www labchem com / tools / msds / msds / LC10100 pdf，2013100115 Wolff S， odin BSaccharin-induced sister chromatid exchanges in Chinese hamster and human cellsJ Science， 1978，200( 4341) : 543 54516 Tice eview of toxicological literature，report prepared byIntegrated Laboratory Systemsfor National Institute of Envi-刘晓志，等: 化学发光检测试剂鲁米诺的安全使用策略185ronmental Health SciencesEB / OL http: / / ntp niehs nih gov / ntp / htdocs / Chem_ Background / ExSumPdf / Luminol _508 pdf，1997 0717 Jansen E H，van den Berg H，High-performance liquid chro- matographic investigation of product formation in the horseradish peroxidase-enhanced chemiluminescence of luminol with different enhancersJ J Chromatogr ，1991，566 ( 2 ) : 461 46918 Sanders J M，Chen L J，Burka L T，et al Metabolism anddisposition of luminol in the ratJ Xenobiotica ，2000，30 ( 3) : 263 27219 Chemicals nominated to the NTP for study and testing Federal egister，1997，62( 176) : 47821 4782220 Home Office Police Scientific Development Branch Fingerprint Development and Imaging Update Publication No 26 /2003 2003 1121 Buturlakin M S，Kiseleva V G，Shmelev V P Interaction ofhuman serum albumin and luminolJ Biofizika，1975，20( 6) : 975 97722 Grodsky M，Wright K，Kirk P L Simplified preliminary blood testing: an improved technique and a comparative study of methodsJ J J Crimin Law Criminol ，1951，42 ( 1) : 9510423 Weber K The use of chemiluminescence of luminol in forensic medicine and toxicology I Identification of blood stainsJ Dtsch Z Gesamte Gerichtl Med ，1966: 57( 3) : 410 42324 Chatterjee A，Chattopadhyay A，Lawlor C J Effect of glutathi- one on sister-chromatid exchanges in normal and buthionine sulfoximine-treated miceJ Mutat es ，1995，327 ( 1 2) : 171 17725 Duydu Y，Ba爧aran N， stndag A，et al eproductive tox-icity parameters and biological monitoring in occupationally and environmentally boron-exposed persons in Bandirma， TurkeyJ Arch Toxicol ，2011，85( 6) : 589 600