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氮-15尿素(Urea 15N2):从幽门螺杆菌无创诊断到农田示踪,稳
定同位素如何打通“医学与农业”的跨界桥梁
在稳定同位素示踪领域,氮-15家族已经登场了硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和过渡金属硝酸盐等多位成员。它们各自在不同的研究场景中扮演着独特的角色。然而,有一位成员是这些家族中最与众不同的一位——它既不含硝态氮,也不含亚硝态氮,而是以有机态氮的形式存在。更特别的是,它既是医学临床中无创诊断幽门螺杆菌感染的“黄金手段”之一,也是农业科学中精准追踪氮素去向的最核心示踪剂。这位“跨界之王”,就是氮-15尿素。氮-15尿素的独特之处在于,它是少数同时覆盖医学诊断和农业示踪两大领域的稳定同位素标记物。在诊室里,它化身为无放射性的排泄试验试剂,帮助医生判断患者是否感染幽门螺杆菌,准确率高达96%;在田间,它则化身为“原子标签”,帮助科学家看清氮肥在土壤和作物中的完整去向,为制定科学施肥策略提供关键数据。今天,我们就从含义、规格、意义、应用领域以及如何通过专业科研平台获取全方位技术支持等方面,走近氮-15尿素。
氮-15尿素,化学式为 ¹⁵NH₂—CO—¹⁵NH₂(或写作 CH₄¹⁵N₂O),是一种用稳定同位素氮-15标记的有机化合物。它的英文名称为Urea-¹⁵N₂(或Urea-15N2),中文别名还包括氮-15尿素、尿素-15N2、¹⁵N标记尿素、羰基二脒-¹⁵N₂、氨基甲酰胺-¹⁵N₂等。所谓“双标记”(亦称双氮标记),是指将尿素分子中原本含有的两个氮原子(天然丰度中氮-14约占99.6%)全部以高丰度替换为氮-15稳定同位素(丰度范围1%~99 atom%)。氮-15是一种天然存在于自然界的稳定同位素,约占自然界氮元素总量的0.36%,它不具有放射性,对生物体和人体完全无害。正是这个“多出来”的中子,使得分子量发生微小变化,从而能够被质谱仪、核磁共振仪等高精度分析设备精准识别和定量。与上一篇文章中介绍的过渡金属硝酸盐不同,氮-15尿素不含有过渡金属离子,而是以纯有机态含氮化合物的形式存在。氮-15尿素本身作为一种高丰度双氮标记的尿素,是氮循环研究中最核心、最常用的稳定同位素示踪剂之一,专门用于精准追踪氮素在环境、植物和微生物系统中的转化与去向。它保留了普通尿素的化学性质:常温常压下为白色结晶粉末,熔点132-135°C,易溶于水,对湿度敏感,需要充氩条件下密封保存。
基本规格
| 化学式 |
CH₄¹⁵N₂O |
| CAS号 |
2067-80-3 |
| 纯度 |
≥ 99 % |
| 丰度 |
≥ 99 atom % 15N |
| 包装 |
5 g |
| 10 g |
| 按需定制 |
| * 5 /10 / 60 atom % 等规格,请联系文末微信获取更多信息 |

氮-15尿素 江西核研院
氮-15尿素之所以在科研和临床领域具有不可替代的价值,根源在于它独特的“医学诊断”与“农业示踪”双重属性叠加。此外,氮-15同位素属于稳定同位素,不具有放射性,对人体和环境均无任何辐射危害,这使得它能够在医学临床、环境研究和农业实验中大规模安全使用。
撬动无创医学诊断的“钥匙”。 幽门螺杆菌(HP)是慢性胃炎和胃溃疡的重要致病因子,传统的诊断方法依赖胃镜取得胃黏膜组织标本进行病理切片或细菌培养,患者体验较差。而氮-15尿素的登场彻底改变了这一局面。幽门螺杆菌富含尿素酶,能将尿素分解为氨和二氧化碳。当患者服用氮-15标记的尿素后,若胃中感染了幽门螺杆菌,尿素会被分解产生带15N标记的氨(¹⁵NH₃),氨在体内代谢后随尿液以¹⁵NH₄⁺的形式排出体外,通过质谱仪检测尿液中的15N丰度即可明确诊断。这一方法具有简单、精确、灵敏度高、无放射性、无侵害等优点,准确率可达96%,有条件的地方可以推广应用。与碳-13尿素呼吸试验相比,氮-15尿素排泄试验无需特殊气体收集装置,在部分基层医疗单位亦具备推广应用的条件。
精准追踪氮素的完整去向。 在农业和环境科学领域,氮-15尿素是氮循环研究中不可或缺的核心工具。尿素是最常用的氮肥品种之一,占全球氮肥使用量的很大比例,但其进入土壤后的命运极为复杂:既可能被作物吸收利用,也可能通过氨挥发、硝化-反硝化等途径造成气态损失,或以硝酸根形式淋溶污染地下水。氮-15尿素作为一种高丰度双氮标记的示踪剂,专门用于精准追踪氮素在环境、植物和微生物系统中的完整转化与去向。科研人员给尿素这类常用氮肥打上氮-15这种安全“原子标签”,在东北黑土地、南方水稻田里长期跟踪观测,可以清楚看到肥料在土里怎么变化、水稻和玉米能吸收多少、养分怎么输送到植株各处,再根据这些数据调整施肥方案,氮肥利用率能提高一成以上,还能减少肥料流失、保护水土。
架起医学与农业的跨界桥梁。 氮-15尿素是少数同时活跃于医学临床和农业研究两大领域的稳定同位素标记物。医学上,它是“¹⁵N-尿素排泄试验”诊断胃幽门螺杆菌感染的黄金手段之一;农业上,它是用于土壤氮转化速率、氮素去向和作物氮利用效率研究的核心示踪试剂。这种跨领域的实用价值,是氮-15尿素在稳定同位素家族中与众不同的魅力和意义所在。
氮-15尿素的应用贯穿了临床医学、农业科学、环境研究、生物化学、食品安全等多个领域,展现出了极高的科学价值和实用性。
1. 医学临床诊断:幽门螺杆菌无创检测值得注意的是,基于13C或14C标记尿素的“呼气试验”是目前临床上幽门螺杆菌检测的主流方法,但14C具有轻微的放射性,对孕妇和婴儿慎用。相比之下,氮-15尿液排泄试验完全不存在放射性问题,尤其适合对辐射敏感的特殊人群和需要重复检测的临床场景。
2. 土壤氮循环与环境科学氮-15尿素在环境研究领域同样占据不可替代的核心地位。一方面,土壤氮素转化主要涉及脲酶水解作用、硝化作用(铵→硝酸根)和反硝化作用(硝酸根→N₂O/N₂)等多个关键过程;另一方面,不同过程伴随着不同程度的氮同位素分馏效应。使用氮-15标记的尿素,研究人员能够精确量化尿素在土壤中的水解速率、硝化速率和反硝化速率,并直接追踪尿素氮通过氨挥发或反硝化作用以气体形式损失的路径和比例。此外,研究大气沉降氮在土壤和植物系统中的留存特征时,氮稳定同位素技术也是关键的研究手段。氮同位素技术目前已经发展成为生态环境领域中常用的研究方法和分析手段,在地下水污染来源识别和富营养化过程研究中也发挥着重要作用。
3. 生物化学与蛋白质代谢研究在生物医学基础研究领域,氮-15尿素同样发挥着重要作用。口服15N₂-尿素后,通过检测尿液或排泄物中的15N丰度变化,可用于评估人体的整体蛋白质代谢速率和氮平衡状态。此外,在细胞培养和微生物培养实验中,氮-15尿素也可作为稳定同位素氮源,用于合成¹⁵N标记的氨基酸、蛋白质等含氮生物大分子,进而开展蛋白质组学和代谢组学领域的高精度定量研究。4. 分析化学与标准品开发
在分析化学领域,氮-15尿素可作为同位素内标,用于开发针对复杂样品中尿素及相关代谢产物的高精度定量分析方法。在食品安全检测和临床检验中,氮-15尿素标准品为分析方法的校准和质量控制提供了重要的参比基础。对于采用稳定同位素稀释质谱法的痕量分析场景,高纯度、高丰度的氮-15尿素内标是保证定量结果准确性和可靠性的关键支撑条件。

氮-15尿素
对于稳定同位素产品而言,实验成功与否往往取决于产品质量。作为国内稳定同位素领域的重要供应单位之一,江西核研院新材料有限公司始终坚持以科研需求为导向,为用户提供专业可靠的同位素产品解决方案。
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