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『』微纳阵列抗反射材料用于激光解吸附离子化质谱分析| 清华大学欧阳证课题组


【『』微纳阵列抗反射材料用于激光解吸附离子化质谱分析| 清华大学欧阳证课题组】
『』微纳阵列抗反射材料用于激光解吸附离子化质谱分析| 清华大学欧阳证课题组
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『』微纳阵列抗反射材料用于激光解吸附离子化质谱分析| 清华大学欧阳证课题组
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清华大学精密仪器系欧阳证、马潇潇教授课题组与材料学院钟毓霖教授课题组合作 ， 利用以铜为基底的微纳米复合锥体阵列抗反射材料（对紫外辐射平均吸收率高达97％） ， 实现了无需基质的激光解吸附离子化质谱分析 ， 研究成果以“Antireflection Surfaces for Biological Analysis Using Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry”为题发表在Research（Research 2018, 2018, 13, DOI: 10.1155/2018/5439729）上 。
研究背景
基质辅助的激光解吸附离子化（matrix-assisted laser desorption/ionization, MALDI）质谱技术是目前分析生物大分子和高聚物的有效手段 。 该技术的关键是引入了可有效吸收激光能量的小分子基质化合物 ， 但随之也带来低质量端背景峰干扰、基质与样品结晶不均匀以及样品制备复杂等一系列问题 。 近些年来 ， 研究人员开发了一系列固体基底材料替代小分子基质实现激光解吸附离子化（laser desorption/ionization, LDI） ， 主要包括纳米材料、纳米结构和纳米粒子等 。 目前 ， 大部分LDI基底材料仍存在制备过程复杂、使用寿命短、易被污染、离子化效率低等问题 ， 发展一种高效耐用的基底材料是提高LDI质谱检测实用性和有效性的关键 。
研究进展
近日 ， 清华大学欧阳证、马潇潇教授课题组与钟毓霖教授课题组合作 ， 利用一种新型高效抗反射（anti-reflection, AR）金属材料做载样基底 ， 可在不使用基质化合物的情况下实现样品分子的激光解吸附和离子化（图1） 。 该材料通过一步超快激光刻蚀在铜表面原位加工制成（图1（b）） ， 具有周期性微米级锥孔阵列结构和表面覆盖的大量纳米颗粒结构（图1（c）） ， 可有效束缚和吸收入射光 ， 对紫外辐射的平均吸收率高达97％ 。 因此 ， AR材料可以有效捕获LDI紫外激光（355 nm）并将其转换成热能 ， 促进分析物发生“局部爆炸” ， 实现解吸附和后续的离子化过程 。 该抗反射材料结构稳定 ， 清洗后可重复使用200~400次 。
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图1 （a） 使用抗反射材料做LDI基底检测酵母细胞样本的原理示意图 ， 箭头表示光捕获原理
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图1（b）抗反射材料（黑色区域为抗反射材料）; （c）抗反射材料扫描电镜图; （d） 酵母细胞的AR-LDI质谱图 ， 酵母细胞直接滴加至材料表面 ， 可检测到多种代谢物离子峰
研究人员将该项技术用于洋葱和酵母提取物中代谢物的快速质谱检测（图1d） 。 直接将酵母细胞样本（无需样品前处理）滴加至抗反射材料表面进行LDI质谱检测 ， 即可鉴定出包括氨基酸、氨基酸衍生物、DNA碱基和碳水化合物等在内的多种代谢物 。 与传统MALDI分析方法相比 ， 该方法没有基质信号干扰 ， 且几乎不产生碎片离子 ， 可显著提高分析速度 。
未来展望
该抗反射金属材料可用于多种生物分子的高灵敏度检测 ， 为激光解吸附和离子化质谱提供了一种通用、高效、快速的软离子化技术 ， 可用于大量生物样品的高通量分析 。 之后 ， 该团队又通过对该材料表面的多巴胺修饰 ， 改善了材料的生物相容性及质谱检测灵敏度 ， 且避免了常规质谱成像的繁琐、耗时的基质喷涂流程 ， 大大简化质谱成像流程 。 此研究成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 49, 46140-46148, DOI: 10.1021/acsami.9b16260） 。


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