导电聚合物喷雾电离技术及在超微量生物样本直接质谱分析的应用
作者单位：复旦大学化学系 新泽西理工学院化学系 斯坦福大学化学系
会议名称：《2018年中国质谱学术大会（CMSC2018）》
会议日期：2018年
学科分类：0710[理学-生物学] 071010[理学-生物化学与分子生物学] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学]
关 键 词：导电聚合物喷雾离子化 原位电离质谱分析 超微量生物样本
摘 要：本研究建立了一种针对超微量体液样本的导电聚合物喷雾电离(Conductive polymer spray ionization,CPSI)-质谱分析方法。首先以滤纸(filter paper)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)为载体,通过表面涂渍、掺杂与化学交联等方法,制备了以石墨(Graphite)、碳纳米管(CNT)、氧化铟锡(ITO)、聚苯胺(PANI)等作为导电介质的导电复合物。将上述导电复合物加工为高10 mm、底边8mm的等腰三角形喷雾电离探针,尖端置于与距质谱锥孔8.0mm处,将1.0μL样品加载于距三角形喷针尖端1.0 mm处,待样本充分沉积干燥后,加3.0μL甲醇-水(8:2,v/v)作为萃取与喷雾溶剂,在导电聚合物三角形底边施加±4.0 kV直流电压后,即刻观察到Taylor锥形成及高强度的质谱峰信号。选取三聚氰胺、唾液酸、花生四烯酸、舒尼替尼、阿卡波糖、链霉素、血管紧张素II、羟丙基-β-环糊精、细胞色素C、血红蛋白等不同结构、极性、水溶性与分子量的化合物作为考察对象,最终确定CNT/PMMA导电复合物对有机合成药物、内源性代谢物、寡糖、多肽、蛋白等各类化合物均具有最佳的离子化响应。相比于纸喷雾离子化,上述化合物的导电聚合物喷雾离子化信号强度提高10～100倍,尤其针对强极性、水溶性化合物,由于导电聚合物表面不具有纸纤维表面的微孔结构及羟基基团,极大降低了介质表面对强极性、水溶性化合物的吸附保留,提高了上述化合物的解吸效果;其次,由于导电聚合物表面疏水,降低了带电荷微液滴形成过程中需要克服的表面张力,因此提高了电离效率。以舒尼替尼作为考察CPSI方法灵敏度,绝对检出量为100.0 fg。该方法对喷雾溶剂以及样本的消耗量极少,仅1～3μL的萃取溶剂,即可对100nL血清或穿刺采集的10μg肝组织样本进行充分的解吸及喷雾离子化,利用轨道阱质谱进行数据采集,在正负离子模式下可以检测到氨基酸、糖类、脂酰肉碱、脂肪酸、核苷、多元有机酸、多胺、甘油酯类、磷脂类、鞘脂类、神经酰胺类、胆固醇酯、胆酸等不同结构类别600多个内源性代谢物。此外,利用离子淌度质谱,可以对缬氨酸/甜菜碱、柠檬酸/异柠檬酸、丙氨酸/肌氨酸、富马酸/马来酸等异构体,以及不同脂肪链组成的磷脂类成分进行精细区分与识别,进一步拓展了CPSI-MS分析方法的分子覆盖范围。综上,CPSI-MS具有耗样量少、免样本前处理、快速、灵敏、检测分子类型高覆盖等优点,在血清、血浆、尿液、唾液、脑脊液、组织间液等生物体液样本的代谢组、脂质组分析、治疗药物监测以及蛋白质分析中具有重要的应用价值。