新型表面輔助激光解吸附/離子化質(zhì)譜基質(zhì)及其在生物檢測中的應(yīng)用

馬 雯，白 玉，劉虎威

(1.天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室，北京大學(xué) 藥學(xué)院，北京 100191；2.北京分子科學(xué)國家實驗室，北京大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871)

基質(zhì)輔助激光解吸附/離子化技術(shù)(Matrix-assisted laser desorption ionization，MALDI)是上世紀80年代興起的一種“軟電離”質(zhì)譜離子化技術(shù)。其可實現(xiàn)難揮發(fā)、高極性、熱不穩(wěn)定分子，尤其是生物大分子(如多肽、蛋白質(zhì)、核酸、聚糖等)的檢測[1-2]。傳統(tǒng)的MALDI-MS采用小分子有機酸，如芥子酸(SA)、2，5-二羥基苯甲酸(DHB)、α-氰基-4-羥基肉桂酸(CHCA)等作為基質(zhì)，小分子有機酸作為良好的質(zhì)子供體，可吸收激光能量并將其傳遞給待測物，從而實現(xiàn)待測物的解吸附和離子化。然而，在激光照射下，小分子基質(zhì)的自身離子化造成了質(zhì)譜圖中小于700 Da的低質(zhì)量端嚴重的背景干擾，從而限制了MALDI-MS在小分子化合物分析中的應(yīng)用[3]。此外，有機基質(zhì)結(jié)晶不均一通常也會導(dǎo)致信號的重現(xiàn)性較差，難以進行定量分析。為了實現(xiàn)MALDI-MS對小分子化合物的分析，研究者們不斷發(fā)展新型的有機基質(zhì)，如Nie課題組[4]開發(fā)了2,3,4,5-四(3′,4′-二羥基苯基)噻吩基質(zhì)用于小分子胺類化合物的分析，該基質(zhì)背景干擾小，能夠?qū)崿F(xiàn)pmol～fmol級別的靈敏度。近年來，1,5-萘二胺[5]、5，9-氨基吖啶[6]等基質(zhì)也被用于小鼠組織中內(nèi)源性小分子的成像。與傳統(tǒng)的有機酸基質(zhì)相比，這些基質(zhì)在低質(zhì)量端的干擾普遍較小，能夠用于特定小分子化合物的檢測，但結(jié)晶不均一的現(xiàn)象常常存在，易產(chǎn)生“甜點效應(yīng)”。表面輔助激光解吸附/離子化質(zhì)譜技術(shù)(SALDI-MS)則利用無機納米粒子或納米結(jié)構(gòu)表面為基質(zhì)，輔助待測物的解吸附離子化[7-8]，成為解決MALDI-MS檢測小分子化合物問題的另一種有效策略。與MALDI-MS相比，SALDI-MS具有信號重現(xiàn)性好，低質(zhì)量端干擾小，耐鹽度高等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于小分子化合物的分析檢測。

1988年，Tanaka等[9]報道了利用Co納米粒子混合在甘油中作為基質(zhì)，用于蛋白質(zhì)和高分子聚合物的檢測，隨后，Sunner等[10]將粒徑2～150 μm的石墨顆?；煸诟视椭凶鳛榛|(zhì)用于多肽等物質(zhì)的分析，并提出石墨SALDI的概念。一般而言，SALDI-MS基質(zhì)的選擇通常需滿足以下條件：備選材料在激光波長范圍內(nèi)有足夠的光吸收系數(shù)，能有效吸收激光的能量；具備一定的熱容量，能夠?qū)⒛芰總鬟f給待測物；材料表面能夠提供質(zhì)子等基團，以促進待測物的離子化。圍繞這些要求，研究人員探索了一系列不同組成、不同粒徑、不同形貌的納米材料作為SALDI-MS基質(zhì)的可能性。這些基質(zhì)材料各具特性，大大拓展了可分析化合物的種類和質(zhì)量范圍，使得SALDI-MS技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品安全、環(huán)境監(jiān)測、生命科學(xué)等領(lǐng)域。本綜述基于該領(lǐng)域的相關(guān)研究，主要總結(jié)了最近5年SALDI-MS基質(zhì)的發(fā)展及其在生物檢測中的應(yīng)用。

1 SALDI基質(zhì)的發(fā)展

1.1 金屬及金屬氧化物材料

金屬及金屬氧化物納米材料在紫外-可見光區(qū)域具有較高的光吸收系數(shù)、較寬的質(zhì)量分析范圍、易于合成的尺寸和形貌可控的顆粒,以及易于修飾不同的官能團等優(yōu)點，因而在SALDI-MS基質(zhì)研究中應(yīng)用最為廣泛。目前文獻報道的金屬及金屬氧化物類SALDI-MS基質(zhì)主要包括Au、Ag、Ge、Pt、Se、TiO2、ZnO、ZrO2、NiO、Fe3O4等[11-13]。上述基質(zhì)材料均有其獨特的性質(zhì)，如Au與巰基基團具有特異性配位作用，常被用作測定體液或細胞中巰基化合物的基質(zhì)；TiO2能夠與磷酸基團配位使其廣泛應(yīng)用于磷酸化肽和磷酸化蛋白質(zhì)的富集檢測；Fe3O4具備磁性，易于分離，將其表面改性或與其他材料復(fù)合后，可同時實現(xiàn)目標物的快速磁分離和原位檢測。表1總結(jié)了金屬類SALDI-MS基質(zhì)及其在生物檢測中的應(yīng)用實例。

表1 金屬類SALDI-MS基質(zhì)及其分析對象

(續(xù)表1)

NanoparticleornanostrctureAnalyteRealsamplePublicationyearReferenceDopamine-modifiedTiO2monolithMetabolitesandlipidsMousebraintissue2017[28]Doxorubicin/polyethyleneglycol-MoS2DrugsMousetissue2018[29]

金屬納米粒子(Au/Ag)是應(yīng)用最為廣泛的金屬類SALDI基質(zhì)材料，常被用于小分子代謝物的檢測和成像。Qian課題組[14]設(shè)計合成了等離子體銀納米層包覆的顆粒用于體液中藥物和代謝物的直接檢測。由于SiO2@Ag顆粒具有粗糙表面，在激光照射下可產(chǎn)生熱載流子，促進了代謝物的解吸附離子化。利用該基質(zhì)，通過對腦損傷術(shù)后病人腦脊液中葡萄糖含量的測定和腦水腫病人血清中甘露醇的藥代動力學(xué)研究，可直接監(jiān)測病人的預(yù)后情況。對比常用的醫(yī)學(xué)檢測方法，該工作具有簡單、快速、直接的優(yōu)勢。此外，Ag納米粒子與Fe3O4復(fù)合，除具備SALDI-MS基質(zhì)功能外，還具有捕獲細菌的功能[15]。材料粗糙的表面可以用來捕獲細菌，F(xiàn)e3O4內(nèi)核有利于后續(xù)分離，同時Ag離子可起到抑菌作用。研究人員利用該復(fù)合材料，對抑菌過程中細菌代謝物進行原位檢測，發(fā)現(xiàn)蘋果酸和賴氨酸水平明顯下調(diào)，進而提出細菌的細胞膜破裂和蛋白質(zhì)合成功能紊亂可能是Ag離子抑菌最主要的原因。2018年，該課題組通過粒子合成、溶液浸潤、金濺射等方式制備了等離子激元金芯片[16]。芯片上的微陣列可實現(xiàn)500 nL體液和外泌體中代謝物的高通量檢測。利用該方法測定非小細胞肺癌病人和正常人的代謝物含量，展現(xiàn)了兩者之間代謝圖譜的差異。同樣以Au納米粒子為基質(zhì)，Chang課題組[17]利用三氯蔗糖為內(nèi)標，測定了乳腺癌細胞(MCF-7，MDA-MB-231)和非癌細胞(MCF10A)中5種代謝物甘氨酸、丙氨酸、膽堿磷酸、葡萄糖和谷胱甘肽的含量，發(fā)現(xiàn)不同種類細胞的代謝物含量具有較大差異。利用該方法可實現(xiàn)不同抑制劑和抗癌藥物刺激下細胞中代謝物水平的定量分析，有利于藥物篩選過程。

同一類金屬材料的不同組成、尺寸、形貌或表面修飾均影響其在SALDI-MS中的性能[18-20]。Lu課題組[21]設(shè)計了超疏水的金納米錐基質(zhì)，該納米錐陣列在355 nm處可吸收99.65%的激光能量，而基質(zhì)尖端可以聚焦更高的能量以促進待測物的解吸附離子化。其超疏水性可以實現(xiàn)待測物的富集，SALDI-MS的檢測靈敏度顯著提高，可實現(xiàn)低至100 ymol/μL谷胱甘肽和精氨酸的檢測。Shen課題組[22]探究了不同粒徑的Ag納米粒子在檢測阿爾茨海默癥關(guān)鍵物質(zhì)——β-淀粉樣蛋白中的影響。對比大粒徑顆粒，2.8±1.0 nm 的小粒徑Ag納米粒子表現(xiàn)出最優(yōu)異的檢測性能。同樣，材料的不同組成成分也會顯著影響SALDI-MS的檢測結(jié)果。Ng課題組[23]探究了不同組成的金屬合金納米粒子在指紋成像中的應(yīng)用。對比單純的Ag納米粒子，Au的加入有效抑制了Ag的團聚，從而增加了成像結(jié)果的穩(wěn)定性；而對比單純的Au納米粒子，Ag的加入則提高了光吸收效率，因而成像對比度和清晰度顯著提高。該結(jié)果也表明，對比金屬單質(zhì)，金屬合金在檢測指紋中化合物時靈敏度更高，具備更加優(yōu)異的性能。與檢測小分子化合物相比，生物大分子的檢測同樣面臨挑戰(zhàn)。通過對金屬納米粒子表面修飾和功能化，可實現(xiàn)對蛋白質(zhì)、核酸、聚糖等生物大分子的檢測和成像。本課題組[24]設(shè)計開發(fā)了基于Au納米粒子的雙功能激光可裂解探針用于細胞表面聚糖的檢測(圖1)。Au納米粒子表面修飾上不同的凝集素和質(zhì)譜標簽形成質(zhì)譜探針，在激光作用下，結(jié)合不同糖苷的Au納米粒子會產(chǎn)生對應(yīng)的質(zhì)譜標簽的信號，從而反映細胞表面聚糖的表達水平。該探針表面修飾的大量質(zhì)譜標簽起到信號放大作用，檢出限低至20個細胞，且探針間無相互干擾，可在同一體系中實現(xiàn)對多種聚糖的同時測定。此外，該探針還可實現(xiàn)腫瘤患者組織表面聚糖分布的可視化成像，反映出患者癌和癌旁組織、同一組織不同病理變化區(qū)域和具有不同微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域中多種聚糖表達水平的變化。該工作提供了一種原位、高靈敏、多目標、定性定量的質(zhì)譜檢測及成像方法，不僅有助于揭示各類腫瘤聚糖含量的變化，也有望應(yīng)用于臨床診斷和腫瘤標志物的篩選。

金屬氧化物比金屬納米粒子具有更好的穩(wěn)定性，一些金屬氧化物與待測物產(chǎn)生特異性相互作用或具備強磁性，因而既能作為基質(zhì)材料，又能用作富集材料。Qian課題組[25]將抗上皮細胞黏附因子修飾在Fe3O4表面，用于捕獲全血中濃度極低的循環(huán)腫瘤細胞，并實現(xiàn)細胞中代謝物的原位檢測。隨后，該課題組設(shè)計合成了透明質(zhì)酸修飾的磁性納米粒子，利用透明質(zhì)酸與生物標志物CD44間的相互作用開發(fā)了無需抗體識別的CD44富集及SALDI-MS檢測新方法，該方法的檢出限低至0.6 ng/mL，且在1 ng/mL～10 μg/mL范圍內(nèi)具有很好的線性響應(yīng)[26]。近來，半導(dǎo)體TiO2材料也被用于研究細菌的耐藥性機制，當(dāng)細菌接觸到修飾有多孔TiO2的MALDI靶板時，會被TiO2孔洞捕獲并在其表面聚集[27]。光敏性TiO2在吸收激光能量的同時使細菌的細胞膜破裂，促進細菌內(nèi)蛋白質(zhì)，尤其是大于15 kDa蛋白質(zhì)的解吸附離子化。依據(jù)檢測到蛋白質(zhì)種類和表達水平的不同，該方法可區(qū)分耐藥性細菌和非耐藥性細菌，從而為臨床細菌分型提供了一種簡單、快速的檢測方法。然而，TiO2納米粒子一般具有較低的紫外吸收效率及酯水解催化活性，從而限制了其在磷脂和很多低豐度化合物檢測中的應(yīng)用。為改善這一缺點，Sweedler課題組[28]發(fā)現(xiàn)將多巴胺修飾至TiO2時，材料的紫外光吸收能力顯著提升，表面pH值升高，使其對Lewis堿性化合物具有更好的選擇性和檢測靈敏度，磷脂檢測的信噪比也較之前有10～30倍的提升。該基質(zhì)材料最終被用于幼鼠及老年鼠鼠腦中代謝物的成像，揭示了與衰老過程相關(guān)的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的變化。此外，Nie課題組[29]利用負載阿霉素的MoS2納米片，結(jié)合激光解吸附/離子化質(zhì)譜(LDI-MS)成像技術(shù)，實現(xiàn)了組織中藥物原位釋放的可視化研究。該研究發(fā)現(xiàn)在荷瘤小鼠模型中，阿霉素具有組織依賴性釋放行為，腫瘤中釋放最多，肝組織中釋放最低。組織成像結(jié)果表明，載藥MoS2納米片層主要分布在肺、脾、肝組織，而在腫瘤組織中的積累卻低于正常組織。這一策略同樣適用于其他藥物載體系統(tǒng)，從而為評價亞器官水平的納米載體藥物的釋放研究開拓了新路徑。

圖1 雙功能激光可裂解探針的合成及其在細胞表面聚糖的檢測和成像應(yīng)用[24]

1.2 碳材料

碳納米材料是研究較早、較為充分的一類SALDI-MS基質(zhì)，其包括石墨烯、富勒烯、碳量子點、碳納米管和碳納米纖維等一系列材料[30-33]。大部分碳材料對激光有強烈吸收，且易于與待測物形成均一的共結(jié)晶，提高結(jié)果的重現(xiàn)性。

石墨烯是二維、單層，具有sp2雜化碳的六方堆積結(jié)構(gòu)，其具有超高比表面積、較高的熱傳導(dǎo)性和光吸收效率，是SALDI-MS的優(yōu)異基質(zhì)。Nie課題組[34]利用一步超聲剝離合成法制備了氟化石墨烯納米片用于負離子模式下小分子化合物的檢測。與氧化石墨烯和碳納米管基質(zhì)性能對比，氟化石墨烯納米片在低質(zhì)量端(<200 Da)具有更簡單的背景，且檢測過程中不會因放電造成質(zhì)譜真空腔的污染，能夠用于一系列化合物包括氨基酸、藥物、小分子代謝物、有機氮化物、多肽等的檢測。此外，由于該基質(zhì)與生物樣本兼容性好，還成功實現(xiàn)了尿液中外源性褪黑素和唾液中內(nèi)源性唾液酸的檢測。Ouyang課題組[35]通過原位光聚合反應(yīng)制備了均一的多孔乙烯二氧噻吩/石墨烯薄膜，該薄膜克服了納米材料團聚的缺陷，因而提高了SALDI檢測的重現(xiàn)性和定量能力。另外，通過固相微萃取方式，該材料還可用于體外和活體中5種雌激素的檢測。氧化石墨烯表面具有羧基和羥基等官能團，在水中的分散性更好，不易團聚，上述活性基團也能促進待測物的離子化。Cha課題組[36]制備了氧化石墨烯嵌入的溶膠-凝膠薄膜用于天然樣本中代謝物指紋圖譜的獲取。該薄膜同時適用于質(zhì)譜的正離子和負離子檢出模式，可實現(xiàn)腦脂質(zhì)粗提物、番茄的甲醇提取液和微藻培養(yǎng)樣本中代謝物的直接檢測。Jiang課題組[37]利用氧化石墨烯具有高比表面積這一優(yōu)勢，通過聚乙二醇連接臂修飾抗體，使其成為雙功能材料，在捕獲氯霉素的同時實現(xiàn)SALDI原位檢測，測得水樣和血清中氯霉素的檢出限為10 pg/mL，遠低于酶聯(lián)免疫吸附測定和氣相色譜法的結(jié)果。

碳點是一類新興的碳材料基質(zhì)，其為一類極細微粒，幾乎各向同性，生物相容性好且易于后修飾。Liu課題組[38]合成了N、S元素摻雜的碳點，并將其用于氨基酸、多肽、核苷和抗癌藥的檢測。該碳點材料表現(xiàn)出較高的檢測靈敏度、耐鹽度和重現(xiàn)性，能直接應(yīng)用于血清中代謝物的檢測及乳腺癌病人血清中葡萄糖的定量分析。與9-氨基吖啶基質(zhì)相比，碳點基質(zhì)獲得的細胞代謝物檢測結(jié)果可以更好地區(qū)分乳腺癌細胞亞型。Cai課題組[39]則探究了N、S摻雜的碳點在鼠組織中雙酚S成像中的應(yīng)用。得益于碳點極小的粒徑，該研究的成像分辨率達50 μm，且雙酚S的檢出限低至pmol。小鼠口服雙酚S后，利用SALDI-MS成像方法可監(jiān)測出不同口服時間后鼠組織(鼠肝臟、腎臟、脾臟、心臟)中雙酚S的分布。Liu課題組[40]制備了表面富含羥基的石墨點材料用于生物樣本中小分子的監(jiān)測和原位成像。該材料在低質(zhì)量端背景干擾小，能實現(xiàn)fmol小分子的檢測，靈敏度比DHB、CHCA等有機基質(zhì)提高了3個數(shù)量級。在小鼠腹腔注射葛根素后，該材料可監(jiān)測小鼠血清中葛根素的含量，藥代動力學(xué)曲線證實了服藥30 min后，小鼠體內(nèi)的葛根素濃度最高。而隨后的成像實驗則證實了葛根素及其代謝物黃豆苷元和二氫黃豆苷元在小鼠腎臟中的分布。此外，該工作還對石墨點作為SALDI基質(zhì)的機理進行了初步探究，實驗和密度泛函理論計算結(jié)果證實了石墨點表面的大量羥基在促進待測物離子化方面有降低能壘的作用。

圖2 利用介孔碳材料檢測人的單血滴中有害化合物的步驟[42]

1.3 硅材料

另一類常用的SALDI-MS基質(zhì)為硅材料，如多孔硅、硅納米線、硅納米柱陣列、硅片等[45-47]。由于部分硅材料具有較強的疏水性質(zhì)，在作基質(zhì)的同時常被用于特異性富集或除鹽。早在2001年，Siuzdak課題組[48]就提出了多孔硅解吸附/離子化質(zhì)譜(DIOS-MS)的概念，近年來，這一技術(shù)被用于指紋汗液中外源性和內(nèi)源性小分子藥物的成像[49]。通過構(gòu)建多孔硅薄膜芯片，無需復(fù)雜的樣品前處理步驟，即可實現(xiàn)指紋中多種藥物及其代謝物的直接成像。SALDI-MS成像策略也為體液中藥物檢測、美沙酮用藥依賴性以及藥物篩選等領(lǐng)域提供了新的方法。Voelcker課題組[50]制備了納米多孔硅微粒，用于檢測體液中的處方藥物和非法用藥。在系統(tǒng)優(yōu)化了尺寸、孔徑、孔深以及表面功能化后，多孔硅基質(zhì)實現(xiàn)了臨床樣本中美沙酮、可卡因、3，4-亞甲基二氧甲基苯丙胺和氧可酮等物質(zhì)的高靈敏檢測。Lu課題組[51]利用多孔硅材料對全血中的藥物進行液相微萃取，經(jīng)過簡單分離后直接進行原位檢測。該方法對于全血中維拉帕米和美沙酮的檢出限分別為10-11和10-13mol/L，尿液中檢出限分別為10-13和10-14mol/L，其定量范圍橫跨8～9個數(shù)量級。Vertes課題組[52]采用硅納米柱陣列作為基質(zhì)，用于標準品和人血清中代謝物的輪廓分析。在非靶向代謝組學(xué)分析中，該基質(zhì)能從代謝物混合標準品中檢出374種化合物，其中287種化合物能獲得較好的二級質(zhì)譜圖。這些化合物種類繁多，包括了氨基酸、核苷酸、糖類、脂質(zhì)等，涉及到31條代謝通路，而利用硅納米柱陣列能檢測到通路所涉及的63%的代謝物。通過優(yōu)化實驗，針對20種氨基酸，該基質(zhì)能實現(xiàn)所有目標氨基酸的靶向檢測。這一研究展示了硅納米柱陣列在代謝物大規(guī)模鑒定中的應(yīng)用。

除單一的硅材料外，研究人員通常將其他材料與硅復(fù)合，制備靈敏度更高、性能更好的SALDI基質(zhì)。Tsao課題組[53]通過兩步無電鍍沉積法和一步電鍍刻蝕法制備Au包覆的硅納米柱陣列材料，用于體液中葡萄糖的定性定量分析(圖3)。在金納米粒子的催化下，葡萄糖被氧化成葡萄糖酸，繼而在負離子模式下被檢出，檢測靈敏度顯著提高。具有核殼結(jié)構(gòu)的SiO2@Au材料作基質(zhì)時，可實現(xiàn)體液中低至pmol～fmol濃度代謝物的檢測[54]，而將核酸適配體修飾至SiO2@Au表面時，材料則具備雙重功能，能對卡那霉素進行有效富集和原位檢測，檢出限為200 pmol/L。最近，Lu課題組[55]在玻璃表面覆蓋氟硅酸修飾的二氧化硅納米粒子層，并在其上沉積金納米粒子。由于修飾后的二氧化硅層具有強疏水性，能對待測物進行除鹽和富集，再結(jié)合金的解吸附/離子化作用，可實現(xiàn)對1 pmol/μL羅丹明6G的高重現(xiàn)性檢測，且羅丹明6G在1～50 fmol/μL濃度范圍內(nèi)具備很好的檢測線性(r2>0.99)。最終，該復(fù)合基質(zhì)被用于湖水中痕量孔雀綠和人血清中血管舒緩肽1-7的檢測。除與金屬納米粒子復(fù)合外，硅材料還能與碳材料復(fù)合，用于抗抑郁藥物的測定[56]。

圖3 金修飾的硅納米柱陣列用于葡萄糖的定性定量分析[53]

圖4 利用MOF作SALDI-MS基質(zhì)時的樣品前處理流程[61]

1.4 金屬有機骨架化合物

金屬有機骨架化合物(Metal-organic framework，MOF)是近十幾年來興起的納米多孔類“明星”材料[57]。由于該類材料普遍具有高比表面積、可調(diào)的多孔性結(jié)構(gòu)、較好的熱穩(wěn)定性以及易于修飾等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于氣體存儲、生物傳感、反應(yīng)催化、樣品前處理等領(lǐng)域[58-59]。2013年，Huang課題組[60]首次將MIL-100(Fe)引入SALDI-MS中用于多環(huán)芳烴的檢測。隨后，該課題組將3D MOF作為極性單糖檢測的基質(zhì)(圖4)，嘗試了MIL-100(Fe)、MIL-100(Cr)、MIL-100(Al)、MIL-101(Cr)和UiO-66(Zr)等多種材料，結(jié)果證實MIL-100(Fe)的效果最好[61]。這是由于該MOF材料作為Lewis酸(Fe3+)與糖發(fā)生相互作用或作為Lewis堿(Fe2+)用于穩(wěn)定糖-堿金屬加合物。

近年來，隨著MOF材料和后修飾技術(shù)的發(fā)展，用作SALDI-MS基質(zhì)的MOF種類及可分析化合物的種類明顯增多，通過與功能性材料復(fù)合或修飾特定的官能團，MOF材料可以兼具基質(zhì)和富集兩種功能[62-63]。Cai課題組[64]報道了以ZIF-8包覆的磁性納米材料作為SALDI-MS基質(zhì)，在負離子檢測模式下實現(xiàn)了一系列小分子化合物包括脂肪酸、多肽、性激素等的高靈敏響應(yīng)，且待測物以丟失質(zhì)子的形式被檢測，避免了正離子模式下復(fù)雜的堿金屬加合物峰。該基質(zhì)用于血清和尿液中褪黑素的定量分析，檢出限低至0.5 μmol/L。此外，由于ZIF-8的Zn離子與組氨酸間的配位作用，該材料還可用于痕量組蛋白的富集檢測。Zou課題組[65]合成了兩種新型MOF材料，UiO-66-PDC和UiO-66-(OH)2，與傳統(tǒng)有機基質(zhì)DHB相比，MOF材料結(jié)晶致密、均一，檢測小分子時具有很好的重現(xiàn)性并可對磷酸吡哆醛和葡萄糖實現(xiàn)定量分析(r2>0.99)。UiO-66骨架中的Zr離子與磷酸根基團存在靜電吸引作用，利用這一特性，材料還可用于生物樣本中磷酸化肽的富集。盡管文獻報道了多種作為SALDI-MS基質(zhì)的MOF材料，然而大多數(shù)MOF材料的選擇呈現(xiàn)隨機性，且不經(jīng)修飾的MOF由于缺少可解離的官能團而限制了待測物的離子化效率，導(dǎo)致可分析的化合物種類十分有限。本課題組設(shè)計了簡單的兩步MOF后修飾策略合成了一系列官能團修飾的MOF材料用作SALDI基質(zhì)[66]。這些官能團含有羧基、氨基或羥基基團，能夠有效提高待測物的離子化效率。其中，半胱氨酸后修飾MOF材料表現(xiàn)出最好的基質(zhì)效果，在檢測脂質(zhì)、糖類、藥物、氨基酸、小分子肽和聚合物時均表現(xiàn)出很高的靈敏度。該基質(zhì)在1 mol/L氯化鈉存在情況下，α-環(huán)糊精的信號仍未受到較大影響，表現(xiàn)出很強的耐鹽能力。此外，得益于半胱氨酸的高親水性和靜電作用，該材料能從卵白蛋白中高選擇性富集30條糖苷，進一步拓展了其應(yīng)用。

1.5 其他材料

2 總結(jié)與展望

SALDI-MS是利用無機納米粒子或納米結(jié)構(gòu)表面為基質(zhì)的一種促進待測物解吸附離子化的質(zhì)譜技術(shù)，其具有耐鹽度高、信號重現(xiàn)性好、低質(zhì)量端干擾小等優(yōu)點，特別適用于小分子化合物如氨基酸、脂質(zhì)、藥物、肽段、激素等的檢測，彌補了傳統(tǒng)MALDI-MS技術(shù)在小分子分析中的不足。本綜述總結(jié)了近5年來新型SALDI-MS基質(zhì)(金屬類材料、碳材料、硅材料、金屬有機骨架材料等)及其在生物檢測和成像中的應(yīng)用。SALDI-MS技術(shù)作為一種新型的高靈敏、操作簡便、高通量的質(zhì)譜檢測方法，將在生物、環(huán)境、藥物等諸多研究領(lǐng)域中發(fā)揮作用。

然而，盡管科學(xué)家們報道了大量的SALDI-MS材料，對于這些材料促進待測物解吸附/離子化的物理和化學(xué)機理卻鮮有研究，對于不同特性的材料具有相似的離子化效率這一現(xiàn)象也缺乏理論支撐，這導(dǎo)致在針對特定化合物時需要謹慎地“挑選”合適的基質(zhì)。近年來，新型納米材料在樣品制備中的應(yīng)用方興未艾，發(fā)展兼具樣品制備功能的SALDI-MS新型基質(zhì)將是該領(lǐng)域的研究方向；SALDI-MS具有操作簡便和檢測速度快的優(yōu)點，因而探索其在臨床快速診斷領(lǐng)域的應(yīng)用顯得尤為重要；此外，現(xiàn)有材料大多對1 000 Da以內(nèi)的小分子物質(zhì)具有很好的響應(yīng)，而對于核酸、聚糖等生物分子的檢測卻有局限，因此，發(fā)展新型納米基質(zhì)，擴展檢測的質(zhì)量范圍和分析物種類也是該領(lǐng)域研究人員需探索的方向。