自Caprioli第一個報道質(zhì)譜成像后，成像技術(shù)發(fā)展很快，包括：MALDI成像、DESI成像、SIMS（二次離子）成像，三種方式各有其優(yōu)缺點。其中，分辨率最高的是SIMS，空間分辨率可達幾十納米量級，但離子束能量高、離子源太“硬”，較難得到完整的分子離子峰。DESI的好處是可在常壓下操作，比較容易實驗，但空間分辨率在100μm以上。MALDI正好介于兩者之間，分辨率1-10μm。“除了分辨率和離子源性能的考慮，我們想做組織成像，看組織分布MALDI最合適，而且今后在醫(yī)院臨床，我認為組織成像最有前途的也是MALDI技術(shù)?！甭欁谛阏f，“國內(nèi)有很多優(yōu)秀學者開展質(zhì)譜成像研究，取得了非常好的研究結(jié)果。總的來說，這三種技術(shù)相互配合，離開哪個都不行?！?
課題組的MALDI成像工作
“我們在質(zhì)譜成像方面開展的研究工作，在我回到中科院化學所之后開始的，“主要是兩方面工作，發(fā)展新基質(zhì)，及質(zhì)譜成像。由于我們有做顆粒質(zhì)譜的背景，才有用MALDI成像技術(shù)分析病毒、細胞、細菌，或更小的顆粒如納米材料的想法。”
納米材料廣泛應(yīng)用于組織工程學、生物等各種領(lǐng)域，這為分析化學工作者提供一個契機。材料學家合成很厲害，但他們迫切需要了解材料在體內(nèi)的分布和其毒性，就會同分析化學家合作。以前，用質(zhì)譜研究納米材料的分布很難。首先，納米材料的質(zhì)量范圍超出了商用儀器的研究范圍；其次體內(nèi)很多內(nèi)源性小分子會干擾納米材料的測定；第三點是生物體內(nèi)環(huán)境很復(fù)雜，納米材料解吸附、電離比較困難。當時課題組參加了萬立駿院士的項目就是做質(zhì)譜成像；購置了布魯克公司的ultrafleXtreme MALDI TOF/TOF高通量MALDI質(zhì)譜儀，目標就是做納米材料的質(zhì)譜成像。
ultrafleXtreme MALDI-TOF/TOF質(zhì)譜儀
首先，我們發(fā)現(xiàn)用激光濺射碳納米管時，小分子區(qū)域中有很多貌似像雜峰的指紋峰，查了很多文獻，都認為它們來自于樣品雜質(zhì)，或來自不干凈的腔體表面。但進一步研究發(fā)現(xiàn)，這些峰重復(fù)性很好，非常奇怪，就想把這事搞清楚。我們嘗試很多方法進一步凈化樣品，把腔體也擦得干干凈凈，但仍有這些峰；因此懷疑它們來源于樣品本身。最后通過仔細研究發(fā)現(xiàn)，這是m/z 12、24、36、48的一組峰，每個峰間質(zhì)量數(shù)正好差12，是碳的原子量，因此這組峰是碳材料本身的團簇離子質(zhì)譜峰。我們就巧妙地將高質(zhì)量數(shù)窗口移到低質(zhì)量窗口，解決了碳納米材料的探測的問題。
第二問題是如何解決內(nèi)源性小分子干擾的問題。我們發(fā)現(xiàn)，改變激光波長比如當選擇355 nm的紫外激光時沒有干擾，這是因為內(nèi)源性小分子對355 nm激光吸收不多。我們把碳納米管通過小鼠尾經(jīng)脈注入其體內(nèi)后，用355 nm激光進行質(zhì)譜成像，得到同純材料非常類似的模式（Pattern）。因此選擇合適的激光波長可解決內(nèi)源性小分子干擾問題，我們成功建立了納米材料在體內(nèi)成像的方法。突破了上述幾大難點后，以后的定量、研究納米材料分布、在亞器官的分布就獲得了較好的實驗的結(jié)果。該工作很快被《Nature Nanotechnology》接受。
小鼠肺組織切片MoS2納米片的LDI MS成像
納米材料可用作藥物載體，我們最近用質(zhì)譜成像技術(shù)研究納米載體藥物的釋放。我們選擇硫化鉬納米材料，觀察硫化鉬的信號即可得到納米材料在體內(nèi)的分布。選擇的藥物是紫杉醇，觀察其信號可得到藥物在體內(nèi)的分布。我們用質(zhì)譜成像發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象：一般人認為腫瘤里面的材料多，但通過質(zhì)譜成像發(fā)現(xiàn)，腫瘤里的材料很少，正常組織中材料多；腫瘤組織里面藥物釋放多，正常組織藥物釋放少，與人們想象的結(jié)果相反。
小鼠經(jīng)24小時靜脈注射后肝臟組織中MoS2納米片的分布及其有效抗癌藥物DOX的原位H22腫瘤模型圖像
對質(zhì)譜成像生產(chǎn)廠家的建議
對當前臨床所用MALDI-TOF微生物質(zhì)譜，聶宗秀認為從質(zhì)譜技術(shù)上來看，這些都是線性模式TOF，可以說是相對比較簡單的一種TOF。前一陣子有十幾家國內(nèi)廠家都紛紛推出微生物檢測MALDI-TOF，表明技術(shù)上并無太高的門檻，聶宗秀表達了自己隱隱的擔心：過多廠商蜂擁而上會造成惡性低價競爭，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量。
