大气压近场激光溅射质谱

I propose to combine near-field laser ablation with ultrasensitive mass spectrometric analysis of the laser ablation products with the aim to create to the highest spatial resolution instrument worldwide for laser-based mass spectrometry imaging (MSI), with a resolution of the order of 100 nm, well below the optical diffraction limit. This will become possible by using a very efficient active plasma ionization transfer capillary for sampling and simultaneous ionization the ablation products, and MS detection with an ultrasensitive, state-of-the art mass spectrometer. After establishing the instrumentation, parameters as well as figures of merit will be studied in detail, including comparing aperture tips and apertureless plasmonic nanoantennas for enhanced near-field laser ablation, establishing the range of materials that can be analyzed (metallic thin films, organic layers, MALDI matrices, large biopolymers, tissues), defining the limits of detection and high mass limit, and investigating other practical aspects such as recording speed, fragmentation, etc. Finally, applications to a wide variety of samples and materials where high spatial resolution is necessary will be developed, e.g. in molecular electronics, nanomaterials, nanotubes, catalysis, and biological nanostructures such as cell membranes and organelles. This effort in science and technology development will place Xiamen University as one of the leading places in the field of mass spectrometry imaging; I will build a MSI platform, and train a MSI team of 4-8 postdocs, Ph.D., and M.Sc. students.

本申请计划将近场激光溅射与超灵敏质谱分析相结合，旨在搭建目前世界上具有最高空间分辨率的激光质谱成像（MSI）仪器，实现远低于光学衍射极限的空间分辨率（100 nm)。高效活性介质放电等离子体电离转移毛细管进行消融产物的采样、电离，用超灵敏现代质谱仪进行质谱检测。在仪器搭建后，计划将详细研究仪器参数并系统分析仪器优势，包括比较孔径针尖与无孔等离基元纳米天线之间增强近场激光消融的效用，建立可分析材料的测试范围（金属膜、有机层、MALDI基质、大型生物组织），确定检测限和高质量限制，并探究其他实际仪器条件，如检测速度、碎片化等。最后，计划将具有高空间分辨率的质谱成像分析应用于多种领域，如分子电子学、纳米材料、催化和生物纳米结构（细胞膜、细胞器)。申请人将搭建一个MSI平台，成立包括由博士后和博士等组成的4至8名MSI团队，在质谱成像领域作出科学创新和技术突破。

以“大气压近场激光溅射质谱”为研究主题，着力于开发高空间分辨率的质谱成像技术，并探究生物体与药物的相互作用，解决相关科学问题。利用大气压离子质谱分析方法开展了以下几个方面的研究工作：.（1）设计出具有主动毛细管进样的介质阻挡放电电离源（DBDI），该离子源本身就作为质谱仪的延伸接口，极大地提高了传输效率，对后期分析激光溅射产物提供重大支撑。.（2）开发了一套简易的装置，利用微纳固体探针采样法对水体及生物体内的污染物进行了测定，用于生物体内一种抗疟疾药物的活体及原位分析，不管是体型较大或单细胞级别的生物体均可以实现快速分析。相关的研究成果已发表在《Analytical Chemistry》上。并以钨丝为载体，采用简单、低成本的火焰法制备了碳材料包覆的固相微萃取纤维，构建了固相微萃取热解吸介质阻挡放电电离质谱法，探究了麻醉类药物达克罗宁在小鼠体内的分布状况，为探究生物体内药物代谢情况提供一种简便快捷的方法。.（3）搭建激光溅射/介质阻挡放电电离系统，将其耦合到大气压离子质谱。利用该装置，实现了对水果表面抑霉唑等农残的检测，检出限低于国家标准值，在食品健康领域有很大的应用前景。相关成果已发表在《厦门大学学报(自然科学版)》.（4）搭建激光溅射/介质阻挡放电电离质谱成像系统，将其耦合到大气压离子质谱，并对中药材、生物体（鱼）内药物残留进行了质谱成像，成像结果较好地展示了药物在生物体内的分布情况，对于研究生物体内的药物作用有较好的指导作用，相关成果已发表在《Analytical Chemistry》上。用此系统研究了农药苯醚甲环唑在番茄植株体内的作用途径，阐明了农药在植物体内的吸收和转运机制，对减少农药用量，提高植物病害防治效果具有重要意义。这表明此装置在农业和生命科学领域具有巨大的潜力。.（5）在搭建的激光溅射/介质阻挡放电电离质谱成像系统的基础上，引入尖端直径为200 nm的蚀刻光纤来传导激光束，构建了具有~5 μm成像分辨率的基于光纤探针的激光溅射系统，成功地探究了染料分子在微小的指甲切片中的分布，为研究微纳尺度药物分子在生物体内的分布情况提供一种较有效的方法，在生物医学领域具有很大的应用潜力。相关的研究成果已发表在《Analytical Chemistry》上。