利用离子阱颗粒质谱对微球表面吸附的定量表征

Microparticles with micrometer or nanometer size play important roles in both chemical and biological researches due to their good adsorptive property. In order to understand the adsorption process on the surface of microparticles better and screen suitable particles with good capacity, we intend to determine the amount of adsorption on single particle with high accuracy by using ion trap particle mass spectrometry (PMS). First, a new PMS instrument with much higher mass resolution than before will be constructed by optimizing the design of electrical circuit and detection system. Then the amount of adsorption on single particle can be determined directly as the mass difference of particle before and after adsorption. Since the mass measurement by PMS is simple, only small number of particles are needed and it is of high accuracy, PMS can serve as a novel method for charaterizing the adsorption on microparticles. If this research is successful, not only the adsorption process on microparticls can be understand better, but also the chemical changes happened on the surface of bioparticles or aerosol particles can be monitored.

由于具有良好的吸附性能，微米或纳米尺度的微球在化学及生物学方面都具有重要的应用。为了更好地理解微球表面的吸附过程及筛选出性能优良的微球介质材料，本项目拟采用离子阱颗粒质谱为工具，从单颗粒水平上实现对吸附量的准确测定。首先我们将通过优化电路系统及检测装置，构建出具有更高质量分辨能力的离子阱颗粒质谱，进而通过测定微球在吸附前后质量的变化，直接测定出单颗颗粒表面的吸附量。由于离子阱颗粒质谱测定微球质量的操作简单、样品用量少，准确度高，因此其可作为定量表征微球表面吸附的一种新方法。本研究如获成功，不仅能为更好地理解微球表面的吸附过程提供依据，而且还可以为监测生物颗粒或气溶胶等颗粒表面的化学变化提供可能。

微球表面吸附量的准确测定对于吸附过程的理解具有重要的意义。通过3年的努力，我们构建了离子阱颗粒质谱，并建立了准确测定微球表面吸附量的新方法。取得的主要成果包括：. 1．研究了非线性离子阱质谱理论。发展了Poincare-Lighthill-Kuo (PLK)方法及Harmonic Balance (HB)方法，并对离子阱中非线性多极电场对稳定区及离子运动的影响进行了求解，为提高离子阱质谱的性能提供了理论的指导。. 2．构建了具有低温电荷检测器的离子阱颗粒质谱装置。电荷检测器的噪音是制约离子阱颗粒质谱准确度和分辨率的主要因素，为了降低电荷检测器的噪音，我们设计并构建了一套电荷检测器的液氮冷却装置，成功地将电荷检测器的噪音降为了原来的一半。. 3．建立了利用离子阱颗粒质谱对微球表面吸附定量测定的新方法。通过直接比较颗粒在吸附前后的质量变化，实现了微球表面吸附量的准确测定。利用该方法，我们对BSA在多孔聚苯乙烯-二乙烯基苯微球表面的吸附过程进行了表征，并对硅球表面的化学修饰对酶固定的影响进行了考察。另外，我们还将颗粒质谱应用到对细胞质量的快速分析中，为研究细胞表面特异性抗原抗体的相互作用奠定了基础。