表面辅助激光解吸电离质谱中硅基底表面分子激光解吸机理研究

To reveal the laser desorption mechanism of molecules on silicon substrate is of significance for the application of surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (SALDI-MS) in trace analysis of small molecules. In this project, the ordered silicon nanostructure arrays with designed spacial structures and chemical modification will be prepared and used as SALDI substrates. The properties (including absorbance, surface area/volume ratios and wettability) of the substrate will be controlled by varying the design of structures and the chemical modification. We will investigate the correlation of the above surface properties of the substrate and the desorption efficiency，as well as internal energy transfer based on the combination of mass spectrometric measurement and Rice-Rampsberger-Kassel-Marcus (RRKM) statistical theory by using benzylpyridinium salt as analyte. The desorption mechanism of molecules on silicon substrate will be revealed. This study will lay the theoretical and experimental foundation for designing and fabricating SALDI substrates with excellent desorption efficiency.

揭示硅基底表面的分子激光解吸机理，对于表面辅助激光解吸电离质谱(surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry, SALDI-MS)在痕量小分子分析领域中的应用具有重要的意义。本项目提出设计并制备具有特定空间结构与表面化学修饰的有序纳米结构阵列，通过调控阵列的空间结构和表面化学修饰，实现对基底吸光率、比表面积及浸润性的有效调控；利用苄基吡啶鎓离子盐作为分析物进行质谱测试，结合Rice-Rampsberger-Kassel-Marcus (RRKM)理论，分别研究基底表面的吸光率、比表面积、浸润性和分子解吸效率及内部能量转移之间的关系，揭示硅基底表面的分子解吸机理，为设计制备性能优异的SALDI基底奠定理论和实验基础。

表面辅助激光解吸/电离质谱（surface-assisted laser desorption/ionization mass spe ctrometry, SALDI-MS）是一种检测痕量小分子的重要方法，在疾病诊断、药物分析、环境监控及司法鉴定等领域发挥着非常重要的作用。揭示基底表面分子的激光解吸机理，对于提升SALDI-MS的检测性能，推动其在痕量小分子分析领域中的应用具有重要意义。在本项目中，我们利用界面自组装和反应离子束刻蚀技术，在硅基底表面制备有序硅纳米柱结构阵列，将其作为SALDI-MS基底；结合理论模拟，通过改变结构形貌，调控基底的吸光率、比表面积和浸润性；以苄基吡啶鎓离子盐作为分析物进行质谱测试，结合Rice-Rampsberger-Kassel-Marcus (RRKM) 理论，分别研究了基底的吸光率、比表面积和孔隙率等参数对分析物解吸效率的影响，结果表明增加基底的吸光率和孔隙率能够提升分析物的解吸效率，这为制备高性能的SALDI-MS基底奠定了理论和实验基础。在此基础上，根据SALDI-MS的解吸/电离机理，设计并制备了多种具有优异检测性能的SALDI-MS基底，包括银纳米粒子/氧化锌纳米棒复合结构、有序硅纳米锥阵列及多孔硅结构等，缩短了复杂样品的预处理时间，提高了检测的重复性和灵敏度，为SALDI-MS的无内标定量分析奠定了基础。提出了多种制备表面微/纳结构的新方法，如用模板诱导液滴限域及自组装等方法制备均匀的金属纳米结构阵列、用金属催化刻蚀调控硅锥形貌、将光刻与金属催化刻蚀结合制备聚合物微/纳多级复合结构等，并将其用于提升不同检测方法的检测性能。