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质普成像:切片基质喷涂

  在过去几十年中,基质辅助激光解析电离(MALDI)质谱成像技术已被广泛应用在生物标志物发现和药物研发等多个领域。然而,在MALDI质谱成像的技术操作中,要想获得质量高、重复性好的质谱结果,并没有那么容易。目前,仍然有诸多因素制约着这一技术的应用和发展,其中基质喷涂便是“瓶颈”之一,要尽可能的满足组织切片上的待测物无扩散或移位现象,基质能与组织表面分子形成良好的共结晶,协助目标分子的高效电离。

  基质喷涂技术是利用喷涂装置将具有特殊物理化学性质的化合物喷涂在组织切片上,该类化合物喷涂后应均匀的分布在组织切片表面,且其颗粒大小越小越好。有研究表明基质在组织切片上分布的均匀度、结晶度和晶体颗粒的大小等因素是决定质谱成像质量的关键因素。

  目前,MALDI质谱成像研究中主要采用的基质附着装置有手动喷枪,基质升华仪器,全自动喷涂仪等。

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  手动基质喷枪

  空气喷枪是最早使用的基质喷涂方法,其原理是当基质流入枪膛后,利用压缩空气携带其喷涂至组织表面或被分析物的表面。这种装置结构简单,维护容易并且喷涂速度快。缺点是,由于该方法主要采用人工手动操作,每次喷涂的均匀度、厚度不一,基质结晶颗粒较大,重复性差。

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  基质升华仪器

  真空升华装置是一种无需溶剂的喷涂基质方法,可以将基质均匀地覆盖在组织表面。其原理是利用固体物质在高真空条件下升华点降低的特性,在高真空密闭容器内加热这些物质,使其快速升华,附着至被测组织表面,从而形成均匀的基质层。真空升华装置结构简单,形成的基质结晶颗粒较小且均匀,避免了被测分子在喷涂基质及结晶过程中的移位。但是,由于该装置是基于物质分子升华的原理,因此,具有高升华点的基质分子难以利用该装置进行喷涂,且基质喷涂的量难以控制。

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  全自动基质喷雾仪

  全自动基质喷雾仪是将基质液滴均匀喷涂在组织切片表面,液滴干燥后形成均匀的固体结晶膜。基质喷雾仪通过喷嘴可以产生细腻的溶液喷雾,得到的液滴更小,形成的基质结晶直径小,具有高空间分辨率和高重现性的特点。缺点是,雾化喷头易堵,且喷涂基质所用的时间相对较长。

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  离子化辅助基板

  虽然,基质附着装置技术越来越**,基质喷涂所耗时间越来越短,但是在MALDI质谱成像前处理阶段,基质的调和、涂布、干燥等流程共耗时约30分钟,且要求基质在待测样品上涂布均匀。

  为了减少样品前处理时间,提高MALDI质谱成像的分辨率和重现性,很多研究人员将精力集中在研究免基质质谱成像方面。通过纳米技术,将低丰度生物小分子、蛋白等进行选择性富集,建立免基质的MALDI-MS检测方法。还有人研究出了新型的离子化辅助基板,该基板使用多孔纳米材料开发,原理是利用毛细作用使待测样品的分子上升到表面,通过激光照射使其离子化而不破坏分子结构,实现质谱成像分析。离子化辅助基板能够大幅缩减质谱成像分析样品前处理时间,且操作简单。但是,目前离子化辅助基板只适用于小分子分析物。

  江苏谱策科学仪器有限公司 Omin PI光电离质谱成像源是基于专利技术( DESI/PI,即带电液滴解析/后光电离质谱成像技术,专利号:ZL201810935962.4)研发的一款用于空间分子成像的装置,可适配于主流质谱仪(Agilent、Thermo Fisher、Waters等),对动/植物组织、各种物体表面及内部分子进行空间成像。与传统DESI技术相比, 使用DESI/PI后信号强度可提高1-3个量级,大大提升了待测物尤其是非极性成分的检出和成像能力。

  应用领域

  空间代谢组学、病理学诊断、药物代谢动力学、毒理学、环境化学、法医学、考古学、古生物学