質(zhì)譜成像技術(shù)(MSI)是基于質(zhì)譜發(fā)展起來的一種分子成像新技術(shù)。MSI通過直接掃描生物樣本,可以同時獲得多種分子的空間分布特征,具有免熒光標(biāo)記、不需要復(fù)雜樣品前處理等優(yōu)點,已經(jīng)成為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、微生物學(xué)等研究領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)之一。
解吸電噴霧電離質(zhì)譜成像(DESI-MSI)是目前較廣泛采用的常壓成像技術(shù)。這種方法將霧化溶劑液滴吹掃組織切片表面,使待分析物溶解并發(fā)生電離,離子進入質(zhì)譜接口進行檢測。這種方法的最好空間分辨在50微米左右,可進行原位檢測,在法醫(yī)鑒定、病理分析、代謝物分析等領(lǐng)域得到了諸多應(yīng)用,主要缺點是有極性歧視和較強的離子抑制,不適于所有的待測物體系。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室潘洋副研究員團隊一直致力于同步輻射光電離質(zhì)譜技術(shù)研究,并在實驗室部署下,以生命科學(xué)和能源化學(xué)前沿問題為導(dǎo)向,發(fā)展了一系列實驗技術(shù)和手段。近日,該團隊發(fā)展了一種基于DESI的二次光電離質(zhì)譜成像技術(shù)(DESI-PI-MSI),并和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院熊偉教授合作,對模式動物小鼠的腦、脊髓等組織切片進行質(zhì)譜成像研究。該研究成果以“Imaging of polar and nonpolar species using compact desorption electrospray ionization/post-photoionization mass spectrometry”為題,2019年5月22日以封面文章形式發(fā)表在分析化學(xué)領(lǐng)域最頂級期刊《Analytical Chemistry》(2019, 91, 6616-6623),并申請了發(fā)明專利。
圖1. DESI-PI-MSI裝置工作原理圖
DESI-PI-MSI技術(shù)的關(guān)鍵是在DESI噴霧裝置后引入一套光電離系統(tǒng)和高效離子傳輸管道(圖1),可通過開、關(guān)光電離源,實現(xiàn)對多種極性和非極性組分的高靈敏度空間成像。研究表明,在正離子模式下,DESI-PI-MSI可將小鼠腦切片中的肌酸、膽固醇和GalCer脂質(zhì)的檢出限提高2個數(shù)量級以上;在負離子模式下,谷氨酰胺和部分脂質(zhì)靈敏度也可提高數(shù)倍。此外,對于一些極性較強的神經(jīng)遞質(zhì)和脂質(zhì),DESI-PI-MSI同樣可以實現(xiàn)靈敏度的顯著提高,從而為生物標(biāo)志物的高靈敏度探測和藥物代謝精確成像研究奠定了基礎(chǔ)(圖2)。在現(xiàn)有裝置上,潘洋副研究員團隊還進一步設(shè)計了可用于同步輻射質(zhì)譜成像的差分抽氣系統(tǒng)和離子傳輸管道,以利用同步輻射高亮度和能量連續(xù)可調(diào)的特點,進一步提高光電離質(zhì)譜成像的應(yīng)用范圍,拓展同步輻射的應(yīng)用領(lǐng)域。目前新的系統(tǒng)已經(jīng)安裝和調(diào)試完畢,達到設(shè)計要求。
圖2. 負離子模式下DESI-MSI和DESI-PI-MSI獲得小鼠腦組織切片質(zhì)譜和成像圖
該研究工作得到了科技部、基金委和中科院合肥大科學(xué)中心的支持。
論文鏈接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b00520
(國家同步輻射實驗室、生命科學(xué)學(xué)院、科研部)
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