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基于纳米材料的表面辅助激光解吸离子化质谱探究 　　1 引言 　　MALDI-MS 是由Hillenkamp 课题组引入的一种软电离质谱技术，可以快速解吸高分子量物质，无碎片产生或伴有少量碎片，具有卓越的检测精度和灵敏度，是一种重要的生物分析工具。其测试原理是，当用一定强度的激光(337 nm 的N2激光) 照射样品与基质形成的共结晶薄膜时，基质从激光中吸收能量，基质-样品之间发生电荷转移使得样品分子发生解吸电离，依据样品的质荷比(m/z) 的不同来进行检测，并测得样品分子的分子量。然而，由于该方法所使用的有机小分子基质也发生电离，其本身的背景信号对低分子量分析物会产生一定的干扰，使其很难应用于小分子量化合物( lt; 700 Da) 的分析。其次，MALDI-MS 的测试条件要求比较高，待测物需要与基质可混溶，并且它们必须共结晶。因此，存在不均匀且非常复杂的共结晶现象，进而影响基底表面信号的重复性。另外，由于选择合适的基质及样品制备过程的优化也是一个不断实验探索，费时费事的过程，因此，促使人们去发展一类避免有机基质干扰的LDI-MS 技术。最近，孔祥蕾等发表了一篇题为“适用小分子化合物MALDI 分析的基质研究”的综述文章，对这方面的工作做了全面而系统的介绍，包括无机材料、有机分子、离子液体等作为传统基质的替代品发挥了能量转移作用，另外还涉及到了基质信号的抑制及小分子分析物的衍生化等。 　　将纳米材料应用于LDI-MS，促进了免有机基质LDI-MS 的发展。与传统的基质辅助技术相比，用于LDI-MS 的纳米材料不会发生电离，使得该方法的应用范围扩展到小分子的分析。另外基于纳米材料的LDI-MS 还具有样品制备简单、高耐盐性及能够实现对待测物的定量分析等优点。 　　最初将纳米材料引入到LDI-MS 中的是Tanaka课题组，其使用30 nm 钴纳米粒子的甘油悬浮液实现了对蛋白质及聚合物的检测。随后，Sunner 课题组使用微米尺寸的石墨颗粒和活性炭的甘油悬浊液对多肽进行质谱分析，并提出了基于纳米材料的表面辅助激光解吸离子化质谱(SALDI-MS) 的概念。实际上，SALDI-MS 与MALDI-MS 的引入均出于同一时代，只是当时后者的广泛应用和迅速发展致使前者的发展受阻。直到后来Wei 课题组提出基于多孔硅(DIOS) 的免基质LDI-MS，其证实了纳米结构表面与激光解吸电离增强的关系，促使人们探索不同纳米材料在激光解吸电离质谱中的应用。与有机基质所起的作用类似，这些纳米材料能吸收激光能量，可以有效的解吸和软电离待测物，而只产生很少的碎片。另外，基于纳米材料的SALDI-MS 有效地克服了MALDI-MS 中两个主要问题:由于“共结晶薄膜”所造成的甜点效应会引起样品分析时点与点之间重复性较差的问题，以及在低分子量区有较高的背景干扰。最近，随着纳米技术的发展，人们选择了不同组成、形状、尺寸的纳米材料来进行质谱方面的应用。由于种类繁多，我们根据材料的材质，分四大类( 碳纳米材料、硅纳米材、其他材料的纳米粒子及纳米杂化多孔材料) 对研究较多的纳米材料进行了评述，并详细讨论了最近十年的研究进展。 　　2 不同纳米材料在SALDI-MS 方面的应用 　　2. 1 基于纳米碳材料的SALDI-MS 分析 　　碳材料可以吸收紫外光，然后将能量传递给附近的待测物以促进其解吸电离，并且在低分子量区域不存在基质干扰。基于此，现在很多碳材料已被应用于小分子量物质的LDI-MS 分析。最早被用于SALDI-MS 分析的碳材料是石墨，可以在免有机基质的条件下实现对部分分子的质谱分析，如多肽、低聚糖，及合成的聚合物。金刚石是碳材料的另一个同素异形体，在其表面修饰上一些特殊的官能团，如羰基、羟基、醚和酯等，可被用于特异性结合血清中的肽和蛋白质，如与癌症相关的生物标志物的免有机基质的LDI-MS 检测。另外，羧基和胺基化的金刚石纳米晶体已被成功应用于分离、浓缩及纯化蛋白质和寡核苷酸。 　　纳米碳材料单位质量的比表面积较大，反应能力强，选择性好，负载能力高，有利于提高检测的动态范围。并且大部分的碳基纳米材料能对光有吸收，同时也是良好的电导体，这对于有效的能量传递和分散是至关重要的。现在，各种形式的碳纳米材料(包括富勒烯、碳纳米管及石墨烯) 在SALDI-MS方面都得到了广泛应用。鉴于碳材料在该领域的研究较多，这里我们重点对具有纳米结构的碳材料，如富勒烯、碳纳米管、石墨烯等在这方面的工作做一综述。另外，一般使用的石墨类碳材料会在LDI-MS分析过程中产生碳簇Cn- 干扰离子峰，严重限制了对m/z lt; 300 的小分子的分析，相比而言，基于上述三类碳纳米材料的使用在一定程度上消除了该不利方面