利用微纳复合结构提高SALDI-MS的检测性能

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表面辅助激光解吸/电离质谱(surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry,SALDI-MS)是一种软电离分析技术,适用于小分子的痕量分析。为了提高SALDI-MS检测小分子的性能,已经探索了多种基底,包括半导体、碳、金属和复合材料。其中,硅基材料具有独特的光学、电学以及表面化学性质,可以被加工成各种形态可控的结构,且其表面易于功能化。碳基材料可以通过具有离域π电子的sp~2杂化碳骨架对紫外激光进行强吸收,并通过热能和电子转移对分析物进行解吸/电离。随着社会的飞速发展,痕量物质的定性和定量分析在各个领域发挥着越来越重要的作用。因此,为了提高SALDI-MS的解吸/电离效率,改善其检测性能,本论文结合多种微纳构筑技术和表面功能化方法进行了如下研究工作:一、为了提高SALDI-MS的检测重复性和灵敏度,实现对小分子的定量分析和选择性检测,我们结合自组装、金属催化刻蚀和无电沉积技术制备了由金纳米粒子(Au nanoparticles,Au NPs)和硅纳米柱(Si nanopillars,Si NPs)组成的金属/半导体复合结构作为SALDI-MS基底。这种金属/半导体复合结构可促进电子-空穴对的分离和界面电荷转移,从而提高电荷的利用率。该基底具有以下优势:(1)由于基底的疏水性和Si NPs的有序性,可提供极好的检测重复性。在分析10-5 mol/L的孔雀石绿(malachite green,MG)时,其点到点的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)为1.96%,基底到基底的RSD为2.40%,并且在10-9~10-5 mol/L的浓度范围内,对数坐标下MG的浓度与信号强度具有良好的线性相关性(R~2>0.99)。(2)Au NPs可以通过Au-S键与生物硫醇分子特异性结合,从而实现选择性地捕获与检测。(3)该基底还可用于分析实际样品,如人体血清中的缓激肽1-7和维拉帕米,人体尿液中的美沙酮和湖水中的MG。二、为了解决SALDI-MS对不规则物体取样困难及在小分子检测中存在背景干扰的问题,我们利用静电纺丝技术,制备了一种由聚酰胺(polyamide,PA6)-碳烟纳米粒子(carbon soot nanoparticles,CS NPs)组成的柔性基底。纳米纤维具有良好的柔韧性,可实现在不规则表面上直接取样。CS NPs具有良好的紫外吸收、石墨化质量和较高的光热转换效率,有利于传热。将CS NPs均匀封装在聚酰胺纳米纤维中,消除了CS NPs对SALDI-MS检测的背景干扰。实验结果表明:(1)该基底经疏水化处理后,在低质量范围内检测灵敏度高,重复性好,无背景峰干扰。利用该基底,可以成功定量小分子,检出限低至10-10mol/L。(2)对尿液中的美沙酮和鱼皮上残留的MG检测结果表明,该柔性基底简化了样品预处理过程,在分析实际样品和直接从不规则物体表面取样方面具有广阔的应用前景。
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