以生物质谱(MS)为核心技术的蛋白质组学研究策略已经成为分子生物学、细胞生物学以及最前沿的系统生物学研究不可缺少的工具。其技术平台和研究策略的进步，使之在发现新的疾病生物标记物、理解细胞的生命过程以及疾病早期诊断等方面起着越来越重要的作用。 尽管生物MS在蛋白质组学研究中获得很大的成功，但依然面临许多技术挑战.最大的挑战来自生物样品的复杂性和几乎所有MS方法面临的共同问题：离子抑制。离子抑制的来源包括难挥发性盐，去污剂，基质和分析物共流出等影响，使得目标分析物的MS检测灵敏度大大降低，甚至无法检出。这些问题导致的直接结果就是MS数据质量无法保证。合理有效的样品处理方法是获得准确度高、再现性好、自动化程度高、高灵敏度和高通量分析方法的前提，也是上游蛋白质分离技术和下游MS鉴定技术的接口。由此得到的高质量MS数据，更是生物信息学研究的原始数据和基础。 本论文工作的主要贡献为：在生物MS研究领域的高度集成，高速，高效率，自动化的样品前处理方法和技术研究方面取得了创新性进展。 论文第一章介绍了近年来用于蛋白质组学样品处理方法的最新进展，同时介绍了蛋白质组学发展概况、主要研究内容、研究现状和主要技术挑战等；最后提出了本论文的意义和立题依据。 第二章利用“连续吸附现象”的新概念，设计和加工了具有多层吸附功能的微型装置MEPD(microelectropurificationdevice)。连续吸附现象是指，在垂直电场的作用下，固体膜可以多层吸附蛋白质。和常规的固定相吸附不同，蛋白质吸附不再受固定相键合的功能团数目的限制。利用外加电场可帮助克服多层吸附时引起的蛋白质-蛋白质静电斥力，使多层吸附保持稳定。此概念的运用，有希望大大提高样品处理容量，提高有限功能区域的富集能力，可能解决微型装置甚至微芯片技术中有限的样品处理量与微小功能区域以及下游检测灵敏度之间的矛盾。 论文的第三章提出基于MEPD的高度集成的样品处理新策略。该装置的集成化效果来自于在微观环境里协同使用电场，膜技术和流体控制技术。集成化的样品处理，可实现组织提取液的一步纯化，以降低样品的复杂性，通过一步样品处理可直接进行MS分析。几乎所有的样品制备目的，包括富集，除盐，不带电杂质的去除，和初步分离，都可通过该装置快速完成。 第四章以MEPD装置和多功能样品处理策略为基础，设计了新型蛋白质快速定量方法。只需MEPD装置一步处理，即可完成组织提取液中蛋白质的纯化，并可直接对复杂基质中丰度较高的完整蛋白质进行电喷雾质谱(ESI-MS)的定量。MS定量的线性范围和信号强度与样品的复杂性有关。由于避免了传统的复杂费时多步骤的样品前处理过程，该策略有利于获得重复可靠的蛋白质质谱定量信息。同时，通过纯化和富集样品，能有效降低或消除离子抑制现象，通过高度集成自动化的处理方法，可大大减少样品的损失。由此，MEPD可扩展离子阱MS的线性定量范围(从两个数量级到五个数量级)。 第五章为检测复杂基质中完整糖蛋白质建立了一种在线MEPD-ESI-MS快速除盐方法，并以促红细胞生成素(EPO)蛋白为例，证明了这一方法能够应用于糖蛋白的快速样品处理。还将该方法与常规方法如超滤法、C18反相色谱柱除盐法进行了比较。 第六章以MEPD为基础，设计了新型酶反应器。以膜为模板，电场为驱动力，将胰蛋白酶固定在MEPD装置内，实现蛋白质的在线快速酶切。但目前这部分实验重复性较差，需要继续深入研究第七章将MEPD用于分离蛋白质不同构象的初步探讨。当作为分离介质的膜被施以电场时，膜表面电离状态发生变化，对分析物的作用力增强，解决了普通膜色谱吸附容量低的问题。其次，通过对电场的精密控制，可能实现蛋白质不同构象精细结构的分离。 MEPD为生物MS乃至蛋白质组学提供了一种高速、高效、高度集成、自动化程度高的样品前处理技术，MEPD也可用于其他蛋白质组学方法的样品处理。