脂质是生物体中的一类重要物质,它不仅能为生物体提供能量,同时还参与细胞的信号传导,调节细胞生长、分化、衰老等过程。因此,了解脂质的空间分布对进一步揭示生命体的代谢活动具有重要的意义。质谱成像（Mass Spectrometry Imaging,MSI）是一种灵敏、原位、多通路的用于表征和定位样品中分子的分析方法。近年来,尽管质谱成像技术不断发展成熟,但仍然存在以下两方面的问题:1.用于准确绝对定量的质谱成像仍然存在挑战,这主要是由于样品组织中不同区域的物理化学结构和形态特征对分析物的离子信号具有较大的影响,导致分析物在不同位置的采样/萃取效率不同;2.在直接质谱成像分析中,具有高丰度、易电离的脂质（例如甘油磷脂）会对低丰度、难电离的脂质（例如糖脂或甘油酯）产生较强的离子抑制作用,这在很大程度上也限制了脂质的检测覆盖率。为了试图解决上述问题,本论文的主要研究内容如下:（1）搭建了单探针（Single-probe）原位液体萃取平台,并将其与电喷雾（Electrospray Ionization,ESI）-离子阱（Ion Trap,IT）-飞行时间（Time of Flight,TOF）质谱进行联用构建质谱成像体系,确定其成像空间分辨率为200μm。通过优化萃取溶剂、流速、扫描时间以及探针在单个采样点的停留时间等采样条件,最终检测到了127种脂质。通过定性分类汇总,发现该方法共检测到91种甘油磷脂、13种甘油酯、13种鞘脂、10种游离脂肪酸和19种小分子代谢物（＜500Da）。最后将两种采样探针获得的脂质成像结果进行对比,发现前者空间分辨率更高,且得到的质谱图热点（hot spots）和噪音都更少。（2）提出了利用传质动力学模型来实现内源性脂质的逐像素点定量质谱成像。实验表明,不同种类的内源性脂质在脑组织不同结构区域的传质动力学曲线是不一样的,且在组织上添加标样进行信号校正也不能够完全补偿这种差异。为此,推导了原位液体采样的传质动力学模型,然后将每个像素点上动力学曲线的实验数据用动力学模型进行拟合,去预测组织中脂质的原始浓度。结果证明:实验数据与模型具有良好的拟合度,且在组织上只需要18s萃取时间内的采样数据就可以利用模型准确预测内源性乙酰胆碱磷脂（Phosphatidylcholine,PC）和脑苷脂（Cerebroside,CB）的浓度（相对误差＜23%）。相较于没有用动力学模型预测的绝对定量方法,这种新的定量方法显示出更好的重现性和更宽的线性范围,能够用于提供更清晰的空间分布信息和更准确的定量结果。此外,将新方法绝对定量的结果与标准的液相色谱-质谱（Liquid ChromatographyMass Spectrometry,LC-MS）定量方法进行对比,结果发现二者有较好的线性关系（相关系数r＞0.9）,线性拟合线的斜率接近1。以此验证了定量质谱成像新方法的准确性。（3）开发了一种新的组织印记-原位液体萃取质谱成像方法,试图解决质谱成像覆盖率范围窄的问题。在不同的溶剂环境下,多孔石墨碳（porous graphitic carbon,PGC）对不同种类的脂质具有不同的选择性吸附作用:在非质子溶剂中对含有极性亲水头的脂质具有更高的吸附效率,而在质子溶剂中对非极性甘油酯具有更高的吸附效率。基于此原理,将PGC制成印记板对组织进行保留空间分布的印记萃取,以此富集难检测的甘油酯而除去高丰度的磷脂,再利用前述的原位液体萃取技术进行扫描解吸成像。通过不同溶剂条件下的标样吸附实验结果,确定了印记萃取过程的最优喷雾液组成和原位液体萃取的最优解吸液组成。其次,在进行组织印记质谱成像时,通过用电喷雾代替传统的气动喷雾,提高了难电离脂质的印记效率（约2倍）。最终在大鼠的小脑组织中共测得58种难检测易被干扰的低丰度低响应脂质,其中包括32个甘油二脂、10个鞘脂（4个鞘磷脂、6个神经酰胺）,其覆盖范围比直接组织成像方法提高2-4倍。将这些脂质的质谱成像与传统的直接组织成像结果进行比较,发现新方法的质谱成像信号提高了约10倍,同时选择性印记减小了磷脂对甘油酯和鞘脂的分布的干扰。这些结果均表明基于组织印记技术的单探针液体萃取质谱成像技术能够实现覆盖范围更广、干扰更小的低丰度低响应脂质的质谱成像。图24副,表9个,参考文献205篇,附录2张