论文部分内容阅读
基质辅助激光解吸附离子化飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)具有一系列的优势,比如高通量、检测速度快、软电离化、样品制备方便、样品碎片率低、样品消耗量低以及敏感度高等,已经广泛应用在生物分析领域,尤其在检测生物大分子方面,包括蛋白质、肽段、低聚糖、合成高聚物等。但是在检测小分子方面,仍然受到很多的制约,主要是因为传统的基质会在低分子区域内产生很强的内源性背景峰,使得谱图复杂而难以解析,同时抑制目标分析物的信号,干扰小分子分析物的检测和鉴定。生物体中生物小分子如氨基酸、脂肪酸、肽段以及磷脂酸等,在调节细胞的增长、信号的传递以及新陈代谢等生理活动进程中起到十分关键的作用。很多研究工作也表明,上述代谢物质在生物体内分布区域的变化与癌症、心血管疾病、神经系统等疾病密不可分,那么对这些物质进行鉴定和检测,就显得尤为重要。本论文中主要利用掺杂型石墨烯量子点作为MALDI-TOF MS的替代基质,对基质的作用原理进行了探讨,同时结合质谱的众多优势,实现了对小分子分析物的检测和动物组织切片中生物分子的原位成像。1.杂原子掺杂的石墨烯量子点作为MALDI-TOF MS新型基质用于高效检测小分子通过合成了掺杂不同元素的石墨烯材料(NG、BNG、BG)进行高温微波切割形成相应的石墨烯量子点材料(NGQDs、BNGQDs、BGQDs),将三种石墨烯量子点材料作为MALDI-TOF MS中基质检测小分子的效果进行了比较,发现NGQDs为基质时的效果最优,对激光解吸离子化机理进行了探讨,掺杂进去的N元素起着至关重要的作用。其中基于NGQDs为基质的解吸附/离子化(D/I)过程,可以顺利实现对一系列低分子量分析物的高灵敏检测,包括氨基酸、脂肪酸、肽段、核酸碱基、糖类、抗癌药物以及环境污染物等,且不存在基质的干扰。传统基质DHB等会与分析物形成不均一的结晶,存在“sweetspot”效应,而NGQDs基质具有较高的盐容忍度和很好的分散性,分析物信号重现性好。NGQDs作为一种新型基质为基于MALDI-TOF MS小分子检测分析提供了一种很好的解决方案。2.以NGQDs为基质在MALDI-TOF MS负离子模式下对鼠脑中小分子代谢物和脂质原位成像及检测酶的Km以NGQDs为基质的MALDI-TOF MS分析方法具有较高的灵敏度、较高的盐容忍度以及很低的背景干扰,同时质谱成像技术具有可以同时检测到多种物质并提供空间分布信息的优势,我们将该方法应用与动物组织切片成像。在MALDI-TOF MS成像分析中,共计检测到了60多种物质,其中包括氨基酸、脂肪酸、神经酰胺类、磷脂酸类等小分子代谢物,并通过质谱成像获得了不同分子的空间分布信息,这对从分子层面揭示相关疾病的病理学特征和发病机制有着十分重要的意义。此外,基于NGQDs基质良好的信号重现性,我们利用内标法对胰蛋白酶的米氏常数(Km)进行了测定,实现了对酶反应动力学的定量评估。