中国科大在紧凑型光电离质谱成像源研发获得新进展

质谱成像技术(massspectrometry imaging, MSI)是基于质谱发展起来的一种分子影像技术，通过直接扫描生物样本，可以同时获得多种分子的空间分布特征，具有免荧光标记、不需要复杂样品前处理等优点，已经成为基础医学、药学、微生物学等研究领域关键技术之一。

近日，中国科学技术大学国家同步辐射实验室潘洋教授、刘成园副教授课题组与生命科学学院田长麟教授合作，发展了常压透射式激光解吸/后光电离（t-AP-LDI/PI）的质谱成像新方法，以实现对生物组织中多种内源性化合物的原位可视化分析。研究成果以“Development of Transmission Ambient Pressure Laser Desorption Ionization/Postphotoionization Mass Spectrometry Imaging ”为题，于2024年3月25日以封面文章形式发表在分析化学领域知名期刊《Analytical Chemistry》（DOI:10.1021/acs.analchem.3c05605），该研究成果在课题组前期基于解吸电喷雾电离/后光电离基础上（Analytical Chemistry, 2022, 94, 15108；Analytical Chemistry, 2019, 91, 6616），进一步提升了成像空间分辨率和灵敏度。

图1.封面图和t-AP-LDI/PI-MSI装置工作原理图

常压质谱成像技术(Ambient MSI, AMSI)因可在大气压环境下直接对组织中化合物进行解吸和电离而受到关注。在传统质谱成像技术中，待测物一般通过带电液滴和激光从组织表面解吸、电离，继而到达质谱仪被探测。基于液滴解吸电离的AMSI技术的空间分辨率较低（最高可达25 μm），且难以避免相邻像素点的干扰。与带电液滴相比，激光在AMSI实验中可同时用于解吸和电离，同时由于其优异的聚焦性能，目前已开发了多种基于激光的具有高空间分辨率的MSI方法。然而，这些技术存在一些共同的局限性：(Ⅰ) 离子化效率低于1/1000，即绝大部分待测物解吸后仍然是中性分子；(Ⅱ) 生物组织表面高盐的基质环境对待测物产生离子抑制。此外，在基于激光的高分辨率MSI实验中，还存在灵敏度和空间分辨率之间的权衡。考虑到此类实验中每像素点内可供解吸的化合物含量极低，因此激光烧蚀物质的有效电离对于实现高分辨率MSI至关重要。