CN107180739A - 基质辅助激光解析‑串联飞行时间质谱仪靶板 - Google Patents

Abstract

一种基质辅助激光解析‑串联飞行时间质谱仪靶板，其中：靶板的主体由掺杂石墨烯的材料制备；靶板的上表面具有若干个凹槽，用于盛放需要通过基质辅助激光解析‑串联飞行时间质谱仪进行检测的待测样品。其中，掺杂石墨烯的材料中，石墨烯的质量分数为0.1～0.002。由于靶板的主体材质为掺杂石墨烯的材料，因此靶板本身就能够高效地吸收激光能量，并将其传递给待测样品，从而促进待测样品的解吸与电离，因此使用本发明的基质辅助激光解析‑串联飞行时间质谱仪靶板，在样品配置时不需要另外添加基质，就可以实现高灵敏度的质谱检测，从而简化了操作步骤、节省了样品准备时间且大大提高了检测效率。

Description

基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板

技术领域

本发明属于检测领域，更具体地涉及一种基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板。

背景技术

基质辅助激光解析-串联飞行时间(MALDI-TOF)质谱仪检测技术是一种无需衍生样品、图谱解析简单、灵敏度高、快速便捷的质谱分析技术。其原理主要是，将分析物样品溶液和某种基质化合物的溶液按一定的比例混合，使得分析物样品以单分子状态分散在基质中，待溶剂挥发后，使分析物与基质形成共结晶，再用一定波长的脉冲式激光进行照射，基质因吸收能量而激发，致使分析物样品分子被逐出并离子化，离子化后的分子在时间飞行质谱仪中加速与检测，被测分子按质量数的大小进行分离，从质谱图上就可直接获得样品中每一分子的分子量。

在基质辅助激光解析串联飞行时间质谱仪(MALDI-TOFMS)的检测分析中基质的选择非常关键，基质的作用主要包括：1、稀释样品，使簇合的大分子解离；2、保护样品，即基质吸收激光能量后转移给样品，避免激光直接照射样品而引起对的样品分子分解；3、提供质子，通过质子转移等使样品分子离子化；4、提供卷流，抛出样品分子。但通常采用的基质，在共结晶过程中容易产生“热点”，这会导致样品分布不均，降低测量的重现性；且现有技术中，在样品的制备过程中添加基质，这无疑使得样品的制备需要消耗大量的时间，从而降低检测效率。

发明内容

基于以上问题，本发明的主要目的在于提供一种基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中：

该靶板的主体由掺杂石墨烯的材料来制备；

该靶板的上表面具有若干个凹槽，用于盛放需要通过基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪进行检测的待测样品。

在本发明的一些实施例中，上述靶板的主体由掺杂石墨烯的高分子聚合物材料或掺杂石墨烯的金属来制备。

在本发明的一些实施例中，上述靶板的主体由掺杂石墨烯的光敏树脂或掺杂石墨烯的合金来制备。

在本发明的一些实施例中，上述掺杂石墨烯的材料中，石墨烯的质量分数为0.1～0.002。

在本发明的一些实施例中，上述靶板具有与基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪中的靶托相匹配的外形轮廓。

在本发明的一些实施例中，在对上述待测样品进行检测时，盛放有待测样品的靶板与基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪的靶托通过法兰、螺钉、螺栓或顶丝固定连接。

在本发明的一些实施例中，上述靶板还具有若干个固定孔，用于与基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪的靶托通过螺钉、螺栓或顶丝固定连接。

在本发明的一些实施例中，上述靶板通过3D打印快速成型、精密成型、机加工、冷热加工或手工成型技术形成。

在本发明的一些实施例中，上述靶板的上表面的若干个凹槽为周期排列结构。

在本发明的一些实施例中，上述若干个凹槽的大小相等。

在本发明的一些实施例中，上述若干个凹槽的形状相同。

为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，本发明提出一种待测样品的质谱检测方法，包括以下步骤：

步骤1、将未添加基质的待检测样品放置于如上述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板上，并将基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板放置于基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪的靶托上；

步骤2、基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪对待检测样品进行质谱检测。

本发明提出的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板具有以下有益效果：

1、由于靶板的主体由掺杂石墨烯的材料来制备，因此靶板本身就能够高效地吸收激光能量，并将其传递给待测样品，从而促进待测样品的解吸与电离，因此使用本发明的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，在样品配置时不需要另外添加基质，就可以实现高灵敏度的质谱检测，从而简化了操作步骤、节省了样品准备时间且大大提高了检测效率；

2、由于靶板具有与基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪中的靶托相匹配的外形轮廓，因此本发明提出的靶板可与商业化质谱仪的靶托匹配；且由于靶板表面具有若干个凹槽，以用于盛放待测样品，因此本发明的靶板可与商品化的质谱仪器兼容，从而可实现快速高通量的样品检测；

3、本发明的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板具有成本低，制造过程简单，信号稳定，高通量，使用方便的特点，并且具有不断优化的可能；

4、本发明的单个基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板所用材料约为1.6克，单个造价不到10元人民币，因此具有质量轻和成本低廉的优点。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板的俯视图；

图2(a)是采用本发明一实施例提出的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板对1μL浓度为0.1mg*mL^-1的五氯酚样品的质谱检测结果；

图2(b)中采用本发明一实施例提出的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板对1μL浓度为1mg*mL^-1的四溴双酚A样品的质谱检测结果：

图3是采用本发明一实施例提出的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板对2μL浓度为1mg*mL^-1的某已知氨基酸序列的多肽片段的质谱检测结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

石墨烯作为一种新型的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪的质谱分析基质，具有传统基质无法比拟的优点：这是由于石墨烯具有单层结构，且其独特的电子特性，可提高分析物的解离和离子化效率；同时石墨烯能够降低来自背景基质离子的干扰；再者，由于分析物分子可均匀的分布在石墨烯的层状结构上，从而可减少在使用传统基质时共结晶过程中产生的“热点”，因而具有更好的重复性；另外，石墨烯作为基质还具有很高的耐盐性。

因此，本发明提出了一种基质辅助激光解析-串联飞行时间(MALDI-TOF)质谱仪靶板，其中：

靶板的主体由掺杂石墨烯的材料来制备；

靶板的上表面具有若干个凹槽，用于盛放需要通过基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪进行检测的待测样品。

其中的石墨烯为商业化石墨烯粉末，其为片径0.5～2μm，厚度约0.8nm，且单层率80％的石墨烯粉末。

在本发明的一些实施例中，材料中掺杂石墨烯的方法为将特定质量的石墨烯粉末倒入特定体积商业化3D打印的光敏树脂中，并充分搅拌摇匀，使石墨烯均匀的分散在光敏树脂中，之后利用3D打印技术进行加工制造。

由于靶板的主要材质为掺杂石墨烯的材料，因此靶板本身就能够高效地吸收激光能量，并将其传递给待测样品，从而促进待测样品的解吸与电离，因此使用本发明的MALDI-TOF质谱仪靶板，在样品配置时不需要另外添加基质，就可以实现高灵敏度的质谱检测，从而简化了操作步骤、节省了样品准备时间且大大提高了检测效率。

在本发明的一些实施例中，上述靶板的主要材质为掺杂石墨烯的高分子聚合物材料或掺杂石墨烯的金属/合金。如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)塑料、铁、钛、不锈钢或钛合金等；优选地，靶板的主要材质为掺杂石墨烯的光敏树脂，这是由于光敏树脂成型前是液态，便于石墨烯的掺杂，光敏树脂在一定波长的光线照射下会立刻引起聚合反应，从而可快速的完成固化。

在本发明的一些实施例中，上述掺杂石墨烯的聚合物中，石墨烯的质量分数为0.1～0.002，这是因为石墨烯过少会影响MALDI-TOF质谱仪靶板的性能，而过多又会加大该靶板加工制造的难度，因此石墨烯的质量分数应该控制在一定范围内。

在本发明的一些实施例中，上述靶板具有与MALDI-TOF质谱仪中的靶托相匹配的外形轮廓，从而在对待测样品进行检测时，靶板可与靶托完全配合，能够使待测样品顺利接近MALDI-TOF质谱仪的离子源和时间飞行质谱仪，使得待测样品顺利离子化，并可顺利进行后续的加速及检测；也保证了靶板可与商业化质谱仪的靶托匹配，与商品化的质谱仪器兼容，实现快速高通量的样品检测。

在本发明的一些实施例中，在对待测样品进行检测时，盛放有待测样品的靶板与MALDI-TOF质谱仪的靶托通过螺钉、螺栓、法兰或顶丝固定连接，从而将待测样品带入MALDI-TOF质谱仪进行检测。

在本发明的一些实施例中，上述靶板还具有若干个固定孔，用于与靶托通过螺钉、螺栓或顶丝固定连接。

在本发明的一些实施例中，上述靶板通过3D打印技术、或传统加工制造技术形成；优选地，靶板通过3D打印技术制造形成，从而可提高靶板的制造精度，使得靶板更好的与靶托相匹配，以完成后续的检测分析。

其中，3D打印技术是一种基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式来快速构造物体的制造技术。这种技术几乎可以造出任何形状的物品，并且免除了传统工艺需要多道加工程序的烦琐过程，制造周期短，成本低。近几年来，3D打印技术作为一项先进制造技术迅猛发展，已广泛应用于各种领域。现阶段3D打印已经发展出不同的打印技术以针对不同的打印材料，例如热塑性塑料，多种金属和合金，橡胶类材料，光硬化树脂等等。其中针对光硬化树脂加工成型的立体平板印刷(SLA)技术是最早出现的，也是最成熟和应用最广泛的快速原型技术。它的原理是在树脂打印槽中盛放液态光敏树脂，使其在激光束或紫外线光点的照射下快速固化。这种工艺方法适用于制造中小型工件，能直接得到塑料产品。

在本发明的一些实施例中，上述靶板的上表面的若干个凹槽为周期排列结构，优选地为二维周期排列结构，从而可使多个待测样品放置于多个凹槽中进行检测分析时，操作更加便捷，检测结果更加准确。

在本发明的一些实施例中，上述若干个凹槽的大小相等/不等，优选地，该若干个凹槽的大小相等。

在本发明的一些实施例中，上述若干个凹槽的形状相同/不同，该若干个凹槽的形状可以为矩形槽、半球槽、半椭球槽、圆柱槽等任何可以放置待测样品的凹槽。

以下通过具体实施例，对本发明提出的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板进行详细说明。

实施例

如图1所示，本实施例提出一种基质辅助激光解析-串联飞行时间(MALDI-TOF)质谱仪靶板1，该靶板的主要材质为掺杂石墨烯的光敏树脂；该靶板的整体可看作凸字体结构，可分成两个矩形块，其中大矩形块2的上表面具有分为8行16列的96个周期排列的半球型凹槽3，用于盛放需要通过MALDI-TOF质谱仪进行检测的待测样品；其中小矩形块4具有四个定位孔5，用于与MALDI-TOF质谱仪的靶托通过螺钉固定连接。

该靶板通过商业化桌面级光固化3D打印机打印形成，打印材料为掺杂千分之一石墨烯的光敏树脂，该打印制造过程简单，成本低廉。

本实施例提出的靶板具有与商业化靶托相对应的外形轮廓，从而可将靶板直接安放在靶托上。由于靶板本身含有一定量的石墨烯，能够高效地吸收激光能量，并将部分的激光能量传递给待测样品，以促进待测样品的解吸与电离；因此在待测样品的配备及检测分析过程中，不需要另加基质就可以实现高灵敏度的质谱检测，可实现快速高通量的样品检测。

使用本实施例提出的MALDI-TOF质谱仪靶板及MALDI-TOF质谱仪，对浓度为0.1mg*mL^-1的五氯酚溶液和浓度为1mg*mL^-1的四溴双酚A溶液进行检测分析。首先用移液枪分别吸取1μL的两种有机物样品并直接点到本实施例提出的靶板上，且不添加任何基质；等到样品变干后将靶板放入MALDI-TO质谱仪中进行检测，使用的仪器型号为BrukerDaltonicsAutoflex III Smartbean MALDI-TOF质谱仪，使用频率为200Hz的337nm氮激光器，激光功率设置为31％，采用负离子模式进行检测。测定结果如图2(a)和图2(b)所示，其中图2(a)为五氯酚样品的检测结果，图2(b)为四溴双酚A样品的检测结果。从图2(a)～(b)可以看出，在未添加额外基质的情况下，两种有机物均有较强的检测信号，证明本实施例的MALDI-TOF靶板可替代现有的靶板，且在样品配备时，无需加入基质，即可实现有机物的检测。

使用实施例提出的MALDI-TOF质谱仪靶板及MALDI-TOF质谱仪，对某已知氨基酸序列的多肽片段(生物分子)进行检测。其中，使用的多肽片段的分子量为1544Da，样品浓度为1mg*mL^-1。首先用移液枪吸取2μL的该样品直接点到本实施例的靶板上，且不添加任何基质，等到样品变干后，将靶板放入MALDI-TOF质谱仪中进行检测。使用的仪器型号同样为BrukerDaltonicsAutoflex III Smartbean MALDI-TOF质谱仪，但将其中的激光功率设置为52％，然后采用负离子模式进行检测。测定结果如图3所示，从图3中可以看出，在未添加额外基质的情况下，成功的检测到了该多肽片段的信号，证明本实施例的MALDI-TOF靶板可替代现有的靶板，且在样品配备时，无需加入基质，即可实现生物分子的检测。

从以上描述可以看出，使用本实施例提出的MALDI-TOF质谱仪靶板，在准备样品时不需要另加基质，从而简化了操作步骤并节省了时间，大大提高了检测效率，可实现快速高通量的样品检测，且由于该靶板形状与商业化靶托对应，因此可直接安放进行使用；再者靶板具有成本低，制造过程简单，信号稳定，高通量，使用方便的优点，可用于有机物以及生物分子的检测和分析，因此具有广阔的应用前景。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中：

所述靶板的主体由掺杂石墨烯的材料来制备；

所述靶板的上表面具有若干个凹槽，用于盛放需要通过所述基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪进行检测的待测样品。

2.如权利要求1所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中，所述靶板的主体由掺杂石墨烯的高分子聚合物材料或掺杂石墨烯的金属来制备。

3.如权利要求1所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中，所述靶板的主体由掺杂石墨烯的光敏树脂或掺杂石墨烯的合金来制备。

4.如权利要求1所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中，所述掺杂石墨烯的材料中，石墨烯的质量分数为0.1～0.002。

5.如权利要求1所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中，所述靶板具有与所述基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪中的靶托相匹配的外形轮廓。

6.如权利要求4所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中，在对所述待测样品进行检测时，盛放有所述待测样品的靶板与所述基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪的靶托通过法兰、螺钉、螺栓或顶丝固定连接。

7.如权利要求4所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中，所述靶板还具有若干个固定孔，用于与所述靶托通过螺钉、螺栓或顶丝固定连接。

8.如权利要求1所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中，所述靶板通过3D打印快速成型、精密成型、机加工、冷热加工或手工成型技术形成。

9.如权利要求1所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板，其中，所述靶板的上表面的若干个凹槽为周期排列结构；所述若干个凹槽的大小相等；所述若干个凹槽的形状相同。

10.一种待测样品的质谱检测方法，包括以下步骤：

步骤1、将未添加基质的待检测样品放置于如权利要求1至9中任一项所述的基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板上，并将所述基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪靶板放置于所述基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪的靶托上；

步骤2、基质辅助激光解析-串联飞行时间质谱仪对所述待检测样品进行质谱检测。