CN204359748U - 一种应用于小分子高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板 - Google Patents
一种应用于小分子高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板 Download PDFInfo
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Abstract
一种高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板，氧化硅芯板一面是纳米结构，其纳米空隙在40－100纳米之间，在芯板纳米结构一面，涂有一层抗酸抗碱、抗各种有机溶剂、有耐高温、摩擦系数极低的高分子材料；高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板应用于小分子定性定量分析检测和高通量筛选；应用于医药靶点小分子的分析检测和筛选；药物动力学和药理筛查；药物毒理筛查；多重不同分子结构小分子的同时检测和筛选；核心是以纳米结构靶板为载体，表面激光解析质谱扫描为检测手段，可达到传统高分辨率液相及气相色谱的灵敏度，一天可完成传统质谱联用筛选平台1-2个月的工作，在成本上大大降低了原始科研成本，可被检测和筛选的应用对象广泛。
Description
技术领域
本技术属于分析化学应用领域，具体涉及表面激光解析质谱领域。
背景技术
表面激光解析质谱是近年来发展起来的一种新型的软电离生物质谱，其中以基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)为最重要的实例，此项发明获得过诺贝尔化学奖。主要由两部分组成：基质辅助激光解吸电离离子源(MALDI)和飞行时间质量分析器(TOF)。MALDI的原理是用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子，在电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子得到质子，而使生物分子电离的过程。因此它是一种软电离技术，适用于混合物及生物大分子的测定。TOF的原理是离子在电场作用下加速飞过飞行管道，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测即测定离子的质荷比(M/Z)与离子的飞行时间成正比，检测离子。MALDI-TOF-MS具有灵敏度高、准确度高及分辨率高等特点，为生命科学等领域提供了一种强有力的分析测试手段。
然而，以基质辅助激光解析电离飞行时间质谱为首的所有基于表面激光解析的质谱都需要将样品制备在特制靶板上面，其操作是将样品分散在基质分子中并形成晶体。当用激光照射晶体时，基质从激光中吸收能量，样品解吸附，基质-样品之间发生电荷转移使得样品分子电离，电离的样品在电场作用下飞过真空的飞行管，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测，即通过离子的质量电荷之比(M/Z)与离子的飞行时间成正比来分析离子，并测得样品分子的分子量。焦点问题就在于通用的基质分子的分子量在1000-3000da,造成了过量的背景质谱峰。这就决定了所有此类基于表面激光解析的质谱分析只能适用于大分 子检测，比如蛋白质，长链多肽，核酸，高分子材料等等，而不能应用于小分子检测(分子量小于1000da)，或者说基于表面激光解析的质谱分析的高灵敏度/高通量等独特的优势无法施展在小分子分析检测上面.而分子量小于1000da的小分子却是对人类最重要的最具应用价值的一类化学产品，例如95％以上的药物小分子，所有的氨基酸，维生素等等和人类生活健康相关的化学物质。
目前现有技术针对小分子检测和筛选还停留在光谱法检测，例如荧光发光检测或者衍生出可以荧光检测的底物，但此类检测要求目标小分子分子结构具有光活性集团，另一弊端就是往往光度法灵敏度较低，检测不到微量的小分子浓度。液相质谱(LC-MS)及气相质谱(GC-MS)的已经开始应用在小分子的检测和高通量筛选。但需要消耗大量的人力和溶剂耗材，而且一个样品从制备到质谱分析再到出结果需要相当长一个过程，根据要求不同，分析一个样品从样品制备到拿到结果需要30-60分钟，远远不能满足现代生物医药发展的高通量筛选要求。
发明内容
发明目的：解决小分子(分子量小于3000da)的定性定量分析检测和高通量筛选中出现过量的背景质谱峰问题。
技术方案：一种高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板，在抛光的氧化硅芯板一面使其电阻率在0.01-0.02欧姆厘米，氧化硅芯板一面是纳米结构，其纳米空隙在40－100纳米之间，在芯板纳米结构一面，抛光一面覆盖一层抗酸抗碱、抗各种有机溶剂、有耐高温、摩擦系数极低的高分子材料。
有益效果：
1、彻底避免了基质辅助激光解析电离飞行时间质谱中的基质分子的使用，彻底避免了基质分子对于小分子实验结果的影响。
2、靶板特殊化处理和纳米结构化，从而引起表面积指数数量级增大，吸附 能量并局部爆破的能力大大加强，使得待测样品的吸收能量后电离更容易。
3、本发明发放可适应于绝大多数分子量小于3000da的小分子，这其中涉及到大多数的医药靶向小分子的分析检测和高通量筛选。医药靶向小分子多数为极性分子，且溶于水，通过对这个小分子和这个小分子和靶点作用后产生产物的筛选，就可以表征出此靶点药物小分子的活性。活性＝产物小分子浓度/剩余靶点小分子浓度。这个活性指数越高，既反映此靶向小分子和靶点的作用越强烈。
4、核心是以纳米结构靶板为载体，表面激光解析质谱扫描为检测手段，可达到传统高分辨率液相及气相色谱的灵敏度，比光谱法比如荧光，紫外法要高出1000倍灵敏度。
4、具备表面激光解析质谱的高通量特性，一天可完成传统质谱联用筛选平台1-2个月的工作，在成本上大大降低了原始科研成本。
5、可被检测和筛选的应用对象广泛，从几十分子量的小分子比如氨基酸到上万的多肽及高分子材料，都可以被检测到。
附图说明
图1纳米靶板示意图；
图2SEM电子显微镜下芯板结构；
图3利用本发明检测到的小肽分子质谱图；
图4利用本发明检测到的酵母菌质谱图；
图5检测到8种短链脂肪酸质谱图；
图6同时检测多种不同类别和分子结构的小分子质谱图；
图7本申请与MALDI，ESI同时检测异搏定(维拉帕米片)Verapamil质谱图对比；
图8本申请与MALDI,ESI同时检测丙三醇-磷酸胆碱 1-Palmitoyllysophosphatidylcholine质谱对比图。
具体实施方式
本发明技术是基质辅助激光解析电离飞行时间质的革新和应用范围的革命性拓展。本技术的核心优势是彻底避免了基质辅助激光解析电离飞行时间质谱中的基质分子的使用，将靶板特殊化处理和纳米结构化，从而引起表面积指数数量级增大，吸附能量并局部爆破的能力大大加强，这样直接将样品点加在靶板表面，在激光的激发下，表面会引起无数个小型爆炸，这小型的爆炸是指激光在靶板局部激发，由于纳米结构的高表面积，瞬间引起小型爆炸。在爆炸中靶板高分子涂层冲向真空的同时也把样品小分子带进真空。在此过程中小分子会被电离，如小分子为酸性结构，在样品制备过程中电离曾强液QLB2或者QLB1的作用下，带正电飞进真空，进入质谱检测器。如小分子为碱性结构，在样品制备过程中电离曾强液QLB1的作用下，带负电飞进真空进入质谱检测器。气化进入真空质谱检测器。这样就可以避免基质分子的干扰直接检测分子量小于3000da的小分子，同时达到质谱的高灵敏度和高通量。具体靶板制作如下：
1)将p-type/Boron,2cm的氧化硅芯板单面抛光，达到电阻率0.01-0.02欧姆厘米。
2)将上一步抛光的原始芯板切割成根据需要的大小，控制在长5-8厘米，宽3-5厘米。
3)用50-75％硫酸，1-3％氢氟酸混合物侵泡表面5分钟，同时加以5v电压30分钟，帮助芯板整体表面纳米结构化。
4)使用离子纯净水清洗表面三次。
5)晾干5分钟。
6)在芯板表面均匀图上一层类似Teflon的高分子材料。如图1所示，使用 的是类似聚四氟乙烯的高分子涂层。涂层的目的第一是在激光激发下迅速加热爆炸，将样品小分子在完整不被降解的情况下磞进真空。第二是聚四氟乙烯类似的结构的高分子不会被电离，意味着在质谱检测器中没有杂质峰，降低背景峰。首先，类似Teflon结构的高分子材料在激光激发辐射下降解率非常低，不会产生任何碎片跟随样品小分子进入到质谱检测器，这就降低了背景峰。其次，类似Teflon结构高分子多链材料几乎无法被电离和解析，电荷质量比几乎为零，这就决定了即便有非常小量的高分子片段飞进真空，也不会造成影响，因为不带电荷进不了质谱检测器。最后，类似telfon一类的高分子沸点较低，在激光激发下会整体气化，而点在其上面的小分子样品就集体被冲到真空从而进入质谱检测。
2.表征
制作好的芯板无需添加基质分子，可以直接在板上点加液体及固体样品。点样只需要微量样品，体积很小会迅速蒸发，并且自己均匀的铺在板面，所以均匀性不是问题。
如图2所示，为SEM电子显微镜拍下的芯板表面。经过纳米结构化后的芯板具有均匀的40-100纳米空隙.
将牛血清白蛋白裂解样品进行分析，可以看到我们的发明技术可以检测到至少10种小肽分子，灵敏度高达纳纳摩尔每升的级别。而基质辅助激光解析电离飞行时间质谱并不能检测到任何小肽分子。如图3所示。
如图4所示为酵母菌发酵后，裂解细菌的产物分析。我们可以从此方法来快速筛选高产菌种。
如图5所示为将高产脂肪酸的微生物细胞裂解后的筛选结果，灵敏度达到纳摩尔级别。我们同时可以检测到高达8种短链脂肪素，包括饱和和非饱和类 型。同时通量可达到每日9000个样品的分析处理能力。
本技术发明还可以同时检测多种不同类别和分子结构的小分子。如图6所示。
我们对小分子药物异搏定(维拉帕米片)Verapamil进行检测.如图7所示的质谱图可以看到：MALDI和ESI并不能检测到该分子，而本发明技术对此小分子的灵敏度达到0.7纳摩尔每升的高灵敏度。
我们还分析检测了丙三醇-磷酸胆碱1-Palmitoyllysophosphatidylcholine，是一种重要的靶向药物中间体。同样的，MALDI和ESI检测不到该小分子，而我们的技术可以检测到0.5纳摩尔每升的浓度。质谱截图如图8所示。
Claims (2)
1.一种应用于小分子高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板，其特征在于，在抛光的氧化硅芯板一面使其电阻率在0.01-0.02欧姆厘米，抛光一面覆盖一层抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的高分子材料。
2.根据权利要求1所述的一种应用于小分子高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板，其特征在于，在抛光的氧化硅芯板一面是纳米结构，其纳米空隙在40－100纳米之间，在纳米结构表面有一层抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的高分子材料。
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| CN201420514164.1U CN204359748U (zh) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | 一种应用于小分子高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板 |
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| CN201420514164.1U CN204359748U (zh) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | 一种应用于小分子高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板 |
Publications (1)
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| CN201420514164.1U Active CN204359748U (zh) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | 一种应用于小分子高通量、高灵敏度、表面激光解析质谱纳米靶板 |
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| CN (1) | CN204359748U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109541012A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-29 | 杭州汇健科技有限公司 | 一种用于质谱分析的通用型纳米芯片及其制备方法与应用 |
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2014
- 2014-09-09 CN CN201420514164.1U patent/CN204359748U/zh active Active
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| CN109541012A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-29 | 杭州汇健科技有限公司 | 一种用于质谱分析的通用型纳米芯片及其制备方法与应用 |
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