張 峰，母國(guó)棟,2，劉 通

(1.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院食品安全研究所，北京 100176；2. 北京工商大學(xué)輕工科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100048)

質(zhì)譜技術(shù)在地質(zhì)科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、藥物開發(fā)與臨床診斷、食品和環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域具有不可替代的作用，但傳統(tǒng)的色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法在分析復(fù)雜樣品中痕量目標(biāo)物時(shí)需要進(jìn)行繁瑣、耗時(shí)的樣品前處理和色譜分離，難以滿足原位、實(shí)時(shí)、快速的檢測(cè)需求。2004年，Cooks團(tuán)隊(duì)[1]發(fā)明了解吸電噴霧電離(DESI)技術(shù)，首次提出了“敞開式質(zhì)譜”的概念。這一技術(shù)的出現(xiàn)極大地提高了檢測(cè)效率，為復(fù)雜樣品的原位快速檢測(cè)提供了理論基礎(chǔ)。敞開式質(zhì)譜無需或僅需簡(jiǎn)單的樣品前處理，可在大氣壓環(huán)境下對(duì)樣品直接電離，從而快速獲得樣品信息。隨后發(fā)展了多種敞開式電離技術(shù)，如實(shí)時(shí)直接分析(DART)[2]、萃取電噴霧電離(EESI)[3]、介質(zhì)阻擋放電電離(DBDI)[4-5]、低溫等離子體(LTP)[6]等，這些基于不同電離原理的技術(shù)對(duì)質(zhì)譜發(fā)展起到了推動(dòng)作用[7]。

自2010年紙噴霧電離技術(shù)報(bào)道[8-10]以來，其他固體材料也被嘗試用作基底來負(fù)載樣品進(jìn)行直接噴霧電離，如木材[11]、金屬[12]、生物組織[13]等。這種利用固體基底承載樣品進(jìn)行電噴霧電離的敞開式質(zhì)譜被稱為固體基底電噴霧質(zhì)譜(SSEI-MS)[14]。由于固體基底對(duì)目標(biāo)物沒有選擇性或選擇性較差，會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)效應(yīng)明顯，儀器檢出限較高，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量物質(zhì)的精準(zhǔn)測(cè)定，對(duì)復(fù)雜基質(zhì)中微量甚至痕量水平目標(biāo)物的檢測(cè)靈敏度較低。因此，研制具有高選擇性吸附能力的固體基底電噴霧離子源成為新的發(fā)展方向。通過對(duì)離子源的固體基底進(jìn)行修飾，可以得到比傳統(tǒng)敞開式質(zhì)譜離子源更高的吸附選擇性和檢測(cè)靈敏度。

本文將總結(jié)近年來敞開式質(zhì)譜中離子源的研究進(jìn)展，常見固體基底電噴霧離子源的類型，以及高選擇性敞開式固體基底電噴霧質(zhì)譜離子源的開發(fā)策略和實(shí)際應(yīng)用，并對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行討論。

1 固體基底電噴霧質(zhì)譜的基本原理

固體基底電噴霧質(zhì)譜是由固體基底、電噴霧溶劑、外加電場(chǎng)和質(zhì)譜檢測(cè)器組成，其示意圖示于圖1。待測(cè)目標(biāo)物在固體基底尖端形成噴霧，帶電液滴不斷蒸發(fā)，溶劑電荷密度增加，分裂為更小的液滴，此過程不斷循環(huán)，最終形成待測(cè)目標(biāo)物離子進(jìn)入質(zhì)譜分析[15]。

圖1 固體基底電噴霧質(zhì)譜示意圖Fig.1 Schematic diagram of solid substrate electrospray mass spectrometry

固體基底電噴霧質(zhì)譜可分為在線檢測(cè)和離線檢測(cè)2種模式。在線模式是指對(duì)樣品中的待測(cè)目標(biāo)物進(jìn)行原位檢測(cè)；離線模式是指固體基底承載預(yù)處理后的待測(cè)目標(biāo)物，脫離樣品后進(jìn)行檢測(cè)。在電噴霧電離過程中，固體基底電噴霧質(zhì)譜的各組成部分都發(fā)揮了重要作用。固體基底可以作為承載樣品的平臺(tái)對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行富集、分離，還可以作為樣品的反應(yīng)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)物質(zhì)在反應(yīng)過程中的變化。電噴霧溶劑將固體基底上的待測(cè)物解吸，同時(shí)作為外加電場(chǎng)與待測(cè)物之間的導(dǎo)電劑對(duì)其優(yōu)化以改善目標(biāo)物解吸效果，提高檢測(cè)靈敏度。外加電場(chǎng)是形成電噴霧的動(dòng)力，對(duì)電壓的優(yōu)化可以改善目標(biāo)物的離子化程度，提高目標(biāo)物的響應(yīng)。

2 固體基底電噴霧離子源的基底材料

目前，用于固體基底的材料主要有3類：多孔類、金屬類、其他類型。常見的固體基底材料類型及其應(yīng)用情況列于表1。

表1 不同類型的固體基底及其應(yīng)用Table 1 Different types of solid substrates and their applications

2.1 多孔材料

多孔材料具有封閉或貫通的孔洞結(jié)構(gòu)，典型的材料有紙和木材。紙噴霧質(zhì)譜(PS-MS)利用紙張承載樣品，在高壓電作用下，滴加的試劑在紙尖端發(fā)生電噴霧離子化后進(jìn)入質(zhì)譜分析。Taverna等[16]利用PS-MS測(cè)定蘇打飲料和止痛片中的咖啡因含量，定量限分別為1.2和1.6 mg/L，準(zhǔn)確度接近100%。Yu等[17]利用PS-MS快速檢測(cè)飲料中的苯甲酸和維生素C，回收率為91.1%～108.2%。相較于傳統(tǒng)的HPLC-MS/MS方法，PS-MS在成本和分析速度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

相較于紙材料，木材質(zhì)地堅(jiān)硬，木尖可直接插入樣品取樣[18]，且木纖維比紙纖維更規(guī)則，含有大量親水基團(tuán)，可以改善其與分析物的親和能力，并為木尖表面修飾提供位點(diǎn)。Pereira等[19]利用木尖電噴霧質(zhì)譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量法進(jìn)行大蒜產(chǎn)地溯源，將木尖穿刺大蒜瓣取樣，通過建立的模型分析來自不同國(guó)家種植的312個(gè)大蒜樣品，產(chǎn)地鑒別準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上。

此外，Cooks等[20]利用醫(yī)用棉簽對(duì)人體口腔內(nèi)采樣，對(duì)棉拭子施加電壓，利用洗脫溶劑對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行噴霧電離，檢測(cè)了14種濫用藥物，定性結(jié)果穩(wěn)定可靠。該采樣裝置易于使用、價(jià)格低廉，在臨床微生物學(xué)、DNA檢測(cè)和法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

2.2 金屬材料

金屬具有優(yōu)良的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能，采用金屬材料作為承載樣品的固體基底，已經(jīng)發(fā)展出多種形式的電噴霧質(zhì)譜。金屬針作為固體基底可以分析液體、固體或半固體樣品，施加高壓電使目標(biāo)物在針尖產(chǎn)生噴霧電離。Ji等[21]利用圓珠筆尖開發(fā)了一種筆尖電噴霧質(zhì)譜(ballpoint-ESI-MS)技術(shù)，示于圖2。圓珠筆尖的球形表面提供了比針尖更大的電離表面，有更高的離子化效率和更少的試劑消耗，以200 nL/min向圓珠筆尖的金屬底座通入液體，在圓珠筆尖施加2.5 kV電壓，獲得穩(wěn)定的總離子信號(hào)。利用筆尖電噴霧質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)草本藥物粉末和食品中氨基酸、碳水化合物、黃酮類化合物和生物堿等。Hu等[22]開發(fā)的基于鋁箔的電噴霧電離法可直接監(jiān)測(cè)熱反應(yīng)，如蛋白質(zhì)變性過程。金屬材料成本低、易加工、可重復(fù)使用，基于金屬材料的電噴霧質(zhì)譜有望發(fā)展成為一種經(jīng)濟(jì)、通用的質(zhì)譜分析方法。

圖2 圓珠筆尖電噴霧質(zhì)譜法的概念圖[21]Fig.2 Concept illustration of ballpoint electrospray mass spectrometry[21]

2.3 其他類材料

一些生物樣品具有自然形成的尖端結(jié)構(gòu)，可直接施加電壓進(jìn)行質(zhì)譜分析。Hu等[23]在新鮮菠菜葉上加入甲醇-水溶液(1∶1,V/V)并施加3 kV高壓電，葉片尖端產(chǎn)生電噴霧電離，能在1 min內(nèi)完成1個(gè)組織樣本的檢測(cè)，最終檢測(cè)到脂類、生物堿、糖苷、木質(zhì)素、藥物和蛋白質(zhì)等化合物。直接的組織電離是質(zhì)譜成像的補(bǔ)充技術(shù)，但其機(jī)理還需進(jìn)一步研究。Freund等[24]對(duì)納米噴霧電離源進(jìn)行調(diào)整，開發(fā)了葉片噴霧質(zhì)譜(leaf spray MS)，根據(jù)樣品體積和水分含量加入0～50 μL電噴霧溶劑，直接分析植物組織，通常需要30～60 s完成1個(gè)樣品的檢測(cè)，是一種快速表征植物組織的活體分析技術(shù)，直接獲取的生物信息對(duì)于人們?cè)诮】?、營(yíng)養(yǎng)、農(nóng)業(yè)和能源方面的植物培養(yǎng)具有指導(dǎo)意義。此外，還有報(bào)道[25-26]利用內(nèi)部萃取電噴霧電離質(zhì)譜(iEESI-MS)法對(duì)動(dòng)植物組織進(jìn)行原位檢測(cè)，將電噴霧溶劑通過動(dòng)植物組織，從組織內(nèi)部連續(xù)萃取目標(biāo)待測(cè)物，在組織天然/剪切形成的尖端形成電噴霧用于質(zhì)譜檢測(cè)。Chen等[25]利用iEESI-MS分析了氨基酸、糖類和生物堿等化學(xué)物質(zhì)，以區(qū)分不同種類的銀杏和不同成熟階段的草莓，并對(duì)吊蘭的生理/病理狀態(tài)進(jìn)行表征。Liu等[26]利用iEESI-MS直接分析斑馬魚肝組織中氟蟲腈及其衍生物代謝物，研究表明，斑馬魚在氟蟲腈及其衍生物中暴露處理后產(chǎn)生了32個(gè)差異信號(hào)，其中甘油磷脂代謝變化最顯著，為環(huán)境毒理學(xué)研究提供了一種新方法。通過對(duì)植物和動(dòng)物組織進(jìn)行直接電離，為實(shí)現(xiàn)分子水平上原位實(shí)時(shí)分析提供了一種簡(jiǎn)單、快速的方法，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和臨床研究中具有重要意義，但在檢測(cè)精度上還存在局限性。

3 提高固體基底電噴霧質(zhì)譜離子源選擇性的方法

為提高固體基底電噴霧質(zhì)譜對(duì)復(fù)雜樣品中痕量成分的檢測(cè)能力，一方面，需要減少基質(zhì)干擾對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響，盡可能多地收集目標(biāo)分析物；另一方面，在電噴霧溶劑洗脫形成電噴霧的過程中，需要提高溶劑解吸能力和目標(biāo)物離子化效率。利用功能性材料對(duì)固體基底進(jìn)行表面修飾，通過改善選擇性和極性達(dá)到減少基質(zhì)干擾、提高選擇性和吸附性、改善分離效率、提高檢測(cè)靈敏度的目的[58-59]。目前報(bào)道的修飾材料主要有碳基材料、高分子聚合物和免疫材料[60]。

3.1 碳基材料修飾

3.1.1C4、C8和C18色譜柱填料 C4、C8和C18是常見的色譜柱填料，含對(duì)應(yīng)碳原子數(shù)目的硅烷，可根據(jù)碳原子數(shù)目分離不同極性的物質(zhì)。通過C4、C8和C18等對(duì)固體基底表面進(jìn)行修飾，改變表面性質(zhì)，可對(duì)復(fù)雜基質(zhì)中的物質(zhì)起到分離和富集作用，提高固體基底的選擇性[61]。So等[62]將C4、C8和C18顆粒粘附在鋁箔表面以提高鋁箔基底的選擇性吸附能力，可以從復(fù)雜生物基質(zhì)中富集蛋白質(zhì)、磷酸肽等生物大分子。Hu等[63]在木尖表面修飾疏水性(-C18)、酸性(-SO3)和堿性(-NH2)官能團(tuán)，實(shí)現(xiàn)選擇性富集和分離目標(biāo)物，有效去除雜質(zhì)以減少干擾。Deng等[64]通過對(duì)木頭表面含有C8鏈和磺基的吸附劑層進(jìn)行硅烷化和磺化改性，提高水中痕量氟喹諾酮類和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的檢測(cè)靈敏度，方法檢出限低至1.8～4.5 ng/L。

3.1.2石墨烯類 石墨烯(G)、氧化石墨烯(GO)以及還原氧化石墨烯(rGO)是碳原子由sp2雜化連接而成的單層二維蜂窩狀納米材料，具有極高的理論表面積和較大的離域π電子體系，可以通過產(chǎn)生強(qiáng)π-π堆積作用吸附有機(jī)分子，有著優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和電化學(xué)性能[65]。Wei等[66]采用自然沉積法制備了氧化石墨烯修飾尼龍網(wǎng)膜，以此建立的膜噴霧質(zhì)譜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)魚肉中孔雀石綠的簡(jiǎn)單、快速定量分析，定量限0.65 μg/kg，回收率92.4%～96.7%。Ji等[67]以甲基接枝二氧化硅納米球?yàn)槟０?，制備介孔石墨烯泡沫材?MGFs)，并利用MGFs對(duì)紙張表面改性，采用紙質(zhì)譜檢測(cè)唾液中的安非他命，石墨烯提供了巨大的比表面積和靜電堆積作用，提高了萃取和富集效果，與未修飾的紙基相比，檢測(cè)的線性范圍擴(kuò)大了10倍，定量限降低了10倍。Song等[68]利用氧化石墨烯顆粒選擇性吸附血液樣品中的血紅蛋白并進(jìn)行iEESI-MS檢測(cè)，基于血紅蛋白分子組成的差異，成功鑒別了雞、鴨、羊等不同動(dòng)物的全血樣品，并可檢測(cè)僅摻假2%雞血的羊血樣品，該方法具有特異性高、分析速度快、靈敏度高、前處理簡(jiǎn)便和樣品消耗低等特點(diǎn)。石墨烯類材料被稱為“未來材料”，具有優(yōu)異的性能，但作為吸附材料，在抗基質(zhì)干擾能力和選擇性上還有待改善。

3.1.3碳納米管 碳納米管(CNTs)[69]具有極強(qiáng)的力學(xué)結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的導(dǎo)電性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、巨大的疏水空間[70]，它賦予了紙基更大的比表面積、更小的孔徑和更高的導(dǎo)電性。Han等[71]利用CNTs修飾的紙噴霧質(zhì)譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電泳后凝膠內(nèi)完整蛋白的直接提取、解吸和電離，該技術(shù)作為一種全新的蛋白提取和檢測(cè)方式在蛋白組學(xué)研究中具有應(yīng)用潛力。Song等[72]將CNTs引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中合成導(dǎo)電復(fù)合基底，并建立了導(dǎo)電聚合物噴霧電離方法，疏水性基底減少了對(duì)親水雜質(zhì)的吸附，親水目標(biāo)物在生物基質(zhì)中的離子化效率提高了2～25倍，這是傳統(tǒng)紙噴霧質(zhì)譜難以實(shí)現(xiàn)的。該方法成功實(shí)現(xiàn)了生物基質(zhì)中的親水性藥物、糖類、肽和蛋白質(zhì)的直接質(zhì)譜分析。CNTs作為吸附劑同樣存在抗基質(zhì)干擾能力和親水性差的問題，限制了該材料在修飾固體基底的使用。

3.2 高分子聚合物材料修飾

3.2.1共價(jià)有機(jī)框架材料 共價(jià)有機(jī)框架(COFs)是由原子通過強(qiáng)共價(jià)鍵連接而成的多孔有機(jī)聚合物材料，可以通過預(yù)先設(shè)計(jì)得到特定的晶型結(jié)構(gòu)，具有低密度、高穩(wěn)定性、高比表面積、易調(diào)節(jié)孔徑等特性，是一種優(yōu)異的吸附材料[73]。Zhang等[74]以1,3,5-三甲酰間苯二酚和聯(lián)苯胺為單體制備共價(jià)交聯(lián)聚合物并對(duì)紙基進(jìn)行修飾，檢測(cè)環(huán)境樣品中的四溴雙酚A，與裸紙基底相比，COFs修飾的基底定量靈敏度提高了50倍。Gao等[75]以1,3,5-三甲酰間苯二酚和聯(lián)苯胺為單體制備COFs，利用硅酮膠將合成的COFs顆粒涂覆在玻璃纖維上，建立了一種基于COFs的固相微萃取(SPME)與恒流解吸電離質(zhì)譜，將其應(yīng)用于環(huán)境水樣中四溴雙酚A的檢測(cè)，檢出限和定量限分別為0.92和3.1 ng/L，整個(gè)檢測(cè)過程能在7 min內(nèi)完成。

相比于其他高分子聚合材料，COFs對(duì)pH值、離子強(qiáng)度、溫度具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力[76]。但在許多情況下，通過各種縮聚反應(yīng)合成的COFs框架結(jié)晶度和孔隙度有限，影響COFs改性固體基底的多次重復(fù)使用，如何生產(chǎn)高結(jié)晶度框架材料仍是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)[77]。

3.2.2分子印跡聚合物 分子印跡聚合物(MIPs)是以模板分子的形狀、大小和官能團(tuán)定制的受體，是人工合成的抗原-抗體系統(tǒng)的類似物[78]，具有優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性、對(duì)目標(biāo)化合物的高特異性和良好的可重復(fù)使用性等，在對(duì)復(fù)雜樣品基質(zhì)的痕量物質(zhì)檢測(cè)中展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)[79]。Liu等[80]建立了一種分子印跡聚合物涂覆木尖電噴霧質(zhì)譜法，以羅紅霉素為模板，甲基丙烯酸為單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，合成的MIPs應(yīng)用于水、蜂蜜和牛奶中5種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的分析，富集因子的范圍為12～1 604倍，檢出限為0.003～15.8 ng/g，回收率為73.4%～98.1%。Huang等[81]通過將有機(jī)硅改性的丙烯酸酯分子印跡乳液滴加到木尖的表面進(jìn)行修飾，使木尖能夠選擇性地從水產(chǎn)品中富集孔雀石綠(MG)及其代謝物，開發(fā)了分子印跡聚合物包覆的木尖電噴霧電離方法(MIPCWT-ESI)，并成功應(yīng)用于自來水、河水和魚類樣品中MG的分析，檢出限為0.05 μg/L，回收率為92%～113%。本實(shí)驗(yàn)室[82]將分子印跡技術(shù)與導(dǎo)電基板結(jié)合，首次合成了分子印跡聚合材料涂布的不銹鋼片(MIPCS)，并將MIPCS與高壓電源等裝置集成，研制出新型高選擇性敞開式離子源，將其應(yīng)用于牛奶中5種氟喹諾酮類抗生素的檢測(cè)，可在幾十秒內(nèi)完成，檢出限與定量限分別為0.1～2 μg/L和1～5 μg/L?？紤]到分子印跡聚合物的親水性差，本實(shí)驗(yàn)室[83]選擇甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)和MPB含親水基團(tuán)的化合物作為功能單體，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)作為交聯(lián)劑，在鐵片表面合成了親水性分子印跡聚合物(HMIPs)，結(jié)合敞開式質(zhì)譜檢測(cè)蜂蜜中5種磺胺類抗生素殘留，僅需對(duì)蜂蜜進(jìn)行比例稀釋，無需復(fù)雜的前處理操作。該類敞開式離子源的開發(fā)不僅為食品快速檢測(cè)技術(shù)提供了研究思路，也為藥物研發(fā)、醫(yī)療診斷、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的研究提供了新方法。

MIPs制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好、選擇性高，在固體基底表面修飾分子印跡，減少了吸附位點(diǎn)包埋現(xiàn)象，具有快速的傳質(zhì)速率和高表面活性等特性，為高選擇性離子源制備開辟了新的途徑[84]。然而，未洗脫完全的模板分子的“泄露”會(huì)對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性產(chǎn)生影響，這也是實(shí)際應(yīng)用中值得關(guān)注的問題。

3.2.3金屬有機(jī)框架材料 金屬有機(jī)框架材料(MOFs)是由單個(gè)金屬離子或簇與有機(jī)基團(tuán)連接組合的高度有序結(jié)構(gòu)的晶體材料，具有低密度、高比表面積的特點(diǎn)。由于可用于合成MOFs的金屬離子和有機(jī)配體的種類繁多，因此MOFs在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合成上具有很大的靈活性，可以根據(jù)目標(biāo)物的特性合成特定結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)其對(duì)目標(biāo)物的選擇性吸附能力[85-86]。Wang等[87]利用UiO-66(Zr)涂層對(duì)紙基進(jìn)行修飾，成功應(yīng)用于血液中氯氮平、阿米磺胺、喹硫平、利培酮和阿立哌唑5種精神病藥物的分析，定量限低至0.04～0.65 μg/L，比未修飾的紙噴霧方法降低了8.5～46.6倍。

近年來，MOFs作為吸附材料多用于樣品前處理對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行萃取[88-89]，而用于固體基底修飾的報(bào)道尚不多見，這可能是受限于MOFs的成本偏高、穩(wěn)定性稍差。因此，將MOFs應(yīng)用于固體基底修飾還需要降低材料成本，提高材料穩(wěn)定性。

3.2.4其他高分子聚合物 Wang等[90]通過簡(jiǎn)單的分散聚合法在紙基上包覆聚苯乙烯(PS)微球，用于生物基質(zhì)中治療藥物的高靈敏度分析。PS粒子的修飾有利于將分析物從基體上洗脫下來，與未修飾的紙基相比，PS修飾紙噴霧的靈敏度最多提高了546倍，定量限為0.004～0.084 μg/L。Giovanna等[91]在不銹鋼針表面修飾聚吡咯(PPy)涂層，用于檢測(cè)尿中3,4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA)和4,5-亞甲基二氧基苯丙胺(MDA)，靈敏度可達(dá)30 μg/L，回收率接近100%。

Gómez-Ríos等[92]將具有生物相容性的高分子聚合物C18-聚丙烯腈涂布在不銹鋼刀片上，開發(fā)了涂層刀片噴霧(CBS)，對(duì)血液中精神抑制藥物的分析時(shí)間不超過3 min，檢測(cè)結(jié)果線性關(guān)系良好，準(zhǔn)確度高(RSD≤7%)，與傳統(tǒng)的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法的結(jié)果差異不大，表明CBS是一種成本效益高的一次性痕量分析工具，可在現(xiàn)場(chǎng)提供快速可靠的檢測(cè)信息。

3.3 免疫材料修飾

免疫材料修飾主要利用抗原-抗體之間的相互作用為固體基底提供強(qiáng)選擇性，結(jié)合免疫反應(yīng)平臺(tái)可應(yīng)用于單細(xì)胞和臨床診斷。Chen等[93]將免疫反應(yīng)與紙噴霧質(zhì)譜結(jié)合，建立了基于紙噴霧質(zhì)譜的免疫分析平臺(tái)。目標(biāo)物作為抗原與修飾于紙基上的抗體發(fā)生反應(yīng)，抗體捕獲抗原，抗原再捕獲游離的抗體，在這些游離的抗體上修飾可分離的離子探針，最終通過離子探針的含量進(jìn)行瘧疾和癌癥相關(guān)抗原分析，為生物標(biāo)志物定量分析提供了一種環(huán)境友好、靈敏度高的方法。Xu等[94]建立了高靈敏度的敞開式免疫分析平臺(tái)用于單細(xì)胞規(guī)模的多種蛋白質(zhì)檢測(cè)，以羅丹明(紅色熒光染料)作為質(zhì)譜標(biāo)簽，在沒有交叉干擾的情況下原位檢測(cè)癌細(xì)胞的3種膜蛋白，靈敏度提高了107倍，與昂貴的無機(jī)質(zhì)譜標(biāo)記相比，有機(jī)質(zhì)譜標(biāo)記將為免疫分析提供豐富的可能性。該平臺(tái)可以在1滴樣品中或在單細(xì)胞尺度上對(duì)數(shù)十種蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物進(jìn)行多路檢測(cè)，用于臨床診斷和治療。Chen等[95]將膜上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)合紙噴霧質(zhì)譜高通量檢測(cè)前列腺特異性抗原(PSA)，示于圖3。生物素鏈霉親和素支架的合成使PSA的捕獲效率提高了5倍，同時(shí)利用金納米顆粒修飾紙基放大信號(hào)，檢測(cè)限為3 ng/L。最后，對(duì)人血清樣品進(jìn)行分析，使用該平臺(tái)確定的PSA濃度與常規(guī)化學(xué)發(fā)光免疫法的結(jié)果一致，表明該平臺(tái)適用于臨床環(huán)境中前列腺癌的診斷。

圖3 基于敞開式質(zhì)譜的免疫反應(yīng)平臺(tái)[95] Fig.3 Immune response platform based on AMS[95]

4 總結(jié)與展望

本文針對(duì)敞開式固體基底質(zhì)譜離子源，總結(jié)了常見的固體基底材料類型，以及近年來為提高離子源的選擇性對(duì)固體基底進(jìn)行改性和修飾的研究進(jìn)展。通過對(duì)固體基底材料進(jìn)行表面改性，使其具備了良好的分析能力和廣泛的應(yīng)用范圍。在臨床醫(yī)學(xué)上，紙噴霧、組織噴霧和棉拭子噴霧的應(yīng)用，提高了尿檢、血檢、癌癥篩查的效率，同時(shí)減少了檢測(cè)成本；在食品安全、環(huán)境和刑偵等檢測(cè)領(lǐng)域，這種非破壞、快速、簡(jiǎn)便的方法極大地提高了檢測(cè)效率；在單細(xì)胞分析和蛋白組學(xué)研究領(lǐng)域，高選擇性離子源能夠保持生物大分子的活性，是未來最具潛力的復(fù)雜生物大分子分析工具之一。

目前，高選擇性敞開式離子源的研發(fā)仍面臨著挑戰(zhàn)。一方面，固體基底材料的改性多是由實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)，使用的材料和改性的方式各不相同，商品化的高選擇性離子源尚未見報(bào)道；另一方面，敞開式離子源的精確定量能力有待提高，為滿足實(shí)際樣品的檢測(cè)需要，固體基底在富集過程中的抗基質(zhì)干擾能力和實(shí)驗(yàn)方法的重現(xiàn)性還需要繼續(xù)研究。未來，高選擇性敞開式離子源將朝著高特異性、強(qiáng)抗干擾能力、便攜式、低成本的方向發(fā)展。隨著質(zhì)譜小型化的快速發(fā)展，將微型質(zhì)譜與高選擇性敞開式離子源結(jié)合，研制便攜式高選擇性質(zhì)譜儀，在現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)方面有著廣闊的應(yīng)用前景。