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我國科學家揭示飛秒激光質譜新機制 為痕量生物分子檢測開辟新路徑
2025年06月10日 16:28:38
來源：化工儀器網 作者：宋池 點擊量：2380
深圳先進光源研究院與廈門大學聯合團隊在國際上首次提出并驗證了飛秒激光表面輔助解吸/電離質譜（fs-SALDI-MS）的庫侖場驅動機制，相關成果作為封面論文發(fā)表于《美國化學會志》（JACS）。
近日，深圳先進光源研究院生物大分子研究團隊與廈門大學合作取得重要科研進展，成功開發(fā)了基于飛秒激光的表面輔助解吸/電離質譜技術(fs-SALDI-MS)，并首次揭示了其獨特的庫侖場驅動解吸/電離機制。這一突破性研究成果以封面文章形式發(fā)表于國際化學領域頂級期刊《Journal of the American Chemical Society》(JACS)。
表面輔助激光解吸/電離質譜(SALDI-MS)作為傳統(tǒng)基質輔助激光解吸/電離質譜(MALDI-MS)的有力補充，能夠有效避免基質帶來的背景干擾和分子碎片化問題，在小分子代謝物和脂質的高效檢測與成像方面展現出巨大潛力。然而，現有的SALDI理論和技術主要依賴于納秒激光(ns-SALDI)，對于具有超短脈沖寬度、能在極短時間內傳遞能量的飛秒激光在SALDI中的應用及其內在機制的研究尚屬空白。
此項研究填補了這一空白。團隊開發(fā)的fs-SALDI-MS平臺在多個關鍵性能指標上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的ns-SALDI技術。該技術能顯著減少分析物分子的碎片化，更好地保持分子完整性；有效消除表面輔助材料的本底干擾和堿金屬加合物干擾；其絕對檢出限可低至約3阿摩爾(amol)；同時減少了樣品消耗量，并能在生物組織成像中實現10微米級的高空間分辨率。
研究最具開創(chuàng)性的貢獻在于首次提出并驗證了fs-SALDI的庫侖場驅動解吸/電離機制。該機制闡明：飛秒激光脈沖首先激發(fā)納米材料表面等離子體共振(SPR)，在飛秒級的極短時間內實現熱電子和空穴的有效分離。這種電荷分離導致劇烈的庫侖排斥，引發(fā)庫侖爆炸。最終，爆炸產生的強庫侖場通過庫侖吸引作用，促使鄰近的分析物分子實現溫和、高效的電離。這一機制從根本上區(qū)別于依賴熱效應的傳統(tǒng)ns-SALDI，成功避免了熱誘導導致的分子碎片化和背景噪聲，為fs-SALDI卓越的分析性能提供了核心理論支撐。
在實際應用方面，研究團隊成功展示了fs-SALDI的強大能力。該技術實現了對指紋中殘留的微量抗真菌藥物和精神類藥物(檢出限低至阿摩爾級)的高靈敏度檢測和清晰成像。同時，在小鼠腦組織切片脂質分子的質譜成像中，也達到了10微米的高空間分辨率，清晰描繪了脂質分布圖景。這些成果充分證明了fs-SALDI-MS在法庭科學(如指紋毒物檢測)、生物醫(yī)學研究(如疾病標志物發(fā)現、藥物代謝研究)以及空間代謝組學等領域具有極其廣闊的應用前景。
該研究由深圳先進光源研究院殷志斌副研究員和廈門大學杭緯教授擔任共同通訊作者。研究工作得到了國家自然科學基金等項目的資助。這項開創(chuàng)性的工作不僅為飛秒激光SALDI技術奠定了堅實的理論基礎，也為其發(fā)展成為具有更優(yōu)異分析性能的新一代質譜平臺開辟了嶄新道路。
素材來源：深圳先進光源研究院
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