基质辅助激光解吸电离质谱的生命分析应用方法研究

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1、基质辅助激光解吸电离质谱的生命分析应用方法研究(申请清华大理学博士学位论文)培养单位：化学系学科：化学研究生：伊永章史指导教师：林金明教授二〇一七年四月Applicationsofmatrixassistedlaserdesorption/ionizationmassspectrometryforbioanalysisDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinChemistryByKorenagaA

2、kihitoDissertationSupervisor:ProfessorJin-MingLinApril,2017摘要摘要在生命分析化学领域，质谱被认为是一种重要的检测手段。其中基质辅助激光解吸离子化质谱（MALDI-MS），以其高灵敏度、高分辨率和宽检测范围，非常适用于生物大分子的检测，实现蛋白质的结构分析和基因测序，并应用于新型药物和癌症的诊断研究。尽管MALDI质谱技术近年来在生命研究领域得到广泛应用，但其检测重现性差以及难以检测低微量级目标样品等问题限制了其进一步发展和应用。这些问题主要发生在样品的制备过程中，换言之这是由人工操作导致的。因此开发快速、简便、重现性

3、好的MALDI质谱分析方法，对于扩大其应用领域具有十分重要的意义。在本研究工作中中，针对基于MALDI-MS的全细胞分析，我们引入了喷墨打印装置实现单细胞样品的制备。由于喷墨设备本身不能产生适用于MALDI-MS检测的样品液滴，我们利用疏水改性优化样品靶板以及通过湿度调节控制样品干燥速度等方式，形成合适的样品液滴。为了提高样品基质共结晶的均匀性，我们将三乙胺等当量加入基质3-HPA中，几乎在样品点的所有区域获得了类似的测量结果，同时提高了检测的线性。在普通基质3-HPA中添加胺，改善了结晶的均匀性，更加有利于核酸样品的测定。此外，该效果在具有高度有序纳米结构的多孔氧化铝基板上

4、得到验证。首先确定多孔氧化铝基板阵列有序，表面光滑，然而将其作为新型的靶板用于MALDI实验时，没有检测到来自样品的目标峰。这可能是由于多孔氧化铝基板的表面没有导电性，可通过表面蒸镀金膜的方式以解决这个问题。在多孔氧化铝基板上气相沉积金后，可以检测到预期的样品峰，但是没有观察到重现性和灵敏度的提高。由于灵敏度的增加取决于激光如何有效地转换为热能，基于基质材料的吸光性质以及表面等离子体激元的共振吸收效应，我们考虑通过使用在激光波长附近具有等离子体共振吸收的铝或银来代替金。在更容易引起共振吸收的铝蒸镀基板上，我们观察到了在其他基板上检测不到的样品峰。这表明，与其他基板相比，铝蒸镀

5、基板能够向基质提供更多的能量，使用铝蒸镀基板的方法能够进行更为有效的能量转换。关键词：质谱分析；喷墨打印；核酸检测；单细胞分析；多孔氧化铝IAbstractAbstractInthefieldoflifeanalyticalchemistry,massspectrometryisrecognizedasanimportantmeasurementmethod.Inparticular,theMALDImethod,inwhichthedetectionreachesthehighestmassregion,canbeusedfordevelopmentofnewdrugsan

6、ddiagnosisofcanceretc.,whichisusedforstructureanalysisofproteinsandsequenceanalysisofgenes.WhilethisMALDImethodisveryuseful,ontheotherhand,problemssuchaspoorreproducibilityofmeasurementsanddifficultiesindetectionitselffortargetsampleswithsmallμordersareaproblem.Theseproblemsoccurmainlyinthe

7、samplepreparationprocess.Inotherwords,itcanbesaidthatthisisanartificialproblem.IfanyonecanusetheMALDImethodeasilyandconveniently,thereisalsothepossibilitythatthefieldofmassspectrometryanalysiswillspreadwidely.Inthisresearch,aimingtowholecellanalysisinMAL