質(zhì)譜成像技術(shù)（MSI）是基于質(zhì)譜發(fā)展起來的一種分子成像新技術(shù)。MSI通過直接掃描生物樣本，可以同時(shí)獲得多種分子的空間分布特征，具有免熒光標(biāo)記、不需要復(fù)雜樣品前處理等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、微生物學(xué)等研究領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)之一。

解吸電噴霧電離質(zhì)譜成像（DESI-MSI）是目前較廣泛采用的常壓成像技術(shù)。這種方法將霧化溶劑液滴吹掃組織切片表面，使待分析物溶解并發(fā)生電離，離子進(jìn)入質(zhì)譜接口進(jìn)行檢測(cè)。這種方法的最好空間分辨在50微米左右，可進(jìn)行原位檢測(cè)，在法醫(yī)鑒定、病理分析、代謝物分析等領(lǐng)域得到了諸多應(yīng)用，主要缺點(diǎn)是有極性歧視和較強(qiáng)的離子抑制，不適于所有的待測(cè)物體系。

期刊封面

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室副研究員潘洋團(tuán)隊(duì)一直致力于同步輻射光電離質(zhì)譜技術(shù)研究，并在實(shí)驗(yàn)室部署下，以生命科學(xué)和能源化學(xué)前沿問題為導(dǎo)向，發(fā)展了一系列實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段。近日，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于DESI的二次光電離質(zhì)譜成像技術(shù)（DESI-PI-MSI），并和中國(guó)科大生命科學(xué)學(xué)院教授熊偉合作，對(duì)模式動(dòng)物小鼠的腦、脊髓等組織切片進(jìn)行質(zhì)譜成像研究。該研究成果以Imaging of polar and nonpolar species using compact desorption electrospray ionization/post-photoionization mass spectrometry 為題，5月22日以封面文章形式發(fā)表在分析化學(xué)領(lǐng)域期刊Analytical Chemistry (2019, 91, 6616-6623)，并申請(qǐng)了發(fā)明專利。

圖1 DESI-PI-MSI裝置工作原理圖

DESI-PI-MSI技術(shù)的關(guān)鍵是在DESI噴霧裝置后引入一套光電離系統(tǒng)和高效離子傳輸管道（圖1），可通過開、關(guān)光電離源，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種極性和非極性組分的高靈敏度空間成像。
研究表明，在正離子模式下，DESI-PI-MSI可將小鼠腦切片中的肌酸、膽固醇和GalCer脂質(zhì)的檢出限提高2個(gè)數(shù)量級(jí)以上；在負(fù)離子模式下，谷氨酰胺和部分脂質(zhì)靈敏度也可提高數(shù)倍。
此外，對(duì)于一些極性較強(qiáng)的神經(jīng)遞質(zhì)和脂質(zhì)，DESI-PI-MSI同樣可以實(shí)現(xiàn)靈敏度的顯著提高，從而為生物標(biāo)志物的高靈敏度探測(cè)和藥物代謝精確成像研究奠定了基礎(chǔ)（圖2）。
在現(xiàn)有裝置上，副研究員潘洋團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步設(shè)計(jì)了可用于同步輻射質(zhì)譜成像的差分抽氣系統(tǒng)和離子傳輸管道，以利用同步輻射高亮度和能量連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)，進(jìn)一步提高光電離質(zhì)譜成像的應(yīng)用范圍，拓展同步輻射的應(yīng)用領(lǐng)域。目前新的系統(tǒng)已經(jīng)安裝和調(diào)試完畢，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖2 負(fù)離子模式下DESI-MSI和DESI-PI-MSI獲得小鼠腦組織切片質(zhì)譜和成像圖

該研究工作得到科技部、基金委和中科院合肥大科學(xué)中心的支持。