MALDI-TOF-MS应用
基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionzation Time of Flight Mass Spectrometry，MALDI-TOF-MS）（图1）是一种新型的软电离生物质谱。该分析技术是将微量样品与能吸收能量的固体小分子基质形成共结晶以电荷的方式电离特性与飞行时间质量分析器的灵敏、高通量和快速扫描的优点相结合，形成蛋白质分析领域独一无二的卓越仪器。该技术已广泛应用于生命科学领域，分析和鉴别低丰度的生物复合物。目前，该技术已取得了很大的进展，为分析强极性、热不稳定和难挥发的生物样品提供了新途径，成为分析复杂蛋白样品、多肽、核酸的首选方法。相对于其他质谱分析技术，MALDI-TOF-MS分析有许多优点。比如它的分析速度快，通量高，分析灵敏度高（检测限可达fmol水平），碎片离子少，检测的质量范围广（可从100 Da到980 kDa），有一定的盐、缓冲液耐受性，适用于复杂样品的检测，可同时分析多种化合物且易于自动化操作。经过 30 年的发展，MALDI-TOF-MS质谱已经成为分析化学特别是分析生物化学必不可少的使用工具。
图1 MALDI-TOF-MS质谱 MALDI-TOF-MS工作原理：是将样品分析物分散在小分子基质中并形成共结晶晶体。当用脉冲激光照射晶体时，基质强烈吸收激光能量并转化为晶格的激发能，脉冲激光使样品表面升温至或接近基质发生相变或升华，基质夹杂着存在于其晶格中的样品分子因振动激发而样品解吸附，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。 MALDI-TOF-MS 质谱主要由离子源、碰撞诱导解离系统、加速区、无场漂移区和检测器等五个部分组成。样品分析物经MALDI源碰撞诱导产生的离子通过加速电场加速后，飞过无场漂移区后到达检测器，它的飞行时间是在加速区和无场漂移区的时间的总和，并且正比于它的质荷比的平方根。因此，我们就根据它的飞行时间来确定分析物的质荷比。MALDI-TOF-MS可通过两种模式进行检测，一种是线性模式，另外一种是反射模式。线性模式一般适用于分子大分子量的样品，如分子量大于4000的化合物，而且它的分辨率一般较低，只有数百最多上千的分辨率。因此，通过这种模式得到的质荷比是一个平均值。而反射模式就是为了克服线性模式的缺点，将MALDI-TOF-MS的应用扩展到小分子应用中而发明的。反射过程增加了样品分析物的飞行时间，从而极大地增强了质谱的分辨率（可达几万），使得单同位素的质谱峰都清晰准确，将MALDI-TOF-MS的分析质量范围扩展到小分子（Mw￡4000）。 图2 MALDI-TOF-MS 反射模式的原理图 MALDI质谱的特点如下：
第一，与其它离子化方式如电子轰击电离和化学电离不同，MALDI是一种很软的电离技术，激光光子能量仅为3.5eV左右，基本上很难观察到分析物的碎裂峰，这也意味着MALDI质谱能够保留完整的分析物信息；
第二，产生的谱图多为一价态。MALDI 质谱特别适合于复杂样品的分析，谱图易识别；
第三，灵敏度高。对于某些分析物，如肽段、糖类和脂肪酸，样品检测限可以达到fmol到amol。于此同时 MALDI 质谱对样品的消耗十分少，普通检测只需取几微升的样品；
第四，高准确度。MALDI 质谱的准确度能够达到0.1～0.01%。举个离子，凝胶渗透色谱通常用于聚合物的分子量的表征，但是其准确度仅为10%左右。MALDI 质谱不但可以给出精确的分子量，除此之外合成聚合物的聚合度、单体、端基信息都可以给出；
第五，高分辨率。MALDI 离子源可以与 TOF-TOF 以及傅里叶变换回旋共振等分析器联用，具有极高的分辨率；
第六，耐盐性好。很多时候生物样品中存在着盐等污染物，这些污染物会干扰质谱信号的获取。MALDI 质谱较高的耐盐性可以用于某些含盐样品的直接分析；
第七，大通量的分析特性。MALDI靶板通常含有几百个样品分析靶点，有的甚至达到上千个。MALDI质谱同时也有与之配套的自动点样和采集系统。可以实现对样品的高通量分析。
基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）具有高灵敏、高通量、不影响分子结构完整性等诸多优点，在分析小分子物质的研究中应用广泛。然而，由于传统的有机基质，如 2，4，6-三羟基苯乙酮（THAP）、α-氰基-4-羟基桂皮酸（CHCA）等，分子量都约为200 Da，在激光的辐照下，将在小质量数的范围（＜500 Da）内产生大量的基质碎片，从而干扰小分子物质的检测。为克服这一缺点，一些新型的无机材料、石墨烯、金属有机化合物、介孔材料、纳米颗粒等，被用于修饰或取代传统的有机基质，以达到抑制碎片、简化谱图等效果，实现了对小分子物质的检测。例如传统有机基质2，5-二羟基苯甲酸（DHBA）在修饰的介孔硅材料辅助下，不但实现了基质碎片的充分抑制，而且能够有效提高待测氨基酸、代谢物等小分子化合物的 MALDI-TOF-MS 质谱峰信号强度。
撰稿人 王应霞
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