电喷雾解吸质谱及其应用

电喷雾解吸离子化是近年来发展起来的一种质谱离子化方式,它是电喷雾离子化和解吸离子化两大离子化技术的结合,在大气压条件下,样品不必经过预处理可以直接检测。因此,电喷雾解吸电离是具有分析速度快、特异性高、灵敏度高等特点,并且可进行原位分析。本文对电喷雾解吸电离的离子化机制及电喷雾解吸离子化仪器的最新进展进行了阐述,并对其分析特点以及DESI在各个领域的应用进行综述。

基于解吸电喷雾质谱成像技术分析番红花球茎中代谢物的组织分布

目的 探究不同产地番红花球茎中内源性代谢物的分布特征。方法 利用解吸电喷雾(DESI)质谱成像技术,通过优化样品前处理,建立了一种对番红花球茎内源性代谢物可视化分析的方法。结果 实现了黄酮、有机酸、氨基酸、类胡萝卜素和环烯醚萜苷等代谢物的原位表征;L-瓜氨酸、苯乙酰甘氨酸、紫苜蓿酚和栀子苷等特异性分布在球茎中;芹菜素7-(6''-O-乙酰基)-葡萄糖苷、异鼠李素-3-O-葡萄糖苷、蜀黍氰苷6'-葡萄糖苷、芹菜素7-O-二葡糖醛酸主要分布在顶芽中;对于在球茎部位分布的化合物,产于上海的番红花球茎丰度最高,浙江次之,安徽最低。结论 番红花球茎在不同产地及同一产地不同部位的代谢物分布存在显著差异,黄酮和黄酮衍生物如异鼠李素-3-O-葡萄糖苷、芹菜素衍生物主要分布于顶芽中,此外,天然植物保护剂蜀黍氰苷6'-葡萄糖苷也主要在顶芽分布,而作为能量和物质供应的氨基酸则主要积累在球茎。

电喷雾解吸电离质谱快速测定吴茱萸中生物碱

生物碱是许多中草药的活性有效成分,其含量的多少和种类的差异是导致中草药品质差异的重要因素。本文利用电喷雾解吸电离质谱(DESI-MS)能够在不需要样品预处理的前提下进行复杂基体样品分析的特点,采用酸性甲醇-水混合溶液作为喷雾试剂,在优化了的实验条件下快速获得了吴茱萸的DESI-MS指纹谱图,然后利用串联质谱对其中有重要活性的5种生物碱进行了结构鉴定。实验表明,基于固体表面解吸电离质谱分析的方法不需要萃取-分离手续,单个样品测定时间不超过1.5min,大幅度提高了分析速度,有望在药品品质的在线监测和工艺过程控制中发挥重要作用。

基于空气动力辅助解吸电喷雾质谱技术的指纹化学成像研究

指纹分析在法庭科学科研和实践中具有重要意义。与现有的指纹显影方法相比,基于质谱的成像方法不仅可识别检测指纹中的痕量化学成分,还可获得清晰高分辨的指纹形态。本研究采用空气动力辅助解吸电喷雾质谱成像(AFADESI-MSI)技术,在45 L/min的空气流辅助下,以5μL/min乙腈为解吸喷雾溶剂,喷雾电压7000 V,正离子模式(100~1000 Da)下,分析了按压在打印纸上的汗液、印泥、防晒霜、粉底液共4种指纹。结果表明,采用AFADESI-MSI技术不仅能得到指纹中多种内源性和外源性物质的化学信息,还能得到指纹的高分辨图像。此外,根据指纹中的化学信息能够区分叠加的指纹。AFADESI-MSI技术作为一种新的指纹分析方法,有望在法庭科学研究和司法鉴定中得到更广泛的应用。

解吸电喷雾电离质谱快速分析微量有机胺

解吸电喷雾电离质谱分析技术(DESI-MS)无需样品前处理和预分离,并且具有样品需求量小、高灵敏度和快速等优点。以戊胺和苯胺分别作为大气气溶胶中脂肪胺和芳香胺的代表,优化了其在DESI-MS分析中的重要实验参数,包括喷雾溶剂、喷雾溶剂流速、喷雾电压、毛细管温度、雾化气压力和几何参数等。在优化的实验条件下,有机胺DESI-MS可得到较强的信号强度,其检出限可低至pg量级。

电喷雾解吸电离质谱研究基体中直接黑与溶剂的相互作用

采用电喷雾解吸电离质谱法(DESI-MS)研究了基体中酸性染料直接黑与水的相互作用,发现水与直接黑能够形成一系列比较稳定的水合物(M+nH2O,n=0～7),其中稳定性最大的水合物为n=3或4;在相同条件下,直接黑还能够与甲醇形成类似的簇合物(M+nCH3OH,n=0～7),其中最稳定的甲醇化物为n=3.实验表明在无需样品预处理的前提下,DESI-MS能够直接用于表面复杂基体内分子相互作用的研究,为复杂表面中物质的相互作用的深入研究提供了一种新方法.

三氟乙酸增强的解吸电喷雾电离质谱成像用于脂质空间分布研究

将三氟乙酸添加到解吸电喷雾电离质谱的喷雾溶剂中,提高了对脂质的成像检测能力,使小鼠脑组织切片中能检测到的脂质种类从59种提高到71种。此外,该方法还可以促进脂质的质子化峰的形成并抑制钠和钾加合物的形成,有利于简化谱图解析过程并实现更好的定量分析,利用该方法实现了小鼠脑组织切片上多种脂质的空间相关性研究,为探索脂质间潜在的代谢途径提供了新手段,在神经学、临床等领域具有巨大的应用前景。

解吸电喷雾电离质谱技术在天然药物分析中的应用进展

解吸电喷雾电离质谱(desorption electrospray ionization-mass spectrometry,DESI-MS)是一种近年来新兴的原位电离质谱分析技术,其离子化过程发生于常压敞开式大气环境中,具有样品前处理简单、分析快速、检测灵敏等特点,在生物医学、药物分析、食品安全、环境监测以及材料表征等方面应用广泛。天然药物如中草药中含有种类繁复的化学组成,对其开展提取、分离鉴定和体内外药效评价,特别是针对药效显著活性成分的研究,长期受到人们的持续关注。近年来,随着DESI-MS技术的不断发展,为直接和快速分析天然药物中活性成分提供了许多新的机会。本文概述了DESI-MS技术的原理、特点、影响因素及技术进展,并系统总结了该技术在中草药及其他具有药理活性的植物样品等天然药物中的研究应用进展情况,进一步对该领域的应用前景做了展望。

质谱成像技术在药用植物研究中的应用

药用植物中含有种类繁多、数量庞大、功能各异的次生代谢产物,在疾病治疗中发挥了重要作用。传统分析方法只能对药用植物中次生代谢物进行定性和定量研究,对其空间分布研究缺乏直接手段,质谱成像技术的出现为此提供了可能。本文综述了目前应用于药用植物研究的主要质谱成像技术及其在药用植物次生代谢物、药用植物胁迫防御研究等方面的研究成果,并对其在药用植物研究中的应用前景进行了展望。

基于AP-MALDI-IT-TOF/MS和DESI-Q-TOF/MS的板蓝根全质谱成像及品质相关指标成分群的研究

目的 采用大气压基质辅助激光解吸电离-离子阱-飞行时间质谱(atmospheric pressure matrix assisted laser desorption combined with ion trap-time of flight mass spectrometry, AP-MALDI-IT-TOF/MS)和解吸电喷雾电离-四级杆-飞行时间质谱(desorption electrospray ionization combined with quadrupole-time of flight mass spectrometry, DESI-Q-TOF/MS)两种技术,实现板蓝根的全质谱成像分析,揭示多种成分的组织原位可视化分布,寻找品质特征相关指标群。方法 不同商品规格的板蓝根,分别喷涂2,5-二羟基苯乙酮(2,5-DHAP)和1,5-二氨基萘(1,5-DAN)基质,在正、负离子模式下进行AP-MALDI-IT-TOF/MS质谱成像、成分鉴定和偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)分析。不同品质特征的板蓝根,在正、负离子模式下进行DESI-Q-TOF/MS质谱成像、成分鉴定和正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discrimination analysis, OPLS-DA)分析。结果 板蓝根经质谱成像分析,初步鉴别得到多个类别约100余个化合物,AP-MALDI-IT-TOF/MS和DESI-Q-TOF/MS均可揭示板蓝根化合物的空间分布,并可区分不同规格、品质样品,3-醛基吲哚、前告依春/表前告依春、isatithioetherin C/isatithioetherin E、松柏苷、紫丁香酚苷、直铁线莲宁B、腺苷、腺嘌呤、尿苷、精氨酸、2-羟基丁二酸、顺丁烯二酸/富马酸、枸橼酸、大黄素-8-O-β-D-葡萄糖苷、异牡荆素在高商品规格/品质样品中特定空间分布信号更强,对分类影响显著,组成品质特征相关指标群。结论 质谱成像可将中药材的品质与化学信息建立连接,为其质量评价和进一步开发利用提供实验基础和新的手段。

聚苯乙烯纳塑料暴露对小鼠肝脏脂质代谢的影响及机制研究

目的探讨20 nm聚苯乙烯纳塑料(PS-NPs)暴露对小鼠肝脏脂质代谢的影响及潜在机制。方法动物实验研究,于2022年9月至2023年7月在首都医科大学公共卫生学院暴露组学平台和中国疾病预防控制中心环境与人群健康重点实验室完成。采用随机数字表法,将6~8周龄C57BL/6J雄性小鼠分为0 mg/kg(对照组)、1 mg/kg和10 mg/kg PS-NPs小鼠尾静脉暴露组,7 d后收取小鼠血清测丙氨酸氨基转移酶(ALT)和天门冬氨酸氨基转移酶(AST)的含量。利用实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(qRT-PCR)和空气动力辅助解吸电喷雾质谱成像(AFADESI-MSI)分析肝组织中脂肪酸酯化相关基因(Dgat1和Dgat2)、脂质转运相关基因(ApoB、Cd36、ApoE和Mttp)的mRNA水平和代谢物的空间改变。利用小动物活体光学成像系统(IVIS)进行活体和离体器官成像,组织震荡切片观察PS-NPs的荧光生物分布及强度。数据的组间比较采用t检验或单因素方差分析。结果对照组、1 mg/kg和10 mg/kg PS-NPs暴露组小鼠血清ALT含量分别为(83.97±4.58)、(91.17±13.69)和(142.43±6.09)U/L,差异有统计学意义(F=37.281,P<0.05)。Dgat1、Dgat2、ApoB、Cd36、ApoE的mRNA相对含量在对照组、1 mg/kg和10 mg/kg PS-NPs暴露组分别是(1.49±0.63,2.53±0.32,2.45±0.54)、(1.07±0.38,1.86±0.83,2.23±0.73)、(1.01±0.13,1.58±0.43,2.03±0.52)、(1.01±0.14,1.55±0.37,1.52±0.51)、(1.01±0.17,2.11±0.27,2.39±0.93),差异均有统计学意义(F=11.54、6.95、14.90、5.98、14.68,P均<0.05)。AFADESI-MSI分析发现PS-NPs暴露导致与脂质β氧化相关的戊二酰基肉碱(glutarylcarnitine)和亚油酰基肉碱(O-Linoleoylcarnitine)的含量明显下降(t=4.12和3.35,P均<0.05),而甘油三酯(TG)(m/z 921.7264,t=8.69,P<0.05;m/z 919.7114,t=3.20,P<0.05)、磷脂酸(PA)(m/z 895.7123,t=3.60,P<0.05;m/z 821.5266,t=3.36,P<0.05)、溶血磷脂胆碱(LysoPC)(m/z 560.3106,t=3.35,P<0.05;m/z 582.2953,t=6.28,P<0.05)、磷脂酰胆碱(PC)(m/z 778.5339,t=3.53,P<0.05;m/z 804.5496,t=3.60,P<0.05;m/z 820.5231,t=3.37,P<0.05)、磷脂酰乙醇胺(PE)(m/z 772.5233,t=3.08,P<0.05)在PS-NPs暴露组含量明显升高。活体成像和原位细胞定位发现PS-NPs主要富集肝星状细胞和肝Kupffer细胞。结论PS-NPs暴露引发肝脏脂质代谢紊乱,可能与PS-NPs在肝星状细胞和肝Kupffer细胞的直接蓄积有关,为寻找PS-NPs暴露的早期生物标志物和进一步的机制研究提供线索。

基于UPLC-Q-TOF-MS和DESI-MSI分析天元芷通方入脑成分及其脑内分布

目的:基于超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱法(UPLC-Q-TOF-MS)、解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)、高光谱成像技术对天元芷通方入脑成分及其脑内分布进行探究。方法:10只BALB/c小鼠随机分为空白组(n=3)和给药组(n=7),给药组灌胃生药质量浓度约5 g·mL-1的天元芷通方药液0.3 mL,空白组灌胃等体积生理盐水,取小鼠全脑分别制备组织匀浆及冰冻切片。组织匀浆采用UPLC-Q-TOF-MS技术分别在正、负离子模式下进行入脑成分的定性分析。冰冻切片采用DESI-MSI观察入脑成分的脑内分布。选用暗场增强显微镜对各组小鼠脑切片进行高光谱成像扫描,收集微观视场中至少1000个像素点可见-近红外(400~1000 nm)波段的散射光数据并创建平均光谱,对空白及给药小鼠脑组织中成分进行比对。结果:UPLC-Q-TOF-MS共鉴定出天元芷通方入脑成分27个,包括有机酸类10个、苷类5个、生物碱类4个、酚类1个、黄酮类4个、苯酞类2个、其他类1个,主要来源于天麻、川芎、醋延胡索、酸枣仁和制巴戟天;质谱成像分析得到14个成分,其中阿魏酸、延胡索乙素、N-甲基去氢小檗碱主要分布在大脑皮层区域,维生素B5、斑鸠菊酸、蓖麻油酸主要分布在下丘脑区域,榄香脂素、十八烯酸、十八碳酸主要分布在皮层及下丘脑区域,洋川芎内酯B、藁本内酯、亚油酸、9,12-十八碳二烯酰乙酯、斯皮诺素则在脑组织大部分区域均有分布;高光谱成像显示,在可见-近红外波段范围内,给药组小鼠脑组织平均光谱发生明显红移,表明空白组和给药组小鼠间脑内化学成分的物理性质或含量存在差异,进一步验证了质谱成像的结果。结论:通过UPLC-Q-TOF-MS技术与质谱成像、高光谱成像技术的结合,明确了天元芷通方入脑治疗头痛的药物成分及在脑组织中的分布特征,为复方质量标准研究指标成分的选择和药效作用机制研究提供参考。

HPLC及DESI-MSI法对不同生长年限黄连次生代谢产物的动态积累及分布规律的研究

目的使用高效液相色谱法(HPLC)和解吸电喷雾电离-离子化质谱成像(DESI-MSI)法研究不同生长年限黄连次生代谢产物的动态积累及分布规律。方法以一、三、五年生黄连为研究对象,采用HPLC法对黄连次生代谢产物的7种指标性成分(盐酸药根碱、非洲防己碱、表小檗碱、盐酸黄连碱、盐酸巴马汀、盐酸小檗碱、木兰花碱)进行含量测定。同时,利用DESI-MSI法对一、三、五年生黄连切片的7种成分的分布进行定性分析。结果HPLC法测定结果显示,盐酸小檗碱、盐酸巴马汀、盐酸药根碱、非洲防己碱、木兰花碱在五年生黄连中含量最高;盐酸黄连碱与表小檗碱在三年生黄连中含量最高,而木兰花碱与盐酸药根碱在三年生黄连中含量最低;盐酸小檗碱、盐酸巴马汀、非洲防己碱、表小檗碱及盐酸黄连碱均在一年生黄连中含量最低。DESI-MSI法测定结果显示,生物碱的盐酸盐在质谱分析过程中解离,最终以原型形式呈现。小檗碱和表小檗碱集中分布于整个黄连切片断面,且一年生分布区域最小、三年生和五年生分布区域相近;药根碱和非洲防己碱分布于皮部和髓部,且以五年生分布区域最大;巴马汀和黄连碱分布于皮部和髓部,一年生分布区域最小;木兰花碱仅分布于木部,且在一、三、五年生黄连中分布区域相近。结论一年生黄连中各成分累积较少,第一年为黄连生长发育的主要阶段;三年生黄连中各成分累积较多,1~3年是黄连次生代谢产物累积的主要时期;五年生黄连中总成分含量最高,尤其是小檗碱累积最多,与以栽培5年以上的黄连为药材的市场习惯相符合。

DESI-MSI和UPLC分析芍药根不同组织药效成分的分布

中药白芍和赤芍均以根粗为佳,质量评价指标成分同为芍药苷,但是药效成分含量高低与根粗细之间的相关性不明确。为此,该研究以白芍和赤芍的基原植物芍药根为对象,研究不同组织中芍药苷等7种药效成分的分布及其含量,从木部与皮部的比例,分析根粗细与药效成分含量的相关性,选择质量评价的指标成分。从白芍道地产区采集了9份芍药鲜根,先用解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)观察各成分在横切面上各组织中的分布,再用UPLC测定这些成分在木部和皮部的含量,并用正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)选出木部与皮部之间差异最大的成分。结果表明,芍药苷、苯甲酰芍药苷、氧化芍药苷、没食子酸和1,2,3,4,6-五没食子酰葡萄糖在木部分布多,含量高;而芍药内酯苷和儿茶素则在皮部分布多,含量高。芍药苷和芍药内酯苷是木部与皮部之间含量差异最大的成分,也是在这2个部位中含量最高的成分;根直径越粗,芍药苷的含量越高,而芍药内酯苷的含量越低。芍药苷与芍药内酯苷为同分异构体,药效作用各有侧重,可根据白芍、赤芍的不同用途,选择不同的指标成分,实行同药异用的质量分类评价。

DESI-MSI技术在经典名方芍药甘草汤质量控制中应用研究

目的使用超高效液相色谱-二极管阵列检测器检测法(UHPLC-DAD)和解吸电喷雾电离-离子化质谱成像技术(desorption electrospray ionization-mass spectrometry imaging,DESI-MSI)对15批芍药甘草汤(Shaoyao-Gancao-Decoction,SGD)物质基准和对应实物进行分析,考察DESI-MSI在经典名方SGD质量控制中的优势。方法以SGD为研究模型,采用传统UHPLC-DAD法建立物质基准指纹图谱,并对SGD指标成分(芍药苷、甘草苷、甘草酸)含量、出膏率进行考察。同时,以芍药甘草汤对应实物冻干粉为研究载体,将其复溶后点样于定性滤纸,并固定于载玻片制成样品,以甲醇-甲酸(1000∶1)为喷雾溶剂,体积流量3μL/min;扫描范围m/z 100~1200;空间分辨率300μm;喷雾气(N2)压力0.5 MPa;离子源温度120℃,采用正负离子全扫描样本。结果DESI-MSI法能检测到SGD指标成分芍药苷、甘草苷、甘草酸以及共有峰成分芍药内酯苷等。同时,DESI-MSI法还能检测到来自甘草、白芍的甘草皂苷G2、甘草皂苷J2、没食子酸、柠檬酸、对羟基苯甲酸等11种成分,并对其相对含量进行直观呈现,定性分析能力远强于UHPLC-DAD法。结论基于DESI-MSI技术无需进行复杂的样品前处理,可以在无对照品情况下进行复杂样品的定性、相对含量分析,灵敏度高,分析能力强,可以作为经典名方物质基准、对应实物及配方颗粒样品的质控研究方法。