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我国科学家揭示飞秒激光质谱新机制 为痕量生物分子检测开辟新路径
2025年06月10日 16:28:38
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：6727
深圳先进光源研究院与厦门大学联合团队在国际上首次提出并验证了飞秒激光表面辅助解吸/电离质谱（fs-SALDI-MS）的库仑场驱动机制，相关成果作为封面论文发表于《美国化学会志》（JACS）。
近日，深圳先进光源研究院生物大分子研究团队与厦门大学合作取得重要科研进展，成功开发了基于飞秒激光的表面辅助解吸/电离质谱技术(fs-SALDI-MS)，并首次揭示了其独特的库仑场驱动解吸/电离机制。这一突破性研究成果以封面文章形式发表于国际化学领域顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》(JACS)。
表面辅助激光解吸/电离质谱(SALDI-MS)作为传统基质辅助激光解吸/电离质谱(MALDI-MS)的有力补充，能够有效避免基质带来的背景干扰和分子碎片化问题，在小分子代谢物和脂质的高效检测与成像方面展现出巨大潜力。然而，现有的SALDI理论和技术主要依赖于纳秒激光(ns-SALDI)，对于具有超短脉冲宽度、能在极短时间内传递能量的飞秒激光在SALDI中的应用及其内在机制的研究尚属空白。
此项研究填补了这一空白。团队开发的fs-SALDI-MS平台在多个关键性能指标上显著优于传统的ns-SALDI技术。该技术能显著减少分析物分子的碎片化，更好地保持分子完整性；有效消除表面辅助材料的本底干扰和碱金属加合物干扰；其绝对检出限可低至约3阿摩尔(amol)；同时减少了样品消耗量，并能在生物组织成像中实现10微米级的高空间分辨率。
研究最具开创性的贡献在于首次提出并验证了fs-SALDI的库仑场驱动解吸/电离机制。该机制阐明：飞秒激光脉冲首先激发纳米材料表面等离子体共振(SPR)，在飞秒级的极短时间内实现热电子和空穴的有效分离。这种电荷分离导致剧烈的库仑排斥，引发库仑爆炸。最终，爆炸产生的强库仑场通过库仑吸引作用，促使邻近的分析物分子实现温和、高效的电离。这一机制从根本上区别于依赖热效应的传统ns-SALDI，成功避免了热诱导导致的分子碎片化和背景噪声，为fs-SALDI卓越的分析性能提供了核心理论支撑。
在实际应用方面，研究团队成功展示了fs-SALDI的强大能力。该技术实现了对指纹中残留的微量抗真菌药物和精神类药物(检出限低至阿摩尔级)的高灵敏度检测和清晰成像。同时，在小鼠脑组织切片脂质分子的质谱成像中，也达到了10微米的高空间分辨率，清晰描绘了脂质分布图景。这些成果充分证明了fs-SALDI-MS在法庭科学(如指纹毒物检测)、生物医学研究(如疾病标志物发现、药物代谢研究)以及空间代谢组学等领域具有极其广阔的应用前景。
该研究由深圳先进光源研究院殷志斌副研究员和厦门大学杭纬教授担任共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。这项开创性的工作不仅为飞秒激光SALDI技术奠定了坚实的理论基础，也为其发展成为具有更优异分析性能的新一代质谱平台开辟了崭新道路。
素材来源：深圳先进光源研究院
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