基于206纳米深紫外激光烧蚀电喷雾电离的肽与蛋白质离子迁移质谱分析新方法

《Journal of the American Society for Mass Spectrometry》：Deep Ultraviolet Laser Ablation Electrospray Ion Mobility Mass Spectrometry

本研究开发了一种深紫外（DUV）206纳米固体光学参量振荡器（OPO）激光烧蚀电喷雾电离（LA-ESI）源，结合离子迁移质谱（IM-MS）技术，实现了肽和蛋白质标准品的高效解吸电离。该方法采用透射式几何构型，将激光烧蚀产生的生物分子与电喷雾羽流融合电离，获得的质谱图和离子迁移谱与直接电喷雾电离（ESI）结果高度一致，且未观察到碎片化现象。研究表明该技术适用于完整生物分子的环境质谱分析，为组织成像研究奠定了基础。

　　

引言

环境质谱（MS）技术经过二十年发展，已成为表面取样的重要电离手段。激光烧蚀（LA）与电喷雾电离（ESI）结合的LA-ESI技术因其无需溶剂提取、可聚焦采样等优势，被广泛应用于生物分子分析。深紫外（DUV）激光具有光学穿透深度浅、聚焦精度高等特性，但传统193纳米准分子激光存在体积大、含氟气体危险等局限。本研究采用206纳米固体光学参量振荡器（OPO）激光系统，建立了DUV LA-ESI离子迁移质谱（IM-MS）平台。

材料与方法

实验采用可调谐OPO激光器（193-210纳米，脉冲能量100-800微焦），通过透射模式烧蚀沉积在石英载玻片上的缓激肽、胰岛素和牛血清白蛋白（BSA）干膜样品。电喷雾毛细管与样品间距5毫米，采用1:1水-乙腈（含0.1%甲酸）为溶剂。离子信号通过行进波离子迁移四极杆飞行时间质谱仪（TWIMS-q-TOF）检测，激光重复频率20赫兹，光斑尺寸200微米。

结果与讨论

缓激肽的LA-ESI质谱显示双质子化离子[M+2H]²⁺（m/z 530.8）为主峰，伴有少量单电荷离子及氧化修饰峰（<4%），碎片峰强度占比6-20%，与直接ESI结果高度一致。胰岛素分析中，LA-ESI与直接ESI均呈现+3至+6电荷态分布，平均电荷态分别为4.74±0.02和4.73±0.03。离子迁移漂移时间图谱（图3）显示各电荷态特征区域与溶剂簇离子区分离清晰。BSA的电荷态分布（+32至+62）及平均电荷态（LA-ESI: 46.1±2.4；直接ESI: 46.2±0.6）无显著差异。

电离效率通过亮氨酸脑啡肽标样测算，单次激光脉冲消融约1皮摩尔样品，瞬时电离效率约1%。能量吸收机制分析表明，可能是部分蛋白质分子作为"牺牲基质"吸收激光能量产生光化学碎片，推动完整生物分子进入羽流。尽管水在206纳米处吸收较弱，但观测到的缓激肽氧化提示残留水可能参与光解过程。

结论

206纳米固体OPO激光LA-ESI-IM-MS技术可实现完整生物分子的高效电离，迁移行为与直接ESI无异。未来将通过优化样品台运动控制和激光烧蚀流动池设计提升信号稳定性，推动该技术在组织成像中的应用。