| 单词 | 基体辅助激光脱附电离 |
| 释义 | 【基体辅助激光脱附电离】 拼译：rnaytrix－assisted laser desorption iionigation 基体辅助激光脱附电离简称MALDI，又称基体辅助激光解析电离，是20世纪80年代末才发展起来的一种新的有机大分子电离技术。随着生命科学特别是基因工程学的迅速发展，人们特别需要一种能快速、准确和灵敏地测定蛋白质、多聚肽等生物大分子分子量的技术。目前基体辅助激光脱附电离法能在几秒中内测定生物大分子的分子量高达20多万Dal，只需样品两个微微摩尔，并由于这项技术所需的激光能量很低，生物大分子电离后产生的碎片又少，使得对混合样品的测量成为可能。 基体辅助激光脱附电离技术是通过基体材料对激光的吸收、激发，然后从固体表面脱附出来，同时将分散在基体中的被分析有机大分子带出。这些有机大分子在气相中通过质子化转移反应成为完整的分子离子，通过离子透镜进入时间飞行质谱仪或其它类型的质谱进行质量分离，最后被离子探测记录下来。这项技术的关键是基体材料的选择，要求基体材料易气化，易溶解于水，在所用的激光波长上有很大的吸收系数。一般基体材料与被分析样品的摩尔比在1000∶1。1987年之前，用激光脱附法测得的有机分子分子量最多只能到1500，再大点的分子就极易被激光打碎，使得测定完整大分子的分子量非常困难。1987年9月，在德国举行的第4届有机固体离子形成会议上，会议负责人本明霍文(Benninghoven)宣读了由日本塔拿卡(Tanaka)递交的一篇论文。论文上的质谱图表明塔拿卡能够用激光脱附技术测到具有很大分子量的有机分子，但文章并没有说明用什么样的离子源，也没有详细说明离子产生的方法。直到以后人们才知道他们是用紫外激光作为样品的脱附光源，用蛋白质作为分析物，与一种液体和金属粉均匀混合在一起制成样品。这篇文章在会议上引起很大的轰动。与此同时，德国希莱凯普(F．Hillenkamp)和卡提斯(M．Karas)也已开展这项工作。1988年8月，在法国举行的国际质谱会议上，他们宣布了他们的实验结果。他们找到一个较理想的基体辅助材料氮苯酸(Nicotinic Acid)。氮苯酸－［3］在常温下具有很低的蒸气压，易溶解于水，易升华，并且在他们所用的4倍频钇铝石榴石激光器的波长上有很大的吸收系数。他们把氮苯酸－［3］和蛋白质按一定比例溶解于水，然后取几点这种混合液在金属样品架上，干燥后放入真空样品室，将激光聚焦在样品上进行脱附电离，产生的离子进入反射式飞行时间质谱仪进行质量分离。他们观察到信噪比很高、信号很强的蛋白质质谱峰，测得的蛋白质分子量为25000，并且他们用的蛋白样品很少，只有1微微摩尔，说明此方法很灵敏。以后，希－卡方法成为国际上用基体辅助激光脱附电离的主要方法。1989年后，许多人致力于寻找合适的基体材料。到目前为止，至少已有300多种材料被研究过，但能应用的不超过10种。这方面工作比较突出的是当时在美国洛克菲勒大学工作的比弗斯(R．C．Beavis)和蔡特(B．T．Chait)。他们用胰岛素作为被分析的有机大分子，对几十种有可能作为基体辅助材料的分子进行了研究。他们用水和乙醇混合液(1∶1)溶解胰岛素和基体材料，一般的浓度是每升水乙醇混合液溶解0．1g胰岛素和5～10g的基体材料，然后取1的混合溶液进行分析。最后他们发现4种比氮苯酸好的基体辅助材料，其中用得最广的是芥子酸(Sinapinic Acid)。这种基体特别适用于分子量大于1万的生物分子。他们已测得的最大蛋白质分子量达11．6万，质谱的分辨率也从原来的几十上升到几百。尤其值得一提的是他们第1次用这种技术测得大分子负离子质谱，使得MALDI应用变得更为广泛。以后，又有一些很好的基体材料被发现，如2，5－双羟基苯甲酸(2，5－Dihydroxybenjoic Acid)等。1993年，美国麻省理工学院的比曼(K．Biemann)又发现2－(4－羟基联苯胺)甲酸是一个非常好的基体辅助材料，与目前其它基体材料相比较，它对分子的辅助效率高，即灵敏度高；样品应用时间长，一般在同一个样品点上，激光打几百次后，样品峰也不会明显下降，并可测到的大分子分子量高达25万。基体辅助激光脱附电离技术，在实验中已取得很大的成功，但对它的机理研究还处于初始阶段，有许多工作有待于进行。目前已有一些科学家提出几个模型和理论，其中有弗特斯(A．Vertes)的均匀瓶颈模型(Momogeneous Bottleneck Models，1990)、约翰逊(R．E．Johnson)的压力脉冲模型(Pressure Pulses Models，1991)、比弗斯(R．C．Beavis)的喷射膨涨模型(Jet Expasions Models 1991)和德国的希莱凯普等提出的光化学电离模型。希莱凯普的理论最引人注目。他们提出的机理是：基体分子吸收到光子后激发到激发态，一部分被激发的基体分子失掉一个电子形成正离子自由基，而另一部分与未被激发的基体分子碰掉而得到电子成为负离子自由基。这些正负离子自由基又进行光化学反应，得到或失去氢离子，最后与被测的大分子进行质子转移电离反应，正基体自由基离子把氢离子转移到大分子上，使之成为正准分子离子；而负基体自由基离子从样品分子中得到氢离子，使之成为负准分子离子。这个模型能解释质谱图上出现的极大部分质谱峰。但目前还没有很强有力的实验证明之，除非能把脱附和电离过程分开进行研究。目前，基体辅助激光脱附电离还处于迅速发展阶段，发展的焦点主要集中在以下3方面：(1)对基体辅助激光脱附电离理论的研究 这个问题不是一下子能解决的，需要大量的实验证明和技术改进而逐步了解。(2)对基体辅助激光脱附电离质谱仪进行技术改进 具体的是改进系统样品靶和探测器的离子透镜，提高它的质量分辨率和灵敏度；或者改进质谱仪系统，使之小型化、商品化。这方面工作较有成就的是美国华盛顿大学的约翰斯彻(K．Jonscher)等人，他们发展了基体辅助激光脱附四极电离陷阱质谱仪(Matrixassisted Laser Desorption－Ouadrupole Ion Trap Mass Spectrometer)，他们已能用这种质谱仪探测到分子量为26000的蛋白质。此方法的特点是仪器体积小，造价低，具有很高的质量分辨率，其质谱峰的半宽度可达到6000。(3)对基体辅助激光脱附电离技术在生物化学和基因工程学中应用的研究。人们已用这种技术测到分子量为4万的DNA，最近1000个核酸组成的DNA完整分子离子也能被这种电离技术脱附电离出来。但还有许多问题有待解决，如当用桑格(Sanger)方法将一个链型的DAN分子分解成4组具有不同断尾的碎片时，要考虑到溶液组成对MALDI的影响。另外，在测量这些碎片时，怎样选择最佳基体材料和样品制备方法及质量的标定等问题也有待解决。还有，为了使大分子的分子量测得更加准确，质量分辨率有待进一步提高。可以预见，随着质谱仪分辨率和探测器灵敏度的提高及新的基体材料的发现，基体辅助激光脱附电离技术将进入新的发展和应用阶段。【参考文献】：1 Tanaka K.Ido Y. Akita S.Yoshida T.Yoshida Y. Proceedings of the Second Japan-China Joint Symposium on Mass Spectrometry, Usaka .Japan ,19872 Karas M.Bachman D.Bahr U.Hillenkamp F M. atrix - assi-stedutralvoilet desorptiom of nkn-volatile compounds. Int. J Mass Spectrom. Ion Proc,1987,78:53-683 Beavis R CChaut B T. Cinnamic acid derivatives as matices for ultraviolet laser desoption mass spectrometry of proteins. Rapid communications in Mass Spetrometry, 1989 3(12):4324 Vertes A,Gijbels R. Homogeneous bottleneck model of matrix- assised ultraviolet laser desorption of large'moleules. Rapid Commumications in Mass Spetrometry, 1990. 4 (6) : 228～2335 Karas M.Bahr U and Giebmann U. Matrix-assised ultraviolet laser desorption ionization mass spectrometry. Mass Spectrometry Reviews ,1991,10:335～3576 Beavis R C. Matrix - assisted ultraviolet laser desorption; Evolution and principles. Organic Mass Spectrometry, 1992,27:653-6597 Ehring H.Karas M.Hillenkamp. F. Role of photoionization and photochemistry in ionization processes of organic molecules and relevance for matrix - assisted laser desorption ionization mass spectrometry, Organic Mass Spectrometry, 1992,27 :472～4808 Juhasz P.Costello C E.Biemann K. Matrix -assisted lasar desorption' ionization mass spectrometry with 2 - ( 4 - Hydroxyphenylazo) benzoic acid matrix J Am Soc Mass Spectrom,1993,4:399～4099 Karen Jonscher,Graeme, Ashley L. McCormack, Kohn R. Yates, III, Matrix -assisted Laser Desorprion of Peptides and Proteins on Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry, Rapid Communications in Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry, Rapid Communications in Mass Spectromtry,1993,7:20～2610 Wu K J.Steding A.Becker C H. Matrix - assisted laser desorption time - of - flight mass spectrometry of oligomucleotides .using 3 - Hydroxpticolinic acid as an ultravoilet - sensitive matrix. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 1993,7 :142 -146(英国格拉利哥大学郑伟杰博士撰) |
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