质谱正离子模式分子量

安徽理工大学力学与光电物理学院副教授吴宏伟团队，针对声学系统中速度矢量场的矢量特性和分布调控展开理论研究和实验观测，实现了速度场的斯格明子模式分布和局部调控，有效拓展了操控矢量场的途径，为未来实现高速、高密度声波信息存储和传输提供了更多调控自由度。相关研究成果日前发表于《应用物理快报》。 实验观测声学斯格明子模式的局部调控 安徽理工大学供图斯格明子最早是由英国物理学家Tony Skyrme在高能物理中提出的一种拓扑孤立子。近些年，人们在不同物理系统（包括玻色爱因斯坦凝聚、磁性材料、光学系统等）中观察到了斯格明子模式，并发展衍生出各式各样的斯格明子分布，这种特殊的矢量场分布有望代替传统的计算机硬盘，实现超紧缩的数据存储器。 “声波作为经典波之一，在日常生活、生产中起到重要作用。借助于声学超构材料设计，构造特殊声波的速度场分布可以实现对声波传输操控，以推动声波在生物医学、传感检测以及信息传输与存储方面的应用。”吴宏伟向《中国科学报》介绍。近年来，斯格明子模式由于其特殊的实空间拓扑保护性和巨大的应用前景，使其成为不同物理分支中研究的热点和前沿方向。然而，与光学这种矢量场相比，声波过去一直被认为是无旋标量场。直到最近，人们才认识到声学系统中结构声场可以产生有旋速度场矢量。因此，在声学系统中研究速度场的斯格明子模式分布，不仅对实际的声波信号传输和存储具有重要意义，对认识声波的矢量特性也具有一定科学价值。吴宏伟团队率先在声学领域开展斯格明子模式研究，设计了阿基米德螺旋线型的亚波长超结构，实现了局域型声学斯格明子模式，实现对声波信号的数据存储。研究发现，这种螺旋结构不仅可以支持多频率的斯格明子模式，而且具有易激发和样品制作简单等优点。“我们研究发现，这种物理机理来自于超结构表面的沟槽对声波产生了一种束缚作用，形成具有高传播波矢的声学表面波，进而在结构表面干涉产生特殊的声速矢量场的分布。”吴宏伟说。传统的斯格明子模式按照矢量场分布类型，通常可以分为Néel型、布洛赫型、反型斯格明子等，这些类型的斯格明子模式具有固定的矢量场分布特征。为进一步操控斯格明子模式的矢量场分布，课题组在前期工作的基础上，进一步提出一种梯度超结构方案，实现Néel型斯格明子模式内部矢量场的局部调控，产生紧缩或扩张矢量场分布。通过3D打印实际下凹、平整、和上凸的样品，从实验上实际观测到了斯格明子模式的紧缩、平缓和扩张的速度场分布。这种斯格明子模式内部局部操控的方法不仅对Néel型模式，对其他类型的模式也具有同样的调控作用，并且依然保持了斯格明子模式的拓扑保护性。研究结果有效拓展了操控矢量场的途径，为调控速度矢量场分布提供了更多的自由度。审稿专家认为：“作者在声学领域提出了一种全新的方法，产生Néel型的斯格明子，并通过实验观测到了斯格明子模式的局部操控以及拓扑保护特性，在声波信息传输与存储方面有着重要意义。”

简介作为一种成像技术，磁共振成像（MRI）广泛应用于日常临床诊疗中。为了在检查过程中增强对比度，可以使用几种不同的造影剂。由于五个或七个不成对电子具有出色的顺磁性，因此最常使用Fe3+、Mn2+或Gd3+。因游离形态的Gd3+具有毒性，此探针与氨基羧酸一起作为复合物给药。大多数钆造影剂（GBCA）是全身分布的，一些靶向特异性GBCA也正在研究中。图1 Gadofluorine P的结构Gadofluorine P是一种靶向造影剂，对富含胶原蛋白的细胞外基质（ECM）具有高亲和性，ECM在发生心肌梗塞（MI）时分泌。多模式生物成像技术能够可视化靶向造影剂的分布。使用激光剥蚀与电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）以高空间分辨率在元素水平上生成定量图像，而基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）用于在分子水平上验证研究结果，提供更多分布信息，例如磷脂或血红素b的分布。材料和方法动物实验此项动物实验在明斯特大学医院临床放射学研究所Moritz Wildgruber教授的研究小组进行。使用诱导心肌梗塞六周的小鼠，注射照影剂Gadofluorine P后进行MRI检查。小鼠被处死后，取出心脏并快速冷冻。用冷冻切片机制备厚度为10μm的切片。标准品制备对于LA-ICP-MS分析，用明胶制备基体匹配标准品，用于外标 校正。明胶（10%w/w）添加9种不同浓度，范围为0至5000 μg/g Gd。另制备了厚度为10μm的标准品切片。样品制备对于MALDI-MS成像分析，将切片放置于氧化铟锡（ITO）涂层的载玻片上。先用升华法涂敷α-氰基-4-羟基肉桂酸（CHCA）至组织表面，然后用500μl水和50μl甲醇混合溶液喷雾于组织表面2.5分钟进行再结晶。分析条件对于LA-ICP-MS分析，使用Tygon管，将ICPMS-2030与激光剥蚀系统LSX-213 G2+（Teledyne CETAC）连接，此系统配有HelEX II池和波长为213nm的Nd-YAG激光。氦气用于剥蚀池的冲洗和传输。ICP-MS 2030配有镍采样锥和截取锥。在碰撞模式下，31P、57Fe、66Zn、158Gd和160Gd的积分时间为100ms条件下进行测量。每种标准品的标准曲线使用了10个浓度水平进行分析，并且同样的条件下分析了样品（表1）。表1 LA-ICP-MS的实验条件MALDI-MS分析使用了配有离子阱-飞行时间（IT-TOF）质谱分析仪iMScope TRIO。选择正离子模式，质量范围为m/z 700到1200。其他实验条件列于表2中。基质使用iMLayer升华20分钟。表2 MALDI-MS的实验条件结果LA-ICP-MS用基体匹配标准品进行的外标法定量分析结果显示，在高达5000μg/g的浓度范围内存在良好的线性关系，相关系数R2为0.997。采用15μm光斑尺寸时，基于158Gd的检测限（LOD）为43ng/g Gd，定量限（LOQ）为140ng/g Gd（根据Boumans[1]算出）。图2 小鼠心脏组织切片的H&E染色图2所示为连续切片的苏木精伊红染色结果，检测出心肌梗塞的区域（以黑线标出）。图3 两个连续切片的显微图像（a.和b.）；经LA-ICP-MS测定的Gd定量分布（c.）；Gadofluorine P的配体分布（d.）；配体结构及理论峰值（青色条）、MALDI-MS测定峰值（黑线）（e.）图3所示为两个连续切片的显微图像（a.和b.）。使用LA-ICP-MS（c.），检测到健康心肌中Gd的均匀分布，平均浓度约为50μg/g。梗塞区的Gd浓度高两倍，约为110μg/g，最高值可达370μg/g。由于静脉注射造影剂的作用，心室中也存在较高浓度的Gd。这些分布可以通过MALDI-MS成像进行验证（d.）。该实验中，只能检测到Gadofluorine P的质子化配体，而不是完整的复合物（e.）。结果显示，主峰m/z 1168.39的质谱成像图与LA-ICP-MS检测的Gd分布具有良好的相关性。在心机梗塞和心室区发现了分子探针的最高强度，而健康心肌则显示出低而均匀的强度。结论 该应用表明，元素选择性（LA-ICP-MS）和分子选择性（MALDI-MS）成像技术的组合是可视化心机梗塞后小鼠心脏组织中靶向钆造影剂分布的有力工具。通过LA-ICP-MS技术实现了高空间分辨率和定量，并通过MALDI-MS在分子水平上验证了其分布。参考文献[1] P.W.J.M.Boumans, Spectrochimica Acta 1991, 46 B, 641-665.文献题目《Gadofluorine P多模式生物成像分析用于小鼠心肌梗塞研究》使用仪器岛津iMScope TRIO作者Rebecca Buchholz1、Fabian Lohofer2、Michael Sperling1,3、Moritz Wildgruber4、Uwe Karst11 明斯特大学无机和分析化学研究所 2 慕尼黑工业大学放射学研究所3 明斯特欧洲物种分析虚拟研究所（EVISA） 4 明斯特大学医院临床放射学研究所声明1、本文不提供文献原文。2、所引用文献仅供读者研究和学习参考，不得用于其他营利性活动。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

p　　这里所指离子源包括离子发生和导入两部分，这是质谱技术领域最活跃的部分，国内外都开发了许多实用技术，最值得关注的是“离子漏斗技术(Ion Funnel)”，它大幅度提高了离子聚焦效率从而提高了灵敏度。离轴导入技术在质谱仪器中所占比例越来越高，是降低信号噪音的第一道关键技术，目前早已不是简单的“Z-Spray”一种技术了，各种角度、各种喷头均已成功融入到离子源中。/pp　　各种基于“解吸喷雾离子化(DESI)”思路的离子源技术非常活跃，国内外均开发了多种技术和产品，其中部分技术国内还具有知识产权，获得了国家重大专项的支持，值得进一步大力进行产业化开发。/pp　　“可调气氛离子源”是个非常出色的创意，它把大气压下的电喷雾离子源封闭起来且通入不同类型的反应性气体，然后设计合理的气路进行“气聚焦”，可实现特殊目标，该技术是华人学者在国际上首次推出，经实验验证，技术确实可行。在某些情况下可改善信噪比，对于需要“源内裂解”的应用，该技术非常有优势。但还有不少问题需要深入研究，包括既要反应性又要避免高反应性给图谱带来复杂性等。/pp　　离子产生方面，涵盖了“电场电离法“、“光电离法”以及“热电离法”，是否还会出现更多形式的电离技术，值得深入研究。/pp　　高效化、灵活化、专用化、简便化，是离子源重点考虑的性能，还有许许多多技术需要攻克。离子化效率一直是提高质谱灵敏度的瓶颈，如果能把正离子模式下可能产生的负离子或中性粒子尽可能“原位(in situ)”转化成正离子，可以预期灵敏度将极大提高。质谱相关的诺贝尔奖获得项目提示，离子源是最代表质谱核心技术的领域，也是最可能出现原始创新的技术。/pp style="text-align: right "本文作者为蛋白质药物国家工程研究中心魏开华研究员/p