电喷雾/光化学电离质谱成像源(DESI/PI)用于极性与非极性物质原位成像

应用领域：神经科学；病理学；植物代谢组学；

‌前言

本实验采用的电喷雾/光化学电离质谱成像源(DESI/PI)，利用氪真空紫外灯二次电离，在常压条件下实现组织切片中极性、非极性生物分子同步成像，解决传统DESI对非极性化合物电离效率低、离子抑制效应显著的问题。该检测方法无需基质、无需复杂样品前处理，中性分子信号强度可提升2个数量级，适用于动物脑组织、植物鲜叶两类样品，为神经科学、临床病理、植物活性物质的研究提供全新表征手段。

‌实验材料与方法

仪器：电喷雾/光化学电离质谱成像源(DESI/PI)、Agilent 6224高分辨率飞行时间质谱仪；

样品：小鼠脑组织切片、茶树鲜叶切片；

喷雾溶剂：甲醇/甲苯/甲酸（体积比70:30:1）

 图1  DESI/PI实验装置示意图

 结果与结论

1、小鼠脑组织切片成像

正离子模式下普通DESI仅胆碱、磷脂酰胆碱信号突出，神经递质、中性脂质几乎无响应；DESI/PI可同步检出GABA、谷氨酰胺、谷氨酸、肌酸、腺苷等神经小分子，肌酸信号提升200倍，胆固醇、半乳糖神经酰胺等非极性脂质清晰成像，主要分布在小脑白质与胼胝体。

 图2 分别以甲醇/甲苯/FA（v:v:v=70:30:1）为溶剂的DESI/PI和以甲醇/FA（100:1）为溶剂的DESI对全脑组织切片（背景减除）的平均质谱图，以及一些代表性物种的成像结果。

负离子模式中DESI可检出PE、PE-O、PS类脂质，DESI/PI可单独实现谷氨酰胺、谷氨酸、己糖神经酰胺可视化，PE、PE-O离子产率提升数倍，PI、硫脂信号小幅降低，两种检测模式信息互补。

 图3  DESI/PI和DESI在负离子模式下获取的脑组织切片两片的平均质谱图（减去背景）（A）。使用甲醇/甲苯（v:v=7:3）作为溶剂。脑组织的质谱成像图（B）。

2、茶树鲜叶组织成像

茶多酚非极性较强，传统DESI电离效率差，图谱主峰仅为磷酸胆碱，咖啡因信号微弱；DESI/PI模式下咖啡因信号提升200倍，可原位成像表儿茶素、ECG、EGCG等中性黄烷醇，热不稳定鞣质特征碎片可在m/z272.07、289.07稳定检出。

图4 以甲醇/甲苯/FA（v:v:v=70:30:1）为溶剂的DESI/PI和以甲醇/FA（100:1）为溶剂的DESI分别在正离子模式下获得的茶树连续两个新鲜叶茎横截面的平均质谱图（减去背景）。

结论

电喷雾/光化学电离质谱成像源(DESI/PI)，可自由切换DESI、DESI/PI两种工作模式，常压无基质检测，无需组织漂洗、化学衍生，避免内源代谢物流失与分子空间位置偏移；采用低成本氪灯替代激光电离源，结构紧凑，可适配主流商用质谱设备。该技术可作为MALDI质谱成像的互补手段，在神经基础研究、药物分析、肿瘤手术边界判别、植物次生代谢物空间分布检测领域具备良好应用价值。

参考文献

[1] Chengyuan Liu, Keke Qi, Lei Yao, Ying Xiong, Xuan Zhang, Jianye Zang, Changlin Tian, Minggao Xu, Jiuzhong Yang, Zhenkun Lin, Yongmei Lv, Wei Xiong*, and Yang Pan*, Imaging of polar and nonpolar species using compact desorption electrospray ionization/post-photoionization mass spectrometry, Analytical Chemistry, 2019, 91, 110, 6616-6623