CN108344793B - 一种基质及其制备方法、代谢分子的质谱分析检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种基质及其制备方法、代谢分子的质谱分析检测方法，属于材料合成及质谱检测领域。所述氧化锌基质以氢氧化钠与醋酸锌为原料，通过水热法合成，条件易控，耗时短，操作简便。制备得到的氧化锌基质为星形纳米颗粒，所述星形纳米颗粒由尺寸小于2μm的剑状纳米棒组装形成，颗粒粒度均一，具有良好的紫外吸收性能，因此具有良好的帮助样品分子电离解析的性能。相比于球形纳米氧化锌基质，该星形氧化锌基质更小的背景噪声，能够去除传统基质的背景干扰和热点效应，同时具有更优异的耐盐耐蛋白特性，可用于血清等复杂的生物样品体系中。同时，检测过程中无需富集、分离等样品预处理操作，实现了代谢分子的高效、快速检测。

Description

一种基质及其制备方法、代谢分子的质谱分析检测方法
技术领域
本发明涉及材料合成及质谱检测领域，具体而言，涉及一种基质及其制备方法、代谢分子的质谱分析检测方法。
背景技术
基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)是近年来发展起来的一种新形的软电离生物质谱，主要通过对样品离子质荷比(m/z)的分析而实现对样品进行精准定性和定量分析。目前可测定生物大分子的分子量高达600KDa，由于其可检测的分子量范围大，扫描速度快，分辨率、灵敏度高，仪器结构简单等显著优点，在生命科学中的诸多前沿领域，如蛋白组学、药物分析等，均得到广泛的应用。但是，MALDI-TOF-MS也有局限：用MALDI-TOF-MS进行小分子(m/z<1000)的分析通常会受到限制。这是因为传统的有机基质如α-氰基-4-羟基肉桂酸(CHCA)及2，5-二羟基苯甲酸(DHB)等，在低质量范围内会出现大量的背景基质质谱信号，严重干扰小分子的测定。同时，这些有机基质结晶不均匀，因此在质谱检测时会产生点对点效应，导致检测结果的重复性较差。此外，对于简单的标准样品体系，MALDI-TOF-MS的检测限尚可达到10-15～10-18，但在如血清等生物样品中，大量蛋白质、盐类等干扰物的存在，极大影响了待测样品离子化效率。因此传统的基质难以满足对于小分子检测的需求，一种新形的可以用于生物体系检测，且具有一定的抗干扰和一定的耐盐性的基质材料亟待开发。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明提供了一种基质及其制备方法、代谢分子质谱分析中的应用，以部分或全部地改善、甚至解决以上问题。
本发明是这样实现的：
在第一方面，本发明实施例的提供了一种基质。
基质具有紫外吸收特性，基质包括聚集体，聚集体包括粒度均匀的多个纳米颗粒，纳米颗粒为星形结构，纳米颗粒主要由氧化锌制作而成，纳米颗粒的尺寸小于2μm。
在第二方面，本发明实施例的提供了一种如前述的基质的制备方法。
制备方法包括：
提供含有锌离子的均相碱性溶液；
使碱性溶液发生水热反应，以获得颗粒物；
将干燥后的颗粒物悬浮于液态的分散介质中。
在第三方面，本发明实施例的提供了一种代谢分子的质谱检测方法。
质谱检测方法包括：
步骤1：仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，设定信噪比大于6的质谱信号用于分析；采用脉冲电场延时提取及反射的工作方式，正离子模式进行检测；
步骤2：制备葡萄糖、甘露醇、赖氨酸等代谢分子的标准品溶液；
步骤3：将如前述之基质与标准品溶液进行复合质谱分析。
有益效果：
本发明实施例提供的上述氧化锌纳米颗粒作为基质能够对代谢小分子解析离子化效果选择性地增强。基质可用于分子量为100Da～10000Da的分子检测，包括小肽段、核苷酸单体、氨基酸、糖类、脂类或药物小分子等。
另，本发明实施例提供的基质至少具有以下的优点：
合成简便：以醋酸锌和氢氧化钠为原料的制备方法中，通过水热法合成，无需经过煅烧等工艺，条件易控，耗时短。
灵敏度提高：有效去除有机基质的背景噪声及热点效应的干扰，实现对小分子物质的精准识别。
耐盐性、耐蛋白性良好：相比于球形氧化锌纳米颗粒，能够有效排除生物样品体系中由盐类、蛋白大分子等对质谱检测产生的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例1中制备得到的星形氧化锌纳米颗粒的扫描电镜图片；
图2a是采用本发明实施例1中的基质进行质谱检测时测量所得的背景质谱图；
图2b是采用对比例1中的基质进行质谱检测时测量所得的背景质谱图；
图3a是采用试验例1中的基质对葡萄糖进行质谱检测所得的质谱图；
图3b是采用试验例1中的基质对甘露醇进行质谱检测所得的质谱图；
图3c是采用试验例1中的基质对赖氨酸进行质谱检测所得的质谱图；
图4a是对试验例1中的基质进行耐盐性处理后进行代谢分子质谱检测所得的质谱图(图中星形标记的为得到的代谢小分子的信号)；
图4b是对对比例1中的基质进行耐盐性处理后进行代谢分子质谱检测所得的质谱图(图中星形标记的为得到的代谢小分子的信号)；
图5a是对试验例1中的基质进行耐蛋白质处理后进行代谢分子质谱检测所得的质谱图(图中星形标记的为得到的代谢小分子的信号)；
图5b是对对比例1中的基质进行耐蛋白质处理后进行代谢分子质谱检测所得的质谱图(图中星形标记的为得到的代谢小分子的信号)。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本发明实施例的基质及其制备方法、代谢分子的质谱分析检测方法进行具体说明：
本发明实施例提供的基质具有紫外吸收特性。在一些示例中，基质在300～400nm的紫外线波长范围内表现出吸收特性。或者，也可以是在360～380nm的波长范围内表现出吸收特性。
基质主要含有聚集体，且聚集体含有粒度均匀的多个纳米颗粒。其中，纳米颗粒为星形结构，并主要由氧化锌制作而成。纳米颗粒的尺寸小于2000nm。例如，纳米颗粒的尺寸还可以是小于1500nm，或小于1000nm，或500nm。
更具体而言，在一些示例中，本发明实施例中所述的星形的纳米颗粒是由多个氧化锌纳米棒结合而成。例如，纳米可以是使氧化锌在一个基核上沿多个方向呈棒状地生长而成。
优选地，氧化锌纳米棒为剑状。
作为一种可选方式，在一些示例中，纳米棒的直径为100nm～200nm，优先为110～190nm，更优选为130～160nm，最优先为150～170nm。
另外，纳米棒的长度可以为1000～2000nm，优先为1050～1800nm，更优选为1200～1600nm，最优先为1500～1900nm。
本发明实施例海还提供了一种基质的制备方法，制备方法包括：
提供含有锌离子的均相碱性溶液；
使碱性溶液发生水热反应，以获得颗粒物；
将干燥后的颗粒物悬浮于液态的分散介质中。
可替代地，碱性溶液是分散有醋酸锌和氢氧化钠的水溶液。例如，水溶液通过以下方法制作而成：利用作为溶剂的水溶解醋酸锌，以获得醋酸锌溶液；将氢氧化钠均匀地分散于醋酸锌溶液中。
其中，水热反应的条件为180℃、2小时。
优选地，颗粒物是通过采用乙醇和去离子水的混合液洗涤水热反应产物而获得。
更优选地，干燥颗粒物的方法包括：在60℃条件下对颗粒物进行加热，最优选地，分散介质为去离子水。
基于以上提供的基质，本发明实施例还提供了一种代谢分子的质谱检测方法。
质谱检测方法包括：
步骤1：仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，设定信噪比大于6的质谱信号用于分析；采用脉冲电场延时提取及反射的工作方式，正离子模式进行检测；
步骤2：制备葡萄糖、甘露醇、赖氨酸等代谢分子的标准品溶液；
步骤3：将如权利要求1-4中任一项的基质与标准品溶液进行复合质谱分析。
一种可选示例，基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪采用Nd:YAG激光器，波长为355nm。质谱检测获得的数据可以采用flexAnalysis进行数据的分析处理。另外，为了减少杂质或污染对数据的可靠性的不良影响。须使用洁净的靶板，所述靶板依次用甲酸、无水乙醇、去离子水超声清洗共2小时。
发明人已知氧化锌是一种常见的半导体材料，具有较大的能带隙和激子束缚能，具有良好的紫外吸收特性，可作为电荷载流子。基于此，氧化锌作为MALDI基质逐渐得到应用，但目前其制备方法需要高温煅烧等复杂操作。同时，在低分子量检测时，其自身背景噪音仍难以忽略，并且无法排除盐类、蛋白质等干扰物的影响，极大影响了其检测的效果。
本发明实施例提供的基质，其中的星形结构的氧化锌纳米颗粒物能够对代谢小分子的电离解析性能有较好的提高作用。此外，在进行质谱检测时，其背景噪声更小，有效地避免了传统基质的背景干扰和热点效应。进一步地，其耐盐、耐碱，因此，更有利于用于血清等复杂的生物样品体系的质谱检测。更好地，采用本发明实施例提供的基质可以避免现有的基质在进行质谱检测时广泛存在的富集、分离等样品预处理操作，因此，实现了代谢分子的高效、快速检测。
以下结合实施例对本发明的一种基质及其制备方法、代谢分子的质谱分析检测方法作进一步的详细描述。
实施例1
星形氧化锌纳米颗粒基质的制备。
制备方法包括以下步骤：
步骤1：以水为溶剂，制备醋酸锌溶液；
步骤2：将氢氧化钠加入上述溶液，并在室温下磁力搅拌至溶液呈均相分散；
步骤3：将第二步中得到的混合溶液移至聚四氟乙烯衬里的不锈钢水热反应釜，并保持180℃下反应2小时，以形成星形氧化锌纳米颗粒；
步骤4：用乙醇和去离子水反复洗涤第三步中得到的所述氧化锌星形纳米颗粒，于60℃下干燥成粉末状。
基质中的纳米颗粒物通过如下方式进行表征：
表征所用的仪器：产物的尺寸和形貌表征在HitachiS-4800扫描电镜(SEM)上完成。
表征结果为：典形星形氧化锌纳米颗粒由直径范围为100nm～200nm，长度范围为1～2μm的剑状纳米棒组成，颗粒粒度均一。参阅图1。
对比例1
球形氧化锌纳米颗粒基质由上海超威纳米科技有限公司处购买，生产牌号为cw-zno-001，生产批号为20171106001。
试验例1
采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪分别对实施例1提供的基质和对比例1提供的基质进行背景检测，检测结果如图2a和图2b。仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，只有信噪比大于6的质谱信号用于分析；采用脉冲电场延时提取及反射的工作方式，正离子模式进行检测。在进行检测之前，须使用洁净的靶板，所述靶板依次用甲酸、无水乙醇、去离子水超声清洗共2小时。所述基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪为Bruker autoflex speed质谱仪，采用Nd:YAG激光器，波长为355nm。
试验例2
检测葡萄糖标准品
利用氧化锌纳米颗粒基质对葡萄糖标准品进行基质辅助激光解析电离飞行时间质谱检测的步骤如下：
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，只有信噪比大于6的质谱信号用于分析。采用Brukerautoflexspeed质谱仪，Nd:YAG激光器，波长为355nm。采用脉冲电场延时提取及反射的工作方式，正离子模式进行检测。采用flexAnalysis观察、处理、分析数据，只有信噪比大于6的质谱信号用于分析。
(2)参照实施例1制备星形氧化锌纳米颗粒。
(3)配置一系列浓度梯度的葡萄糖标准品。
(4)依次用甲酸、无水乙醇、去离子水超声清洗靶板共2小时。
(5)在干燥的靶板上点样品。
(6)氧化锌纳米颗粒在去离子水中超声震荡分散，当样品干燥后，在样品表面滴加基质混悬液，样品与基质形成二次重结晶。
(7)干燥后，用于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪分析。检测结果请参阅图3a。
试验例3
检测甘露醇标准品
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，只有信噪比大于6的质谱信号用于分析；
(2)参照实施例1制备氧化锌纳米颗粒；
(3)配置一系列浓度梯度的甘露醇标准品。
(4)氧化锌纳米颗粒与甘露醇分子进行复合质谱分析。
具体步骤与实施例1类似，此处不再赘述。检测结果请参阅图3b。
试验例4
检测赖氨酸标准品
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，只有信噪比大于6的质谱信号用于分析；
(2)参照实施例1制备氧化锌纳米颗粒；
(3)配置一系列浓度梯度的赖氨酸标准品。
(4)氧化锌纳米颗粒与赖氨酸分子进行复合质谱分析。
具体步骤与实施例1类似，此处不再赘述。检测结果请参阅图3c。
试验例5
耐盐性能检测
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，只有信噪比大于6的质谱信号用于分析；
(2)参照实施例1制备氧化锌纳米颗粒；
(3)配置葡萄糖、甘露醇、赖氨酸、精氨酸等标准品的混合溶液，与高浓度氯化钠溶液混合，并超声至溶液呈均相分散。
(4)氧化锌纳米颗粒与上一步中得到的溶液进行复合质谱分析。
具体步骤与实施例1类似，此处不再赘述。检测结果请参阅图4a和图4b。
试验例6
耐蛋白性能样品
(1)仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，只有信噪比大于6的质谱信号用于分析；
(2)参照实施例1制备氧化锌纳米颗粒；
(3)配置葡萄糖、甘露醇、赖氨酸、精氨酸等标准品的混合溶液，与牛血清白蛋白溶液混合，并超声至溶液呈均相分散。
(4)氧化锌纳米颗粒与上一步中得到的溶液进行复合质谱分析。
具体步骤与实施例1类似，此处不再赘述。检测结果请参阅图5a和图5b。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (3)

1.一种能够排除盐类和蛋白大分子影响的代谢分子的质谱分析检测方法，所述代谢分子的分子量为100Da～10000Da，其特征在于，所述质谱分析检测方法包括：
步骤1：仪器与试剂的准备：基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪，Nd:YAG激光器，波长为355nm，设定信噪比大于6的质谱信号用于分析；采用脉冲电场延时提取及反射的工作方式，正离子模式进行检测；
步骤2：制备葡萄糖、甘露醇、赖氨酸代谢分子的标准品溶液；
步骤3：将基质与所述标准品溶液进行复合质谱分析；
其中，所述基质具有300至400纳米的波长范围的紫外吸收特性，所述基质包括聚集体，所述聚集体包括粒度均匀的多个纳米颗粒，所述纳米颗粒为星形结构，所述纳米颗粒由氧化锌制作而成，所述纳米颗粒的尺寸小于2μm，星形的所述纳米颗粒由多个剑状的氧化锌纳米棒结合而成，所述纳米棒的直径为150~170nm，所述纳米棒的长度为1500~1900nm；
所述基质的制作方法包括：
提供含有锌离子的均相碱性溶液，所述碱性溶液是分散有醋酸锌和氢氧化钠的水溶液，所述水溶液通过以下方法制作而成：利用作为溶剂的水溶解醋酸锌，以获得醋酸锌溶液；将氢氧化钠均匀地分散于所述醋酸锌溶液中；
使所述碱性溶液发生水热反应，以获得颗粒物；所述颗粒物是通过采用乙醇和去离子水的混合液洗涤水热反应产物而获得；
将干燥后的所述颗粒物在去离子水中超声震荡分散；
所述步骤3包括：
依次用甲酸、无水乙醇、去离子水超声清洗靶板；
在干燥的靶板上点样品，所述样品由所述标准品溶液提供；
当样品干燥后，在样品表面滴加基质用水分散形成的混悬液，使样品与基质形成二次重结晶；
干燥后，用于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪分析。
2.根据权利要求1所述的能够排除盐类和蛋白大分子影响的代谢分子的质谱分析检测方法，其特征在于，所述水热反应的条件为180℃、2小时。
3.根据权利要求1所述的能够排除盐类和蛋白大分子影响的代谢分子的质谱分析检测方法，其特征在于，干燥所述颗粒物的方法包括：在60℃条件下对所述颗粒物进行加热。
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