基质辅助激光解吸电离（MALDI）是一种高效的“软”电离质谱技术，基于该技术的MALDI质谱在已经成为生物分析化学中不可或缺的工具之一。但是由于传统的MALDI基质在低分子量范围内（m/z < 500）会产生大量的碎片离子，严重干扰小分子物质的测定。因此，限制了MALDI质谱这种高通量、高灵敏的质谱分析方法在生物活性小分子检测、代谢组学分析、小分子质谱成像等许多重要领域的应用。
在国家然科学基金委、中科院和化学所的共同支持下，我室聂宗秀课题组的陈素明博士等在新型MALDI质谱基质的开发及小分子分析应用方面取得系列研究进展。他们通过设计筛选，发现萘乙二胺有机盐可作为MALDI 质谱分析小分子的新基质（图1）。该基质对紫外光有强的吸收，保证较好的电离效率；背景信号干净，可以分析小分子；可以工作在负离子模式，有较好的灵敏度；高耐盐性，可以工作在饱和NaCl的盐溶液中进行分析检测；还具有高选择性，不同物质可以选择不同的酸根离子，比如氯离子有很好的耐盐性，硝酸根离子有很高的灵敏度，该基质为各种体液的活体分析提供了基础。使用该基质，采用同位素内标法，对大鼠在不同生理条件下，比如，安静、缺血和再灌注等，脑脊液中葡萄糖含量进行直接测定，并得到了葡萄糖的定量分析结果（Anal. Chem. 2012, 84, 465-469.）。他们还合成了有机盐-硝酸萘乙二胺基质，可以对爆炸物、五氟苯甲酸、尿酸和抗坏血酸等小分子进行质谱分析，对葡萄糖检出限可以达到500amol。使用源后解离方法，可以对多糖的结构进行解析（J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2012, 23, 1454-1460.）。进而他们开发了盐酸萘肼新基质，该基质在小分子区域内没有杂峰干扰。利用该基质，对人工尿液中的黑尿酸和血浆中的葡萄糖进行了定量分析（Clin. Chim. Acta 2013, 420, 94-98.）。
图1 利用盐酸-萘乙二胺基质对鼠脑透析液中葡萄糖进行定量分析
他们还根据布朗斯特-劳里酸碱理论，设计合成了一种适用于胺类小分子分析的MALDI新基质2,3,4,5-四(3’,4’-二羟基苯基)噻吩（DHPT，图2）。与传统基质相比，该基质在低分子量范围内（< 500 Da）无背景干扰，可以高灵敏地分析氨基酸、维生素、苯胺类等各种碱性胺类小分子。该基质是第一个能在正离子模式下有效应用的有机小分子基质。利用该基质，成功分析了尿样中的小分子代谢物，并对肌酐进行了定量分析。该基质有望在生物组织质谱成像和代谢组学研究中得到广泛应用（Anal. Chem. 2012, 84, 10291-10297）。
图2 适用于胺类小分子分析的MALDI新基质2,3,4,5-四(3’,4’-二羟基苯基)噻吩
碳纳米点是碳材料家族的新成员，由于其优异的发光性质，在光谱分析中得到了广泛了的应用。聂宗秀课题组发现具有高效的吸光性能碳纳米点可以用作新型MALDI基质，而其在低质量范围内较低的背景信号不会干扰小分子的分析（图3）。进一步的研究发现，该碳纳米点基质可以同时在正负离子两种质谱模式下工作，而且碳纳米优良的水溶性使其与其它碳材料基质相比具有更高的灵敏度。应用该基质，实现了氨基酸、寡肽、中性寡糖、β-兴奋剂、脂肪酸、聚合物等小分子的MALDI质谱分析。利用同位素内标方法，还成功实现了血清中葡萄糖和尿样中尿酸的定量分析，具有潜在的临床应用价值（Anal. Chem. 2013, 85, 6646−6652.）。
图3 可以同时在正负离子两种质谱模式下进行分析的碳纳米点基质
