質譜成像技術（MSI）是基于質譜發展起來的一種分子成像新技術。MSI通過直接掃描生物樣本，可以同時獲得多種分子的空間分布特征，具有免熒光標記、不需要復雜樣品前處理等優點，已經成為基礎醫學、藥學、微生物學等研究領域關鍵技術之一。

解吸電噴霧電離質譜成像（DESI-MSI）是目前較廣泛采用的常壓成像技術。這種方法將霧化溶劑液滴吹掃組織切片表面，使待分析物溶解并發生電離，離子進入質譜接口進行檢測。這種方法的最好空間分辨在50微米左右，可進行原位檢測，在法醫鑒定、病理分析、代謝物分析等領域得到了諸多應用，主要缺點是有極性歧視和較強的離子抑制，不適于所有的待測物體系。

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中國科學技術大學國家同步輻射實驗室副研究員潘洋團隊一直致力于同步輻射光電離質譜技術研究，并在實驗室部署下，以生命科學和能源化學前沿問題為導向，發展了一系列實驗技術和手段。近日，該團隊發展了一種基于DESI的二次光電離質譜成像技術（DESI-PI-MSI），并和中國科大生命科學學院教授熊偉合作，對模式動物小鼠的腦、脊髓等組織切片進行質譜成像研究。該研究成果以Imaging of polar and nonpolar species using compact desorption electrospray ionization/post-photoionization mass spectrometry 為題，5月22日以封面文章形式發表在分析化學領域期刊Analytical Chemistry (2019, 91, 6616-6623)，并申請了發明專利。

圖1 DESI-PI-MSI裝置工作原理圖

DESI-PI-MSI技術的關鍵是在DESI噴霧裝置后引入一套光電離系統和高效離子傳輸管道（圖1），可通過開、關光電離源，實現對多種極性和非極性組分的高靈敏度空間成像。
研究表明，在正離子模式下，DESI-PI-MSI可將小鼠腦切片中的肌酸、膽固醇和GalCer脂質的檢出限提高2個數量級以上；在負離子模式下，谷氨酰胺和部分脂質靈敏度也可提高數倍。
此外，對于一些極性較強的神經遞質和脂質，DESI-PI-MSI同樣可以實現靈敏度的顯著提高，從而為生物標志物的高靈敏度探測和藥物代謝精確成像研究奠定了基礎（圖2）。
在現有裝置上，副研究員潘洋團隊還進一步設計了可用于同步輻射質譜成像的差分抽氣系統和離子傳輸管道，以利用同步輻射高亮度和能量連續可調的特點，進一步提高光電離質譜成像的應用范圍，拓展同步輻射的應用領域。目前新的系統已經安裝和調試完畢，達到設計要求。

圖2 負離子模式下DESI-MSI和DESI-PI-MSI獲得小鼠腦組織切片質譜和成像圖

該研究工作得到科技部、基金委和中科院合肥大科學中心的支持。