一种用于质谱检测的新型纳米芯片及其制备与应用的制作方法

本发明涉及质谱检测领域，尤其涉及一种用于质谱检测的新型纳米芯片及其制备与应用。

背景技术：

质谱分析(MS)是一种测量离子质荷比(质量-电荷比)的分析方法。它通过电离源将生物分子转化为气相离子，然后利用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值(m/z)的离子分离开来，经过离子检测器收集分离的离子，确定离子的而z值，再通过数据检索来分析鉴定未知分子。质谱用于生物分子鉴定精度高、分析时间短，可同时处理许多样品。基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)就是近年来涌现出的一种成功地用于生物分子质谱分析的软电离技术。

MALDI-MS由Tanaka等于1988年率先提出，该方法的成功之处是在质谱检测中引入了基质(Matrix)。基质在MALDI-MS中发挥着吸收、传递激光能量、分散样品分子并使其离子化等作用，同时辅助基质还解决了非挥发性、热不稳定性的生物大分子在MS中的解吸离子化问题，使生物大分子能被成功检测。同时该方式有着诸多独特的优点：首先，MALDI灵敏度及效率都很高，即使只有极少的样品也可进行分析；第二，允许样品中的杂质有一定的含量；第三，样品制备简单，数据获得迅速。目前MADLI技术已经应用于口腔癌、肺癌和子宫癌等疾病生物标志物的发现以及组织成像的研究中。但在实际应用中，MALDI存在对低丰度的生物分子检测灵敏度较低，低分子量的生物分子的检测信号信噪比低，且会出现基质分布不均匀现象等缺点。同时基质的引入也导致了低分子量区域内基质峰的存在，因而极大的限制了该方法在小分子分析中的应用。综上所述，一种高灵敏度、快速、免基质的新型纳米芯片亟待开发。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种用于质谱检测的新型纳米芯片，可以克服传统MALDI-MS的不足，直接分析生物样品例如血清中的分子，包括小分子，能够对血清成分等进行定性和定量的分析。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种用于质谱检测的纳米芯片，纳米芯片的底层为SiO₂颗 粒，SiO₂颗粒的粒径不大于1μm，颗粒粒度均一，SiO₂颗粒具有光滑表面；纳米芯片的表层为金属，且金属的表面粗糙。

进一步地，上述SiO₂颗粒的粒径范围为50nm～1μm。

进一步地，上述金属包括金、银、铂、钯、铝、铁、钛、铜、锌、镍、铬、钼、锡和钡。

进一步地，金属的颗粒的粒径范围为5nm～100nm。

本发明还提供了一种用于质谱检测的纳米芯片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：通过经典的Stober方法合成粒径为50nm～1μm的SiO₂颗粒；

步骤2：使用溶胶提拉方法将上述SiO₂颗粒均匀地分布在载玻片表面；

步骤3：利用磁控溅射仪将金属均匀地铺在步骤2中得到的载玻片表面。

本发明还提供了一种用于质谱检测的纳米芯片在生物样品检测中的应用，包括以下步骤：

步骤1：仪器与试剂的准备：激光解析电离质谱仪，正离子检测且只采用信噪比大于10的信号并用于分析，点样仪；

步骤2：根据上述方法制备纳米芯片；

步骤3：制备生物样品，将生物样品按不同比例稀释后通过移液枪或点样仪点样在纳米芯片上，室温下干燥；

步骤4：分析质谱检测结果，得出结论。

进一步地，生物样品点样体积为0.5nL-1μL。

进一步地，生物样品包括标准品小分子、血清、尿液。

进一步地，对生物样品的稀释倍数小于等于10000倍。

进一步地，检测的分子量范围是小于等于10000Da。

本发明的优点在于：

本新型纳米芯片成本低，可以大批量制作。

可以一定程度上排除其他生物分子的干扰，选择性的检测特定生物分子，且避免了基质带来的强背景噪声。

芯片重现性好，高耐盐性；样品点与点之间的重复性良好，且在高盐的情况下依旧能高效的离子化目标分析物。

生物样品检测预处理简单，易于操作。

用量极少：选择合适的稀释比例情况下，只需要极少的样本用于检测，极大促进了生物样品库微型化的进展。

整个过程快速高效：整个检测过程，只需要几分钟就可以得到最后的检测结果。

以下将结合附图对本发明作进一步说明，以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。

附图说明

图1为本发明较优实施例中制备得到的纳米芯片的截面SEM表征图片；

图2为葡萄糖标准品的质谱检测结果(葡萄糖峰值：m/z 203[M+Na]⁺)；

图3为血清的质谱检测结果(葡萄糖峰值：m/z 203[M+Na]⁺)。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行进一步描述。

用于质谱检测的新型纳米芯片制备包括以下步骤：

步骤1：通过经典的Stober方法合成直径50nm～1μm的SiO₂溶胶：将体积比为2：50：2的水、乙醇、氨水搅拌均匀后，再加入体积比为3的正硅酸四乙酯继续搅拌6～8小时。

步骤2：把步骤(1)得到的SiO₂溶胶稀释，将清洗后的载玻片浸入其中并进行提拉，得到带有SiO₂颗粒涂层的载玻片。

步骤3：利用磁控溅射仪将金颗粒均匀的铺在步骤2得到的载玻片表面，即得到用于质谱检测的新型纳米芯片。

芯片的表征：

表征所用仪器有：透射电镜JEOL JEM-2100F；扫描电镜Hitachi S-4800；接触角测试EasyDrop。

表征结果为：

通过SEM表征可以到SiO₂纳米颗粒粒径分布均一。根据DLS的测量，SiO₂颗粒的分散系数为0.06，表明颗粒具有很好的溶解性和稳定性。接触角测试结果为114.5°，证明该材料具有较好的疏水性表面。最后通过SEM图像可以看出，溅射金属后的SiO₂粒子表面有尺寸小于100nm的纳米颗粒，该结构及其表面特性都有利于增强待检测分子的质谱信号。

以下的几个应用实例有利于说明该新型纳米芯片在质谱检测中的应用。

实施例1：该芯片用于葡萄糖标准品的检测

(1)仪器与试剂：AB 5800MALDI TOF激光解析电离质谱仪(反射模式，正离子检测)，Millipore Milli-Q system纯水仪，GeSiM点样仪。

(2)将待检测的葡萄糖样品按0-10000倍稀释。

(3)在该新型纳米芯片上点样并在室温下干燥。

(4)葡萄糖分子采用质谱分析。

结果示于图2。

实施例2：该芯片用于赖氨酸标准品的检测

(1)仪器与试剂：AB 5800MALDI TOF激光解析电离质谱仪(反射模式，正离子检测)，Millipore Milli-Q system纯水仪，GeSiM点样仪。

(2)将待检测的赖氨酸样品按0-10000倍稀释。

(3)在该新型纳米芯片上点样并在室温下干燥。

(4)进行质谱分析。

实施例3：该芯片用于血清中小分子的定性检测

(1)仪器与试剂：AB 5800MALDI TOF激光解析电离质谱仪(氮激光器，波长355nm，反射模式，正离子检测)，Millipore Milli-Q system纯水仪，GeSiM点样仪，Data Explore软件，OriginPro 2015软件。

(2)将血清按按0-10000倍稀释。

(3)将稀释后的血清点样在该新型纳米芯片上，用于检测。

(5)分析得到的质谱结果。

结果示于图3。

本发明中的纳米芯片可实现生物分子在质谱分析上的定量及定性检测；且在质谱分析时不会出现采用传统基质检测时带来的强背景噪声及不均质性，因而可以更有效检测样品中的小分子，获得更好的分析效果。该芯片有较好的耐盐性，适用于实际生物样品快速、并行、高效检测。本芯片制备方法简单，时间短且经济成本低，可批量化生产，因而具有较好的应用前景，值得推广应用。

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。