一类面向表面辅助激光解吸离子化质谱的二维基底的制作方法

本发明属于免基质质谱分析领域，具体涉及一类面向SALDI(表面辅助激光解吸离子化)质谱的二维基底。

背景技术：

基质辅助激光解吸离子化(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization，MALDI)自发明以来被广泛用于多肽、蛋白等生物大分子及细胞、组织的分析鉴定，曾获2002年诺贝尔化学奖。然而MALDI中的基质对样品含盐量较苛刻，且对低荷质比区的分析物信号有严重干扰。因此，开发能够媲美MALDI离子化效率的免基质基底具有重要意义，其基本设计思路是利用基底表面的微观结构与激光发生耦合并吸收部分光能，然后转移给样品分子帮助其解吸和离子化，称为表面辅助激光解吸离子化(Surface Assisted Laser Desorption/Ionization，SALDI)。

目前SALDI基底主要可分为碳基材料(石墨颗粒、富勒烯、碳纳米管等)、纳米颗粒材料(锗、金、银、铂、硅、氧化钨、二氧化钛等)和微表面结构(多孔硅、硅或铝的亚微米线、柱、井等)。针对激光解吸离子化(LDI)过程的假说包括激光诱导热解吸附(Laser Induced Thermal Desorption)、激光诱导表面融化(Laser Induced Surface Melting)、内能转化(Internal Energy Transfer)、气体膨胀爆破(Gas Expansion)等。美国加州大学Wei J.及合作者首先在Nature上报道了硅基解吸离子化技术，他们用电化学腐蚀硅片得到的多孔硅替代了MALDI中的基质靶，验证了DIOS对于150-12000Da的各类分子，以及饱和盐溶液和缓冲液都能有效检测。吉林大学吕男教授课题组利用光刻蚀技术制备了有序的硅纳米锥阵列，实验发现激光吸收效率跟基底微结构相关，增加比表面积可提升吸收率，但能量耗散也随之增强。德国Kraus T.及合作者制备了有序亚微米硅孔阵列并用作SALDI基底，发现其背景噪声较低。这些研究结果从不同层面证实了微结构与激光的耦合有利于主动提高光吸收、转化效率。

本发明涉及一类面向SALDI的二维基底，利用激光在二维微结构中的局域化效应来增强基底对样品的解析效率。

技术实现要素：

技术问题：本发明为一类面向表面辅助激光解吸离子化质谱的二维基底，上述二维基底可检测的分析物一般为核酸、核苷酸、多肽、蛋白质、糖类、脂类、合成聚合物、代谢产物、药物、环境水样、土壤提取物等。

技术方案：本发明是一类面向表面辅助激光解吸离子化质谱的二维基底，该二维基底表面分为若干区域，每个区域包含二维微结构的阵列，其排列方式为矩形阵列，不同区域内的二维微结构相同或不同；样品直接附载于基底，基底表面的二维微结构与激光耦合，吸收并转移激光能量到待测分析物分子，使之脱附并裂解成带电荷的分子碎片。

所述的二维基底选用单晶硅，电阻率为0.001～100Ω·cm。

所述的二维微结构尺寸为50nm～20μm，其尖端或狭缝间距为20～100nm。

所述的的二维微结构，其表面蒸镀银、金、铂、钯、铜中的一种或几种，厚度为10～100nm。

所述的激光为纳秒脉冲激光，脉冲能量峰值0.01～100mJ，脉宽1～10ns，频率1～100Hz，波长集中在紫外区或近红外区。

有益效果：针对上述二维基底的激光为纳秒脉冲激光，脉冲能量峰值0.01～100mJ，脉宽1～10ns，频率1～100Hz，波长集中在紫外区(如337nm、355nm)或近红外区(如1064nm)。

上述二维基底可检测的分析物一般为核酸、核苷酸、多肽、蛋白质、糖类、脂类、合成聚合物、代谢产物、药物、环境水样、土壤提取物等。

本发明不使用基质，样品直接附载于基底，基底表面的二维微结构与激光耦合，吸收并转移激光能量到待测分析物分子，使之脱附并裂解成带电荷的分子碎片。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明面向SALDI质谱的二维基底，其中有单晶硅基主体11，基底表面的一个区域12，基底表面的第二个区域13。

图2为图1中的第二个区域13对应的二维微结构的阵列，其中有二维微结构21，单晶硅基主体22。

图3为图2中的一个二维微结构单元21，其中有凸出平面的微结构主体31，单晶硅基底平面32，两个靠近的尖端形成的热点区域33。

图4为4尖端二维微结构单元。

图5为8尖端二维微结构单元。

图6为16尖端/狭缝二维微结构单元。

图7为单尖劈二维微结构单元。

图8为单楔二维微结构单元。

图9为单狭缝二维结构单元。

图10为半盲单狭缝二维结构单元。

图11为T形狭缝二维结构单元。

图12为十字形狭缝二维结构单元。

图13为双圆狭缝二维结构单元。

具体实施方式

本发明是一类面向SALDI质谱的二维基底，该二维基底表面分为若干区域，每个区域包含二维微结构的阵列，其排列方式为矩形阵列，不同区域内的二维微结构相同或不同；样品直接附载于基底，基底表面的二维微结构与激光耦合，吸收并转移激光能量到待测分析物分子，使之脱附并裂解成带电荷的分子碎片。

所述的二维基底选用单晶硅，电阻率为0.001～100Ω·cm。

所述的二维微结构尺寸为50nm～20μm，其尖端或狭缝间距为20～100nm，使用聚焦离子束或电子束刻蚀加工。

所述的的二维微结构，其表面蒸镀银、金、铂、钯、铜中的一种或几种，厚度为10～100nm。

所述的激光为纳秒脉冲激光，脉冲能量峰值0.01～100mJ，脉宽1～10ns，频率1～100Hz，波长集中在紫外区(如337nm、355nm)或近红外区(如1064nm)。

所述的分析物一般为核酸、核苷酸、多肽、蛋白质、糖类、脂类、合成聚合物、代谢产物、药物、环境水样、土壤提取物等。

以下结合具体实施例进一步说明。应理解，该实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据实际情形进形调整。

实施例1免基质二维平面基底用于饮品中食品添加剂检测

图2示意地显示了一种双尖端微结构阵列基底，其中二维微结构21采用双尖端微结构单元，是利用聚焦离子束刻蚀得到的两个等腰直角三角形，斜边长度为500nm，其表面分别蒸镀10nm的钛和40nm的金，两个尖端的间距为30nm。将超市购买的矿泉水、汽水、红酒、奶制品等饮品萃取浓缩后，分别取10μL后滴加在二维基底的双尖端微结构阵列上，自然晾干。选用355nm的纳秒激光器，其脉冲峰值能量为50μJ，脉宽3ns，频率10Hz。选用常压敞开式进样方式，利用四极杆质谱分析仪，积分时间50ms，分别跟踪常见食品添加剂，以及三聚氰胺、苏丹红等非法添加剂在各类饮品中的含量。

实施例2免基质二维平面基底用于生物检测

图4示意地显示了一种4尖端二维微结构单元，它利用聚焦离子束刻蚀得到的4个等腰直角三角形，斜边长度为500nm，其表面分别蒸镀10nm的钛和40nm的金，两个尖端的间距为30nm。本实施例中的样品加载及实验条件与实施例1中的类似。

为简化表述，图5至图13中对应的每种二维微结构单元，都采用与本实施例中类似的工艺进行制备，样品加载及检测条件与本实施例1中类似。