一种单原子锰掺杂Ti3C2纳米材料自支撑膜、制备方法及其辅助的活体曲面质谱成像方法与流程

本发明涉及质谱检测，特别是涉及一种单原子锰掺杂ti3c2纳米材料自支撑膜、制备方法及其辅助的活体曲面质谱成像方法。

背景技术：

1、体表皮肤的汗液成分没有血清、血浆或尿液复杂，便于采集，能够更灵敏的提供代谢标志物的信息，不同皮肤部位分泌的小分子物质，例如氨基酸、葡萄糖等可以作为人体某些代谢性疾病的代谢标志物，具有重要的研究意义，受到越来越多的关注。由于缺乏原位高灵敏的代谢物提取方法和检测手段，目前皮肤表面的代谢物研究仍然停留在从人体表面提取组织进行侵入性活检研究的阶段，极大的限制了其研究进展。

2、质谱(mass spectrometry,ms)因其灵敏度高、特异性好、检测动态范围宽等优势，已成为代谢组学研究中最常用的分析工具。目前，针对代谢物进行的代谢组学研究最常用的是液相色谱-质谱联用技术(hplc-ms)、气相色谱-质谱联用技术(gc-ms)，其结合了质谱和色谱的优势，具有高选择性和高灵敏度，能够提供相对分子质量与结构信息的优势结合起来，在药物分析、食品分析和环境分析等许多领域得到了广泛的应用。但是对样品前处理通常需要组织匀浆、代谢物提取等处理过程，严重破坏了代谢物在组织中的实际空间分布。质谱成像(mass spectrometry imaging,msi)是一种新型的结合质谱分析和影像可视化的分子成像技术，能够在微观水平上定位各种生物组织的各种代谢物及空间分布信息。相对于其他成像方法，质谱成像具备无需特异性标记、不需复杂样品前处理、分子检视特异性高等优点，这为微量化学信号的原位表征带来了新契机。

3、作为目前发展最为成熟的质谱成像技术，基质辅助激光解吸电离质谱成像技术(maldi-msi)可以在数微米的空间分辨率下实现组织中分子的原位分析，在生物、医学领域具有十分重要的作用。maldi-msi可以显示目标分子在组织切片中的位置，从而为医学诊断和治疗提供依据。然而，目前的maldi-msi研究方法大部分只能使用优化好的冰冻组织切片进行研究，实验过程无法连续检测活体生物以及曲面位置的代谢物原位分布，进而在皮肤代谢物的研究中存在很大的应用局限性。因此，开发一种无损的采样方式和高灵敏度、高通量的分析方法对活体曲面代谢物的原位研究至关重要。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是基于新型mn@ti3c2纳米二维材料自支撑膜的优异吸附性、柔韧性和光电性能，结合质谱成像技术的可视化原位分析优势，建立高分辨活体、曲面质谱成像空间代谢组学分析新方法。从人体指纹和面部皮肤开展活体曲面质谱成像代谢组学研究，揭示其时空动态变化规律。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、第一方面，本发明提供了一种高导电性薄膜、柔韧性好的新型mn@ti3c2纳米材料自支撑膜，在合成ti3alc2时原位掺杂mn；所制备的自支撑膜可以原位可视化分析皮肤的代谢物。

4、第二方面，本发明提供的单原子锰掺杂ti3c2纳米材料自支撑膜的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)以ti，al，c，mn元素为原料经过球磨混匀，在ar保护的作用下加热得到mn@ti3alc2粉末；

6、(2)使用hf对mn@ti3alc2进行刻蚀，除去al原子，使用dmso对多层的mn@ti3c2溶液进行剥离，使之变成单层的mn@ti3c2；

7、(3)将单层mn@ti3c2溶液加入抽滤瓶内，打开真空泵进行抽滤，将滤纸抽出后干燥得到mn@ti3c2自支撑膜。

8、进一步的，所述步骤(1)中ti，al，c，mn的摩尔比分别为3：1.2：0.1：2，升温速率为10℃/min，升温至1500℃，保温5h。

9、进一步的，所述步骤(2)中刻蚀步骤为：将mn@ti3alc2粉末缓慢加入到50％ hf溶液中，在室温下连续搅拌24h，反应结束后，用超纯水清洗所得到的悬浮液，放入离心机离心8次，每次5min，转速设置为4000rpm，直到最后溶液的ph大于或等于6；将离心后的沉淀物溶解在dmso中，在氩气保护下连续搅拌24h，然后将溶液进行离心处理1h，转速设置为5000rpm，收集上清液。

10、进一步的，所述步骤(3)进行抽滤的mn@ti3c2溶液体积为5ml，浓度为10mg/ml，抽滤时间20-30min。

11、第三方面，本发明所提供的单原子锰掺杂ti3c2纳米材料自支撑膜在小分子化合物检测中的应用。

12、本发明提供所述的mn@ti3c2自支撑膜新基质，对指纹、面部皮肤进行质谱成像空间代谢组学分析，包括以下步骤：

13、(1)指纹样品制备：将右手食指涂上普鲁卡因标准品粉末，左手食指为空白对照，随后采用直接冲压法将两组指纹分子同时压印在mn@ti3c2薄膜上，通过ldi-msi技术直接检测mn@ti3c2薄膜；

14、(2)下巴和脸颊皮肤样品制备：分别在志愿者的脸颊和下巴区域随机选择两个矩形，将两片mn@ti3c2薄膜紧紧贴在这两个选定的区域上；

15、(3)前额皮肤样品制备：在志愿者额头上选取一个矩形，用喷瓶将2％二氢杨梅素溶液均匀地喷洒在矩形的1/2区域上，另1/2区域为空白对照，将与矩形面积相同的mn@ti3c2薄膜粘贴在选定区域上；

16、(4)maldi质谱成像分析检测，所检测的质荷比为100～1000，maldi质谱成像分析时的样品扫描分辨率为100μm。

17、进一步的，步骤(1)中印迹时间为10min。

18、进一步的，步骤(2)中下巴和脸颊皮肤取样时间为10min。

19、进一步的，步骤(3)中使用二氢杨梅素每隔2min喷一次，喷5次，共3ml，喷涂二氢杨梅素与再次取样间隔时间为2h。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、(1)本发明设计了一种单原子掺杂ti3c2，制备了新型mn@ti3c2纳米材料，并首次用于ldi-msi。

22、(2)与传统基质相比，本发明利用新型mn@ti3c2纳米材料建立的ldi-ms方法具有较高的峰值强度和较低的背景噪声，可用于检测内源性小分子代谢物和外源性抗癫痫药物，检测结果重复性好，线性关系良好，可用于定量分析。

23、(3)本发明打破了活检和传统冷冻组织切片的局限，探索了人体指纹和面部皮肤上的代谢物的原位空间分布，开发了活曲面活体质谱成像的方法。

技术特征：

1.一种单原子锰掺杂ti3c2纳米材料自支撑膜，其特征在于：在合成ti3alc2时原位掺杂mn；所制备的自支撑膜可以原位可视化分析皮肤的代谢物。

2.根据权利要求1所述的一种单原子锰掺杂ti3c2纳米材料自支撑膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中ti，al，c，mn的摩尔比分别为3：1.2：0.1：2，升温速率为10℃/min，升温至1500℃，保温5h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中刻蚀步骤为：将mn@ti3alc2粉末缓慢加入到50％hf溶液中，在室温下连续搅拌24h，反应结束后，用超纯水清洗所得到的悬浮液，放入离心机离心8次，每次5min，转速设置为4000rpm，直到最后溶液的ph大于或等于6；将离心后的沉淀物溶解在dmso中，在氩气保护下连续搅拌24h，然后将溶液进行离心处理1h，转速设置为5000rpm，收集上清液。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)进行抽滤的mn@ti3c2溶液体积为5ml，浓度为10mg/ml，抽滤时间20-30min。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的单原子锰掺杂ti3c2纳米材料自支撑膜在小分子化合物检测中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，对指纹、面部皮肤进行质谱成像空间代谢组学分析，包括以下步骤：

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：步骤(1)中印迹时间为10min。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：步骤(2)中下巴和脸颊皮肤取样时间为10min。

10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：步骤(3)中使用二氢杨梅素每隔2min喷一次，喷5次，共3ml，喷涂二氢杨梅素与再次取样间隔时间为2h。

技术总结
本发明公开了单原子锰掺杂Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;纳米材料自支撑膜、制备方法及其辅助的活体曲面质谱成像方法。与传统有机基质DHB、CHCA相比，Mn@Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;表现出低背景干扰，耐盐性和蛋白耐受性好，稳定性和准确性高、检出限和定量限更低的优势。其次以可弯曲、高吸附性的Mn@Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;自支撑膜辅助LDI‑MSI提高了分子的覆盖率和分辨率，原位检测到皮肤的乳酸、肌醇、氨基酸、辅酶等代谢物，实现了从微观尺度原位、非入侵性地揭示代谢的时空动态变化机制。这项发明对发掘用于疾病诊断的生物标志物有重要的意义，为其它活体曲面部位的代谢机制研究提供了理论指导和技术支撑。

技术研发人员：马春霞,王晓,孙成龙,梁伟强
受保护的技术使用者：山东省分析测试中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16