石墨点辅助的MALDI质谱技术在小分子分析、成像、以及酶动力学研究中的应用

摘要

自1988年，基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）首次出现以来，这种质谱技术已在生物医学领域得到了广泛的应用。作为一种“软电离”技术，它具有精确度高（0.1％～1%）、检测速度快、耐高浓度的盐和缓冲液并且可以检测超过10kDa的蛋白而没有过多的碎片等优点，这些优点推进了生物大分子比如核酸，蛋白质，多肽的研究进程。但是，在MALDI-MS（基质辅助激光解吸电离质谱）中，传统有机基质存在决定性的问题（高背景噪声）导致在分析小分子方面几乎没有进展。同时有机基质倾向于形成随机分布的不同尺寸的晶体（几十微米量级），降低了信号的重现性。本论文主要描述了石墨点（GDs）辅助的MALDI质谱检测技术以及它的应用：
　　首先，通过一种电化学腐蚀的方法来制备获得了高结晶化的GDs，随后调节优化了GDs的表面化学官能团。它具有独特的性质：超小的尺寸（<10nm），高度结晶化的晶体，良好的水溶性，强化学惰性，良好的生物相容性，强紫外吸收和独特的光化学性质。本论文对石墨点的这些性质进行了详细的表征，并且发现GDs的这些性质保证了它可以成为一种出色的MALDI基质。实验结果证明它不仅拥有非常好的解吸电离能力，而且在低分子量范围（m/z<700），对比于传统基质它的背景也非常的干净。同时通过GDs辅助的MALDI检测方法实现了小分子电离效率的提高，因此可以做到高灵敏的去检测不同种类的小分子（m/z<700）。借助GDs基质成功实现了中药提取液中具有生物活性的一系列寡糖小分子的检测，并且通过串联质谱对其进行了分析。接下来，应用GDs辅助的MALDI方法研究了葛根素在小鼠体内的代谢行为，实现了直接对血液样品的分析。并且首次通过MALDI质谱成像技术观察到葛根素及其代谢物在小鼠组织切片中的分布情况。
　　其次，本论文发展了一种新方法，使其在改变酶活性的同时检测酶动力学。通过改变GDs的表面官能团来调节脂肪酶（PL）的活性，结果表明GDs与酶复合后，可能会影响酶的结构变化，表面官能团的比例和含量不同，对酶结构的影响也不同，从而导致酶的催化活性发生变化。同时，GDs本身也可以作为基质进行MALDI-MS检测分析，所以GDs和脂肪酶的复合体既起到了催化的作用同时也提供了一种新的脂肪酶的活性检测手段（MALDI-MS），这种技术相比于传统的检测手段，检测速度提高了几十倍，同时可以实现大通量，高灵敏的检测，并且可以做到同步检测反应物、产物和中间反应物。通过使用石墨点提供了一种强有力的新技术手段来研究混合催化体系中的酶学问题。
　　综上所述，本论文工作包含了GDs的制备，GDs表面官能团的调节优化，对纳米材料的各种表征，以及发展了GDs辅助的MALDI质谱技术并将其应用到实际样品中的小分子的检测/成像和酶动力学方面的研究。这些研究成果极大的拓宽了MALDI-MS的应用范围，为其在生物医学领域开出新的疆土。同时GDs基质展现出的这些优异性能，推动了一些跨学科领域，比如代谢组学，多通路组织成像和酶反应动力学的进一步发展。

目录

声明

第一章 绪论

1.1生物质谱简介

1.2 生物小分子

1.3用于检测小分子化合物的MALDI基质

1.4 脂肪酶的酶活性调节和酶动力学检测方法

1.5 本研究课题的提出

参考文献

第二章 石墨点作为基质进行MALDI分析检测

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 结论

参考文献

第三章 通过高催化活性的石墨点进行酶活性调控和实时快速检测酶活反应

3.1引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 结论

参考文献

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2前景展望

硕士期间发表的论文

致谢