基于MALDI的质谱成像技术（MALDI-MSI）可以在无标记的前提下，对化合物在生物组织切片中空间分布进行研究。目前研究的热点主要集中在生命科学，药物研发，疾病病理研究等领域，质谱成像分析的化合物也主要以多肽、蛋白和各种药物及其代谢物为主。相对而言，MALDI-MSI技术在工业领域中的研究还相对较少。此次介绍的文章即是通过表层质谱成像技术（SL- MALDI-MSI），分析合成材料表面的聚合物在各种因素作用下发生的变化。
表层质谱成像技术（SL- MALDI-MSI）通过将升华后的基质和阳离子试剂覆盖在材料的表面后进行分析，可以实现2nm的分析深度。为了证明方法的有效性，对经过污染、遮蔽、磨损和溶解的PMMA薄膜进行了分析。
薄膜的制备
PMMA （~ 7 kDa），购自Polymer Source Incorporated；PS （~ 6 kDa），由Akon大学合成，利用旋转涂膜的方式进行涂膜。
基质和离子化试剂的升华
基质和阳离子试剂在90℃下升华3-4 h。使用双面透明胶带，将样品贴在冷凝器部分。DHB（2,5-二羟基苯甲酸）和DCTB（反-2-[3-（4-叔丁基苯基）-2-甲基-2-丙烯基]丙二腈）为基质，NaTFA（三氟乙酸钠）和AgTFA（三氟乙酸银）为阳离子盐。
被污染的PMMA薄膜表面分析
用聚二甲基硅烷将熔融的PS冲压在PMMA薄膜表面，模拟污染表面，然后进行冷却，使冲压材料玻璃化(图1A)。在PMMA膜的整个表面升华一层DHB基质和NaTFA盐，并对样品进行成像。成像结果显示，被PS冲压区域没有显示任何PS或PMMA的信号(图1)。
被遮蔽的PMMA薄膜表面分析
将透明胶带贴于表面，然后旋转涂摸PMMA薄膜。旋涂后，移除胶带，以确保没有PMMA沉积。成像之前，将DCTB和NaTFA升华至整个薄膜表面。成像结果显示了透明胶带移除后，PMMAn（n=50-72）薄膜的位置（图3）。
被摩擦的PMMA薄膜表面分析
将UA （University of Akron）标志及袋鼠吉祥物进行划痕或激光蚀刻到PMMA薄膜上，并对薄膜进行成像。由机械划痕或激光蚀刻造成的薄膜表面印记清晰可见，该图像显示了PMMAn寡聚物(n = 50-72，绿色)的强度总和（图4）。要获得更清晰的SL-MALDI-MS图像，使用了具有更高空间分辨率的rapifleX MALDI-TOF/TOF质谱仪，与Ultraflex-III MALDI-TOF/TOF质谱仪相比，可以获得更好、更均匀的信号(图4B与图4D&F)。
被溶解的PMMA薄膜表面分析
在PMMA薄膜上旋转涂膜PS薄层，并将产生的薄膜暴露于环己烷中，来模拟材料表面的溶解。采用DCTB为基质，NaTFA、AgTFA混合物为阳离子化试剂。结果显示，AgTFA的离子化效果更好（图5），用绿色表示 [PMMA + Ag]+信号，紫色表示[PS + Ag]+信号。
测试结果正如预期，正己烷作为一种非极性的溶剂，只能溶解非极性的PS，而不能溶解PMMA, 所以成像结果显示，正己烷清洗后可以看到PMMA的信号（图6B、6D，绿色），而PS信号出现在正己烷没有清洗的部分（图6C、6D，紫色）。此外，通过测试每一个像素点位置的组成和信号强度，可以明确的定义清洗表面和未清洗表面之间的界面(图6E)。
总结
在这项研究中，SL-MALDI-MSI技术作为一种新颖的、高灵敏度、高特异性的方法， 可以实现材料表面的成像分析。第一次采用将基质和阳离子化试剂升华至样品表面的方式来实现聚合物的成像。
参考文献:
1. Surface Layer Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Mass SpectrometryImaging: A Surface Imaging Technique for the Molecular-Level Analysis of Synthetic Material Surfaces
Kevin J. Endres, Jacob A. Hill, Kuan Lu, Mark D. Foster, and Chrys Wesdemiotis
Analytical Chemistry 2018 90 (22), 13427-13433
DOI:10.1021/acs.analchem.8b03238
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