表面辅助激光解吸/电离质谱（SALDI-MS）作为一种新兴的质谱技术，因其能够有效解决传统基质辅助激光解吸/电离质谱（MALDI-MS）中遇到的大多数基质相关问题，如背景干扰和分子碎片化，而在小分子质谱检测和成像中展现出广阔前景，从而实现对小分子代谢物及脂质的高效检测和成像。然而，目前大多数SALDI技术的基础研究和应用几乎完全依赖于纳秒激光，对于飞秒激光在SALDI中的应用和作用机制研究较少，导致内在的基本原理尚不清楚。传统ns-SALDI主要依赖激光诱导的热驱动过程，往往导致分析物的高碎片化和纳米材料相关背景干扰，限制了其痕量分析和成像性能。与之相比，飞秒激光具有超短脉冲宽度，能够在极短时间内传递能量，有望实现更温和、更高效的解吸/电离过程，减少分子碎片化，提高检测灵敏度和成像分辨率。
厦门大学杭纬课题组长期专注于新型质谱离子源与超快激光电离机理方面的研究（Nat. Protoc., 2023, 18, 2558-2578; J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 21648-21656; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 17864-17871; 2019, 58, 4541-4546; Sci. Adv., 2017, 3, eaaq1059）。针对这些挑战，该课题组研制了基于飞秒激光的表面辅助解吸/电离质谱仪器平台（fs-SALDI-MS）。结果表明，fs-SALDI在减少分子碎片化、降低检出限、减少样品消耗以及提高成像分辨率等方面均优于ns-SALDI。利用fs-SALDI技术实现了对指纹中痕量药物残留的高灵敏度（~ amol级）检测和成像，以及鼠脑组织中脂质的高空间分辨质谱成像，展示了其在法医学和生物医学领域的巨大应用潜力。
基于此，课题组首次提出了fs-SALDI的库仑场驱动解吸/电离机制，填补了超快飞秒激光在 SALDI 离子化过程中的理论空白，开创了分子电离/成像的新理论新范式。通过飞秒激光激发纳米材料表面等离子体共振（SPR），在极短时间内实现热电子和空穴分离，进而产生库仑爆炸，最终通过库仑吸引作用实现分析物的电离，避免了传统ns-SALDI技术由于热诱导产生的分子碎片化和背景干扰，提升了药物分子的电离效率 1 ~ 2 个数量级。未来，随着更多新型纳米材料的开发和应用，fs-SALDI技术的性能有望进一步提升，为超痕量物质检测和高空间分辨率质谱成像开辟新的道路。
该工作在厦门大学杭纬教授和深圳先进光源研究院殷志斌副研究员的共同指导下完成，实验部分主要由博士研究生章珩（第一作者）完成，罗京楷、张琪、许逸翥等参与了论文的研究工作。该研究工作得到国家自然科学基金（项目批准号：22027808, 22474080, 21974116）的资助和支持。
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Coulomb Field-Driven Desorption/Ionization by Femtosecond Laser for Mass Spectrometry Detection and Imaging
Heng Zhang, Jingkai Luo, Qi Zhang, Yizhu Xu, Zhibin Yin*, and Wei Hang*
J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.4c18652
殷志斌副研究员简介
殷志斌，副研究员。分别于2013年和2018年获得厦门大学学士学位和博士学位（导师：杭纬教授），2018年入选“博新计划”。长期围绕质谱仪器研制及单细胞成像应用开展研究，自主研制了四台基于激光离子源的飞行时间质谱仪。已发表学术论文56篇，以第一/通讯作者（含共同）在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.（入选 Hot Paper 及 Back Inside Cover）、ACS Nano、Anal. Chem.（4篇）、TrAC-Trends Anal. Chem.等期刊发表34篇，授权国家发明专利9项。主持国自然面上项目和青年项目等国家及省部市级项目9项。先后入选广东省科协青年科技人才培育计划、广东省博士博士后100位创新人物、广州市青年科技人才托举工程、深圳市高层次人才计划等。 担任《Atomic Spectrometry》期刊编委、广东省分析测试协会质谱专委会委员等。
杭纬教授简介
杭纬，厦门大学特聘教授，1994年于厦门大学获得博士学位，后分别在美国University of Florida和美国Los Alamos 国家实验室从事博士后和研究员工作，2005年就职于厦门大学化学化工学院化学系。研究领域是新型离子源和质谱仪器研制和前沿应用。截止目前，已发表 SCI 论文近200篇，主要发表在Nat. Protoc.、Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Mass Spectrom. Rev.、Anal. Chem.和Trends in Anal. Chem.等杂志，获授权发明专利6项，参与撰写三本著作。现任《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》编委、《Spectrochimica Acta Part B-atomic Spectroscopy》顾问编委、《Atomic Spectroscopy》副主编、《光谱学与光谱分析》副主编、《质谱学报》副主编，主持过多项国家重大科研仪器研制项目、国家基金委仪器专项项目、国家自然科学面上基金、“863”国家高科技研究发展计划项目、福建省重点项目、美国能源部项目、美国国土安全部项目、美国疾病防治中心项目、美国Los Alamos 国家实验室项目等20余项。
