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[转载]飞秒激光电离成像质谱技术

已有 662 次阅读 2024-4-30 12:31 |个人分类:自然科学|系统分类:博客资讯|文章来源:转载

原文链接:https://www.attoscience.ca/researchhighlights/attosecond-technology-fs-laser-ionization-imaging-mass-spectrometry/

飞秒激光电离成像质谱技术(fs-Laser Ionization Imaging Mass Spectrometry)是结合了超快激光技术和高精度分子识别技术的先进分析方法。质谱分析作为鉴别生物分子的强大工具,其重要性在2002年诺贝尔化学奖中得到了体现,该奖项表彰了Fenn发明的电喷雾技术和Tanaka发明的基质辅助激光解吸电离技术(MALDI),这两种技术分别使分子进入真空环境并实现电离。

显微镜技术对于医学科学而言更为关键。传统显微镜的成像分辨率受限于“阿贝极限”,大约为光波长或约0.5微米。而“超分辨成像”技术能突破这一限制,实现对小于阿贝极限十分之一特征的分辨。2014年诺贝尔化学奖即认可了超分辨显微镜技术的重要性,该奖项授予了三位开创了三种独特超分辨显微技术的科学家。

使用超短激光脉冲可以聚焦到微观光斑上,当强度足够高时,能够在空间分辨率超越阿贝极限的情况下从样品表面去除物质。进一步增加激光脉冲的强度会导致多光子电离——这是一种极其高效的电离机制,能够实现单个分子的检测。更重要的是,多光子电离是一种软电离方法,可通过调节产生主要为母离子和较少碎片,这对于质谱仪中分子的识别至关重要。在JASLab,我们开发了一种成像质谱仪,其中使用的飞秒激光脉冲不仅能够以微米级分辨率进行激光烧蚀,同时还充当质谱仪的软电离源,实现了fs-Laser Ionization Imaging Mass Spectrometry的创新应用。

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飞秒激光电离成像质谱技术(fs-Laser Ionization Imaging Mass Spectrometry)是一种先进的分析技术,它整合了超快激光技术和高灵敏度分子成像与鉴定。该技术利用飞秒(fs,10^-15秒量级)激光脉冲,这些极短脉冲能够实现极高空间分辨率的表面处理和样品分析,超越了传统光学显微镜的分辨率限制(阿贝极限)。在这一过程中,飞秒激光聚焦后照射到样品上,当激光强度达到一定阈值,可以实现激光烧蚀(ablation),即精确地从样品表面去除微小区域的材料。通过进一步提升激光强度至多光子电离阈值,可促使样品中的分子吸收多个光子能量后发生电离,形成带电的离子。多光子电离的优势在于它是一种相对温和的电离方式,能减少分子碎裂,从而在质谱分析中产生更多的母离子,这对于分子结构的准确鉴定至关重要。随后,产生的离子被导入质谱仪中进行质量分析,根据离子的质量-电荷比(m/z)来确定其身份。结合激光扫描成像技术,该系统能够以微米乃至纳米尺度的空间分辨率,提供样品表面或薄层内分子分布的详细图像信息,这对于生物学、医学、材料科学等领域中的复杂样品分析具有重大意义。因此,fs-Laser Ionization Imaging Mass Spectrometry是一种强大的工具,能够在分子水平上揭示样品的化学组成和空间分布,推进了多个研究领域的进展



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