近日，廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院杭緯教授課題組與斯坦福大學(xué)Richard Zare教授課題組合作，在高空間分辨率質(zhì)譜成像技術(shù)研究上取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Microlensed fiber allows subcellular imaging by laser-based mass spectrometry”為題發(fā)表于Nature Protocols （Doi：10.1038/s41596-023-00848-1）。

激光作為最常用的采樣工具之一，被廣泛應(yīng)用于多種質(zhì)譜成像技術(shù)，并形成了成熟的商品化儀器，如MALDI-MS， LA-ICP-MS， LA-ESI-MS等。但由于光學(xué)衍射極限、透鏡像差以及需要較長的光學(xué)聚焦距離等限制，使用激光采樣的質(zhì)譜成像的空間分辨率始終局限在微米級別，這使得激光質(zhì)譜很難在微納樣品的分析中發(fā)揮作用。現(xiàn)在少有的高空間分辨激光質(zhì)譜成像技術(shù)大多依賴于復(fù)雜且昂貴的光束整形設(shè)備或近場光學(xué)技術(shù)，很難形成普適性的方法并推廣至更多的激光質(zhì)譜成像平臺。

在兩個(gè)國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目（21427813，22027808）的支持下，杭緯教授課題組在2020年首次研發(fā)出了基于微透鏡光纖的激光采樣技術(shù)，最優(yōu)空間分辨率可達(dá)300 nm，并與實(shí)驗(yàn)室自行搭建的質(zhì)譜平臺相結(jié)合，成功獲取了抗癌藥物在單細(xì)胞內(nèi)的分布和轉(zhuǎn)移過程（Angew. Chem. Int. Ed.2020， 59， 17864-17871）。

通過將微透鏡光纖與商品化的ICP-MS相結(jié)合，課題組將LA-ICP-MS的空間分辨率提高至400 nm，相比于現(xiàn)有的技術(shù)提高了至少一個(gè)數(shù)量級，并進(jìn)行了單細(xì)胞和小鼠小腸組織的成像分析（ACS Nano2021，15， 13220-13229）。

通過引入157 nm的后電離激光和基于嵌入式均勻圓形聚苯乙烯微球的三維定位方法，微透鏡光纖帶來的高空間分辨能力可用于準(zhǔn)確重構(gòu)還原藥物在單細(xì)胞內(nèi)的三維分布（J. Am. Chem. Soc.2021，143， 21648-21656），空間分辨率可達(dá)500 nm。斯坦福大學(xué)的Richard N. Zare課題組將微透鏡光纖與商品化儀器平臺相結(jié)合，將現(xiàn)有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一個(gè)數(shù)量級（Anal. Chem.2022，94， 10278-10282）。

相比于現(xiàn)有的成像方法，課題組提出的微透鏡光纖技術(shù)是一種通用性、普適性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)可靠的高空間分辨質(zhì)譜成像新手段，可以與現(xiàn)有的激光質(zhì)譜成像平臺相結(jié)合，大大提升成像的分辨率和精確性。

該成像方法就像一臺化學(xué)顯微鏡，無需標(biāo)記且無通道數(shù)量限制，有望在單細(xì)胞化學(xué)、藥物代謝以及納米材料等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 該工作是在杭緯教授和斯坦福大學(xué)Richard Zare教授共同指導(dǎo)下完成的，廈門大學(xué)為第一通訊單位。第一作者為2021屆博士生孟一凡（已畢業(yè)，現(xiàn)斯坦福大學(xué)博士后）。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目批準(zhǔn)號：21974116，22027808）等資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41596-023-00848-1