近日，廈門大學化學化工學院杭緯教授課題組與斯坦福大學Richard Zare教授課題組合作，在高空間分辨率質譜成像技術研究上取得進展，相關成果以“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，被廣泛應用于多種質譜成像技術，并形成了成熟的商品化儀器，如MALDI-MS， LA-ICP-MS， LA-ESI-MS等。但由于光學衍射極限、透鏡像差以及需要較長的光學聚焦距離等限制，使用激光采樣的質譜成像的空間分辨率始終局限在微米級別，這使得激光質譜很難在微納樣品的分析中發(fā)揮作用?，F(xiàn)在少有的高空間分辨激光質譜成像技術大多依賴于復雜且昂貴的光束整形設備或近場光學技術，很難形成普適性的方法并推廣至更多的激光質譜成像平臺。

在兩個國家自然科學基金重大科研儀器研制項目（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，最優(yōu)空間分辨率可達300 nm，并與實驗室自行搭建的質譜平臺相結合，成功獲取了抗癌藥物在單細胞內的分布和轉移過程（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)有的技術提高了至少一個數(shù)量級，并進行了單細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確重構還原藥物在單細胞內的三維分布（J. Am. Chem. Soc.2021，143， 21648-21656），空間分辨率可達500 nm。斯坦福大學的Richard N. Zare課題組將微透鏡光纖與商品化儀器平臺相結合，將現(xiàn)有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一個數(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是一種通用性、普適性強、經(jīng)濟可靠的高空間分辨質譜成像新手段，可以與現(xiàn)有的激光質譜成像平臺相結合，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顯微鏡，無需標記且無通道數(shù)量限制，有望在單細胞化學、藥物代謝以及納米材料等多個領域發(fā)揮重要作用。 該工作是在杭緯教授和斯坦福大學Richard Zare教授共同指導下完成的，廈門大學為第一通訊單位。第一作者為2021屆博士生孟一凡（已畢業(yè)，現(xiàn)斯坦福大學博士后）。

研究工作得到國家自然科學基金（項目批準號：21974116，22027808）等資助。

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