高通量纳电喷雾-质谱分析微流控液滴样品

微流控芯片

液滴微流控技术可以在互不相溶的载体相中产生fL-µL大小的样品液滴，进行高通量离散样品操作。微液滴具备样品消耗量小，传热快，混合迅速等优点，适用于于筛选、生物鉴定等多个领域。对于微液滴内容物检测，光学方法因易于偶联目前最为常用，但该方法依赖具有光学响应的标记或者反应。质谱由于具备混合物定性、定量分析的能力而无需标记，成为光学检测的取代选择。偶联电喷雾质谱（ESI）与微液滴促进了神经科学等领域的高通量质谱研究。但是ESI与生物基质不兼容，需要样品前处理，其100µm内径的喷雾针也无法与pL尺寸小液滴匹配。

纳电喷雾质谱（nESI-MS）则具有低流量和小口径喷雾针（1-50 µm）的特点，电离效率和基质兼容性均优于ESI，可直接用于复杂样品，但通量较低（<2 sample/min）。因此，结合nESI与液滴微流控的技术具备高通量和直接样品分析能力的潜力。此前报道展示了nESI分析微液滴的可行性，但未实现高通量分析。本文中，作者搭建了nL/min的微流控装置并优化了与nESI连接部分，实现超过20,000复杂样品液滴的持续稳定分析，并用于酶催化反应监测，展示了微液滴-nESI-MS对pL-nL尺度生物样本的高通量分析能力。

在装置搭建阶段，作者采用T-junction结构产生微液滴并直接与喷雾针相连检测。使用粗（>0.5 mm o.d.）进水管时，在低于1 µL的流速下作者观察到不规则质谱信号。该装置的流动不稳定主要来自于粗进水管和垂直接口导至的空气进入和管路晃动。改用平行接口可稳定流速，更换细口径（20µmi.d. 150 µm o.d.）石英玻璃管平行接入则可完全消除空气进入问题。另外，选用细管路的高柔韧性也能减少装置内晃动，并增大其与泵相连入口压降稳定流速。为消除水滴与石英玻璃管粘连，作者用Rain-X处理了出水管和喷雾针内表面。最终，作者实现20 nL/min流速下稳定产生小至65pL的液滴。

总的来说，作者实现了微流控芯片与nESI连接的65 pL-1.2nL微液滴的直接质谱检测，可高通量分析大量样品（> 104 sample/h），并成功用于ATA-117酶催化反应检测。该文章验证了质谱液滴检测在细胞分泌物、酶变异评估等方面的应用潜力。

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