Anal.Chem：基于LDIMS實現黑碳顆粒識別、定量、生物分布成像

　　黑碳是PM2.5的主要組成成分，由于其常具有納米級別的尺寸，因此有可能通過呼吸系統侵入人體，并在人體器官內積累。大量的研究表明，長期暴露在黑碳顆粒環境中可能引起包括呼吸系統疾病、心血管疾病以及神經發育改變等一系列健康問題。因此對于黑碳的毒理學研究和健康風險評估是十分重要的，這就迫切需要建立可靠的黑碳識別和定量分析技術。

　　但遺憾的是，目前用于黑碳研究的方法相當缺乏。當前可用的方法包括透射電子顯微鏡、熱光法和光學方法難以提供有效的化學信息用于黑碳鑒定。而質譜技術提供了一個強大的技術平臺來克服這一問題。近期，中科院生態環境研究中心劉倩團隊與福州大學林振宇團隊合作報道了一種基于激光解吸電離質譜（LDI-MS）指紋識別技術實現了復雜介質中黑碳顆粒的免標記識別、量化和成像的新方法，以“Identification,Quantification, and Imaging of the Biodistribution of Soot Particles by Mass Spectral Fingerprinting”為題發表在國際分析化學領域著名期刊Analytical Chemistry上（DOI:10.1021/acs.analchem.0c05180）。

研究內容示意圖

　　研究的主要內容

　　該研究發現不同來源和形態的黑碳顆粒顯示出高度一致的質譜指紋圖譜，該質譜信號來自黑碳顆粒電離產生的小分子區域的碳簇陰離子（C2--C10-）。利用這些特征峰，可以對PM2.5樣本中的黑碳顆粒進行鑒定及準確的定量，并且與傳統熱光法相比具有一致的結果。通過該方法，進一步成功示蹤并成像了暴露PM2.5后小鼠體內黑碳顆粒在組織器官中的分布。結果表明，對于短期暴露PM2.5的小鼠，肺是黑碳顆粒積累的主要靶器官，并且在短期（7天）內幾乎不會轉移到其他組織器官中。

圖1 復雜樣品中黑碳顆粒的LDI-MS指紋圖譜。(A) 環境樣品中黑碳顆粒的分離和鑒定。(B) 黑碳顆粒在PM2.5暴露的小鼠體內的免標記生物分布成像。

　　小結

　　該研究發現了黑碳顆粒的通用質譜指紋，并成功用于復雜介質中黑碳顆粒的鑒定、定量和成像研究。該方法的可靠性通過PM2.5樣本中黑碳的準確定量和小鼠體內黑碳顆粒生物分布的免標記成像得以驗證。考慮到黑碳顆粒在不同領域（如氣候變化、空氣污染以及疾病健康）中的重要性以及現有的研究技術瓶頸，該技術為黑碳毒性效應及機制研究提供了有效的方法學支撐，從而有助于更加深入全面地理解黑碳的健康風險。

　　論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c05180