中科院生态环境中心刘倩与福州大学林振宇团队合作开发LDI-MS指纹识别技术实现黑碳颗粒定量和生物分布成像

　　黑碳是PM2.5的主要组成成分，由于其常具有纳米级别的尺寸，因此有可能通过呼吸系统侵入人体，并在人体器官内积累。大量的研究表明，长期暴露在黑碳颗粒环境中可能引起包括呼吸系统疾病、心血管疾病以及神经发育改变等一系列健康问题。因此对于黑碳的毒理学研究和健康风险评估是十分重要的，这就迫切需要建立可靠的黑碳识别和定量分析技术。

　　但遗憾的是，目前用于黑碳研究的方法相当缺乏。当前可用的方法包括透射电子显微镜、热光法和光学方法难以提供有效的化学信息用于黑碳鉴定。而质谱技术提供了一个强大的技术平台来克服这一问题。

近期，中科院生态环境研究中心刘倩团队与福州大学林振宇团队合作报道了一种基于激光解吸电离质谱(LDI-MS)指纹识别技术实现了复杂介质中黑碳颗粒的免标记识别、量化和成像的新方法，以“Identification,Quantification, and Imaging of the Biodistribution of Soot Particles by Mass Spectral Fingerprinting”为题发表在国际分析化学领域著名期刊Analytical Chemistry上(DOI:10.1021/acs.analchem.0c05180)。

研究内容示意图

　　该研究发现不同来源和形态的黑碳颗粒显示出高度一致的质谱指纹图谱，该质谱信号来自黑碳颗粒电离产生的小分子区域的碳簇阴离子(C2--C10-)。利用这些特征峰，可以对PM2.5样本中的黑碳颗粒进行鉴定及准确的定量，并且与传统热光法相比具有一致的结果。通过该方法，进一步成功示踪并成像了暴露PM2.5后小鼠体内黑碳颗粒在组织器官中的分布。结果表明，对于短期暴露PM2.5的小鼠，肺是黑碳颗粒积累的主要靶器官，并且在短期(7天)内几乎不会转移到其他组织器官中。

　　图1 复杂样品中黑碳颗粒的LDI-MS指纹图谱。(A) 环境样品中黑碳颗粒的分离和鉴定。(B) 黑碳颗粒在PM2.5暴露的小鼠体内的免标记生物分布成像。

　　小结

　　该研究发现了黑碳颗粒的通用质谱指纹，并成功用于复杂介质中黑碳颗粒的鉴定、定量和成像研究。该方法的可靠性通过PM2.5样本中黑碳的准确定量和小鼠体内黑碳颗粒生物分布的免标记成像得以验证。考虑到黑碳颗粒在不同领域(如气候变化、空气污染以及疾病健康)中的重要性以及现有的研究技术瓶颈，该技术为黑碳毒性效应及机制研究提供了有效的方法学支撑，从而有助于更加深入全面地理解黑碳的健康风险。

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c05180