飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）是一种仍然处于高速发展中的表面分析技术。该技术采用聚焦的高能量一次离子束轰击样品表面，溅射产生物质或其元素的带正负电荷或中性的二次离子、原子或分子团簇，其中二次离子被提取进入质量分析器分离检测，可同时获得样品元素、同位素及分子信息。ToF-SIMS技术直接对目标样品进行原位分析，其一次离子束可聚焦到亚微米级，使ToF-SIMS在样品表面成像分析方面独具优势，空间分辨率可达80 nm，因而在材料表面分析、大气颗粒物表征、生物组织和细胞成像，以及天体化学等研究领域得到越来越广泛的应用。本报告将在介绍ToF-SIMS工作原理和应用领域的基础上，分享本课题组近年来应用ToF-SIMS成像技术在单细胞水平上研究药物分子作用机理，及表征先进纳米材料结构等方面的研究成果。