【Mass Spectroscopy】
NPs for laser desorption/ionization matrices:
儘管基質輔助雷射脫附游離質譜法(Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry，MALDI-MS)已經成功地分析了許多非揮發性和易碎性分子(如蛋白質分子)，卻始終未能廣泛地被應用於複雜樣品中(如血液、尿液)生物小分子的定性或定量分析上。其主要原因為：在低分子量的範圍中 (m/z < 1000 Da)，使用一般傳統的有機基質具有很強的背景訊號，容易造成小分子在偵測上的干擾。此外，倘若有機基質與分析物間的互溶性不佳，容易造成其共結晶性的不均勻，會在不同的結晶點上，得到不同強度之樣品訊號，產生最強訊號集中點 (sweet spots)，因此會導致在分析定量上的誤差及再現性差等問題。目前奈米粒子應用於生醫檢測方面極廣，主要原因為其與生物分子間具有極強的作用力，如金、銀等貴重金屬與硫可形成共價鍵鍵結，故一些具有硫醇官能基的小分子或蛋白質等大分子，極易與金屬奈米粒子作用。此外，金屬奈米粒子在337 nm處具有良好的吸收值，故此種奈米粒子應該可以作為表面輔助雷射脫附游離化質譜法(Surface-Assisted Laser Desorption/ Ionization Mass Spectrometry，SALDI-MS)之無機基質。
利用銀奈米粒子偵測懷孕婦女尿液中雌激素分子：
利用雌激素與Ag NPs間具有凡德瓦爾力之特性，Ag NPs可以吸附並濃縮溶液中雌激素分子於其表面，進行SALDI-MS之分析。由實驗結果發現，利用Ag NPs分析時可提供相較傳統MALDI-MS更佳之再現性，對於雌激素E1、E2與E3可達2.23, 0.23, and 2.11 mM之偵測極限。而此種方法也已成功分析懷孕婦女尿液中雌激素分子之含量。
圖一：利用Ag NPs作為SALDI-MS無機基質分析雌激素分子之校正曲線。
以二氧化鈦奈米探針選擇性偵測鄰苯二酚分子：
由於二氧化鈦分子表面上的Ti4+分子，會與具有烯二醇(enediol)結構之分子選擇性鍵結，故有此結構之分子，如兒茶素(C)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)與表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)等都可以與二氧化鈦奈米粒子進行作用。在本實驗中，我們利用二氧化鈦奈米粒子作為選擇性探針，在溶液中選擇性鍵結此三種分子後，直接利用質譜儀進行分析。實驗中發現傳統上有機基質常出現的甜點(sweet spot)的問題可以有效解決，點與點之間的再現性可以有效的提升，而此三種分子利用此分析方法可達到0.45、1.85與0.65 uM的偵測極限。圖二為我們利用此種方法偵測市售常見的綠茶粉、茉莉花茶茶包與綠茶罐裝飲料之結果，藉由標準添加法可以在實驗時間30分鐘內偵測這些多酚類物質於樣品中的含量。
圖二：以TiO2奈米粒子作為選擇探針偵測常見茶類樣品中多酚類物質之質譜圖。
利用混合金奈米粒子偵測胺基酸硫醇分子：
由於溶液在含有胺基酸硫醇的存在下，大小不同的金奈米粒子很容易就因凡德瓦爾力的作用產生聚集，因此可以用離心的方式將鍵結胺基酸硫醇的金奈米粒子離心下來，並藉由硫－金鍵此種選擇性鍵結，故可以選擇性的濃縮胺基酸硫醇分子。我們藉由粒徑大的14 nm金奈米粒子可以選擇性吸附較多的胺基酸硫醇提升濃縮效果，粒徑小的3.5 nm金奈米粒子則可以增加分析物的游離效率的原理，實驗中以適當的比例混合粒徑較大的金奈米粒子 (14 nm Au NPs)，經過離心濃縮之後，3.5 nm Au NPs 和 14 nm Au NPs產生聚集而一起被離心下來。此方法對谷胱甘肽 (glutathione；GSH)、半胱胺酸 (cysteine；Cys)及同半胱胺酸 (homocysteine；HCys)的偵測極限分別可以達到2、20及44 nM，並且能成功在乳癌細胞及血漿樣品中分別偵測到GSH及Cys之含量。
圖三：利用(A)混合的金奈米粒子和(B)傳統MALDI-MS有機基質，對血漿分析後得到的質譜圖。其中144.18為[Cys + Na]+訊號。
硫醇分子修飾之金奈米粒子作為內標準品準確偵測胺基酸硫醇分子：
雖然利用奈米粒子作為SALDI-MS之無機基質，可以有效提高分析時的再現性，然而每次分析數據時，仍有約30%之相對標準誤差(relative standard deviation；RSD)。我們主要利用硫醇分子N-2-mercaptopropionylglycine(MPG)修飾之金奈米粒子為內標準品，混入已吸附胺基酸硫醇之金奈米粒子後，直接利用質譜儀分析。實驗結果發現，SALDI-MS每次所分析出之胺基酸硫醇訊號若利用MPG訊號校正後，分析數據之RSD可下降至10%以下，此法已經可以準確定量紅血球中GSH之含量，也可以觀測MCF-7乳癌細胞對於外來藥物侵襲下，GSH濃度之變化。此外，我們也利用4-mercaptobenzoic acid(4-MPA)修飾之金奈米粒子為內標準品，利用SALDI-MS於負離子模式下，準確測量尿液中標準添加之Captopril濃度。
圖四：利用硫醇分子修飾之金奈米粒子為內標準品對於胺基酸硫醇分子進行SALDI-MS分析之示意圖。