Anal Chem：基于共价有机框架纳米膜的激光解吸电离质谱及其成像技术用于5-氟尿嘧啶的代谢行为研究

近日，福州大学林子俺研究员（点击查看介绍）课题组在Analytical Chemistry 杂志上发表研究论文，采用于ITO板上直接生长的共价有机框架（COF）纳米膜基质对抗癌药物5-氟尿嘧啶（5-FU）进行激光解吸电离质谱及组织成像分析。该方法无需有机基质，背景干扰小，且无需点样及基质喷涂，提高检测的重现性。

基于基质辅助的激光解吸电离（MALDI）质谱及分子成像技术被广泛应用于医学和药物研究。尽管如此，MALDI-MS需要借助有机基质用以辅助激光解吸离子化过程，而传统的有机基质在检测低分子量化合物时常产生严重的基质干扰及离子抑制等。因此，开发新的基质材料对于MALDI-MS的发展至关重要。共价有机框架材料（COFs）是一种晶型多孔聚合物，近年来被视为理想的基底逐渐应用于表面辅助激光解吸电离质谱（SALDI-MS）中。一方面，由于COFs具有大量的芳香环或共轭杂环，能产生明显的共轭效应，有利于电子得失；再加上COFs本身具备的多孔结构以及良好的激光吸收能力，有利于能量转移，促进分析物的电离，从而提高SALDI-MS的检测能力。另一方面，COFs本身不易电离，在辅助解吸电离过程中，不产生或产生很小的背景信号；因此，以COFs作为基底的SALDI-MS在检测低分子量化合物方面备受关注。

本文通过一种简便的方法，在室温下于ITO板上合成了一种可批量制备、厚度可控、大面积均一、稳定的COF纳米膜（图1），并首次将其作为SALDI基底用于小分子药物5-FU的研究。且由于COF纳米膜均匀且不需要额外的基质喷涂，进一步将其扩展到组织成像研究，观察5-FU在裸鼠肝脏中不同时间间隔的空间分布。

图1. COF纳米膜的合成及表征。

研究表明，该COF纳米膜具有良好的结晶度和均匀的表面，作为SALDI-MS基底在小分子的分析中，展现出高灵敏度，低背景干扰和高重现性等优点（图2）。

图2. 基于COF纳米膜的SALDI-MS广谱性研究。（A）氨基酸类；（B）双酚类；（C）药物小分子类；（D）PEG-400；（E）PEG-1500；（F）PEG-4000。

5-FU是一种常用的治疗恶性肿瘤的细胞抑制剂。考虑到血液中药物浓度对疗效的影响，建立一种简便、可靠的5-FU监测方法具有重要意义。因此，进一步将基于COF纳米膜的SALDI-MS应用于5-FU的药代动力学研究（图3），证明了该方法在复杂实际样品中的实用性。

图3. 5-FU在裸鼠血浆中的药代动力学研究。

鉴于该方法具有良好的重现性和高灵敏度，且COF纳米膜表面均匀并直接生长于ITO板上。受此鼓舞，作者进一步将其作为成像的基底，并可视化了灌胃和静脉注射后裸鼠肝脏组织中5-FU在不同时间间隔的空间分布（图4）。

图4. 裸鼠肝组织中5-FU不同时间间隔的空间分布（Control：对照组；I.V.：静脉注射组；I.G.：灌胃组）。

总结

总的来说，此项研究构建了一种可批量制备、厚度可控、大面积均匀、稳定的COF纳米膜，并以此为SALDI-MS及组织成像的基底，实现了小分子药物5-FU的药代动力学分析，为SALDI-MS新型基质的选择、设计和使用提供更多思路。

该研究工作得到了国家自然科学基金（21974021, 22036001 和 91843301）的资助，在此表示感谢！

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Covalent Organic Framework Nanofilm-Based Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry for 5-Fluorouracil Analysis and Tissue Imaging 

Dan Ouyang（欧阳丹）, Qiong Zheng, Huan Huang, Zongwei Cai, and Zian Lin*（林子俺）

Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c01743

研究团队简介

林子俺 研究员/博导，福州大学食品安全与生物分析教育部重点实验室副主任。迄今，以第一作者或通讯作者身份在包括 J. Am. Chem, Soc., Adv. Mater., Mass Spectrom. Rev., Anal. Chem., ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Commun., J. Hazard. Mater., ACS Sustain. Chem. Eng.等国际权威刊物上已发表SCI论文90余篇，申请中国发明专利 17 项（已获授权 12 项）。

https://www.x-mol.com/groups/lin_zian