密歇根大学化学系RobertKennedy教授近年在AnalyticalChemsitry上发表了“High-ThroughputNanoelectrosprayIonization-MassSpectrometryAnalysisofMicrofluidicDropletSamples”一文。作者结合挤压流生成微液滴与纳电喷雾（nESI）质谱技术，实现了pL尺度微流控液滴的稳定、高通量质谱分析。
液滴微流控技术可以在互不相溶的载体相中产生fL-μL大小的样品液滴，进行高通量离散样品操作。微液滴具备样品消耗量小，传热快，混合迅速等优点，适用于于筛选、生物鉴定等多个领域。对于微液滴内容物检测，光学方法因易于偶联目前最为常用，但该方法依赖具有光学响应的标记或者反应。质谱由于具备混合物定性、定量分析的能力而无需标记，成为光学检测的取代选择。偶联电喷雾质谱（ESI）与微液滴促进了神经科学等领域的高通量质谱研究。但是ESI与生物基质不兼容，需要样品前处理，其μm内径的喷雾针也无法与pL尺寸小液滴匹配。
纳电喷雾质谱（nESI-MS）则具有低流量和小口径喷雾针（1-50μm）的特点，电离效率和基质兼容性均优于ESI，可直接用于复杂样品，但通量较低（2sample/min）。因此，结合nESI与液滴微流控的技术具备高通量和直接样品分析能力的潜力。此前报道展示了nESI分析微液滴的可行性，但未实现高通量分析。本文中，作者搭建了nL/min的微流控装置并优化了与nESI连接部分，实现超过20,复杂样品液滴的持续稳定分析，并用于酶催化反应监测，展示了微液滴-nESI-MS对pL-nL尺度生物样本的高通量分析能力。
图1
在装置搭建阶段，作者采用T-junction结构产生微液滴并直接与喷雾针相连检测（图1）。使用粗（0.5mmo.d.）进水管时，在低于1μL的流速下作者观察到不规则质谱信号。该装置的流动不稳定主要来自于粗进水管和垂直接口导致的空气进入和管路晃动。改用平行接口可稳定流速，更换细口径（20μmi.d.μmo.d.）石英玻璃管平行接入则可完全消除空气进入问题。另外，选用细管路的高柔韧性也能减少装置内晃动，并增大其与泵相连入口压降稳定流速。为消除水滴与石英玻璃管粘连，作者用Rain-X处理了出水管和喷雾针内表面。最终，作者实现20nL/min流速下稳定产生小至65pL的液滴。
图2
随后作者以体外蛋白转录和翻译溶液（ivTT）为复杂基质，加入μM乙酰吡啶（ATA-催化产物）后与1%醋酸溶液1:1混合作为标准品（图2），以含2%含氟表面活性剂的Novec为载体相，进行nESI-MS检测。在2.1droplet/s，1.2nL/droplet条件下，观察到持续2.5h的稳定液滴信号（RSD3.7%）（图2）。表面活性剂通常是液滴产生的必须条件，对比发现其存在仅减少13%信号强度。与nESI匹配（nL/min，30μm喷雾针）的低流速使ivTT复杂基质的影响减少，提高信噪比。另外，液滴尺寸的降低需要更低流速，使液滴在质谱中有充足停留时间，质谱扫描速度的不足会导致液滴信号方差增大。作者更换装置交替产生样品和空白溶液液滴检测发现，空白EIC信号约为样品的3%，表明液滴间物质转移极少。
图3
作者随后进一步验证该方法的定量分析能力。作者设计了新的微流控装置在液滴形成前混合乙酰吡啶溶液和空白溶液，通过调整流速比改变浓度，对产生液滴信号进行定量，得到定量曲线（R2=0.）（图3）。对4pL尺寸的0.5μMATA-底物和产物的ivTT液滴，仍可分别得到19和37信噪比，LOD约为80nM。
图4
最后，作者将该方法用于液滴内ATA-酶反应监测，对照组未加蛋白（图4）。交替产生的试验、对照组液滴与37度培育1h后进行检测，两组液滴信号可被清晰区分且与离心管中反应结果一致，表明此方法可用于酶催化反应监测。
总的来说，作者实现了微流控芯片与nESI连接的65pL-1.2nL微液滴的直接质谱检测，可高通量分析大量样品（sample/h），并成功用于ATA-酶催化反应检测。该文章验证了质谱液滴检测在细胞分泌物、酶变异评估等方面的应用潜力。
文章来源：Steyer,D.J.;Kennedy,R.T.,High-ThroughputNanoelectrosprayIonization-MassSpectrometryAnalysisofMicrofluidicDropletSamples.AnalChem,91(10),-.
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