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质谱（MS）成像和空间分析允许对生物样品中数百种分子进行无靶向和无标记的化学和空间表征，环境电离质谱技术为生物样品的直接和原位分析提供了一种替代方法，具有低的样品制备要求和大气压条件，允许低样品磨损和可调的分析物提取用于组织成像和分析，但精确确定采样区域的尺寸和空间分辨率可能具有挑战性。

▲ 图1 分析系统示意图。

为了为环境电离质谱分析和成像提供可控和精确的空间分辨率，使用MicroFab的皮升级压电喷墨技术（MJ-AT-01，喷口直径80μm）将单个溶剂液滴精确沉积到组织样品上，并将分析物从组织样品有效转移到质谱中进行灵敏分析，如图1所示。液滴以每秒一滴的速率沉积在组织样品上。样品载玻片在液滴线沉积后运输，并在大约40秒内安装在2D移动台上，然后使用与MS入口对齐的熔融二氧化硅毛细管（外径360μm，内径100μm）将沉积的液滴抽吸到MS中进行分析，具有非耦合液滴沉积和分析的成像工作流程如图2所示。

▲ 图2 成像工作流程。

在小鼠脑匀浆组织切片上以大约每秒1滴的速度分配含有5（2.5nL）至100个单独液滴（50nL）的DMF液滴。光学图像用于测量沉积在组织上的液滴的直径，在测试体积下，液滴直径范围为250至650μm，如图3所示，结果表明，使用皮升级压电喷墨系统可以实现可靠和可调的液滴沉积，可对采样区域进行精确控制，从而提高空间分辨率。

▲ 图3 （a，b）质谱成像中分配的DMF液滴体积与空间分辨率（液滴直径μm）之间的相关性（c）沉积有20,15和10nL液滴的小鼠脑组织切片光学图像。

为了证明研究方法的成像能力和空间控制能力，采用387±12μm（~10nL）、424±11μm（~15nL）和496±12µm（~20nL）的不同液滴尺寸对小鼠脑组织样本进行了连续切片分析。为了避免采样过程中的重叠，在液滴之间增加行间距和列间距，得到的像素尺寸分别为500×460μm、550×510μm和600×560μm。在探索的三种不同空间分辨率下观察到脂质种类的可再现空间分布，并在更高的空间分辨率下提高了白质特征的清晰度（图4a）。从组织的不同区域获得的质谱显示，小鼠脑组织白质和灰质特征的几种代谢产物、脂肪酸和脂质种类的相对丰度较高（图4b）。

研究探索了用于生物组织样品的空间控制分析和成像的液体提取环境电离MS方法的系统，利用MicroFab的皮升级压电喷墨技术控制溶剂液滴的沉积以精确调节成像空间分辨率，利用导电毛细管直接吸入/电离液滴，实现了高效的分析物传输和检测。优化了设计的系统，直接从生物样品中以负离子模式检测代谢物和脂质信息，可用于对各种组织类型进行成像，以可重复的方式产生离子图像和分子信息，代表组织样本中存在的组织学差异（即白质与灰质、肿瘤与正常区域），实现了具有不同组织学组成的组织区域的可视化，展示了对生物样品进行空间控制的质谱分析能力。