PAMAM功能化纸作为纸喷雾质谱法测定蛋白质新型底物

纸喷雾质谱（PS-MS）由于简单、无样品污染残留、在几分钟内即可提供痕量水平的定量化学信息，已成为得力的分析方法。该技术是将少量样品沉积在一个尖纸条上，随后用几微升溶剂润湿。当对样品纸施加高电压时，样品中的液滴从纸尖上电喷出来，产生用于质谱分析的离子。样品的基质效应或纸条之间的不同电离特征可使用内部标准衡量，从而允许定量结果，这通常可与传统方法相媲美。这些特点使PS-MS得以广泛应用，包括分析椰子油中的碳氢化合物、降低危害的药物检测、化学战争试剂（如毒瓦斯）分析、番茄中农药测定、快速前列腺癌检测等。该方法的大多数应用都集中于小分子分析，在蛋白质测量中的应用有限。直到2014年才对蛋白质进行了全面的PS-MS分析，将PS-MS与离子迁移率相结合，研究了几种蛋白质，发现与纳米电喷雾电离类似，PS-MS保持了相似水平的蛋白质紧密度，这表明在PS-MS电离过程中保存了蛋白质复合物。此后，一些研究人员一直致力于用功能材料取代惰性滤纸来提高灵敏度，这些功能材料包括：碳溅射多孔聚乙烯、碳纳米管掺杂聚甲基丙烯酸甲酯、尺寸排除膜，或者在滤纸表面涂覆二氧化硅、碳纳米管和聚苯乙烯。虽然这些功能化会增加分析成本和复杂性，但调整纸底物以提高灵敏度、稳定性或选择性能力开发了一系列新型PS-MS。

PAMAM是一种未被充分开发的纸张功能化材料。PAMAM是树枝状大分子，核心是乙二胺，其与重复的枝状单元相连，表面富含一级胺基。该表面胺基可通过静电相互作用与其它分子结合。因此，PAMAM已被用作提取材料，以提高分析化学中对小分子分析的灵敏度，此外PAMAM也表现出对蛋白质的高度亲和力。PAMAM结构内的酰胺单元和蛋白质表面氨基酸氧之间的氢键已被证明在PAMAM-蛋白质相互作用中起重要作用。

加拿大Vancouver Island 大学Chris G. Gill等人采用PAMAM树枝状大分子对纸张表面进行功能化，以提高纸张喷雾质谱（PS-MS）对蛋白质分析的灵敏度。PAMAM核心为乙二胺，外端富含伯胺基。这些带正电荷的胺基可与蛋白质表面带负电荷的残基（如天冬氨酸、谷氨酸）通过静电相互作用，其内部的酰胺基也可促进与蛋白质表面氧的氢键，使PAMAM成为提取蛋白质的有用材料。作者采用PAMAM功能化的PS-MS纸带从生物液中提取蛋白质，浸在乙腈中去除未结合的成分，干燥，然后用PS-MS进行测量。他们对该方法进行了优化，并与未改性的纸带进行了比较。结果发现，PAMAM功能化的纸带底物对白蛋白的敏感性提高了6倍，对血红蛋白的敏感性提高了11倍，对胰岛素的敏感性提高了7倍，对溶菌酶的敏感性提高了2倍。通过对尿液中白蛋白的分析，评价了功能化纸底物的分析性能，其线性关系R2>0.99，检测限（LOD）为1.1 µg mL-1，定量限（LOQ）为3.8 µg mL-1，精密度优于10%，相对回收率70~83%。用该方法定量测定了9例匿名患者样本的尿白蛋白（浓度范围为6.5-77.4 µg mL-1），这表明其具有诊断微量白蛋白尿的应用潜力。该研究结果证明了PAMAM树枝状大分子改性纸张对蛋白质进行灵敏PS-MS分析的实用性，为通过分析疾病相关的蛋白质在临床诊断中的进一步应用提供了方法。

图. PAMAM功能化纸和PS-MS分析示意图

文献来源：Igor Pereira, Joseph Monaghan, Lucas R. Abruzzi, and Chris G. Gill*. Anal. Chem. 2023, 95, 7134-7141.