由納升電噴霧電離源（nanoESI）連接的納流液相色譜-質譜聯(lián)用技術，是解析微納生物樣本不可或缺的分離分析平臺。當前，小樣本和大隊列的分析需求為納升電噴霧電離帶來了巨大挑戰(zhàn)：納噴霧電噴針不僅應具有高電離效率和寬動態(tài)范圍以應對數(shù)量有限、豐度差異較大的微納生物樣品，還應具有長期運行穩(wěn)定性，或是電噴針在受損時能被快速、低成本地替換，并保持一致的電噴霧性能。

納噴針尖端的細微結構直接決定了電離質量，因此實現(xiàn)微納尺度上的材料精準制造至關重要。液滴微流控技術作為微納材料合成的強大平臺，能夠在限域空間內精準調控材料形貌、化學組成和孔道結構，并實現(xiàn)微納器件的高通量、高精度、高重現(xiàn)制造，這使得高質量納噴針的高通量制備成為了可能。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，廈門大學化學化工學院張博課題組在前期微納色譜系列工作基礎上（Anal. Chem. 2022, 94, 8126-8131; Anal. Chem. 2021, 93, 8450-8458; Anal.Chem. 2020, 92, 5286-5293; Anal. Chem. 2007, 79, 9229-9233），發(fā)展了一種微流控限域合成與溶膠凝膠化學結合的多孔棒噴針制造技術，實現(xiàn)了具有貫通大孔結構的棒噴針高通量制造，并在此基礎上發(fā)現(xiàn)棒噴針的多孔性質能夠顯著增強分析靈敏度，展現(xiàn)了其用于微納生物樣品分析的巨大潛力。相關研究工作以“A Microfluidic-Fabricated Rod Sprayer forNanoelectrospray Mass Spectrometry”為題發(fā)表在國際化學著名期刊Analytical Chemistry上，并被選為當期封面文章。

圖1 基于微流控限域合成策略制造多孔棒噴針示意圖

新型多孔納噴針采用毛細管液滴微流控裝置限域合成，僅利用簡單易得的石英毛細管和三通連接件即可構建具有共軸流構型的毛細管微流控裝置，而無需精密的微加工設備、超凈環(huán)境或復雜的組裝過程，非常適合用于大規(guī)模制造。采用正十六烷切割硅溶膠的體系，收集切割形成的液段，再經凝膠化和煅燒得到具有連續(xù)大孔結構的硅棒，最后將其封裝于毛細管中組裝成納噴針（圖1）。得益于微流控平臺的高效和穩(wěn)定，該方法能以3600根/小時的制造通量，得到尺寸高度一致的多孔微棒（圖2）。

圖2 微流控限域合成制備的尺寸高度一致的多孔微棒

由多孔微棒組裝而成的棒噴針具有多重噴嘴，可將液體分流成多個微小流路，產生更小的帶電液滴，以此提高電離效率（圖3）。通過對離子電流-電壓關系的研究，發(fā)現(xiàn)棒噴針在寬電壓范圍（2.6-3.2 kV）內表現(xiàn)出高度穩(wěn)定的電噴霧性能，相較于傳統(tǒng)的商品錐噴針，電離產生離子電流提高了2.3倍（圖4a）。這種電離增強的效果受到孔徑大小的影響，孔徑越大則棒體越通透，多孔噴針的分流效應更顯著（圖4b）。優(yōu)異的日內、日間和批間重現(xiàn)性表明該棒噴針的高度穩(wěn)定性（圖4c）；即使在高鹽濃度環(huán)境中工作1小時，離子電流也僅在2.3%范圍內波動，展現(xiàn)了棒噴針的強健性。

圖3 多孔噴針的微觀結構表征和電離效率提高示意圖

對基于微流控限域合成的多孔棒噴針進行了測試，發(fā)現(xiàn)使用棒噴針電離阿米替林、血管緊張素II和細胞色素C，分別獲得了提高17倍、3倍和2倍的增強信號；而更多的小分子、多肽和蛋白測試結果也表明棒噴針的增敏策略可普遍適用于各類分析對象。在定量分析方面，相較于錐形噴針，棒噴針也具有更優(yōu)異的性能，其測得阿米替林的動態(tài)線性范圍可跨越4個數(shù)量級，檢測限低至0.17 nmol/L。更高靈敏和更寬動態(tài)檢測的優(yōu)勢將有利于棒噴針在豐度差異巨大的微納生物分析中發(fā)揮作用。

圖4 多孔棒噴針具有優(yōu)異的電離效率、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性

綜上所述，該研究工作發(fā)展了一種基于微流控限域合成的多孔納噴霧電噴針，并展示了其高質量、高重現(xiàn)、低成本的制造能力。憑借著通孔結構和多重噴霧的特性，棒狀噴針對小分子藥物、多肽和完整蛋白質的電離效率提高了2-17倍，線性動態(tài)范圍可跨越4個數(shù)量級。作為高質量的液質聯(lián)用接口，多孔棒噴針有望進一步與高分辨分離技術進行結合，從而在微納生物樣品的高靈敏、高分辨分析中發(fā)揮應用潛力。

論文鏈接： https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c05695