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當前位(wèi)置(zhì):首頁技術(shù)文(wén)章(zhāng)ATL準(zhǔn)分子激光(guāng)器在(zài)激光(guāng)剝蝕與(yǔ)質譜分(fēn)析(xī)中的應(yīng)用

ATL準分子(zǐ)激光器在(zài)激(jī)光剝(bāo)蝕(shí)與質譜(pǔ)分(fēn)析中的應用(yòng)

更(gēng)新時間:2026-06-24點(diǎn)擊次(cì)數(shù):127

摘(zhāi)要(yào)

德(dé)國(guó)ATL Lasertechnik GmbH擁有(yǒu)超過二十(shí)年小型化準分子激光器研發經驗,產品(pǐn)綫以ATLEXI係列為核(hé)心,涵蓋ATLEX-LR,ATLEX-FBG係列,支(zhī)持157 nm至351 nm波(bō)段(duàn)輸(shū)出。ATLEX-I係列具有全(quán)固(gù)態開(kāi)關,全(quán)金(jīn)屬陶瓷(cí)管(guǎn)路和(hé)5–8 ns短(duǎn)脈衝(chōng)等特(tè)征(zhēng)[1]。本文重點介(jiè)紹其(qí)在(zài)LA-ICP-MS取樣,MALDI-MS成(chéng)像(xiàng),單顆粒(lì)氣溶膠TOFMS,APLI等質譜(pǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用(yòng)。

1.引(yǐn)言

激(jī)光燒蝕(shí)電(diàn)感耦(ǒu)合(hé)等(děng)離(lí)子體質譜(LA-ICP-MS)是固(gù)體樣品直接(jiē)進(jìn)行元素與同(tóng)位素(sù)分析的(dí)重(zhòng)要(yào)手段。德國ATL公司的ATLEX-193深(shēn)紫(zǐ)外(wài)(DUV)波段(duàn)193 nm  ArF氟化氬(yà)準(zhǔn)分(fēn)子(zǐ)激(jī)光作為紫外激光燒蝕(shí)取(qǔ)樣(yàng)技(jì)術的優(yōu)選光源,其(qí)原因來(lái)源於(yú)多個方(fāng)麵(miàn):

  1.  

激光波(bō)長: 193nm的激光波長是(shì)大氣環境(jìng)工(gōng)作條件(jiàn)常用(yòng)激光器(qì)的最(zuì)短(duǎn)波長,193nm波(bō)長對(duì)應的光子能量(liáng)是6.4eV,超過絕大多(duō)數(shù)分(fēn)子鍵的鍵能,可以輕鬆(sōng)的(dí)將樣品分子鍵打(dǎ)斷,當物質(zhì)吸收了(liǎo)這種高(gāo)能光(guāng)子(zǐ)後,化學(xué)鍵瞬間斷裂,斷(duàn)鍵(jiàn)剩餘的光子能量會使(shǐ)靶部位的分子(zǐ)碎片以超音(yīn)速(sù)噴射出來(lái)。這(zhè)種機(jī)製不同(tóng)於(yú)依靠(kào)高(gāo)溫(wēn)熔化(huà)再汽化(huà)物(wù)質(zhì)的(dí)“熱效應(yīng)解(jiě)附",它能實現高精(jīng)度高(gāo)均(jūn)匀(yún)度的“冷(lěng)剝(bāo)蝕"。冷(lěng)剝蝕濺(jiàn)射出(chū)的(dí)氣(qì)溶(róng)膠(jiāo)顆粒細(xì)小且由於(yú)熱效應小(xiǎo)就規(guī)避(bì)了(liǎo)元素的分餾效應(yīng)。另(lìng)外對(duì)於絕(jué)大多數材料而言(yán),波長越(yuè)短(duǎn)則(zé)光子(zǐ)能深入(rù)樣品(pǐn)的(dí)穿深越(yuè)淺,這(zhè)樣(yàng)每(měi)發(fā)深(shēn)紫(zǐ)外(wài)激光脈(mài)衝剝離(lí)的(dí)樣(yàng)品(pǐn)厚(hòu)度既(jì)均(jūn)匀且可控,能(néng)出色的完(wán)成逐層剝(bāo)離的工(gōng)作,如(rú)此不(bù)僅(jǐn)可(kě)做到(dào)高精度(dù)x-y軸(zhóu)二(èr)維空間(jiān)掃(sǎo)描,還可(kě)實(shí)現(xiàn)z軸縱深層(céng)析(xī)掃描(miáo)。

平頂(dǐng)光斑(bān): 準(zhǔn)分子激光器(qì)原(yuán)始出(chū)射(shè)光(guāng)斑(bān)就是平頂光(guāng)斑,意味(wèi)著作用在(zài)剝蝕(shí)點(diǎn)上(shàng)的能(néng)量密度高度均(jūn)匀(yún),避免其(qí)他(tā)種(zhǒng)類高(gāo)斯(sī)光(guāng)束造成(chéng)的(dí)中央過(guò)剝蝕(shí)和(hé)邊緣欠剝(bāo)蝕問題(tí)。圖(tú)1為(wéi)ATLEX-193準分子激光器(qì)的出射平頂光斑,光(guāng)斑(bān)尺寸為(wéi)4x6mm,發散角(jiǎo)為(wéi)1x2 mrad; 圖(tú)2為增加外光路(lù)小孔光(guāng)闌後的圓形(xíng)平頂激(jī)光光(guāng)斑(bān),當然也可更(gēng)換矩形(xíng)小孔(kǒng)光(guāng)闌(lán)而(ér)得到矩形(xíng)平(píng)頂光(guāng)斑(bān)。再於(yú)光路(lù)中增(zēng)加(jiā)聚(jù)焦(jiāo)鏡,結合其(qí)193nm短波長(cháng)的優勢,則極限(xiàn)可(kě)做到亞(yà)微米級別(bié)的工作(zuò)光(guāng)斑(bān)大(dà)小(xiǎo)。對(duì)OEM用戶(hù)而(ér)言,較常見(jiàn)的選(xuǎn)擇是(shì)作(zuò)用(yòng)到(dào)樣品上(shàng)實現在2um到400um大小可變的(dí)平(píng)頂(dǐng)光(guāng)斑(bān)可(kě)調(tiáo)。(之所以一(yī)般不(bù)選擇(zé)聚集到1um或亞(yà)微米的衍射極(jí)限是因(yīn)為(wéi)采樣麵(miàn)積越小(xiǎo)則可剝離的(dí)樣(yàng)品量就越(yuè)少,這是一(yī)個采(cǎi)譜信(xìn)噪(zào)比和(hé)空間(jiān)分辨(biàn)率(shuài)的(dí)平(píng)衡(héng))

ATL準分子激光(guāng)器在激光(guāng)剝(bāo)蝕(shí)與(yǔ)質譜分析(xī)中的應(yīng)用(yòng)

圖1.原始的(dí)激光(guāng)出(chū)射光斑(bān)

ATL準分子激光(guāng)器在激(jī)光剝蝕(shí)與質(zhì)譜分析(xī)中的應(yīng)用

圖2.增加光闌後(hòu)的激光(guāng)出射光斑

ATL準分子(zǐ)激(jī)光(guāng)器在(zài)激光(guāng)剝蝕與質(zhì)譜分析中的應用

圖(tú)3.ATLEX-193激光(guāng)剝蝕鋯石靶材後不同尺(chǐ)寸剝蝕(shí)坑的(dí)電鏡(jìng)圖,可見(jiàn)坑(kēng)底和(hé)坑邊(biān)都保持良好(hǎo)均(jūn)匀度

  1.  

高能(néng)量穩定(dìng)性 :ATL所有(yǒu)係(xì)列(liè)均(jūn)配備能量穩(wěn)定模(mó)式,脈(mài)衝(chōng)脈衝(chōng)能(néng)量(liáng)波動<3%。該模式(shì)通(tōng)過實時監測每(měi)個脈衝(chōng)的(dí)能(néng)量並與設(shè)定值進行閉(bì)環比(bǐ)較(jiào),主動調(tiáo)節放(fàng)電電壓以補償(cháng)波動,從而(ér)實現高(gāo)穩定(dìng)性(xìng)輸出。對(duì)於基質(zhì)輔助激光解(jiě)吸(xī)電離質(zhì)譜(MALDI-MS)和(hé)光解離串聯(lián)質譜,穩定(dìng)的激光能量(liáng)直(zhí)接轉化為碎片離子產(chǎn)額的重現(xiàn)性,確保(bǎo)肽(tài)段測(cè)序和生物(wù)標誌物定(dìng)量的可靠(kào)性(xìng)。

高(gāo)重復(fù)頻率(最高1000 Hz) :常規係(xì)統(tǒng)300Hz或500Hz重(zhòng)復頻(pín)率;ATLEX-1000-I型可(kě)實現1000 Hz重復頻率輸(shū)出(chū),搭配快(kuài)速掃描(miáo)台(tái)或電感(gǎn)耦合等離子體(tǐ)飛行時(shí)間質譜(pǔ)(ICP-TOF-MS),理(lǐ)論(lùn)像(xiàng)素采(cǎi)集速(sù)率可達(dá)1000像素(sù)/秒,極大(dà)提升(shēng)了(liǎo)元素(sù)成像和(hé)高(gāo)通(tōng)量(liáng)篩選的(dí)效(xiào)率。

全風冷設計(jì)與全(quán)固(gù)態高(gāo)壓(yā)開(kāi)關(guān),免維護(hù)運行(háng):ATL所有係列(liè)均標配(pèi)風冷(可(kě)選液冷),顯著(zhù)降(jiàng)低(dī)係統復雜性和長期運行(háng)成本。全(quán)固(gù)態(tài)高(gāo)壓開關(guān)無磨損(sǔn)部件,結合(hé)全金屬(shǔ)陶瓷(cí)管(guǎn)路(TMC)和軟(ruǎn)電暈預(yù)電離技術(shù),氣體壽(shòu)命(mìng)長,維護間(jiān)隔(gé)可(kě)達數月,且可培(péi)訓客(kè)戶自(zì)主常規維(wéi)護。

緊(jǐn)湊(còu)結(jié)構與(yǔ)易集(jí)成(chéng)性(xìng):ATLEX-I激光頭(tóu)體(tǐ)積<3 L,整機尺寸540×470×370 mm(電腦機箱大(dà)小),重量(liáng)60 kg,配(pèi)有(yǒu)多(duō)種標(biāo)準(zhǔn)通信接口(RS485,RS232,USB,光(guāng)纖),可輕(qīng)鬆集(jí)成(chéng)到商用質譜(pǔ)儀(yí)器或(huò)定製化(huà)實驗平(píng)台中。

ATL準分(fēn)子(zǐ)激光(guāng)器在(zài)激(jī)光剝(bāo)蝕與(yǔ)質譜(pǔ)分析中的(dí)應(yīng)用

圖4.用戶選(xuǎn)擇(zé)ATLEX-193做為激光剝離設備核(hé)心(xīn)光源

 

2. ATL全係(xì)列激光(guāng)器(qì)產(chǎn)品概覽

ATL公司以小型(xíng)化(huà),風冷,高(gāo)重復頻率準分子激光器著(zhù)稱(chēng)。產品采用軟電(diàn)暈(yùn)預(yù)電離,全固(gù)態高壓脈衝發(fā)生(shēng)器(qì),激(jī)光(guāng)頭容(róng)積<3 L,全金屬-陶(táo)瓷管(guǎn)路(lù)(TMC)等一係(xì)列創新(xīn)設計(jì),以滿足工業(yè)級應(yīng)用(yòng)的(dí)嚴苛需求。ATL激(jī)光(guāng)器提(tí)供以下(xià)係列(liè)[3]:

(1)ATLEX-I係列 :標準型,分為ATLEX-300-I(300 Hz),ATLEX-500-I(500 Hz)和(hé)ATLEX-1000-I(1000 Hz)三(sān)個(gè)型號(hào),支持F₂(157 nm),ArF(193 nm),KrF(248 nm),XeCl(308 nm),XeF(351 nm)五種波(bō)長輸出。

(2)ATLEX-LR係(xì)列(liè):專為激光剝(bāo)蝕(shí)優化(huà)的(dí)高(gāo)能量係統(tǒng),193 nm輸(shū)出,脈衝能(néng)量高達12 mJ(穩定(dìng)模式4 mJ),脈衝寬度(dù)<5 ns,上升(shēng)沿極(jí)快(kuài),專(zhuān)為(wéi)激光燒蝕電(diàn)感耦合(hé)等離子(zǐ)體質(zhì)譜(pǔ)(LA-ICP-MS)設計。

(3)ATLEX-FBG係列:專為光纖(xiān)布(bù)拉格光(guāng)柵(zhà)刻寫(xiě)設計,提(tí)供(gōng)ATLEX300FBG和ATLEX500FBG兩(liǎng)個型號。

 

準分子氣體

F₂

ArF

KrF

XeCl

XeF

單位

波(bō)長

157

193

248

308

351

nm

高(gāo)壓開(kāi)關技術(shù)

固態開關(guān)


最大(dà)脈衝能量

1

8

15

8

7

mJ

穩(wěn)態(tài)脈衝能(néng)量

0.5

4

8

4

3.5

mJ

穩(wěn)態平均功(gōng)率 - ATLEX-300-I

0.15

1.2

2.4

1.2

1

W

穩態平均(jūn)功率 - ATLEX-500-I

0.25

2

4

2

1.7

W

最(zuì)高(gāo)重復頻率 - ATLEX-300-I

300

Hz

最(zuì)高重復頻(pín)率(shuài) - ATLEX-500-I

500

Hz

脈衝寬度

5 - 8

ns

光斑(bān)尺寸 (V x H)

4 x 6

mm

激光(guāng)發(fā)散角 (V x H)

1 x 2

mrad

能(néng)量穩定性 (Stand. Dev.)

< 2

%

激光器尺寸 (L x W x H)

540 x 470 x 370

mm

激光器重量寸(cùn)

60

kg

冷(lěng)卻(què)形式(shì)

風(fēng)冷(lěng)/水(shuǐ)冷(lěng)


電源需求(qiú)

230 VAC / 10 A / 50-60 Hz / 單(dān)向電


 

ATL準分子(zǐ)激光器在激光(guāng)剝(bāo)蝕(shí)與(yǔ)質譜分析(xī)中的(dí)應用

 

3.ATL準分子激(jī)光器(qì)在(zài)質(zhì)譜分(fēn)析中(zhōng)的主(zhǔ)要應(yīng)用

3.1 激光(guāng)燒(shāo)蝕電感耦(ǒu)合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)

激光(guāng)燒蝕電感耦(ǒu)合(hé)等離(lí)子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)是(shì)目(mù)前(qián)固體(tǐ)樣品微區元素(sù)及(jí)同位素分(fēn)析(xī)的(dí)主流技術。ATL係列(liè)的(dí)短(duǎn)脈(mài)衝激光(guāng)已被廣泛應用於(yú)各類分(fēn)析(xī)工具中(zhōng),例(lì)如(rú)連接激(jī)光(guāng)燒(shāo)蝕(shí)電感耦合(hé)等(děng)離子(zǐ)體質譜(LA-ICP-MS)/電感(gǎn)耦合等(děng)離子體質(zhì)譜(ICP-MS)光譜分析的(dí)高(gāo)通(tōng)量(liáng)準(zhǔn)分子(zǐ)激光(guāng)燒蝕係統[3]。ATL公司(sī)早在1996年就(jiù)已將ATLEX激光(guāng)器集(jí)成到Optec的MicroMaster微(wēi)加(jiā)工工作站中,時(shí)至今日(rì),ATL緊(jǐn)湊(còu)型準(zhǔn)分(fēn)子激光(guāng)已(yǐ)成功(gōng)集(jí)成到(dào)多(duō)家(jiā)激(jī)光(guāng)係(xì)統(tǒng)製造商的(dí)主流(liú)激光(guāng)燒(shāo)蝕(shí)電(diàn)感耦(ǒu)合(hé)等(děng)離子體質譜(pǔ)(LA-ICP-MS)係統中,確(què)立了在(zài)激光(guāng)燒蝕元(yuán)素(sù)分(fēn)析領域(yù)的(dí)地(dì)位(wèi)[3]。

ATLEX-I係列的193 nm波長(cháng)深紫(zǐ)外激光(guāng)是激光(guāng)燒蝕(shí)電(diàn)感(gǎn)耦(ǒu)合等(děng)離子(zǐ)體質譜(LA-ICP-MS)的理想光(guāng)源。對(duì)於更(gēng)高能量要(yào)求(qiú)的剝蝕應用,ATLEX-LR係列提供12 mJ脈衝能(néng)量(liáng)(穩定(dìng)模(mó)式4 mJ)和<5 ns的脈寬(kuān),其極(jí)快的(dí)脈衝上升沿和(hé)高峰值功(gōng)率有助(zhù)於提高(gāo)剝(bāo)蝕顆粒的氣(qì)溶(róng)膠化(huà)效率,減(jiǎn)少(shǎo)元(yuán)素分餾(liù)效應(yīng)[3]。

ATL準分(fēn)子激(jī)光器(qì)在激光剝(bāo)蝕與質譜分析(xī)中的(dí)應用

圖(tú)5:準(zhǔn)分子(zǐ)激(jī)光剝(bāo)蝕電感(gǎn)耦(ǒu)合等離(lí)子(zǐ)體(tǐ)質譜(pǔ)與(yǔ)光(guāng)譜(pǔ)聯(lián)用分(fēn)析儀(yí)結構示(shì)意圖

3.1.1 高空(kōng)間(jiān)分(fēn)辨率元(yuán)素(sù)成像

Doble等(děng)人2021年發表於(yú)Chemical Reviews的綜(zōng)述(shù)係統回顧(gù)了(liǎo)激光燒蝕(shí)電感(gǎn)耦合等離子(zǐ)體質譜(LA-ICP-MS)成(chéng)像技術在(zài)生物(wù)學(xué)中的(dí)應用(yòng),涵蓋(gài)癌症(zhèng)分(fēn)析,元素吸(xī)收(shōu)積(jī)累(léi),植物(wù)生(shēng)物成(chéng)像,環境(jìng)納米(mǐ)材(cái)料(liào)及神經(jīng)科學(xué)等(děng)領域(yù)[6]。該綜述(shù)表明(míng),具有高(gāo)峰值功(gōng)率密度(dù)的(dí)193 nm準(zhǔn)分子激光燒蝕係(xì)統是(shì)目前(qián)實現高空間(jiān)分(fēn)辨(biàn)率(典型值(zhí)5–10 μm,前沿(yán)研(yán)究可達亞微米級(jí))元素成(chéng)像(xiàng)的(dí)關鍵工(gōng)具(jù)[6]。ATLEX-I係列(liè)以其穩(wěn)定的短脈(mài)衝輸(shū)出和高(gāo)重(zhòng)復頻率(最高1000 Hz),可實現(xiàn)大麵積(jī)高分(fēn)辨(biàn)率元素(sù)分(fēn)布(bù)圖的快速(sù)構建(jiàn)。

在(zài)成(chéng)像速(sù)度(dù)方麵(miàn),2025年Basabe-Mendizabal等人的研究展示(shì)了(liǎo)納秒(miǎo)193 nm ArF基kHz激光器(qì)與(yǔ)低(dī)色散管(guǎn)狀燒蝕池聯(lián)用(yòng),配(pèi)合(hé)電(diàn)感耦(ǒu)合(hé)等(děng)離子(zǐ)體飛(fēi)行時(shí)間質譜(ICP-TOF-MS)分(fēn)析儀,單(dān)脈衝(chōng)響應持(chí)續(xù)時(shí)間低(dī)於1 ms,理論像素采集(jí)速率可達1000 像素/秒[5]。中國(guó)科學院(yuàn)高能物理研究所王萌(méng)研(yán)究(jiū)員團隊引(yǐn)入新(xīn)一(yī)代(dài)電(diàn)感耦(ǒu)合等(děng)離(lí)子體飛行時間質譜(ICP-TOF-MS)係(xì)統(tǒng)(icpTOF 2R),結(jié)合(hé)193 nm準(zhǔn)分(fēn)子(zǐ)激(jī)光高(gāo)速(sù)燒蝕係統(tǒng),將(jiāng)成(chéng)像(xiàng)速度提升1–2個數(shù)量(liáng)級,空(kōng)間分辨率(shuài)可達1 μm[7]。

 

3.1.2 地(dì)質(zhì)年(nián)代學與礦物分(fēn)析(xī)

激光(guāng)燒蝕電(diàn)感(gǎn)耦合(hé)等(děng)離(lí)子體質(zhì)譜(pǔ)(LA-ICP-MS)在(zài)地球科(kē)學(xué)領域(yù)有著深(shēn)厚(hòu)而(ér)廣泛(fàn)的應用,ATL激(jī)光器(qì)廣泛應用(yòng)於材料科學(xué),地質(zhì)學,岩(yán)石(shí)學和生(shēng)命科學領域(yù)[3]。準分(fēn)子激光燒蝕係統可與主(zhǔ)流電(diàn)感耦合等離子(zǐ)體質(zhì)譜(ICP-MS)質(zhì)譜儀(yí)配(pèi)合(hé)使用,采用(yòng)193 nm紫(zǐ)外激光(guāng)聚(jù)焦照射(shè)樣品(pǐn),以高峰值功率進(jìn)行激(jī)光燒蝕,形(xíng)成分(fēn)析(xī)物後(hòu)由載(zǎi)氣輸(shū)送(sòng)到(dào)電(diàn)感(gǎn)耦合(hé)等(děng)離(lí)子體(tǐ)質(zhì)譜(pǔ)(ICP-MS)分(fēn)析[8]。激(jī)光(guāng)光斑尺(chǐ)寸(cùn)可(kě)從(cóng)2 μm至(zhì)380 μm靈活調(tiáo)節(jié),可對鋯(gào)石(shí),獨(dú)居石(shí),斜鋯(gào)石(shí),金紅(hóng)石,楣石,磷釔礦(kuàng)等獨(dú)立礦(kuàng)物(wù)或(huò)拋光(guāng)薄片進行U-Th-Pb地質(zhì)年(nián)代學原位(wèi)分析(xī)。

3.1.3 單細(xì)胞(bāo)分(fēn)析與金(jīn)屬(shǔ)納米(mǐ)顆粒定量(liáng)

激光(guāng)燒(shāo)蝕電(diàn)感耦合等離子(zǐ)體(tǐ)質譜(LA-ICP-MS)已發(fā)展成為單個(gè)細胞元素定(dìng)量(liáng)分析(xī)的工(gōng)具(jù)。2025年發(fā)表(biǎo)的(dí)一項研究提出了(liǎo)一(yī)種新(xīn)穎的(dí)顆(kē)粒(lì)質量校準策略(lüè),用於通過激(jī)光(guāng)燒蝕(shí)電感(gǎn)耦合(hé)等離子(zǐ)體質譜(pǔ)(LA-ICP-MS)定量(liáng)分析單(dān)個(gè)癌(ái)細(xì)胞中的金(jīn)納(nà)米顆(kē)粒(AuNPs),該(gāi)方法(fǎ)在三個(gè)月(yuè)內三(sān)個獨立(lì)工(gōng)作批次證(zhèng)明(míng)了(liǎo)更好的準確性(xìng)和(hé)重(zhòng)復性[9]。此外(wài),該團隊還利用電感耦合等(děng)離子(zǐ)體飛行(háng)時(shí)間質(zhì)譜(ICP-TOF-MS)的快速分(fēn)析優(yōu)勢,實現了(liǎo)單個(gè)細胞(bāo)內金納(nà)米顆(kē)粒(lì)和銀等(děng)納米顆粒的絕對定(dìng)量(liáng),並開發(fā)了元素指紋-源解(jiě)析模(mó)型,通過(guò)分析(xī)大(dà)氣(qì)顆粒(lì)物(wù)中的(dí)“元素(sù)指紋(wén)"辨析大氣顆粒物的(dí)工(gōng)業(yè)汙(wū)染(rǎn)源(yuán)與(yǔ)天然(rán)來(lái)源[7]。

 

3.2 能(néng)保持(chí)90%蛋白質完整(zhěng)轉(zhuǎn)移率(shuài)的微區激光剝蝕取樣

193nm深(shēn)紫外(wài)激(jī)光剝(bāo)蝕取樣(yàng)技(jì)術常規的理(lǐ)解是光子(zǐ)能(néng)量高(gāo),是很(hěn)難(nán)做到在保(bǎo)持蛋(dàn)白質分子完(wán)整的(dí)條(tiáo)件(jiàn)下剝蝕樣品的(dí)。如(rú)圖(tú)6. Murray小(xiǎo)組將(jiāng)牛(niú)血(xiě)清蛋白質(zhì)樣品(pǐn)以(yǐ)約50um厚度(dù)塗敷於(yú)熔融石(shí)英(yīng)載玻(bō)片後(hòu),再底部(bù)翻(fān)轉(zhuǎn)朝(zhāo)上(shàng),193nm激(jī)光穿(chuān)透石英(yīng)玻璃(lí)載玻片(piàn),打在50um蛋(dàn)白質樣本的背(bèi)麵(miàn),此(cǐ)脈衝(chōng)激光擊碎(suì)了(liǎo)約幾微(wēi)米(mǐ)的一層蛋白質(zhì),這(zhè)些被(bèi)擊碎(suì)的(dí)蛋(dàn)白(bái)質(zhì)碎片充(chōng)當(dāng)了“被(bèi)犧(xī)牲的基(jī)質(zhì)",將貼(tiē)在上層的>90%的完整(zhěng)蛋白(bái)質解附(fù)出(chū)來,可用於後(hòu)續(xù)的質譜(pǔ)檢(jiǎn)測(cè)[2]。為了驗(yàn)證(zhèng)此(cǐ)深紫外激光(guāng)背向(xiàng)剝(bāo)蝕法可(kě)保(bǎo)持(chí)多數(shù)蛋白質的完(wán)整(zhěng),Murray小組收集這些解附掉落的(dí)蛋白質重新溶解(jiě),接(jiē)入LC-MS/MS液相質譜(pǔ)與(yǔ)質(zhì)譜(pǔ)聯用係(xì)統分析(xī),驗(yàn)證(zhèng)了(liǎo)保(bǎo)持完整(zhěng)轉(zhuǎn)移的牛(niú)血(xiě)清蛋白(bái)。

ATL準分子激(jī)光(guāng)器(qì)在(zài)激(jī)光(guāng)剝蝕與(yǔ)質(zhì)譜分(fēn)析中的(dí)應用(yòng)

圖6:準(zhǔn)分子激(jī)光(guāng)背(bèi)向剝蝕采樣法

另(lìng)外(wài)演(yǎn)示了(liǎo)使用(yòng)193 nm ArF準分子激(jī)光(guāng)對(duì)腦組(zǔ)織切片進(jìn)行(háng)微區燒蝕(shí),獲得了空(kōng)間(jiān)定位(wèi)明確的蛋白(bái)質表(biǎo)達圖譜[2]。

核心(xīn)實驗(yàn)數據:

完(wán)整蛋白質捕獲(huò)率:1)對50um厚牛血清白(bái)蛋白(BSA)標(biāo)準品(pǐn)進(jìn)行(háng)193 nm激光燒蝕(shí),在(zài)0.3 J/cm²激(jī)光通量下(xià),蛋白質(zhì)完整(zhěng)轉移(yí)率達(dá)到約90%。

2)對(duì)50 μm厚度大鼠腦(nǎo)組織(zhī)燒蝕(shí)取樣,獲得每(měi)平(píng)方毫米約(yuē)2 μg蛋(dàn)白(bái)的收率(shuài)。

高(gāo)空間分(fēn)辨(biàn)鑒定(dìng):0.06 mm²極小組(zǔ)織區域中(zhōng)鑒定(dìng)出約85種蛋(dàn)白(bái)質(zhì);1 mm²區域中掃(sǎo)描鑒定出(chū)約(yuē)2400種(zhǒng)蛋白質(zhì)。

ATL準(zhǔn)分子(zǐ)激(jī)光器(qì)在(zài)激(jī)光(guāng)剝蝕與質譜分(fēn)析中的應用

圖7.經(jīng)193 nm 激光(guāng)剝蝕後的仍保持完(wán)整的(dí)牛血(xiě)清(qīng)蛋白

3.3 真(zhēn)空(kōng)紫(zǐ)外激光(guāng)電離157nm與大氣(qì)環境(jìng)激(jī)光電離(lí)193nm

193 nm ArF準(zhǔn)分子激(jī)光(guāng)因(yīn)很(hěn)高的(dí)單光(guāng)子能量(liáng),可從硬組織(zhī),不溶(róng)性聚合物(wù)等(děng)特殊(shū)樣(yàng)品(pǐn)中(zhōng)直(zhí)接電離分析(xī)物。

193 nm波(bō)長還被(bèi)廣泛用於(yú)串聯(lián)質譜(pǔ)中肽段離子的(dí)光解(jiě)離(lí)測序(xù)。193 nm準(zhǔn)分(fēn)子(zǐ)激(jī)光光解(jiě)離(lí)與基質(zhì)輔助(zhù)激(jī)光解吸電離飛(fēi)行(háng)時間/飛行時間質譜(MALDI-TOF/TOF-MS)聯(lián)用可實(shí)現小(xiǎo)到中等大小肽段的(dí)靈(líng)敏測序(xù)[10]。在(zài)激(jī)光解吸後電離(LDPI)方向,ATLEXI的157 nm F₂準(zhǔn)分子激(jī)光(7.87 eV)可(kě)進行(háng)真空(kōng)紫(zǐ)外單(dān)光子電離(VUV-SPI),在(zài)高鹽(yán)環(huán)境(jìng)樣品(pǐn)分(fēn)析中可避免基(jī)質幹擾。在大氣(qì)壓激(jī)光(guāng)電離(APLI)技術中,Bruker Daltonics開發的(dí)大氣壓激光電離(APLI)源采用(yòng)ATLEXI係(xì)列激(jī)光(guāng)器進行兩步吸(xī)收電離(lí),對(duì)多環(huán)芳(fāng)烴(tīng)(PAH)檢測(cè)在1 ppb濃度(dù)下(xià)信(xìn)噪比(bǐ)>100:1。

3.4 單(dān)顆粒氣(qì)溶(róng)膠飛行時間質譜(pǔ)(LAAPTOF)

ATLEXI係列已(yǐ)被集成(chéng)到激光燒蝕氣溶膠飛(fēi)行(háng)時間質譜(LAAPTOF)係(xì)統中(zhōng),對每(měi)個氣溶膠顆(kē)粒記錄粒(lì)徑(jìng)及正負(fù)離子(zǐ)飛(fēi)行時間質譜(pǔ)(TOF-MS)。係(xì)統可有效傳輸粒(lì)徑(jìng)達2.5 μm的顆(kē)粒物(wù),最(zuì)高分析(xī)頻(pín)率300 Hz,可區分氣溶膠顆粒(lì)的(dí)內部(bù)混(hùn)合和外(wài)部(bù)混合(hé)狀(zhuàng)態,應用(yòng)於(yú)環境氣(qì)溶膠(jiāo)分析,實(shí)驗(yàn)室(shì)氣溶膠表征,工(gōng)業過程控(kòng)製以(yǐ)及基礎科學研究[3]。

ATL準(zhǔn)分(fēn)子激光(guāng)器在激光剝蝕(shí)與質(zhì)譜分析中的應用

圖8:LAAPTOF結構(gòu)示意圖

4.先鋒(fēng)科技——ATL中(zhōng)國(guó)代(dài)理與(yǔ)專(zhuān)業技術服務體係

先鋒(fēng)科(kē)技股份有限(xiàn)公司是(shì)德(dé)國ATL Lasertechnik GmbH在中(zhōng)國區域的代理(lǐ)。先鋒科(kē)技(jì)擁(yōng)有一(yī)支經(jīng)ATL原(yuán)廠培(péi)訓的專業(yè)技(jì)術服(fú)務團隊,可(kě)提供現場安(ān)裝調試,操(cāo)作(zuò)培訓;國內(nèi)設(shè)有(yǒu)核(hé)心備(bèi)件(jiàn)庫(kù)存,實現(xiàn)快(kuài)速(sù)響(xiǎng)應(yīng)(緊(jǐn)急(jí)故(gù)障48小時(shí)內上門(mén)),並(bìng)提供(gōng)遠(yuǎn)程(chéng)與現(xiàn)場維(wéi)修為國內(nèi)用戶從選型咨(zī)詢到售後維(wéi)護提(tí)供全麵保(bǎo)障。

 

5.總結與(yǔ)展望(wàng)

ATL公(gōng)司產(chǎn)品綫覆(fù)蓋(gài)標(biāo)準型(xíng)ATLEX-I,激光剝(bāo)蝕(shí)專用ATLEX-LR及光纖(xiān)光柵刻寫專用ATLEX-FBG,支持157 nm至351 nm多(duō)波長輸(shū)出(chū)。其(qí)中ATLEX-I係列以超短脈(mài)衝寬(kuān)度(dù)(5–8 ns),優異能量(liáng)穩(wěn)定性(<3%),全風冷緊(jǐn)湊(còu)結構及平(píng)頂光(guāng)束(shù),為(wéi)LA-ICP-MS元素成(chéng)像(xiàng),MALDI-MS組織定位(wèi),生物(wù)分子(zǐ)微區取(qǔ)樣及單顆粒(lì)氣溶膠(jiāo)分析等質譜應用提供(gōng)了(liǎo)高品(pǐn)質紫外(wài)光源。最(zuì)新研(yán)究證明193 nm準分(fēn)子(zǐ)激(jī)光(guāng)燒(shāo)蝕係(xì)統(tǒng)正(zhèng)推動(dòng)元素成(chéng)像向(xiàng)高通量(liáng)(1000像(xiàng)素/秒)和高分辨(biàn)率(≤1 μm)邁進。

隨著(zhuó)空間蛋白質組學,單細胞分析(xī)和原位元(yuán)素(sù)成像等前(qián)沿領域的(dí)發(fā)展,對緊湊型,高(gāo)重(zhòng)頻深紫(zǐ)外準(zhǔn)分(fēn)子激(jī)光器(qì)的需求將(jiāng)持(chí)續(xù)增長(cháng)。ATL全(quán)係列(liè)產品依(yī)托德國技術,結合先(xiān)鋒科技的專業技(jì)術服務與(yǔ)快(kuài)速響(xiǎng)應保障,將為國內(nèi)用戶提供(gōng)從(cóng)選型(xíng)到維護的全麵(miàn)支(zhī)持(chí)。

參考文(wén)獻

[1] ATL Lasertechnik GmbH. ATLEXI:新一代緊湊型風冷高(gāo)重復頻(pín)率準分(fēn)子激光器(產(chǎn)品規(guī)格書(shū)).

[2] Lawal RO, Richardson LT, Dong C, et al. Deepultraviolet laser ablation sampling for proteomic analysis of tissue. Analytica Chimica Acta, 2021, 1184: 339021.

[3] ATL Lasertechnik GmbH. Analytical Applications:High Resolution LAICPMS Systems. https://atl-laser.de/analytical.html

[4] 先鋒科技(jì)股(gǔ)份有(yǒu)限(xiàn)公(gōng)司. 德國ATL Lasertech準分子激光(guāng)器(qì)ATLEXI. https://teo.com.cn/show/278/827.html

[5] Basabe-Mendizabal I, Maeda R, Goderis S, Vanhaecke F, Van Acker T. Boosting the Pixel Acquisition Rate of Elemental Mapping with Laser Ablation-ICP-Mass Spectrometry to 1000 Hz. Analytical Chemistry, 2025, 97(12): 6481–6488.

[6] Doble PA, Gonzalez de Vega R, Bishop DP, et al. Laser Ablation–Inductively Coupled Plasma–Mass Spectrometry Imaging in Biology. Chemical Reviews, 2021, 121(19): 11769–11822.

[7] 金(jīn)屬組學為空間(jiān)多組學(xué)注入(rù)元素成像(xiàng)新維(wéi)度. 中國光譜學(xué)會, 2025.

[8] Resolution準分子(zǐ)激(jī)光(guāng)燒蝕係(xì)統(tǒng)用(yòng)於ICP-MS電感耦合等離(lí)子(zǐ)體(tǐ)-質(zhì)譜(pǔ). 2022.

[9] Bazo A, Bolea-Fernandez E, Billimoria K, et al. A Novel Particle Mass Calibration Strategy for the Quantification of AuNPs in Single Cancer Cells via Laser Ablation ICP-Mass Spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2025.

[10] Hettick JM. Optimization and utilization of MALDI 193nm photofragment timeofflight mass spectrometry for peptide sequencing. Doctoral Dissertation, Texas A&M University, 2004.


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