質譜成像技術是近年來快速發展的分子成像技術，廣泛應用于蛋白質，多肽，磷脂，氨基酸，寡糖等生物分子的成像。由生物質或化石燃料的不完全燃燒產生的煙塵、黑碳和柴油發動機顆粒等碳質氣溶膠，通常是PM2.5等復雜大氣顆粒物的重要組成部分。這些大氣顆粒物嚴重影響人類的健康。因此，追蹤真實的氣溶膠粒子多種成分的體內行為至關重要。然而，由于其復雜性，現有方法無法實現。
在國家自然科學基金委和中國科學院的大力支持下，中科院化學所活體分析化學院重點實驗室聶宗秀研究員課題組長期致力于開發生物質譜成像新方法，對顆粒質譜與成像進行了系統的探索研究。2015年利用激光解吸電離的方法（LDI-MS）實現了碳納米材料的免標記體內原位質譜成像（Nature Nanotech. 2015, 10, 176）。進而，該課題組將該方法擴展到納米載藥體系研究中，實現了包括二硫化鉬，金納米顆粒，黑磷，和碳納米管等在內的納米載藥體系在小鼠原位腫瘤的分布和藥物釋放行為研究（ Science Advances, 2018, 4, eaat9039）。可以預見，基于這一技術原理，將會有更多的納米體系相關的科學問題可以通過質譜成像的方法進行體內原位分析研究，對于我們了解納米顆粒的體內行為和相互作用具有重大意義。
最近，他們利用前期建立的納米材料質譜成像方法，實現了大氣碳質氣溶膠顆粒物（PM2.5）在小鼠肺中的多組分成像研究，獲得了碳質氣溶膠中有機碳（OC）和無機（或元素）碳（EC）的分布差異，定量結果顯示OC在肺實質中釋放更多，且能夠比EC更快地被肺部清除，原位肺癌模型的結果顯示OC比EC能夠更加深入的進入到癌組織區域。此外，他們還對肺外器官中EC和OC的特異分布進行了定量分析，并在原位肝癌模型中也觀察到了與肺部相似的結果。相關研究結果發表于近期的Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2上，并被選為Inside back cover和Hot paper。文章第一作者是博士生江昱明，通訊作者為聶宗秀研究員、熊彩僑副研究員和孫潔博士。
圖 質譜成像揭示碳質氣溶膠顆粒物（PM2.5）中有機碳和元素碳在體內特異性分布差異
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