MOF-derived Oxides Used as MALDI-TOF MS Matrix for the Determination of Amino Acids
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摘要: 目的：为了拓展基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）在小分子检测领域的应用，本文合成了三种金属有机骨架衍生氧化物，作为MALDI-TOF MS新型基质，用于高效分析氨基酸。方法：本文以三种金属有机骨架材料（MOFs）为前驱体，通过TiO2纳米涂层修饰，并经过煅烧得到其金属氧化物，用作MALDI质谱基质，研究其在氨基酸检测方面的优势，探究基质浓度对检测结果的影响，考察材料的重现性和定量分析能力。结果：三种MOF-衍生金属氧化物材料相比其前驱体MOFs和TiO2 NPs，分析氨基酸（Pro、Ile、His和Try）时具有信噪比高、离子强度高和重现性好的优点；其中Cr2O3@TiO2表现最佳，基质浓度为0.1 mg·mL−1，定量检测Ile和His时线性范围为0.001~0.1 mg·mL−1。结论：本文制备的MOF-衍生金属氧化物材料作为MALDI-TOF MS基质，实现了对4种氨基酸的同时精确检测，具有在氨基酸及小分子代谢物检测方面进一步的拓展和应用价值。
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关键词:
- 金属有机骨架衍生氧化物材料 /
- 基质辅助激光解吸飞行时间质谱 /
- 氨基酸 /
- 小分子 /
- 检测
Abstract: Objective: To expand the application of matrix assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) analysis technology in the field of small molecules detection, three metal-organic frameworks (MOFs) derived oxides were synthesized and explored as the novel matrix for efficient analysis of amino acids by MALDI-TOF MS. Methods: Three MOF-derived oxides were synthesized by TiO2 nano coating modification and calcination, with MOFs as precursors. When MOF-derived oxides used as MALDI matrix, their advantages in the determination of amino acids were studied, the influence of matrix concentration on detection results was explored, and the reproducibility and quantitative analysis ability of the materials were investigated in this study. Results: MOF-derived oxides exhibited better performances compared with MOFs and TiO2 NPs when detection of proline (Pro), isoleucine (Ile), histidine (His) and tyrosine (Try) under the same detection conditions, including high signal to noise ratio, high ion intensity and good reproducibility. Meanwhile, Cr2O3@TiO2 performed best in three MOF-derived oxides, it had the advantage of a wide linear range (0.001~0.1 mg·mL−1) in quantitative detection of Ile and His, with 0.1 mg·mL−1 of matrix concentration. Conclusion: Four amino acids could be simultaneously and accurately detected by MOF-derived oxides synthesized in this work, these materials had the value of further expansion and application for the detection of amino acids and other small etabolites as MALDI-TOF MS matrix.-
Keywords:
- MOF-derived oxide /
- MALDI-TOF MS /
- amino acids /
- small molecules /
- detection
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氨基酸是蛋白质的基本组成单位，在大部分生命活动中发挥着重要作用[1]。机体中氨基酸的浓度变化与多种疾病有关，且能反映机体代谢情况。传统氨基酸分析方法大多存在预处理步骤复杂、分析成本高昂、分析时间长、样品需求量大等问题，因此，探究准确快速的分析氨基酸类物质的有效方法在疾病诊断和生命科学分析领域具有重要作用[2]。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS）是一种简单、高效的新型软电离质谱技术，以实验周期短、预处理步骤简单、样品消耗低、灵敏度高等优点，在蛋白质、肽链的分析中被广泛应用[3]，在氨基酸分析领域的拓展中有良好潜力。但在MALDI的激光照射下，适用于大分子代谢物的传统基质本身也会发生电离破碎，在小分子范围内（<500 Da）产生严重信号干扰[4]。因此，用MALDI-TOF MS直接进行小分子代谢物（100~500 Da）的检测是一项相对困难的工作。
近年来，研究者们拓展了诸如碳基材料[5]、纳米材料[6]、金属/金属氧化物材料[7-9]、金属有机骨架（metal-organic frameworks，MOFs）[10-12]、共价有机骨架（covalent-organic frameworks，COFs）[13]和MOF@COF[14]等材料作为MALDI-TOF MS的新型基质材料用于检测小分子代谢物，其中，MOFs和纳米金属氧化物材料由于其独特的性质受到了广泛关注。MOFs的高孔隙率和大比表面积使得其作为基质易于与样品形成均匀分散的共结晶体系，材料在紫外范围的强激光吸收能力也符合MALDI部分对激光能量吸收转移的要求；另外，由于MOFs本身的多孔性、大比表面积、多活性位点、空间结构、易于修饰、组成元素多样性等特征，以MOFs为模板/前驱体进行碳基材料[15]、金属氧化物材料[16-18]及其他衍生材料[17,19-22]的合成和应用也被广泛报道。金属/金属氧化物纳米材料具有与紫外光产生相互作用的能力，这使得金属/金属氧化物纳米材料具有作为MALDI-TOF MS基质的应用潜力；最重要的是，该类材料作为基质可以很好地避免低质量区（100~500 Da）的自身干扰，在MALDI-TOF MS小分子检测中有良好的应用前景[7, 23-25]。其中，TiO2纳米粒子（nanoparticles，NPs）在紫外区表现出很强的吸收特性，相关文献也报道了通过TiO2 NPs复合各种基质[8-9, 26-27]，例如：α-氰基-4-羟基肉桂酸（α-cyano-4-hydroxy-cinnamic acid，CHCA）、2,5-二羟基苯甲酸（2,5-dihydroxy-benzoic acid， DHB）及一些有较好应用的MOFs等，制备出新型复合基质材料，在低质量区既能避免信号干扰，又能促进激光解吸电离过程，在MALDI-TOF MS中取得了更好的应用检测效果。
本研究利用TiO2 NPs的优良特性，参考Dekrafft等[17]报道的一种简单、廉价、可调、可扩展的金属有机框架（MOFs）模板策略，经传统MOFs修饰后再合成具有独特物理化学性质的混合金属氧化物纳米复合材料，作为MALDI基质和吸附剂，用于高效分析氨基酸生物小分子。该金属氧化物纳米复合材料具有规则晶型的纳米级多孔结构，有助于其作为MALDI基质与目标物形成均匀的共结晶体系，从而解决金属氧化物基质检测重现性差的问题，同时可显著提高氨基酸小分子目标物的电离效率和检测结果的信噪比，实现氨基酸类小分子代谢物的同时精确检测，拥有在MALDI-TOF MS的小分子代谢物分析领域巨大的应用潜力。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
脯氨酸（proline，Pro） 上海J&K化工有限公司；异亮氨酸（isoleucine，Ile）、组氨酸（histidine，His）、色氨酸（tryptophan，Try）、对苯二甲酸（p-phthalic acid，H2BDC）和硝酸铬（Chromium Nitrate，Cr（NO3）3） 天津光复精细化工研究所；氯化锆（Zirconium（IV）chloride，ZrCl4） 美国马萨诸塞斯特林试剂公司；中-四（4-羧基苯基）卟吩（meso-Tetra（4-carboxyphenyl）porphine，TCPP）、苯甲酸 天津希恩思试剂公司；二（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛（Titanium（IV）bis（ammonium lactato）dihydro-xide solution，TALH） 美国圣路易斯奥德里奇试剂公司；乙醇、乙腈（acetonitrile，ACN）、N,N-二甲基甲酰胺（N, N-dimethylformamide，DMF） 康科德试剂公司；氢氟酸（Hydrogen fluoride，HF） 天津市北联精细化工有限公司；纳米二氧化钛（Titanium Dioxide na-noparticles，TiO2 NPs） 自制；去离子水（18.2 MΩ cm） 天津理化分析中心；实验中所有试剂均为分析纯。
SmartLab X射线衍射仪（采用λ=1.5418 Å Cu Kα射线，测试范围3~60°） 日本理学；Apreo S LoVac场发射扫描电子显微镜 FEI捷克有限公司；Autoflex III TOF/TOF200型基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪（采用波长为337 nm的smartbeam激光器） 德国布鲁克；KH-400KDH超声波清洗器 中国昆山禾创超声仪器有限公司；SX2-4-12马弗炉 慧通五金（广州）电热设备有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 金属有机骨架衍生氧化物材料制备
1.2.1.1 MIL-101（Cr）的制备
通过已报道的方法[10]来制备MIL-101（Cr），将80.0 mg硝酸铬和332.0 mg对苯二甲酸溶于10.0 mL去离子水中，滴加0.1 mL氢氟酸搅拌均匀，室温下用70 Hz的超声波超声分散15 min后，将所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬的20 mL不锈钢高压反应釜中，220 ℃下加热8 h。在8000 r/min的转速下，离心15 min并收集所得绿色固体，分别用DMF和乙醇洗涤三次，离心，最后在60 ℃真空干燥过夜。取出称量得71.5 mg绿色固体粉末产物。
1.2.1.2 UiO-66（Zr）的制备
通过已报道的方法[11]来制备UiO-66（Zr），将159.0 mg氯化锆和102.0 mg对苯二甲酸溶于20.0 mL的DMF中搅拌均匀，室温下用70 Hz的超声波超声分散15 min后，将所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬的50 mL不锈钢高压反应釜中，120 ℃下加热24 h。在8000 r/min的转速下，离心15 min并收集所得白色固体，分别用DMF和乙醇洗涤三次，离心，最后在60 ℃真空干燥过夜。取出称量得112.0 mg白色固体粉末产物。
1.2.1.3 PCN-222（Zr）的合成
通过已报道的方法[28-29]来制备PCN-222（Zr），将18.8 mg氯化锆、18.0 mg TCPP和800.0 mg苯甲酸溶于5.0 mL的DMF中搅拌均匀，室温下用70 Hz的超声波超声分散15 min后，将所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬的20 mL不锈钢高压反应釜中，120 ℃下加热48 h。在8000 r/min的转速下，离心15 min并收集所得紫色固体，分别用DMF和乙醇洗涤三次，离心，最后在60 ℃真空干燥过夜。取出称量得20.0 mg紫色固体粉末产物。
1.2.1.4 Cr2O3@TiO2的合成
参考文献[17]报道的方法模板化制备Cr2O3@TiO2。将合成好的MIL-101（Cr）粉末称取40.0 mg溶于20.0 mL 0.1 mol/L HCl溶液中，滴加1.3 mL TALH，充分搅拌后，室温下用70 Hz的超声波超声分散30 min使粉末在溶液中分散均匀。将溶液在室温条件下500 r/min转速磁力搅拌2 h，得到泛白的绿色溶液。溶液在8000 r/min的转速下，离心20 min并收集所得绿色固体沉淀，将沉淀转移到坩埚中，放入马弗炉空气氛围下550 ℃煅烧16 h。取出称量得深绿色固体粉末11.0 mg。
1.2.1.5 （UiO-66）-ZrO2@TiO2的制备
参考文献[17]报道的方法模板化制备（UiO-66）-ZrO2@TiO2。将合成好的UiO-66（Zr）粉末称取70.0 mg溶于35.0 mL 0.1 mol/L HCl中，滴加1.2 mL TALH，充分搅拌后，室温下用70 Hz的超声波超声分散30 min使粉末在溶液中分散均匀。将溶液在室温条件下500 r/min转速磁力搅拌2 h，得到乳白色溶液。溶液在8000 r/min的转速下，离心20 min并收集所得白色固体沉淀，将沉淀转移到坩埚中，放入马弗炉空气氛围下550 ℃煅烧16 h。取出称量得灰白色固体粉末16.0 mg。
1.2.1.6 （PCN-222）-ZrO2@TiO2的制备
参考已报道的方法[17]模板化制备（PCN-222）-ZrO2@TiO2。将合成好的PCN-222（Zr）粉末称取20.0 mg溶于15.0 mL 0.1 mol/L HCl中，滴加1.0 mL TALH，充分搅拌后，室温下用70 Hz的超声波超声分散30 min使粉末在溶液中分散均匀。将溶液在室温条件下500 r/min转速磁力搅拌2 h，得到粉紫色溶液。溶液在8000 r/min的转速下，离心20 min并收集所得紫色固体沉淀，将沉淀转移到坩埚中，放入马弗炉空气氛围下800 ℃煅烧4 h。取出称量得白色固体粉末10.4 mg。
1.2.2 基质结构表征
1.2.2.1 SEM表征
使用FEI捷克有限公司Apreo S LoVac场发射扫描电子显微镜，分辨率：0.7 nm@15 kV，1.0 nm@1 kV（高真空）；1.0 nm@15 kV，1.8 nm@3 kV（低真空）；0.8 nm@30 kV（stem）；加速电压：200 V～30 kV；电子枪：超稳定肖特基电子枪。
1.2.2.2 XRD表征
使用日本理学SmartLab X射线衍射仪，管压40 kV，管流150 mA，扫描速度15°/min，Cu Kα辐射，在3~60°角范围内获得了X射线衍射（XRD）图。
1.2.3 MALDI-TOF MS分析
1.2.3.1 用于MALDI-TOF MS分析样品的准备
将Pro、Ile、His、Try溶解在去离子水中，浓度为0.1 mg·mL−1；Ile和His溶解在去离子水中，浓度为0.01、0.001 mg·mL−1。所得溶液在4 ℃的冰箱中存储，供进一步使用。
1.2.3.2 用于MALDI-TOF MS 分析的基质准备和点靶方法
将MIL-101（Cr）、UiO-66（Zr）、PCN-222（Zr）、Cr2O3@TiO2、（UiO-66）-ZrO2@TiO2、（PCN-222）-ZrO2@TiO2分散在乙腈中，浓度为0.1、0.01、0.001 mg·mL−1。将TiO2 NPs分散在乙腈中，浓度为0.1 mg·mL−1。
采用传统的干滴分析方法，使用MIL-101（Cr）、UiO-66（Zr）、PCN-222（Zr）、Cr2O3@TiO2、（UiO-66）-ZrO2@TiO2、（PCN-222）-ZrO2@TiO2、TiO2 NPs为基质时，将2 μL待测物分析液与2 μL基质混合，然后将2 μL的混合物转移至金属靶上，待其自然晾干后进行测试。
1.2.3.3 MALDI-TOF MS测试条件设置
MALDI-TOF MS检测氨基酸使用的仪器为Bruker Autoflex Ⅲ质谱仪（德国），该仪器使用337 nm smartbeam激光。在所有的实验中，使用正离子反射模式，80%激光强度进行检测。每个记录的质谱都是由200个单独的200 Hz激光发射的平均数据产生的。
1.3 数据处理
在目标物检测过程中，在同一个靶点中随机选取4个点进行平行实验测试，所得数据使用Flex Analysis和Origin软件处理。
2. 结果与分析
2.1 MOF-衍生金属氧化物的表征
在探究MOF-衍生金属氧化物作为基质辅助电离/解吸前，用XRD和SEM（图1）对制备的MOF-衍生金属氧化物进行表征。由图可知，Cr2O3@TiO2的特征峰在24.5°、34°、36°、41.5°、50.5°、55°分别与Cr2O3（012）、Cr2O3（104）、Cr2O3（110）、Cr2O3（113）、Cr2O3（024）和Cr2O3（116）的平面相关[30]，在25°与TiO2（101）的平面相关[31]。（PCN-222）-ZrO2@TiO2与（UiO-66）-ZrO2@TiO2在25°、30°的特征峰分别与TiO2（101）[32]、ZrO2（101）[33]的平面相关。合成的三种MOF-衍生金属氧化物从XRD图像上分析都与对应的M-Ti（M=Cr、Zr）氧化物峰相符，XRD表征符合预期设想。另外，在SEM下的三种MOF-衍生金属氧化物都呈大小近似球形的颗粒状物，其中，两种小配体（对苯二甲酸）的MOF-衍生金属氧化物（Cr2O3@TiO2、（UiO-66）-ZrO2@TiO2）颗粒少量堆积形成丰富的多孔结构，而大配体（TCPP）的MOF-衍生金属氧化物（（PCN-222）-ZrO2@TiO2）颗粒则大量聚集形成大孔隙的多孔结构。孔隙产生的原因可能在于高温焙烧下有机配体的离去，形貌表征也符合预期设想，表征结果表明材料合成成功。
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图 1 三种MOFs基质的SEM和XRD表征注： 图A、B、C：Cr2O3@TiO2、（PCN-222）-ZrO2@TiO2和（UiO-66）-ZrO2@TiO2；图D：XRD。Figure 1. SEM and XRD characterization of three MOFs matrix2.2 MOF-衍生金属氧化物作为MALDI-TOF MS基质的探究
参考评估MOF-衍生金属氧化物作为MALDI基质检测氨基酸类小分子的表现[31, 34-39]，选择4种氨基酸（Pro、Ile、His和Try）作为目标分析物（图2）进行MALDI-TOF MS分析。
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图 2 Ile（A）、His（B）、Try（C）、Pro（D）的化学结构式Figure 2. Structural formula of Ile (A), His (B), Try (C), Pro (D)在进行MALDI-TOF MS分析检测时，正离子模式下，样品常出现正离子加合峰，如加质子峰、加H+峰、加碱金属离子峰（Na+或K+）、减电子峰等。图3为正离子模式下使用0.1 mg·mL−1三种MOFs（MIL-101（Cr）、PCN-222（Zr）、UiO-66（Zr）），作为基质用于MALDI-TOF MS检测0.1 mg·mL−1四种氨基酸的结果。三种MOFs基质都在138.41（Pro的[M+Na]+）、154.36（Ile的[M+Na]+和Pro的[M+K]+）、194.31（His的[M+K]+）、243.30（Try的[M+K]+）处产生清晰的正离子峰（表1），四种氨基酸均有特征峰被检出，但三种基质的质谱图背景不干净，信噪比较低，且目标峰强度也不高。
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图 3 三种MOFs基质（0.1 mg·mL−1）对4种氨基酸的质谱检测信号Figure 3. The mass spectrometry of four amino acids using three MOFs (0.1 mg·mL−1) as matrix如图4所示，三种MOF-衍生金属氧化物在同等检测条件下相比其前驱体MOFs对四种氨基酸都有明显更强的质谱信号检出，信号强度和信噪比均提升了数倍到数十倍不等，且三种衍生金属氧化物都检测到清晰的碱金属加合峰（表1）。其中，Cr2O3@TiO2（图4A）对194.32 m/z和178.36 m/z检出信号强度相较其他衍生金属氧化物较强，且整体检出强度和信噪比都较好；（PCN-222）-ZrO2@TiO2（图4B）检测效果相较于其前驱体MOFs有明显提升，但提升效果不如Cr2O3@TiO2基质（图4A）；而（UiO-66）-ZrO2@TiO2（图4C）峰强度较前驱体MOFs虽有提升，但信噪比与其他衍生金属氧化物相比稍差。
表 1 各种基质对四种氨基酸的检出表（正离子模式）Table 1. The table of four amino acids detected by various substrates (positive ion mode)目标物 相对分子质量 [M+H]+ [M+Na]+ [M+K]+ Pro 115.06 116.48 138.41 154.36 Ile 131.09 None 154.36 None His 155.07 None 178.35 194.31 Try 204.09 None 227.34 243.30 ![]()
图 4 三种MOFs及其衍生金属氧化物（0.1 mg·mL−1）对4种氨基酸的质谱检测信号对比Figure 4. Comparison of the mass spectrometry of four amino acids in three MOFs matrix (0.1 mg·mL−1) and three MOF-derived oxides metal matrix (0.1 mg·mL−1)如图5所示，与TiO2 NPs相比，MOF-衍生金属氧化物各目标峰检出情况虽然有所差别，但所有目标峰均有检出，信噪比和强度也较高，整体检出效果相较于TiO2 NPs略微提升。这一结果应证了模板化合成的MOF-衍生金属氧化物继承了TiO2 NPs作为基质辅助分析物电离的优良效果，并且还具有更高的电离分析物效率。
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图 5 三种MOF-衍生金属氧化物（0.1 mg·mL−1）和TiO2对4种氨基酸的质谱检测信号对比Figure 5. Comparison of the mass spectrometry of four amino acids in three MOF-derived metal oxides matrix (0.1 mg·mL−1) and TiO2 NPs matrix (0.1 mg·mL−1)2.3 基质用量对质谱峰强度的影响
质谱中峰的高度与被测物的丰度有关，基质辅助被测物离子化效率越高，被测物进入探测器的丰度越高，峰强也就越高。由图6可知，Cr2O3@TiO2和（PCN-222）-ZrO2@TiO2基质在0.001~0.1 mg·mL−1的浓度范围内，基质浓度的提升，增强了分析物的电离效率，但较高的基质浓度使基质与分析物结晶层变厚，激光不易于充分电离分析物与基质的共结晶，因此电离效率提升并未呈线性增长。（UiO-66）-ZrO2@TiO2基质未出现类似变化，但该基质在低浓度条件下针对四种氨基酸的电离效率明显高于其他两种MOF-衍生金属氧化物。
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图 6 不同浓度的Cr2O3@TiO2 （A）、（PCN-222）-ZrO2@TiO2（B）和（UiO-66）-ZrO2@TiO2（C）对4种氨基酸的质谱检测信号对比Figure 6. Comparison of the mass spectrometry of four amino acids in different matrix concentrations of Cr2O3@TiO2 (A), (PCN-222)-ZrO2@TiO2 (B) and (UiO-66)-ZrO2@TiO2 (C)2.4 重现性与定量分析
到目前为止，已经开发出的金属氧化物[7-9]和MOFs[10-11]基质中，只有在基质和分析物在局部形成的共结晶（即“甜点”）处才能获得较好的检测结果，阻碍了MALDI-TOF MS在定量分析方面的应用。因此，本文中进行了MOF-衍生金属氧化物重现性的分析工作，探究该新型基质材料在MALDI-TOF MS检测中是否具有对氨基酸类小分子较好的定量分析应用前景。
重复性通过采集3个MOF-衍生金属氧化物样品的4个随机区域的数据进行评估（图7），并将结果与TiO2 NPs基质样品作比较。从信号强度上看，MOF-衍生金属氧化物比TiO2 NPs基质具有更好的重现性，在样品的不同区域上得到的信号峰强度差别不大。
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图 7 0.1 mg·mL−1材料的不同样品区域对4种氨基酸的质谱检测信号对比注：A：Cr2O3@TiO2 ；B：（PCN-222）-ZrO2@TiO2；C：（UiO-66）-ZrO2@TiO2；D：TiO2 NPs。Figure 7. Comparison of mass spectrometry of four amino acids in different sample regions of 0.1 mg·mL-1 material从信噪比（表2）上分析，采用了4个样品在正离子模式下的信噪比相对标准偏差（RSDs）（n＝5）进行比较。表中可以看到，三种MOF-衍生金属氧化物各个目标峰的RSD都要明显低于TiO2 NPs（Cr2O3@TiO2在243.30 m/z的信噪比RSD 20.74%除外）。值得注意的是，三种合成材料基质在某些目标峰检出上有一定良好重现性表现：如Cr2O3@TiO2在138.41 m/z（Pro）、154.36 m/z（Pro、Ile）的信噪比RSD只有4.72%和2.56%；（PCN-222）-ZrO2@TiO2在154.36 m/z（Pro、Ile）的信噪比RSD为8.62%；（UiO-66）-ZrO2@TiO2在227.34 m/z（Try）的信噪比RSD只有3.94%。
表 2 MOF-衍生金属氧化物样品和TiO2 NPs检测4种氨基酸信噪比RSDTable 2. S/N RSD of four amino acids using MOF-derived metal oxide and TiO2 NPs as matrix目标峰（m/z） 目标物 Cr2O3@TiO2
S/N RSD
（%）（PCN-222）-ZrO2@TiO2
S/N RSD
（%）（UiO-66）-ZrO2@TiO2
S/N RSD
（%）TiO2 NPs
S/N RSD
（%）116.48 Pro 27.16 16.74 16.21 30.04 138.41 Pro 4.72 12.39 19.97 42.40 154.36 Pro、Ile 2.56 8.62 11.18 17.40 178.35 His 17.22 15.18 12.72 51.04 194.31 His 15.65 22.82 26.78 31.02 227.34 Try 23.59 22.59 3.94 37.22 243.30 Try 20.74 11.57 17.08 19.23 进一步以Ile和His作为目标小分子，探究Cr2O3@TiO2基质的定量分析能力。不同浓度的Ile和His在0.1 mg·mL−1 Cr2O3@TiO2基质作用下的质谱结果如图8所示（S/N>10）。质谱峰信号强度和氨基酸的浓度呈线性关系（图9）：在正离子模式下，Ile的线性浓度范围为0.001~0.1 mg·mL−1（R2=0.9997）；His的线性浓度范围为0.001~0.1 mg·mL−1（R2=0.9997）。
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图 8 不同浓度Ile和His在Cr2O3@TiO2基质作用下的质谱信号Figure 8. The mass spectrometry of Ile and His at different concentrations using Cr2O3@TiO2 as matrix![]()
图 9 Ile（A）与His（B）的线性关系图（以Cr2O3@TiO2为基质，测定不同浓度的分析物）Figure 9. Linear relationship plots of Ile (A) and His (B)(Cr2O3@TiO2 was used as matrix for the determination of different concentrations of analytes)2.5 分析方法对比
综合数据分析，MOF-衍生金属氧化物相较于原MOFs和TiO2 NPs作为基质在MALDI-TOF MS分析中具有信号强度和信噪比上的优越性。其中，用Cr2O3@TiO2基质定量检测Ile和His，并与其他方法做了比较（表3），说明Cr2O3@TiO2基质在Ile和His定量检测上有更好的应用前景。
表 3 不同方法对Ile和His的检测能力比较Table 3. Comparison of detection ability of different methods for Ile and His3. 结论
本文从模板化合成涂覆TiO2的MOF-衍生金属氧化物材料入手，探究该材料作为基质在MALDI-TOF MS检测氨基酸类小分子代谢物中的效果。结果表明，MOF-衍生金属氧化物材料在去除MOFs有机结构的同时保持其结构特性，一方面消除该类基质在MALDI-TOF MS分析中低分子量区域内的基质干扰，另一方面保留MOFs及TiO2纳米粒子本身的基质特性。这种材料解决了金属氧化物基质检测重现性差的问题，作为MADLI基质相比原MOFs及TiO2纳米粒子在对氨基酸类小分子进行分析时表现出更优秀的性能，可以明显提高小分子目标物的电离效率和检测结果的信噪比，实现氨基酸类小分子代谢物的同时精确检测，具有进一步拓展和应用的价值。
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图 1 三种MOFs基质的SEM和XRD表征
注： 图A、B、C：Cr2O3@TiO2、（PCN-222）-ZrO2@TiO2和（UiO-66）-ZrO2@TiO2；图D：XRD。
Figure 1. SEM and XRD characterization of three MOFs matrix
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图 2 Ile（A）、His（B）、Try（C）、Pro（D）的化学结构式
Figure 2. Structural formula of Ile (A), His (B), Try (C), Pro (D)
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图 3 三种MOFs基质（0.1 mg·mL−1）对4种氨基酸的质谱检测信号
Figure 3. The mass spectrometry of four amino acids using three MOFs (0.1 mg·mL−1) as matrix
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图 4 三种MOFs及其衍生金属氧化物（0.1 mg·mL−1）对4种氨基酸的质谱检测信号对比
Figure 4. Comparison of the mass spectrometry of four amino acids in three MOFs matrix (0.1 mg·mL−1) and three MOF-derived oxides metal matrix (0.1 mg·mL−1)
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图 5 三种MOF-衍生金属氧化物（0.1 mg·mL−1）和TiO2对4种氨基酸的质谱检测信号对比
Figure 5. Comparison of the mass spectrometry of four amino acids in three MOF-derived metal oxides matrix (0.1 mg·mL−1) and TiO2 NPs matrix (0.1 mg·mL−1)
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图 6 不同浓度的Cr2O3@TiO2 （A）、（PCN-222）-ZrO2@TiO2（B）和（UiO-66）-ZrO2@TiO2（C）对4种氨基酸的质谱检测信号对比
Figure 6. Comparison of the mass spectrometry of four amino acids in different matrix concentrations of Cr2O3@TiO2 (A), (PCN-222)-ZrO2@TiO2 (B) and (UiO-66)-ZrO2@TiO2 (C)
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图 7 0.1 mg·mL−1材料的不同样品区域对4种氨基酸的质谱检测信号对比
注：A：Cr2O3@TiO2 ；B：（PCN-222）-ZrO2@TiO2；C：（UiO-66）-ZrO2@TiO2；D：TiO2 NPs。
Figure 7. Comparison of mass spectrometry of four amino acids in different sample regions of 0.1 mg·mL-1 material
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图 8 不同浓度Ile和His在Cr2O3@TiO2基质作用下的质谱信号
Figure 8. The mass spectrometry of Ile and His at different concentrations using Cr2O3@TiO2 as matrix
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图 9 Ile（A）与His（B）的线性关系图（以Cr2O3@TiO2为基质，测定不同浓度的分析物）
Figure 9. Linear relationship plots of Ile (A) and His (B)(Cr2O3@TiO2 was used as matrix for the determination of different concentrations of analytes)
表 1 各种基质对四种氨基酸的检出表（正离子模式）
Table 1 The table of four amino acids detected by various substrates (positive ion mode)
目标物 相对分子质量 [M+H]+ [M+Na]+ [M+K]+ Pro 115.06 116.48 138.41 154.36 Ile 131.09 None 154.36 None His 155.07 None 178.35 194.31 Try 204.09 None 227.34 243.30 
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表 2 MOF-衍生金属氧化物样品和TiO2 NPs检测4种氨基酸信噪比RSD
Table 2 S/N RSD of four amino acids using MOF-derived metal oxide and TiO2 NPs as matrix
目标峰（m/z） 目标物 Cr2O3@TiO2
S/N RSD
（%）（PCN-222）-ZrO2@TiO2
S/N RSD
（%）（UiO-66）-ZrO2@TiO2
S/N RSD
（%）TiO2 NPs
S/N RSD
（%）116.48 Pro 27.16 16.74 16.21 30.04 138.41 Pro 4.72 12.39 19.97 42.40 154.36 Pro、Ile 2.56 8.62 11.18 17.40 178.35 His 17.22 15.18 12.72 51.04 194.31 His 15.65 22.82 26.78 31.02 227.34 Try 23.59 22.59 3.94 37.22 243.30 Try 20.74 11.57 17.08 19.23
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