生物质谱技术是常用的生命分析化学方法之一,它具有分析灵敏度高、无标记等优点,并且可以提供特定分析物的基本结构和定量信息。基质辅助激光解吸电离（MALDI）和电喷雾电离（ESI）是20世纪80年代末发展的两种“软电离”技术,它们的发展增加了质谱的分析范围和敏感度,促进了质谱技术在生命化学领域的大力发展,尤其是促进了生物大分子的分析。而生物芯片-质谱联用技术,作为继气相色谱-质谱、液相色谱-质谱和毛细管电泳-质谱联用技术之后的第四代质谱联用平台,在复杂生物样品的分析中得到了广泛的应用。生物芯片在质谱鉴定之前的样品制备、样品富集等前处理步骤中发挥着重要作用,并且具有高通量、自动化和快速分析的潜力。本论文以质谱平台为基础,结合纳米材料基质、免疫亲和富集、阵列芯片以及微流控芯片等技术,发展了两种新型生物芯片-质谱联用技术,开发了一系列用于小分子药物的快速定性和定量分析方法。论文主要包括以下五个部分:1.金属纳米粒子@聚多巴胺的合成及其对肽的分析应用在本章中,我们利用多巴胺在碱性条件下自身发生聚合生成聚多巴胺（Polydopamine,PDA）的特点,在金纳米粒子（AuNPs）和银纳米粒子（AgNPs）的表面原位包裹PDA,得到AuNPs@PDA和AgNPs@PDA两种核壳复合纳米粒子。此复合材料具有作为基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOFMS）的基质的能力,能用于小分子肽段的分析,不产生基质干扰现象,且相比于不包覆PDA的裸纳米粒子具有更强的质谱响应。此外,我们利用PDA能与Ti4+螯合的特点,形成AuNPs@PDA-Ti4+和AgNPs@PDA-Ti4+的螯合体。利用4-硝基苯基磷酸二（三）盐（pNPP）作为目标分子,验证了 AuNPs@PDA-Ti4+与磷酸根的特异性结合作用。最后将AuNPs@PDA-Ti4+和AgNPs@PDA-Ti4+螯合体用于特异性捕获磷酸化多肽,并用MALDI-TOF MS技术考察了AuNPs@PDA-Ti4+和AgNPs@PDA-Ti4+对磷酸化多肽的富集效果。2.基于二硫化钼的MALDI新基质的性能和机理研究在本章中,通过锂离子插层剥离法,我们制备得到了二硫化钼（MoS2）纳米片,并首次将其用作MALDI-TOFMS的基质来检测小分子。与商品化有机基质和石墨烯基质相比,MoS2基质的使用在氨基酸、多肽和脂肪酸分析中具有均匀的基质层、无基质背景干扰和增加的信号强度等优点。对正离子和负离子模式的系统比较表明,使用MoS2基质在正离子模式会出现复杂的多重碱金属加合峰,在负离子模式下仅仅产生相应的分析物分子去质子化离子峰,不存在基质干扰,且信号的重现性更好。我们还进一步讨论了 MoS2在负离子模式下作为基质的电离机理。基质中添加空穴清除剂KSCN,分析物脂肪酸的去质子峰强度降低。说明脂肪酸的电离是由MOS2的俄歇复合效应和电子喷射引起的。MoS2基质检测小分子具有良好的重复性,可以对磺胺类药物分子进行半定量分析。进一步对含有磺胺二甲氧嘧啶的血清样品通过内标法进行定量分析,实验结果显示出良好的分析性能,可以满足评估患者血清中药物水平的需求,从而实现便捷的药物治疗监测。这项工作为MoS2拓展了一个新的应用分支,并为小分子分析提供了一种替代性的分析策略。3.二硫化钼/纳米银复合物对负离子MALDI质谱的协同效应研究及其应用本章报道了一种二硫化钼/纳米银复合物（MoS2/Ag）的简单合成方法及其作为负离子MALDI-TOFMS的有效基质的应用。复合物具有很强的协同作用,对氨基酸、肽、脂肪酸和药物小分子等分析物具有高性能的检测效果。激光解吸电离效率的提高主要是归因于高表面粗糙度所导致的吸附分析物的大比表面积、更好的分散性、增加的热导率和增强的紫外能量吸收能力。此外,纳米银（AgNPs）和MoS2的边缘都作为去质子化位点用于质子捕获,可以促进负离子模式下的电荷转移过程和负离子的形成。其结果是,MoS2/Ag作为MALDI-TOFMS的基质,具有低背景峰干扰、高耐盐性和良好重复性等特性,可以实现待测化合物的高效激光解吸电离。这些性能使得它可以实现八个不同药物的混合物的同时分析和乙酰水杨酸的加标实际血清样品的定量分析。这项工作展示了MOS2/Ag的新型应用,并且提供了一种快速和高通量分析小分子药物的平台。4.一次性二硫化钼阵列质谱芯片快速定量食品中磺胺类药物残留在本章中,我们首次发展了一种一次性的MoS2排列的MALDI质谱芯片,并结合免疫亲和富集方法,用于高通量、快速定量多个磺胺类药物（SAs）。通过在商业化氧化铟锡（ITO）玻璃片上形成MoS2阵列来制备一次性MALDI质谱芯片。使用此芯片,我们对一系列的SAs进行了分析,并在负离子模式下获得了清晰的去质子化的信号图谱。与MOS2排列的商业化钢板相比,所制备的MALDI质谱芯片表现出可比的激光解吸电离效率,成为用于MALDI质谱分析的很好的一次性基底替代品。此外,通过内标物质（IS）预先沉积在MOS2阵列上进行定量分析（“IS优先”方法）,可以大大简化实验过程。在一块单一芯片上,可在10 min内完成96个样品点的分析,包括定量曲线的建立、回收率测定和真实样本的检测。通过抗体修饰磁珠的分离和富集,并且结合“IS优先”方法,我们对五种SAs建立了相应的定量曲线,线性范围为5-10ng/mL（R2>0.990）。同时对加标猪肉、鸡蛋和牛奶样品,均获得了良好的回收率和信号重复性。该方法成功地应用于几个真实样本的SAs的鉴定和定量。所建立的方法可以为实际样品中兽药残留的常规分析提供一个行之有效的策略。5.免疫亲和微流控芯片-质谱联用在线定量牛奶中喹诺酮类药物残留喹诺酮药物（QNs）在兽医中的广泛使用促使其在动物源性食品中残留物的积累,这可能会导致人类的健康问题或潜在的抗菌药耐药性。为了使消费者免受这些潜在有害化合物的危害并控制这些化学品在牛奶中的使用,许多国家制定了严格的法规,包括规定QNs的特定最大残留限量（MRLs）。目前,需要一种用于检测牛奶中兽药残留的快速分析方法。在这项工作中,我们开发了一种集成化的免疫亲和富集多功能微流控芯片与质谱联用的平台,用于定性和定量分析牛奶样品中七种不同的QNs。在专门设计的微流控芯片上可以同时进行样品提取,免疫亲和富集,磁分离和在线洗脱。基于抗体的特异性,在没有液相色谱（LC）分离的全扫描模式下进行直接ESI质谱和进一步的串联质谱（MS/MS）分析,从而有效地鉴定靶标QNs。同时,我们提出了一种单IS方法用于七种QNs的定量分析。通过抗体偶联的磁珠进行靶向在线提取和富集,并结合IS方法对7种QNs建立了相应的定量曲线,线性范围为0.2/0.5-10ng/mL（R2>0.991）。7种QNs的检出限（LOD）在0.047-0.490ng/mL范围内。所提出的免疫亲和微流控芯片-质谱法为牛奶中多种喹诺酮类药物的残留的分析提供了一种易于操作、低实际消耗量、高通量和自动化的分析策略。