分析特点

? iMScope和iMLayer的组合，可实现5 μm高空间分辨率的质谱成像分析。

? 通过高空间分辨率质谱成像分析，实现如毛发内部等细微结构中药物分布的可视化。

? 毛发纵切面分析可观察药物摄取履历，横切面分析可观察药物渗透情况。

1.简介

摄入的药物可在毛发中积累几个月乃至一年以上，通过毛发分析可获取暴露于药物时的一系列信息作为科学依据。因此，应用LC和LC-MS等方法进行毛发分析也经常用于毒品犯罪的调查。然而，这些方法比较繁琐，很难获得毛发内部和表面药物的定位信息。为了解决这个问题，质谱成像技术近年来备受关注。本文中我们选择与兴奋剂（甲基苯丙胺）的结构类似的甲氧那明（MOP）作为模型化合物（图1），进行毛发中药物分布的可视化分析。为了验证其有效性，对服用MOP的志愿者毛发（服药毛发）和浸渍在MOP溶液的毛发（浸渍毛发），分别进行纵切面和横切面的高空间分辨率质谱成像分析，证明质谱成像可视化分析的意义，本文对相关内容进行介绍。

2.服药毛发和浸渍毛发的制备

服药毛发，黑发男性志愿者连续5天每天服用3次含有50 mg的MOP盐酸盐非处方药，停药19天后再次服用5天，再停药13天后从根部取下毛发（表1）。浸渍毛发，采取服药前男性志愿者毛发，浸渍在MOP盐酸盐水溶液中制备（使用LC定量分析毛发中的药物含量，为20-83 ng/mg）。

3.毛发结构以及纵切面和横切面的制备

毛发直径约为50~150 μm，从表面开始按顺序由角质层（Cuticle）、皮质（Cortex）、髓质（Medulla）三层结构组成。与毛发轴平行的截面为纵切面，垂直截面为横切面（图2）。纵切面是用轮转切片机制作，用导电双面胶带固定在ITO玻璃载玻片上。横断面用羧甲基纤维素（CMC）包埋后，用冷冻切片机切成薄片后固定在ITO玻璃载玻片上。

4.质谱成像分析条件

使用CHCA作为基质，辅助电离。为实现高空间分辨率成像分析，既需要均匀涂敷基质，又需要形成微细的基质结晶。因此，使用iMLayer（图3）进行基质涂敷。像毛发切面这样微细结构的观察最适合使用搭载光学显微镜质谱系统。因此，质谱成像分析使用了从显微镜观察到质谱分析可以无缝执行的成像质谱显微镜iMScope（图4）。表2显示了质谱成像分析条件。

5.毛发纵切面的质谱成像

首先，对毛发的纵切面进行了50 μm低空间分辨率的成像分析。如前所述，毛发按时间顺序记录药物摄取履历。图5是根据表1中的服药履历创建的药物分布模拟图。服药毛发的成像结果中，2个药物阳性区域对应于5天的服药期，药物阴性区域对应于它们之间的停药期（图6a）。上述可视化质谱成像结果与药物分布模拟图具有相关性，说明毛发成像分析是确认药物服用履历的有效方法。另外，浸渍毛发的成像结果显示，长轴方向具有均匀的药物分布（图6b）。

接下来，对毛发的纵切面进行10 μm 高空间分辨率的成像分析。在浸渍毛发中，药物在毛发轮廓上的局部分布非常明显（图7b），但在服药毛发中，没有观察到这种明显的定位信息（图7d）。

6.毛发横切面的质谱成像

为了更清楚地观察毛发内部的药物分布，使用毛发横切面样本以 10 μm 的高空间分辨率进行质谱成像分析。浸渍毛发中观察到药物在毛发轮廓上的环状分布（图8a），但服药毛发中未观察到这种分布（图8b）。此结果与图7所示的纵切面的质谱成像结果一致。接着，使用浸渍毛发的连续切片，以更高的 5 μm 空间分辨率进行质谱成像分析。得到比10 μm 空间分辨率更加清晰的质谱图像，使药物在毛发轮廓上的定位更加清晰。另外，由连续切片的质谱成像结果可确认，从前处理到质谱分析的整套流程具有良好的重复性。区分检测到的药物是主动摄入还是被动摄入（如他人吸烟等）很重要，但 LC 或 LCMS 等传统方法无法区分。毛发横切面的高空间分辨率质谱成像有望成为区分主动或被动摄入药物分析的新手段。

7.总结

毛发可以比作记录药物使用履历的磁带，但药物摄入的详细机制尚不清楚。毛发内部药物的可视化分析是法医学和法医毒物学中重要而困难的课题之一。此外，为实现以微观尺寸可视化分析混在复杂基质中的微量药物成分，高空间分辨率、高灵敏度的药物检测非常重要。如前所述，使用 iMLayer 和 iMScope 进行高空间分辨率质谱成像，可以方便、清晰地观察到药物在毛发纵切面和横切面的空间分布。该方法不仅可用于法医学的毛发药物分析和兴奋剂检测等，还可应用于各类头发护理产品的开发及评价、头发美容和健康维持、增进等目的的分析。