För närvarande är masspektrometri som en viktig analytisk teknik allmänt använd inom biomedicin, livsmedelsvetenskap, hemlandsäkerhet, systembiologi, läkemedelsforskning och andra områden. Masspektrometri baseras på analysmetoder för massa-till-laddning (m / z) med hög känslighet, hög noggrannhet och universell användbarhet.
I masspektrometri är jonisering ett kritiskt första steg i laddning av neutrala molekyler med laddning. Dagens kommersiella joniseringsmetoder är huvudsakligen beroende av likströmstryck för att omvandla provmolekyler till gasfasjoner i en jonkälla. Under ioniseringen styrs emellertid mängden joner (Q) inte av spänning (V). Därför uppnår inte alla nuvarande joniseringsmetoder exakt kontroll av mängden joner. Dessutom, om en konventionell högspänningsaggregat används, slösas de flesta (99%) av laddning / ström och joner bort. Därför har masspektrometri för närvarande en stor flaskhals i utvecklingsriktningen för att förbättra känsligheten, provutnyttjandet och arbetscykeln. Vidare har den konventionellt använda högspänningsaggregatet nackdelarna med att vara dyrt, svårt att bära och osäkert.
Högspänningsutgången för en fast laddning är bara en av de viktigaste egenskaperna hos en triboelektrisk nanogenerator (TENG). Under den gemensamma ledningen av Georgia Institute of Technology bildade Peking-institutet för nanoenergi och system, den kinesiska vetenskapsakademin, Wang Zhonglin och Facundo Fernández, Li Anzhen och Jin Yunlong ett samarbete mellan team som använde TENG för att driva jonkällan , realiserar jonkällan i laddningskvantitet, positiv och negativ Precis kontroll av många aspekter som kön, signallängd och så vidare. Detta arbete ger en helt ny kontrollerbar parameter för masspektrometri och är också den första applikationen av nanogeneratorer i stora analytiska instrument. Relaterat arbete har öppnat nya forsknings- och tillämpningsområden, och publicerades nyligen i det senaste numret av Nature Nanotechnology.
För det första uppnådde teamet framgångsrikt elektrosprayjonisering och plasmaurladdningslonisering med användning av TENG. Den fasta laddningsbeloppet som tillhandahålls av TENG ger oöverträffad kontroll över joniseringsprocessen. Laget implementerade den kontrollerbara jongenerationen av nanocoloumb och föreslog en relaterad fysisk modell. Genom TENG-enheten kan varaktigheten, frekvensen och laddningsförmågan hos jonpulsen effektivt kontrolleras och minimerad provförbrukning. Spårningsavgiften för TENG undviker fenomenet för koronaavladdning som är vanligt vid likspänning i DC-spänning, och uppnår därigenom den första ultrahögspänningsnätet (5-9 kV) nanoelectrospray (nanoESI). Denna metod ökar känsligheten hos elektrosprayjonkällan vid låga koncentrationer och maximerar provutnyttjandet. Masspektrometri med TENG-driven jonisering har framgångsrikt använts för att detektera en mängd små organiska molekyler och biomakromolekyler, och för att uppnå känslighet som kan detektera hundratals molekyler. TENG-drivna AC-jonsprayer används också för att deponera joniska material på isolerande ytor.
Denna forskning är banbrytande för utvecklingen av både masspektrometri och TENG.
Först uppnådde studien den första exakta kontrollen av laddningsbeloppet under jonisering, vilket medförde en ny kontrollerbar parameter till masspektrometri, förbättrad analytisk noggrannhet och möjlighet att analysera mycket små prov för kemisk och biologisk detektion. Flaskhalsproblemet med masspektrometri erbjuder nya möjligheter. Och med hjälp av TENG kan forskare synkronisera spraytiden med masspektrometitid för att maximera provutnyttjandet.
Samtidigt ersätter TENG den ursprungliga jonsprayens strömförsörjning på masspektrometriutrustning, vilket gör den bärbar för små masspektrometrianordningar och ger möjligheter i extrema förhållanden som militära eller flygtekniska tillämpningar.
Slutligen bekräftade studien, som den första studien att använda TENG i utrustning och utrustning, att TENG är en enkel, säker och effektiv metod för att tillhandahålla högspänning, tillhandahålla idéer för liknande forskning, driva olika instrument för TENG och processen som därmed lagde grund för ett "kontrollerbart självstyrt system".
