一次性碳膜印刷电极用于片上蛋白质消化：结合MALDI-TOF质谱技术的蛋白质组学方法

《Analytical Chemistry》：Disposable Carbon Screen-Printed Electrodes for On-Chip Protein Digestion: A Proteomic Approach Coupled to MALDI-TOF MS

本研究构建了碳打印电极（SPEs）联用质谱的电化学蛋白解平台，通过电化学和等离子处理降低表面疏水性，减少蛋白吸附。实验表明处理后的SPEs稳定性达30天，电活性面积0.47cm2，显著提升蛋白解效率。采用一锅法电化学消化胰岛素后直接进行MALDI-TOF MS分析，首次验证碳SPEs在电化学蛋白解中的可行性，为低成本、微型化、化学-free的蛋白质组学分析提供新方法。

　　

蛋白质组学旨在实现对复杂生物系统中蛋白质的大规模表征和定量分析。在基于质谱（MS）的蛋白质组学研究中，自下而上的方法（即将蛋白质分解为肽）仍然占主导地位，因为肽的检测能力更强。传统的蛋白质水解依赖于酶促或化学反应，而电化学蛋白质水解则是一种有前景的、低成本、环保且快速的替代方法。然而，由于蛋白质在电极表面的大量吸附（主要由疏水相互作用引起，这些相互作用会阻碍电化学活性），其应用仍然受到限制。在这项工作中，我们开发了一种电化学蛋白质水解平台，该平台采用碳纳米颗粒印刷电极（SPEs）直接与质谱检测设备连接。主要解决的问题包括：（i）减少蛋白质在碳表面的吸附以提高水解效率；（ii）实现无需纯化即可将电解后的样品直接连接到质谱仪上。为了降低电极表面的疏水性，我们对电极进行了电化学处理和等离子体处理，并通过接触角测量（CAM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对其进行了表征。经过电化学处理的碳纳米颗粒印刷电极表现出更优异的稳定性（30天）、更高的异相反应速率常数（k⁰ = (2.01 ± 0.15) × 10^–4 cm²/s）以及更大的电活性面积（A_e = 0.47 ± 0.01 cm²）。BSA（牛血清白蛋白）吸附量的减少进一步证实了表面性质的改善。利用这一平台，胰岛素能够在一次电化学过程中（-1.2 V，30分钟；+1.1 V，20分钟）被成功水解，并直接通过MALDI-TOF质谱仪进行分析。这些发现首次证明了基于碳纳米颗粒印刷电极的电化学蛋白质水解的可行性，为实现微型化、低成本且无需化学试剂的蛋白质水解方法提供了可能，这种方法与基于质谱的自下而上蛋白质组学分析方法兼容。