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近年来，由于灵敏度、准确性和分析通量等都有了很大提高，质谱技术在生命科学研究领域占有日趋重要的地位，也已成为蛋白质组学研究的支撑技术之一。然而现有的方法和技术平台尚未成熟，随着研究的不断深入，人们必将面临更多的挑战。在本论文工作中，笔者提出了一些新型的蛋白质组学质谱研究方法，在蛋白质鉴定和相对定量研究方面以及生物小分子分析方面都有所突破。
首先，本文设计应用了一种新型蛋白修饰试剂，4,6-二甲氧基-2-甲砜基嘧啶(4,6-dimethoxy-2-(methylsulfonyl)pyrimidine，DMMSP)，同时，结合MALDI-TOF质谱检测技术能够对其化学修饰程度以及不同修饰程度蛋白的相对比例进行动态的跟踪和监测。此试剂应用于以溶菌酶的为代表的蛋白质化学修饰，由于嘧啶环的引入，增强了生物大分子在质谱中的响应，这对于蛋白质的鉴定以及进一步的分析和表征是十分有利的，也体现出高效、快速、灵敏的优势。另外，这种新型试剂性质温和，化学修饰过程不会导致溶菌酶活性的丧失，同时还可以提高其对胰蛋白酶水解作用的抵抗能力，稳定性增强。此修饰方法无论在提高蛋白质鉴定的可靠性还是延长其在体外的保存时间等方面都很有价值。
然后，笔者进一步将此试剂发展成为一种全新类型的稳定同位素标记试剂([(d0]-或[d6]-DMMSP)，用于蛋白质的比较分析，对该试剂的性质、合成方法及其同位素标记策略等进行了比较全面的考察和方法学研究，使其能够满足差异蛋白质组学质谱研究时多方面的要求。通过对上述蛋白质化学修饰方法的改进，在这部分工作中实现了半胱氨酸的特异性标记，使研究目标更加明确，更具针对性，降低了质谱分析的复杂程度，同时标记后目标肽段信号的增强使蛋白质定性和相对定量研究具有更高的可信性。另外，分析过程都是通过MALDI-TOF质谱仪来完成的，省去预先的分离和纯化步骤，减少了样品的损失，也有利于获得更准确的相对定量结果。我们将DMMSP标记结合质谱分析初步应用于半胱氨酸、含半胱氨酸的多肽以及溶菌酶水解产物等体系中，相对定量的误差都在5％以内，充分显示了其简便、高效、灵敏及重复性好等特点，为实现快速、可靠的蛋白质定性与相对定量分析提供了新的选择。这种新型同位素标记方法有望用于复杂生物样本以及低丰度蛋白的研究。
另外，在生物小分子分析方面，本文应用碳纳米管作为新型MALDI基质，对极性大、分子量小的20种常见氨基酸及其混合物进行了直接、快速的MALDI-FTMS研究。由于这种纳米材料在低质量区没有干扰测定的背景信号，也不会导致裂解碎片的产生，很适合用于传统基质难以检测的小分子物质的质谱分析。碳纳米管作为一种有效的基质，是与其独特的性质密切相关的：1)这种纳米材料具有很高的比表面积，能够有效的分散待测分子，可以防止分子簇集和减弱分子间的相互作用：2)具有较强的紫外吸收能力，同时能量还可以暂时留存在管中，大大提高了能量的传递效率。应用碳纳米管作为MALDI基质，不仅开辟了碳纳米管新的应用领域，相信在其它小分子物质的分析方面同样有很大的应用前景。最后，针对一些难子分析的低丰度和疏水性蛋白质，我们尝试发展一种新型季铵盐类蛋白修饰试剂，做了一些探索性的工作，目的是提高疏水蛋白的溶解度和低丰度蛋白的质谱信号，同时还可以用雷氏盐特异性沉淀法对季铵化修饰的产物进行分离富集。该试剂与半胱氨酸的反应获得成功，但在蛋白的修饰过程中遇到了困难，我们考虑将修饰剂的空间位阻减小，更换反应系统，以期获得较好的反应结果。