現在、主要な分析技術として、生物医学、食品科学、国土安全保障、システム生物学、創薬などの分野で質量分析法が広く使用されています。 質量分析は、高感度、高精度、および普遍的な適用性を有する質量電荷比（m / z）分析法に基づいている。
質量分析において、イオン化は中性分子を電荷で帯電させる重要な第一のステップである。 今日の商業的なイオン化方法は、試料分子をイオン源の気相イオンに変換するために、大部分が直流（DC）高圧に頼っている。 しかし、イオン化の間、イオン（Q）の量は電圧（V）によって制御されない。 従って、現在の全てのイオン化方法は、イオン量の正確な制御を達成しない。 さらに、従来の高電圧電源を使用すると、ほとんどの（99％）の充電電流およびイオンが無駄になる。 したがって、質量分析法は、現在、感度、サンプル使用率、およびデューティサイクルを改善する開発方向において大きなボトルネックを有する。 さらに、従来使用されている高電圧電源は高価であり、運搬が困難であり、安全でないという欠点を有する。
固定電荷の高電圧出力は、摩擦電気ナノ発電機（TENG）の本質的特性の1つに過ぎない。 ジョージア工科大学、北京ナノ・エネルギー・システム研究所、中国科学アカデミー、Wang Zhonglin、FacundoFernándezの共同指導のもと、Li AnzhenとJin Yunlongは、TENGを用いてイオン源を駆動するクロスファカルティ協力チームを結成した電荷量、正負両方のイオン源を実現する。性別や信号長などの多くの側面を精密に制御する。 この作品は、質量分析のための全く新しい制御可能なパラメータを提供し、大規模な分析機器におけるナノ発電機の最初の応用でもあります。 関連する研究は新しい研究と応用分野を開き、最近Nature Nanotechnologyの最新号に掲載されました。
まず、TENGを用いてエレクトロスプレーイオン化とプラズマ放電イオン化を達成しました。 TENGによって提供される一定量の電荷は、イオン化プロセスに対する前例のない制御を提供する。 このチームは、ナノコルームの制御可能なイオン生成を実施し、関連する物理モデルを提案しました。 TENGドライブにより、イオンパルスの持続時間、周波数および充電可能性を効果的に制御し、サンプル消費を最小限に抑えることができます。 TENGのトレース電荷は、質量分析におけるDC高電圧で一般的なコロナ放電現象を回避し、したがって、超高電圧（5〜9kV）のナノエレクトロスプレー（ナノESI）を達成する。 この方法は、低濃度でのエレクトロスプレーイオン源の感度を高め、試料利用率を最大にする。 TENG駆動イオン化による質量分析は、様々な有機分子や生体高分子を検出し、何百もの分子を検出できる感度を達成するのに成功しています。 TENG駆動のACイオンスプレーはまた、イオン性材料を絶縁表面上に堆積させるためにも使用される。
この研究は、質量分析とTENGの両方の開発に画期的なものです。
最初に、この研究は、イオン化中の電荷量の最初の正確な制御を達成し、質量分析に新しい制御可能なパラメータをもたらし、分析精度を改善し、化学的および生物学的検出のために非常に小さな試料を分析する能力を提供した。 質量分析のボトルネックの問題は新しい可能性を提供する。 また、TENGを使用することで、研究者はスプレー時間と質量分析時間を同期させて、サンプル使用率を最大にすることができます。
同時に、TENGは元のイオンスプレー電源を質量分析装置に置き換え、小型の質量分析装置にも移植可能にし、軍事用途や航空宇宙用途などの極限条件下での可能性を提供します。
最後に、TENGを機器と機器で使用する最初の研究として、TENGは高電圧を提供するための簡単で安全で効果的な方法であり、類似の研究のためのアイデアを提供し、TENG用の異なる機器を駆動することを確認した。 「制御可能な自己駆動型システム」の基盤。
