成像质谱

p　　现代生物学研究已经不再停留在仅从组织中识别一种特殊的化学成分，或者蛋白成分上了，我们需要精确的了解这些物质是如何分布，如何构成的，解答这些问题需要更进一步的实验技术，比如免疫组化或免疫荧光检测方法，但是这些技术需要特殊的抗体，而且效率低，偏差大。/pp　　因此研究人员将目光转向了质谱技术上，以质谱为基础的成像方法不局限于特异的一种或者几种蛋白质分子，可在组织切片中找到每一种蛋白质分子，并提供这些蛋白质分子在组织中的空间分布的精确信息，而事先无需知道所检测蛋白的信息，不需要对待测物进行标记，分析物可以其最初的形态被检测，同时可对这些蛋白质分子含量进行相对定量，适用于研究生物分子的反应。/pp　　质谱成像(Imaging Mass Spectrometry,IMS)这种最新原位分析技术主要是利用质谱直接扫描生物样品，分析分子在细胞或组织中的 “结构、空间与时间分布”信息。其基本流程(以质谱分析生物组织标记物为例)见下：/pp style="text-align: center "img title="9a504fc2d56285350618456392ef76c6a6ef63fc.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/640b0273-3ad1-4c6a-b6bf-22df33199709.jpg"//pp　　简单而言，质谱成像技术就是借助于质谱的方法，再配套上专门的质谱成像软件控制下，使用一台通过测定质荷比来分析生物分子的标准分子量的质谱仪来完成的。但是随着这项技术的不断发展，也陆续出现了许多针对各种问题的新技术。/pp　　最早的质谱成像技术是基质辅助激光解吸电离(MALDI，matrix assisted laser desorption ionization)质谱分子成像技术，由范德堡大学(VanderbiltUniversity)的Richard Caprioli等在1997年提出，他们通过将MALDI质谱离子扫描技术与专业图像处理软件结合，直接分析生物组织切片，产生任意指定质荷比(m/z)化合物的二维离子密度图，对组织中化合物的组成、相对丰度及分布情况进行高通量、全面、快速的分析，可通过所获得的潜在的生物标志物的空间分布以及目标组织中候选药物的分布信息，来进行生物标志物的发现和化合物的监控。/pp　　正如数字图像包括三个通道：红、绿、蓝一样(单个亮度定义了每个像素的颜色)，质谱成像也包含了数以千计的通道，每一个对应于一个特殊的光谱峰值，“你可以通过质谱方法从这些像素中获得任何信号，然后调整图像中所需分子像素的相对亮度，最后得到一张分子特异性的成像图。”/pp　　这种方法可用于小分子代谢物、药物化合物、脂质和蛋白，而且质谱成像能相对快速的利用许多分子通道，完全无需特殊抗体。下面列出五种先进的质谱成像方法。/pp　　strongI. 挑战高分子量蛋白——MALDI质谱分子成像技术/strong/pp　　在对组织或生物体进行成像，分析小分子构成的时候，有一个“拦路虎”总是阻碍实验的进程，那就是多肽，这些多肽体积十分大，要想对它们进行分子成像几乎是不可能的，比如想要研究肿瘤边缘的分子微环境，如果直接成像是不可能获得清晰图像的。/pp　　来自范德堡大学的质谱方法专家Richard Caprioli博士因此发明了基质辅助激光解吸电离(MALDI)质谱分子成像技术，这项技术不局限于特异的一种或者几种蛋白质分子，它可在组织切片中找到每一种蛋白质分子，并提供这些蛋白质分子在组织中的空间分布的精确信息，而事先无需知道所检测蛋白的信息，同时可对这些蛋白质分子含量进行相对定量。/pp　　MALDI 质谱分子成像是在专门的质谱成像软件控制下，使用一台通过测定质荷比来分析生物分子的标准分子量的质谱仪来完成的。被用来研究的组织首先经过冰冻切片来获得极薄的组织片，接着用基质封闭组织切片并将切片置入质谱仪的靶上。通过计算机屏幕观察样品，利用MALDI 系统的质谱成像软件，选择拟成像部分，首先定义图像的尺寸，根据尺寸大小将图像均分为若干点组成的二维点阵，来确定激光点轰击的间距。激光束通过这个光栅图案照射到靶盘上的组织切片，软件控制开始采集质谱数据，在质谱仪中，激光束对组织切片进行连续的扫描，组织样品在激光束的激发下释放出的分子被质谱仪所鉴定从而获得样品上每个点的质荷比(m/ z)信息，然后将各个点的分子量信息转化为照片上的像素点。在每个点上，所有质谱数据经平均化处理获得一幅代表该区域内化合物分布情况的完整质谱图。仪器逐步采集组织切片的质谱数据，最后得到具有空间信息的整套组织切片的质谱数据。这样就可以完成对组织样品的“分子成像”。设定m/ z 的范围，即可确定该组织区域所含生物分子的种类，并选定峰高或者峰面积来代表生物分子的相对丰度。图像中的彩色斑点代表化合物的定位，每个斑点颜色的深浅与激光在每一个点或像素上检测到的信号大小相关。/pp　　通过增加单位面积上轰击的激光点数量和像素，研究人员可以获得更多的样品信息，例如采用4000 像素比200 像素能够得到更好的样品图像。质谱分子成像技术是一种半定量或相对定量技术，图像上颜色深的部分表明有更多的生物分子聚集在组织的这个部分。然而，不可能据此确定生物分子在组织的不同部位的实际绝对含量。选择组织图像上的任意一个斑点，图像都能够给出一个质谱谱图或者离子谱图，代表在组织的该部位存在这种生物分子，然后与做指纹图谱类似，像做指纹图谱那样，将样品的离子谱图与已知标准品进行对照，分析差异，从而进行生物标志物的发现和药物作用的监控。/pp　　strongⅡ. 无需样品处理 实时成像——电喷雾电离技术/strong/pp　　一般质谱成像方法由于体积庞大，重量重，需要冗长的样品准备阶段，因此并不适用于即时成像(bedside applications)，比如说要帮助外科医生进行实时的肿瘤边界成像监控，那么就要寻找新的方法了。/pp　　一种称为电喷雾电离技术(desorption electrospray ionization，DESI)的MS成像技术解决了这个问题。DESI技术于2004年首次提出，由于这一方法具有样品无需前处理就可以在常压条件下，从各种载物表面直接分析固相或凝固相样品等优势而得到了迅速的发展。/pp　　这种方法的原理是带电液滴蒸发，液滴变小，液滴表面相斥的静电荷密度增大。当液滴蒸发到某一程度，液滴表面的库仑斥力使液滴爆炸。产生的小带电液滴继续此过程。随着液滴的水分子逐渐蒸发，就可获得自由徘徊的质子化和去质子化的蛋白分子DESI与另外一种离子源：SIMS(二次离子质谱)有些相似，只是前者能在大气压下游离化，发明这项技术的普渡大学Cooks博士认为DESI方法其实就是一种抽取方法，即利用快速带电可溶微粒(比如水或者乙腈acetonitrile)进行离子化，然后冲击样品，获得分析物的方法。/pp　　DESI系列产品最大的优势就在于无需样品处理，一般质谱和高效液相色谱分析，样品必须经过特殊的分离流程才能够进行分析检测，使得一次样品检测常常需要约一个小时，而DESI系列产品可将固体样品直接送入质谱,溶液被喷射到检测表面,促使样品离子均匀分布。采用这一手段的质谱分离过程，只需3分钟左右即可完成。/pp　　strongⅢ. 活体成像——APIR MALDI/LAESI技术/strong/pp　　了解细胞的内部成分是理解健康细胞不同于病变细胞的关键。但是直到目前为止，唯一的方法是观察单个细胞的内部，然后将其从动物或植物中移除，或者改变细胞的生存环境。但是这么做的话，会使细胞发生变化。科学家还不是很清楚一个细胞在病变时与健康细胞的差别，或者当它们从一个环境移到另一个环境中产生的变化。/pp　　来自华盛顿大学Akos Vertes教授希望能从另外一个方面来进行活细胞分析，在他的一项关于活叶样品中初级和次级代谢产物分布的研究中，研究人员发现叶片中积累基质很厚，常导致光谱末端低分子量部分模糊，而且基质辅助激光解析电离(MALDI)质谱分析需要在真空中进行，但活体样本在真空中无法存活。/pp　　实际上，MALDI质谱分析的原理是将分析物分散在基质分子中并形成晶体，当用激光照射晶体时，由于基质分子经辐射所吸收的能量，导致能量蓄积并迅速产热，从而使基质晶体升华，致使基质和分析物膨胀并进入气相。而生物样品也可以直接吸收能量的，比如2.94mm波长的光能激活水中氢氧键。/pp　　因此Vertes等人想到复合两种技术来解决这一问题。首先他们利用大气压红外线(an atmospheric pressure infrared，APIR)MALDI激光直接激活组织中的水分，使样品气化，就像是组织表面发生了细胞大小的核爆炸，从而获得了离子化微粒，进入质谱中进行分析。但是并不是所有的气化微粒都带电，大部分其实是不带电的，会被APIR MALDI遗漏。/pp　　为了捕捉这些中性粒子，Vertes等人采用了第二种方法：LAESI (laser ablation electrospray ionization，激光烧蚀电喷雾电离)，这种方法能捕捉大量带电微滴的微粒，然后重新电离化。通过对整个样品进行处理，复合这两种方法，就能覆盖更多的分子，分析质量更高。/pp　　与一般质谱成像过程不同，Verte的方法还在成像中增加了高度，从而实现了3D代谢物成像。这项技术的分辨率是直径10mm，高度30mm，这与生物天然的立体像素相吻合，这样科学家们就可以获得天然构像。/pp　　strongⅣ. 3D成像——二次离子质谱技术/strong/pp　　质谱成像技术能将基质辅助激光解吸电离质谱的离子扫描与图像重建技术结合，直接分析生物组织切片，产生任意质荷比(m/z)化合物的二维或三维分布图。其中三维成像图是由获得的质谱数据，通过质谱数据分析处理软件自动标峰，并生成该切片的全部峰值列表文件，然后成像软件读取峰值列表文件，给出每个质荷比在全部质谱图中的命中次数，再根据峰值列表文件对应的点阵坐标绘出该峰的分布图。/pp　　但是一般的质谱成像技术不能对一些携带大分子碎片的化学成分进行成像，来自宾夕法尼亚州州立大学的Nicholas Winograd教授改进了一种称为二次离子质谱(SIMS，secondary ion mass spectrometry)的方法，可以对样品进行完整扫描，三维成像。/pp　　SIMS早在用于生物学研究之前就已经应用广泛了，比如分析集成电路(integrated circuits)中的化学成分，这种质谱技术是表面分析的有利工具，能检测出微小区域内的微量成分，具有能进行杂质深度剖析和各种元素在微区范围内同位素丰度比的测量能力。/pp　　这种技术具有几个优点：速度快(-10,000 spectra per second)，亚细胞构造分辨率(-100 nm)，以及不需要基质。但是另外一方面，不同于MALDI方法，SIMS方面不是一种“软”技术，这种方法只能对小分子成像，因此常常需要进行粉碎。/pp　　Winograd教授改进了这一方法，他利用了一种新型SIMS光束(carbon-60 磁性球)，这种新光束比传统的SIMS光束对物体的化学损伤更小。C60同时撞击样品表面，类似于“一阵爆炸”，这样重复的轰击使得研究人员能深入样品，进行三维分子成像，Winograd教授称这个过程是“分子深度成像”(molecular depth profiling)。/pp　　C60的能量与其它的离子束相当，却不到达样品表面以下，这样样品可以连续地被逐层剥离，研究人员就可以得到纵面图形，最终获得三维的分子影像。Winograd教授等人用含有肽的糖溶液将硅的薄片包裹起来并进行SIMS实验，随着薄膜逐渐被C60剥蚀，可以获得糖和肽的稳态信号。最终，薄膜完全剥离后就可以获得硅的信号。如果用其它的射线或原子离子代替C60 ，粒子束会快速穿过肽膜而无法提供有关生物分子的信息。因此这种方法具有良好的空间分辨率，能够获得巨噬细胞和星型细胞的细胞特征和分析物的分布情况。/pp　　这里还要说到一点，SIMS和上一技术(APIR MALDI/LAESI技术)都可以对三维成像，但两者也有差别，SIMS方法中，采用高能离子轰击样品，逐出分析物离子(二级离子)，离子再进入质量分析器。MALDI方法则用激光辐射样品使之离子化，另外SIMS探针可以探测到100nm的深度，能提供纳米级的分辨率，而MALDI可以探测更深，但空间分辨率较低。/pp　strong　Ⅴ. 高灵敏度 高分辨率——纳米结构启动质谱技术/strong/pp　　质谱在检测生物分子方面有很大潜力，但现有方法仍存在一些缺陷，灵敏度不够高和需要基质分子促使分析对象发生离子化就是其中之二。比如说，需要溶解或者固定在基质上的方法检测代谢物，较易错判，因为这些代谢物与那些基质常常看上去都一样。另外基于固定物基质的系统也不允许研究人员精确的判断出样品中某一分子到底来自于哪儿。/pp　　来自斯克利普斯研究院的Gary Siuzdak博士发明了一种称为纳米结构启动质谱(nanostructure-initiator mass spectrometry，NIMS)的新技术，这种技术能以极高的灵敏度分析非常小的区域，从而允许对肽阵列、血液、尿和单个细胞进行分析，而且还能用于组织成像。/pp　　NIMS利用了一种特制的表面，这种多孔硅表面上聚集了一种含氟聚合物，这些分子在受到激光或离子束照射时会猛烈爆发，这种爆发释放出离子化的分析物分子，它们被吸收到表面上，使其能够被检测到。这种方法利用激光或离子束来从纳米尺度的小囊中气化材料，从而克服了一般质谱方法缺少所需的灵敏度和需要基质分子促使分析对象发生离子化的缺陷。/pp　　通过这种方法可以分析很多类型的小分子，比如脂质，糖类，以及类固醇，虽然每一种分析材料需要的含氟聚合物有少许差别，但是这是一种一步法的方法，比MALDI简单多了——后者需要固定组织，并添加基质。/pp　　由于含氟聚合物不能很好的离子化，因此会发生轻微的光谱干扰，而且由于离子化过程是“软性”的——就像MALDI，所以NIMS产生的生物分子是整块离子化，而不是片段离子化。不过这种技术对于完整蛋白的检测灵敏度没有MALDI高。/pp /pp /p

p style="text-align: left "　　strong一、质谱成像技术简介/strong/pp　　成像质谱(IMS)是一种非常灵敏的分子成像技术，可提供组合的分子信息和空间分辨率。它允许从组织切片、单细胞或其他物质表面直接鉴定和定位化合物分子。成像质谱研究的核心特点是质谱仪的高灵敏度、技术的无标签性、对肽和蛋白质的成像能力，以及从个体水平(几百微米)到细胞水平(几十纳米)空间分辨率。成像质谱允许在单个实验中同时检测数千个不同分子的图像。因此，它是一种有效的多组分分子成像技术。科学家们已经开发了许多不同的成像质谱方案和仪器来研究生物内源性化合物，如脂质、肽和蛋白质，以及外源化合物，如聚合物，或者用于研究组织处理药物的分布。这些研究提供了从亚细胞层次到有机体层次生物过程的详细情况。/pp style="text-align: center "img title="00.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/023209d6-c059-4300-b7e9-75b5d86cff30.jpg"/　　/pp 当今，成像质谱主要是用于病理学离体组织研究的技术，并不具备MRI(磁共振成像)或PET(正电子发射断层摄影)扫描的体内诊断能力。然而，它可以作为体内成像的补充技术来验证生物分子的分布代谢规律或不同疾病阶段药物的递送方式。许多研究人员正在探究用这种补充成像方式来解决分子分布的具体问题。这种做法的理由很明显。没有其他单一的成像技术能够以适当的空间分辨率、时间分辨率及生物学状态提供分子结构和解剖信息的适当组合。与其他分子成像方法相比，如MRI，PET或免疫组织化学(IHC)，成像质谱有一个独特的特征：它可以使化合物分子可视化而又无需标记，这可以实现其他技术所不能实现的对新化合物分布规律的研究。通常，它是在使用影响色差的常规染色剂(例如通常用于组织染色的苏木精和曙红(H& E)情况下，可以做化合物分子鉴定的唯一工具。它可以用于常规组织学染色剂不可实现的化合物分子分布规律的研究。这是因为在病理学中使用的常规染色剂只提供一般组织分型，而不识别特定分子，不提供分子修饰及其组合信息等。不能被常见组织染色剂染色的几种药物和代谢物如表1所列。/pp style="text-align: center "img title="(MS@0{[%]6Q49XJ@3VDOVZA.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/4e4940a0-12c9-4169-b75e-f37f5d2ef818.jpg"//pp　　strong二、质谱成像的解吸和电离技术/strong/pp　　IMS需要从被研究物质的表面解离和离子化化合物分子。主要有两种物理方法：(1)用载能带电粒子碰撞分析物表面，(2)用来自脉冲相干光源的光子照射表面。/pp　　1. 带电粒子的解吸和电离/pp　　带电粒子主要用于二次离子质谱(SIMS)成像。在这种方法中，分析物表面暴露于高能聚焦的一次离子束下。离子撞击会导致表面上下分子的级联碰撞，从而引起表面分子的移动和电离。随后，碰撞产生的二次离子可以进入质量分析器分析以确定其性质。碰撞能量通常会保持较低，以确保一次离子可以与不同区域表面分子相作用，并且确保已碰撞区域不再进行二次碰撞分析。低于表面层分析碰撞能量的实验被称为静态SIMS实验。高于该碰撞能量的实验，被称为动态SIMS实验。在动态SIMS实验过程中，分析物表面会发生持续的变化。在静态SIMS实验中，被分析的表面通常在1%以内。/pp　　在SIMS实验过程中，大量的内部能量被转移到表面分子中。这会导致表层化合物分子产生大量的碎裂。这使得该方法不适合直接研究大分子物质，如肽和蛋白质等。该方法可以较好地观测待测物表面元素和小分子化合物分布规律。化合物碎裂模式与电子碰撞电离中观察到的碎裂模式相似。/pp　　最常用的一次离子种类是铟和镓。它们主要应用于半导体表面上的元素和有机杂质研究，以及薄层表面涂层的研究。受益于较大簇离子或分子离子的应用，切片组织等生物表面也可以被分析。较大的一次离子有Aun+、Binm+、C60+等。这些离子可以使完整次级分子离子的产率更高，并且减少了分子离子碎裂。此外，这些离子的应用还可以显著降低对表面下层分子的破坏，从而增加三维成像实验成功的可能性。/pp　　所有的SIMS实验与以上所述的离子光束均需要保持真空环境，否则初级离子会因为平均自由程太短而不能到达分析物表面。解吸电喷雾电离(DESI)是大气压下的解吸和电离技术。它会产生电喷雾液滴，然后在大气条件下被传送到待分析物表面。溶剂液滴吸附到表面分子上，从而产生与常规电喷雾质谱电离相似的二次离子。这种方式可以产生带多电荷的准分子离子。据报道，该方法适用于多种待测物的表面分析，包括药物片剂、血迹和组织切片等。研究显示，DESI技术用于组织成像可以可视化观察脑和肿瘤组织切片中的磷脂和脂质。/pp　　2. 光子解吸、电离/pp　　2.1 LDI和MALDI/pp　　能够从表面解离和电离分子的第二种方法是光子与表面分子产生相互作用。通常，脉冲激光束聚焦在分析物表面上。由表面层吸收的光子能量会导致表面材料的爆炸性去除或消融。/pp　　当使用红外(IR)或可见光时，光子能量主要转化为表面振转能量。在紫外线或真空紫外线(VUV)光下，光子能量增加可以引发大量的电子激发。如果积累在待分析化合物分子中的内部能量足以引起直接电离，该过程被称为激光解吸和电离(LDI)，如图1(a)所示。在激光解吸过程中积累的内部能量通常比较高，表面分子可以发生大量的碎裂。此外，有机化合物的低电离效率使得该技术不太适合于大分子质谱分析。这些情况下，可以应用激光解吸后电离(LDPI)策略来电离解吸过程中产生的中性粒子(图1(b))。后电离策略可以在真空条件下通过UV或VUV波长范围内的二次能量激光束照射实现。最近研究表明，激光解吸可以有效地与ESI离子源联用，从而在大气压力条件下可以进行激光烧蚀电喷雾电离(LAESI)(图1(c))。这种组合增加了可以用激光解吸策略分析的化合物类别，并能减少化合物碎裂。当与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)组合时，激光烧蚀可以成功地用于待测品表面元素的定量分析。烧蚀的组分被等离子体源雾化并离子化成构成元素和同位素离子，随后通过质谱仪进行分析。当与光发射光谱法结合时，使用从ICP发射的光可以获得更多定量基本信息。/pp　　由于存在大量碎裂，直接LDI策略不适用于分子量超过500Da的生物大分子分析。这时可以选择使用能量调节基质。分析物混合或被涂布在待分析物表面上(参见图1(d))可以克服这个限制。在20世纪80年代晚期，由Karas和Hillenkamp构想的这种技术被称为基质辅助激光解吸和电离(MALDI)。它是现代蛋白质组学研究中的关键技术，可以应用于生物大分子，如蛋白质和DNA分子的解吸和电离。在复杂待测物表面的MALDI分析中，基质辅助方案有更多的用途。/pp style="text-align: center "img title="2.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/44bc0e85-da34-4110-9c06-ae524e9d48ad.jpg"//pp　　首先，应用基质后，它可以将复合物样品中的待测分子重构在基质晶体中间或者表面。这些分析物掺杂基质晶体的形成，可以将待分析物与其他辅助因子如盐等分离，并可以将大分子分散在基质中。用脉冲激光对晶体表面的后续照射能够快速地使样品过热。这是作为激光能量强吸收体的基体受到电子激发(UV-MALDI)或振动激发(IR-MALDI)作用的直接结果。协同运动的过热基质与其夹带的分析物可以被引导到的真空中。这有助于分析物分子气相化的非破坏性转变。基质的最后一个目的是通过电荷转移促进分析物分子的电离。该方法通常会使[M+X]+型的阳离子转化成完整的准分子离子，其中X表示产生的阳离子的类型。最常见的阳离子是氢、钠和钾。为保证分析成功，分析物分子必须与固体基质材料共结晶，并且这些基质应该是过量的。最常用的基质与分子的比例在103：1至105：1的范围内。根据经验，研究的分析物的质量越高，完全解吸所需的基质剩余越多。/pp　　2.2 MALDI在敞开环境中的应用/pp　　近来敞开式解吸策略的发展已经产生了一些进步，该策略也需要使用基质。类似于LAESI方法，其基质、分析物混合物需要在基材上共结晶，这样可以有更多完整样品从表面移除。 MALDI离子会受质谱入口和样品表面之间电场的作用而发生偏转。从MALDI基质上产生的中性粒子含有大量在真空MALDI实验中丢失的分析物分子。它们可以被吸附在尚未完全雾化的电喷雾液滴表面。接下来是常规的产生多电荷离子的电喷雾电离过程。该过程又缩写MALDESI(基质辅助激光解吸电喷雾电离)，它可以将MALDI在敞开环境中的优点以及电喷雾电离的灵敏性结合起来。/pp　　2.3 MALDI和液相色谱/pp　　MALDI技术和液相色谱(LC)分离技术的成功联用，提高了复杂混合物的分离检测效率。分析复杂混合物时，MALDI会受到显著的离子抑制。不同物化性质的化合物分子共存通常会导致一种或几种组分优先于其他组分离子化。离子抑制效应是许多分析学科量化研究的主要障碍。对MALDI质谱强度差异的解释本质上是定性的。克服该问题的一个方法是进行色谱分离以降低混合物的复杂性。许多nano-LC-MALDI方法已经实现了将分离时间尺度转换为空间分布尺度。自动点样技术可以将一系列二维纳升液相洗脱液滴(通常每滴为150纳升)沉积到MALDI基质预涂层上。也可以采用其他方法将基质溶液与LC洗脱液混合，并将该混合物液滴有序沉积在干净的基质靶板上用于质谱分析。/pp　　3. SIMS中基质的使用/pp　　使用能量调节基质材料的优点并非仅限于光子解吸和电离技术。MALDI质谱技术的成功使MALDI基质在SIMS(二次粒子质谱分析法)样品制备中的应用成为可能。分析物与MALDI基质(2,5-二羟基苯甲酸/DHB)的共结晶，更加方便了采用基质增强型SIMS(ME-SIMS)方法对质量超过10kDa的大分子离子进行检测。因此，这种仅基于SIMS电离方法产生完整大分子离子(肽，蛋白质，寡核苷酸)的技术是成功的。有人提出，基质在ME-SIMS中的作用与在MALDI中的作用相似：都是为分析物分子提供了一个嵌套环境，并提供了质子来增强电离。以DHB为基质可以获得最佳结果，可能解释是DHB提高了样品表面区域中分析物的浓度。由于ME-SIMS(与MALDI相比)仅检测表面50nm之内，所以分析物的定位在样品制备中至关重要。分析物分子必须存在于晶体的表面，因为在静态SIMS条件下不能检测到基质共结晶的较深层次。/pp　　strong三、成像质谱的空间分辨率/strong/pp　　IMS的一个关键参数是可实现的空间分辨率。空间分辨率决定细胞和组织表面可观察到的细节。获得质量分辨率图像的最常见方法是使用微探针或扫描模式。微探针模式质谱成像通过SIMS扫描样品上的电离探针束或移动样品通过MALDI对焦进行。对于每个特定位置，带电离子束与样品相互作用，存储坐标，并获得位置相关离子产生的质谱数据。以这种方式构建光栅，光栅中的每个点都具有与其相关联的质谱数据。使用专用软件，可以从这些数据集中构建质量分辨的离子图像。微探针成像实验中最大的可实现空间分辨率由微探针的尺寸决定。在技术上，光栅中每个点的精度是控制分辨率的另一个因素，但是对于SIMS和MALDI成像，通常这不是一个问题。此外，实验实现的空间分辨率受样品制备(基质)和灵敏度(信噪比)相关因素的影响。/pp　　1. 二次离子质谱(SIMS)和解吸电喷雾电离质谱(DESI)成像质谱的空间分辨率/pp　　SIMS使用离子源的大多是由液体金属离子枪构成。 Ga +和In +主要用于表面元素和小分子分析。使用这些枪可以获得的空间分辨率由发射器的大小，离子柱中的静电光学元件和主光束电流决定。后者通常保持较低以防止光束的空间电荷膨胀和分辨率损失。当在低电流下进行调谐时，这两支枪可以提供50nm的焦点。金属簇光束Aun+、Bin+以及C60+可以在非常低的光束电流下提供100-200nm的光斑尺寸。低光束电流通常需要更长的实验时间。因此，为了应用更大的束电流增加分析速度，空间分辨率通常会受到一定损失并减小到大约1μm。 DESI使用指向表面的带电溶剂液滴喷射流。喷射流与表面的润湿相互作用中，作用区域大小决定了空间分辨率。研究表明，DESI成像的常规空间分辨率为1mm左右。/pp　　2. 激光直接成像(LDI)和基质辅助激光解析电离(MALDI)成像质谱的空间分辨率/pp　　聚焦激光束的分辨率是波长决定的，并受阿贝衍射极限的限制。长波长的红外激光器难以聚焦在50μm以下。商业仪器中的UV激光光斑的物理尺寸限制在约10μm。在商业仪器上，大多数实验用激光光斑尺寸在50和250μm之间。这个选择是由灵敏度和完成实验所需的时间决定的。特殊的共焦目标可以将斑点尺寸减小到1μm，但是使用MALDI的这些小斑点所需的激光阈值通量对于组织中化合物的无损分析是不是太高仍存在实质性的争论。初步实验显示了其从分析物获取高分辨率图像的能力。替代方法是使用常规MALDI-ToF仪器的过采样方法增加空间分辨率。在这种方法中，激光探针点的移动增量小于光点直径。所有样品在第一个采样点完成后，每个采样增量都会从比激光焦点尺寸小得多的区域采集信息，从而达到增加空间分辨率的目的。这种方法的两个缺点是有限的质谱串联可能性和较大的总样品消耗量。/pp　　strong四、成像质谱仪：发展和改进领域/strong/pp　　使用上一节描述的解吸和电离技术，可以在复杂表面产生原子和分子离子。质谱图像的产生需要对这些产生的离子进行后续质量分析。现代质谱方法提供了一系列质量分析仪器来达到此目的。本文介绍三种类型的质量分析仪器，为生物表面的MALDI或SIMS质谱成像提供独特的分析能力。/pp　　1. 飞行时间成像质谱法/pp　　IMS中最常用的质量分析器是飞行时间分析仪。它需要产生脉冲离子，这一要求理想地与MALDI和SIMS要求兼容。所有离子都具有相同的加速电位。相同质荷比的离子将在其解吸过程产生的初始动能之上获得相同的动能。因此，它们的速度取决于它们的质荷比，并且离子可以通过在无场区域中的漂移而分离。离子检测是通过多通道板(MCP)类的粒子检测器实现的。ToF分析提供了非常宽的质量范围，该范围仅受大分子物质检测灵敏度的限制。MALDI-ToF-MS最多可以对数百万道尔顿的分子进行分析。微秒范围内的高传输效率和总飞行时间，为使用高重复率激光器进行高灵敏度表面检测提供了可能性。这使得高通量分析成为可能，而高通量分析正是大表面积样品分析的关键要求。分辨能力的提高可以通过补偿解吸过程产生的初始动能来实现。使用延迟提取，半球形静电扇形器件和反射镜等技术可以在m/z 1000下将半峰宽(FWHM)质量分辨率增加到m/△m = 30 000。用于化合物鉴定的串联质谱通常通过碰撞诱导解离(CID)或通过观察电离后亚稳离子的衰变实现。为此，两个独立的ToF系统可以以所谓的ToF / ToF配置串联。第一个ToF用于前体选择，第二个ToF用于产物离子分析。/pp　　2. 傅里叶变换离子回旋共振质谱法/pp　　傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)是一种离子捕获技术，它决定了强磁场中潘宁离子阱中捕获离子的回旋加速频率。在外部离子源产生离子后，离子被转移到潘宁离子阱中，直到进一步分析。使用宽带射频电激发，所有离子被激发到大的回旋加速轨道。它们的轨道半径不仅增加，而在潘宁离子阱中，相同质荷比的离子也相互连贯地在轨道绕行。在绕行期间，它们可以在一组双检测电极中引起振荡图像电荷。该时域信号被数字化并进行傅里叶变换以产生回旋加速频谱。质谱图可以通过对回旋加速器方程w=qB/m校准产生。/pp　　FT-ICR-MS的主要优点是具有无与伦比的质量分辨率和质量测量精度，可用于从MALDI图像分析中发现新的结构细节。此外，使用捕获离子技术不仅允许CID，而且允许红外多光子解离(IRMPD)和电子捕获解离用于串联质谱的结构测定。分析速度受观测时域信号的长度和相关质量分辨率的限制。质量分辨率取决于轨道离子的相干时间。典型的分析时间是每像素1 s，与所用的离子源无关。可以通过增加磁场强度来降低相同分辨率下的瞬态长度。MALDI组织成像实验可以在FT-ICR-MS系统上进行，FWHM分辨率范围从40000到400000。(图2)。/pp style="text-align: center "img width="450" height="616" title="3.png" style="width: 450px height: 616px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/91f3b7ae-f7c9-4edd-81d2-1fe8a264e388.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　3. MALDI离子迁移成像质谱法/pp　　通过MALDI生成离子的迁移分离，质谱图中可以得到更多附加信息。离子迁移谱是基于离子通过碰撞横截面面积的分离技术。在离子迁移质谱中，有充气的漂移池用于质谱分析之前的离子分离，这些离子由于构象或组成变化而具有不同碰撞截面。当用于质谱成像时，除了空间维度和质谱维度之外，还增加了时间漂移的气相分离维度。离子迁移光谱法在两个主要方面有利于MALDI成像质谱的研究。首先，增加额外的分离维度能够检测到更多的质谱峰。离子迁移有利于减小质谱分析复杂度，并有助于不同种类化合物的分离，例如肽和磷脂。第二，质量与漂移时间选择结合使得等压肽或其它类似物分解为分裂谱。/pp　　离子迁移、MALDI与用于IMS的ToF-MS组合，能够通过其相关的消化肽片段定位和鉴定蛋白质。离子迁移分离可以鉴定通过常规MALDI-ToF-MS无法鉴定的等压离子。与传统的MALDI-ToF相比，该方法每次测量的观察峰数量增加，能够产生质量和时间选择的离子图像，同时可以对单个离子进行鉴定。图3所示结果证明了离子迁移飞行时间成像质谱(IM-ToF-IMS)对来自组织的蛋白质鉴定的可行性。/pp style="text-align: center "img title="4.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/bfc037cb-3061-4ea0-b5a6-6c3b3bf23e09.jpg"//pp　　组织消化与MALDI-IM-ToF-IMS方法相结合，可以对不同种类组织蛋白质鉴定实行“自下向上”的策略。/pp　　strong五、MALDI成像策略/strong/pp　　1. 质谱成像流程/pp　　不同解吸电离方法与不同质量分析器组合，为在单个组织样品上进行互补实验提供了可能性。/pp　　需要仔细的实验设计来确保获得相关的互补分子图像信息。图4中显示的实验工作流程提供了从单个组织生成六个补充图像数据集的示例。在该示例中，通过外科手术获得一块组织。组织中的细胞表达荧光标记的蛋白质，因此成像工作流程中的步骤是产生荧光图像。这提供了一种特定蛋白质的详细位置。在将衬底表面上的10-20μm薄片进行组织切片和安装之后，进行SIMS分析。这提供了在高空间分辨率下的低分子量成像MS数据。静态SIMS除去表面材料的不到1%，因此残留的表面仍然可以进一步分析。SIMS研究完成后，可以用基质涂层覆盖组织表面(参见“基质涂层”一节)。根据感兴趣的分析物，表面可以或不能被洗涤。洗涤方案对所得结果有重要影响。在图4的实验工作流程中，在基质沉积之前不进行洗涤以允许小的水溶性分子成像。在基质沉积后，进行的第一次分析是ME-SIMS。再次只有少量化合物分子从表面去除，晶体表面保持可用于后续的MALDI分析。ME-SIMS数据集提供了更大的完整有机分子(如脂质和分子量小于2000 Da的小信号分子)的信息。进行的下一个分析是具有略高于解吸阈值的激光注量的MALDI-ToF分析。 MALDI-ToF数据集包含有关内源性肽和完整蛋白的信息(取决于使用的洗涤方案和基质)。可以获得的最后一个MS成像数据集是MALDI-FTICR-MS数据集(或离子迁移率图像数据集)。这些技术需要去除大多数基质材料。它们可以提供高质量分辨率和质量精度信息，有助于识别构成图像的分子。任何残留的基质材料都可以从多次分析的表面上洗去，以便进行最终的H& E染色。这提供了其他的组织学信息，可以与成像质谱数据集结合来鉴定特定区域或组织类型。/pp style="text-align: center "img title="5.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/6e50bb6c-daeb-4a23-895c-3da7452a8caa.jpg"//pp　　2. 基体涂层/pp　　在MALDI和ME-SIMS分析之前，必须将基质溶液涂布于组织表面。基质溶液由有机溶剂如甲醇或乙腈组成，添加剂为弱有机酸如芥子酸(SA)或2,5-二羟基苯甲酸(DHB)和三氟乙酸(TFA)。加入TFA可增加分子的离子化质子的量。基质应用方法将强烈影响成像MS结果。应用方法将对灵敏度，表面扩散与空间完整性，空间分辨率，表面平坦度和分析速度产生影响。组织性质和环境参数影响组织中蛋白质的提取效率和基质的结晶。因此，控制基质沉积环境也是很重要。有几个实验室正在考虑创新的沉积方法，如基质升华。对于一般实验室，一般有两种基质沉积方法：点样和喷涂。/pp　　2.1基质点样/pp　　将基质溶液点样到组织部分时需要将分析物的扩散限制在斑点大小范围。已经开发了两种基质检测方法：手动或自动检测。手动点样产生微滴液滴，经常用于不需要生成图像的MALDI组织分析。自动点样使用更小的体积(pl)液滴，并产生约120-150μm的点样尺寸和约200μm的最小分辨率。两种不同类型的自动识别器用于基质沉积：喷墨式压电喷嘴和使用聚焦声波的液滴分配器。两个喷射器都可以释放100μl在组织上干燥成150μm直径的液滴。在这种情况下，成像MS分析的分辨率通常会受到大于分析光束直径的基质点样点的限制。/pp　　2.2 基质喷涂/pp　　基质喷涂使均匀小滴的基质溶液覆盖了样品的整个表面。气动、振动喷头或电喷雾可以使基质溶液变生液滴喷雾。喷涂可以手动和自动化的方式进行。手动喷涂采用手持气动喷枪或TLC喷雾器。通过喷雾装置与x-y机器人联用可以实现自动喷雾应用，也可以在较大的区域上进行基质沉积。使用振动喷雾器在较小的区域也可实现自动喷涂，其小型腔室主要控制湿度。喷涂后形成的晶体通常为10-20μm。为了获得更小的晶体，可以使用电喷雾，减小敏感度产生甚至小于1μm的晶体。当使用喷雾沉积时，激光束的直径限制了MALDI成像质谱的空间分辨率。/pp　　3. 鉴定策略/pp　　用于产生分子图像的质谱峰的识别是所有质谱图像策略中的关键步骤。选择时候，可以使用高质量分辨率以及准确的质量进行测量。通常需要结合其他策略，如使用MALDI串联质谱或其他分析策略来识别表面化合物种类。/pp　　3.1 MALDI串联质谱法/pp　　串联质谱使用是识别表面产生的不同化合物离子的合理选择。限制因素是前体离子选择的分辨率、裂解效率和方法灵敏度。在相同的位置，通常只能进行几个质谱实验。可以在单个位置进行的实验数量仍然取决于提供信号的激光照射的数量。在相邻位置执行串联实验的隔行扫描成像方法可部分克服此问题。一旦裂解模式已知，可以应用多重反应监测来确定化合物分布。/pp　　4. LC-MS / MS鉴定/pp　　研究可以使用互补组织匀浆和提取来产生组织成分的信息库。也可以使用LC-MALDI来解决混合物复杂性的问题，增加灵敏度，以及降低离子抑制效应。/pp　　在直接MALDI成像实验中观察到的MALDI图谱比较分析可以用作识别策略的一部分。在这些研究中，串联MS可用于识别在LC-MALDI靶上发现的各个化合物成分。/pp参考文献：/ppa title="" href="http://sci-hub.cc/10.1016/B978-0-08-043848-1.00028-6" target="_self"The Development of Imaging Mass Spectrometry./a/ppa title="" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123744135000087" target="_self"MALDI Techniques in Mass Spectrometry Imaging. /a/pp /p

p　　最span style="FONT-FAMILY: times new roman"近这些年，将振动光谱、质谱和原子力显微镜（AFM）成像技术方面的研究逐渐兴起,并且发展迅速。这几种技术在成像应用方面的确非常有潜力，尤其是在生物医药领域。来自德国耶拿大学的Thomas Bocklitz博士就致力于将这三项成像技术结合以更好的发挥他们的作用。 Bocklitz精通数学物理学、生物物理学和化学信息学，以下是对Bocklitz的采访节选。/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="FONT-FAMILY: times new roman"img title="Thomas_Bocklitz.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/8649ab2d-f9c6-425f-9243-28f794923c2a.jpg"//span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"strongspan style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"在最近的一项研究中，您将拉曼显微成像和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)成像相结合(1)，用在分析鼠脑等生物组织。您为何要将这两种技术用在一起呢?/span/strong/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　strong　Bocklitz：/strong我们结合这两个技术(拉曼显微成像和MALDI-TOF-MS)主要有两个目的。其一是两种技术渠道的结合必然能给生物组织分析带来更加全面和综合的视野，我们能从中获取更多的信息。目的之二是我们想通过MALDI-TOF的使用更加了解生物组织的拉曼光谱信息。/span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"span style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"strong在分别完成MALDI-TOF成像和拉曼成像之后，数据相关性调整是此项研究的初始阶段，称为“登记步骤”。在这个阶段是否存在挑战?/strong/span/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　strongB/strongstrongocklitz: /strong两种成像方式的数学校准基于对应记录的标记，这种标记能很大程度上影响校准质量。我们面临的挑战是将一个成像方式的信息值转换为其他的参考系统。除此之外，两种成像方式带来的信息图像量非常大，更增加了信息值转换的难度。/span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"span style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"strong接下来，将结合的数据关联起来也就是最为关键的步骤。这个步骤中有哪些复杂性产生?/strong/span/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　strongBo/strongstrongcklitz: /strong在这个步骤中最复杂的并不是技术问题，而是在多种研究中的实际问题。在拉曼光谱、MALDI质谱、生物学中的专家需要共同工作将他们的知识结合在一起。/span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"span style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"strong在您的这项研究之前也有将质谱和振动光谱技术结合使用的先例，但只提供了定性信息数据。您在研究中提出了定量比较方法，您称之为“量化相关性”。那么什么是“量化相关性”，您又是如何应用的?/strong/span/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　strongB/strongstrongocklitz: /strong我们使用这个词“量化相关性”，是说可以用我们的方法获取图像中某一点的光谱信息，同样我们也可以用它来定量。例如，可以利用m/z 703这个信息来建立一个拉曼光谱的回归模型。我还要强调一下，并不是定性相关性不如定量相关性重要，不同的途径方法应该区分开来。/span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"span style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"strong您认为这个方法带来的最大好处是什么?/strong/span/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　strongBocklitz:/strong使用这个方法，拉曼光谱信息和MALDI质谱信息共同提供生物组织的综合视图和信息。该方法也许能够为基本诊断找到新的视角和标记物。/span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"span style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"strong在另外一项研究中(2)，您将原子力显微镜(AFM)与成像相结合来区分五种病毒，用在如传染病的疾病诊断中。在此方法中，您应用“图像矩法”来分析AFM得到的图像记录，从而将图像的形态学转化为如高度、体积和面积等量化的信息，接下来再用以统计分析。与其它显微镜技术如电镜和扫描隧道显微镜相比，将AFM用于病毒分析有何优势?/strong/span/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　strongBocklitz: /strong我也认为电镜和扫描隧道显微镜是研究病毒的标准技术。然而，这两种技术需要严格的样品准备过程，如样品真空腔环境、金属薄膜等。以上两种样品准备方式都会极大程度的改变样品。而AFM并非如此，其可以测定潮湿样品。对于AFM的优势，还有一点也值得一提。我们将AFM的相关数据信息与尖端增强拉曼和常规成像分析相结合。/span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"span style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"strong方法中的数据分析存在怎样的挑战?/strong/span/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　strongBocklitz:/strong这个方法中最大的挑战就是数学数据分析，与此相比别的困难都显得微不足道。一旦这个难题解决了，接下来就是将所有测得的数据和分析步骤整合在一起。/span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"strongspan style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"您认为在此方法的基础上是否可能建立一种自动化病毒鉴定方法?/span/strong/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　strongBocklitz:/strong是的，很有可能。而问题是这种方法能够适用于多大范围的病毒类别。我认为病毒家族能将通过AFM的精确测量所预测，但这需要未来研究的证明。/span/ppemspan style="FONT-FAMILY: times new roman"span style="FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,112,192)"strong您接下来将研究哪些内容?/strong/span/span/em/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　strong　Bocklitz: /strong接下来的研究内容将与以上谈到的两个方面相关。有关的投稿已经递交，希望都能够被录用。除此之外，我还在做另外两个有趣的研究：从非线性多对比显微成像中获取生物医学相关信息 拉曼光谱测量标准化。这两项研究对于将拉曼光谱和非线性多对比显微镜技术带入到临床从而成为标准诊断手段具有重要意义。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　strong参考文献/strong/span/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　（1）. T.W. Bocklitz, A.C. Crecelius, C. Matthaus, N. Tarcea, F. Eggeling, M. Schmitt, U.S. Schubert, and J. Popp, Anal. Chem. 85(22), 10829–10834 (2013). doi: 10.1021/ac402175c./span/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　（2）. T. Bocklitz, E. Kammer, S. Stockel, D. Cialla-May, K. Weber, R. Zell, V. Deckert, and J. Popp, J. Struct. Biol. 188(1), 30–38 (2014). ISSN 1047-8477. doi: 10.1016/j.jsb.2014.08.008. URL/span/pp style="TEXT-ALIGN: right"span style="FONT-FAMILY: times new roman"　　《Spectroscopy》节选编译/span/pp /p

p　　质谱成像是一种前沿质谱技术，由于其技术的新颖性与应用的广泛性，近期受到了很高关注。该技术应用潜力巨大，它是将质谱检测与影像技术相结合的新型分子影像研究手段。特点是无需标记、所需时间短、耗费低、不局限于单分子，同时还可以提供组织切片中多化合物空间分布和分子结构信息。/pp　　作为质谱领域最具前景的技术之一，质谱成像技术现已经成为仪器厂商、科研院所的重要关注焦点，预测未来市场争夺也将日益激烈。沃特世公司在MALDI质谱成像技术研发与应用方面具有较强的实力。为提升用户对质谱成像技术、应用的了解，促进质谱成像技术的推广应用，仪器信息网特别邀请沃特世公司对其质谱成像技术中的DESI及MALDI技术的原理与应用进行了讲解。/pp　　strong1. 解吸电喷雾电离(DESI)技术/strong/pp　　质谱成像是对样品中的化合物进行成像分析，以获得基于化合物组成、空间分布情况及相对丰度的一种快速分析技术。解吸电喷雾电离(DESI)是一种快速的大气压环境下的质谱成像技术，完美兼容组织病理学的工作流程 适用于监测整个组织或器官中各类化合物的分布情况，以及应用于指纹的司法鉴定、微生物的成像、植物样品中活性成分或代谢产物分析和其他快速分析领域。/ppstrong　　工作原理/strong/pp style="text-align: left "　　喷雾溶剂连接于毛细管上，施加一定的高电压，在氮气的辅助下形成带电喷雾液滴，轰击样品表面，带电溶剂与待分析物同时发生解吸和电离(电荷转移)，去溶剂化后，沿着传输毛细管进入质谱。/pp style="text-align: center "img title="001.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/bc55b344-cfc2-4da3-a7aa-e6b97d85e91a.jpg"//ppstrong　　DESI的特点/strong/pp　　○ 最新的沃特世喷嘴可以达到20 μm的空间分辨率/pp　　○ 可分析新鲜样品，几乎不需要做样品前处理/pp　　○ 适用于各类生物组织样本、指纹、表面等成像分析/pp　　○ 点对点的高通量快速分析/pp　　DESI技术与与Waters高分辨质谱(Xevo G2-XS QTof 或 SYNAPT G2-Si HDMS)均可连接使用，效果非常好，并有配套的数据分析软件。可实现同时采集DESI与离子淌度IMS数据，并实现其处理。还可通过软件对数据进行OPLS-DA等数据分析，借助软件找出目标marker。/pp　　strongDESI应用/strong/pp style="text-align: center "img title="002.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/8089f096-646b-49fd-8d9c-dd887bbc64d1.jpg"//pp style="text-align: center "img title="003.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/446f205d-c87a-4001-9c3f-7304f7d781df.jpg"//pp style="text-align: center "img title="004.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/9350b4b2-7535-4112-a592-54ee39c7c6be.jpg"//pp style="text-align: center "img title="005.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/f6e0a14d-96c8-443c-881c-4b13a647e6d8.jpg"//pp style="text-align: center "img title="006.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/1d5ffd80-1c32-4134-8f09-c03df7356632.jpg"//pp style="text-align: center "img title="007.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/7de51864-111c-49e0-83a8-a0ba735f139c.jpg"//pp　　strong2. 基质辅助激光解析电离(MALDI)技术/strong/pp　　MALDI SYNAPT G2-Si由一台脉冲频率为2.5KHz的固态激光器驱动，可实现分析过程中光谱采集速率的最大化。光斑大小可根据试验需要进行配置，不论是定性分析中灵敏度和速度的优化还是成像研究中测定最高空间分辨率下化合物的空间分布均适用。/pp style="text-align: center "img width="450" height="495" title="0.png" style="width: 450px height: 495px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/c0952ffc-a11e-4e31-9224-cc9104f219cc.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　由于Tof分析仪的正交几何结构，离子源在质谱分析中实现“去耦合”。因此，与轴向MALDI-Tof或Tof/Tof仪器不同，该设备能够确保在广泛的质量范围内，对于MS和MS/MS模式都能获得高分辨率和准确质量数。此外，SYNAPT非常适合处理绝缘样品，例如石蜡包埋型组织切片或载玻片等。/pp　　在同一个精简的成像工作流程中，MALDI SYNAPT G2-Si HDMS融合了T-Wave IMS和QuanTof技术，以提供无与伦比的选择性、清晰度和可靠性。/pp　　HDI MALDI解决方案提供了一系列独特且强大的多靶向(IMS/MS/MS)和无靶向(IMS/MSE)工作流程，包括以图像为中心的方法设置、数据处理和图像生成。综合相关(基于与空间位置漂移时间相关的碎片离子)与统计工具(例如PCA、OPLS-DA、S-plots、聚类分析)相结合，提供了更智能、更可靠的成像分析。/pp　　在SYNAPT上可以使用全面的UPLC/MS/MS功能，同时能够在同一个平台上对生物液体或激光切割组织切片进行高效定量和定性分析。/pp　　Waters基质辅助激光解吸电离技术(MALDI) 的特点：/pp　　§ 卓越的空间分辨率/pp　　§ 广泛的应用范围/pp　　§ 成熟的质谱成像方法/pp　　§ 可同时采集离子淌度数据，有效降低噪音干扰/pp　　MALDI SYNAPT G2-Si 质谱系统适用于成像、化工材料鉴定、蛋白质组学和制药领域，/ppstrong　　一、MALDI SYNAPT G2-Si 质谱系统应用于小鼠组织中黄腐酚及其代谢物的成像：/strong/pp　　样品的制备：/pp style="text-align: center "img title="009.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/f947bb12-f3a1-46f8-84e8-18fb97a56f7d.jpg"//pp　　小鼠肠道中黄腐酚及其代谢物的成像：/pp style="text-align: center "img title="010.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/238d8baf-872c-417b-bca6-ef9d218e6c5c.jpg"//pp style="text-align: center "img title="011.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/7734a6a9-4919-4679-8e91-c890dd36a5af.jpg"//ppstrong　　二、组织中N-糖异构体的成像研究/strong/pp style="text-align: center "img width="450" height="441" title="012.jpg" style="width: 450px height: 441px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/677094a5-24fd-4c2c-8cd5-be6e6f90ecbe.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　使用离子淌度(IMS)可有效降低噪音的干扰：/pp style="text-align: center "img width="450" height="484" title="013.jpg" style="width: 450px height: 484px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/232442ff-c0a9-48f9-8467-d0c7b929f264.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　strong　/strong成像结果：/pp style="text-align: center "img width="450" height="563" title="014.jpg" style="width: 450px height: 563px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/4e11f6ee-0c1e-4934-b976-790304951a9a.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//p

pstrong　　span style="color: rgb(84, 141, 212) "全谱图分子影像/span/strong　　/pp　　全谱图分子影像系统将多种分析技术整合至同一仪器平台并进行了优化，能够更好地了解细胞功能和生理机能，或监测整个组织或器官中的药物化合物分布情况。它可以结合多种成像技术获得全面分析结果。 /pp style="text-align: center "img title="1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/222f22ae-9fa8-40b9-a478-bfe553697df5.jpg"//pp style="text-align: center "strong小脑中三种脂质离子的特定分布叠加图像/strong/pp　　沃特世全谱图分子影像系统通过将MALDI™ 、DESI、离子淌度质谱技术和信息学工作流程整合入单个系统，可以带来其它任何单一影像技术都无法企及的详细分子信息。全谱图分子影像系统可用于：/pp　　发现、识别并测定目标分子的空间分布；/pp　　有效研究各种大分子和小分子；/pp　　无需标记探针即可进行成像研究；/pp　　可从单个样品获取尽可能多的信息；/pp style="text-align: left "　　获得关键化合物的最终分子分布。 /pp　　全谱图分子影像功能能够帮助用户更加深入地了解癌症潜在机制，并能够通过测定细胞和组织中的分子转运发现心血管疾病以及神经退行性疾病。在其它研究中，全谱图分子影像系统可根据分子组成对不同的组织类型进行鉴定，也可以区分病变和正常组织。 /ppstrong　　span style="color: rgb(84, 141, 212) "全谱图分子影像技术/span/strong/pp　　全谱图分子影像系统可用于Xevo G2-XS或SYNAPT G2-Si质谱平台。如有需要，上述全谱图分子影像系统完全可作为标准ESI-TOF仪器用于除分子成像之外的其它应用。/pp　　全谱图分子影像系统与质谱技术结合后非常适用于分析特定类型的分子(多肽、脂质、小分子代谢物和糖类等等)，这两项技术相互补充，可为质谱成像提供最全面的信息。 /pp　　strong全谱图分子影像系统可采用的技术包括：/strong/pp　　strong基质辅助激光解吸电离(MALDI)成像/strong/pp　　MALDI成像技术利用激光直接电离法分析化学基质包被样品中的分子。MALDI成像技术是公认的质谱成像应用标准技术。/pp　　利用MALDI质谱成像技术直接生成组织截面的图谱是一种直接从生物学基质研究其大、小分子空间分布的强大工具。质谱数据图像的描述作为二维图像，允许从视觉上确定其分子的空间分布。不像昂贵耗时的传统空间图谱方法，如放射自显影术、闪烁计数器，它不需要放射标签。/pp　　MALDI SYNAPT™ HDMS™ 系统成像设备，为小分子、药物及其代谢产物提供了最佳的特异性和灵敏度。MALDI Q-Tof Premier™ 质谱仪，利用一个能够进行快速数据采集的200赫兹固态激光器，可以方便地提取质量、强度和位置等信息。提取的数据可以输入适当的软件包，如用于图像生成和操控的BioMap(Novartis)。其技术优势为：/pp　　卓越的空间分辨率；/pp　　适用于分析多种分子类型；/pp　　尤其擅长大分子成像。/pp　　strong电喷雾解吸电离(DESI)成像/strong/pp　　DESI成像技术利用溶剂电离喷雾直接进行成像，此电离技术无需进行样品预处理。沃特世在传统DESI成像技术的基础上强化了其功能性，赋予该创新型成像方法以更好的可用性和性能。使用DESI成像技术的部分优势：/pp　　最简单的样品制备过程；/pp　　擅长脂质和小分子成像；/pp　　可在同一个样品上进行多个成像实验。/pp style="text-align: center "img title="DESI_MaldiWorkflow_White.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/d38df7b4-3558-4637-9e34-f18a3c1bd077.jpg"//pp style="text-align: center "strongDESI-MALDI流程图/strong/pp　strong　离子淌度技术的质谱成像/strong/pp　　离子淌度可为成像研究增加另一个维度的分子分离，此技术能够根据分子大小和形状对其进行分离分析。离子淌度技术可用于消除干扰或分离目标分子用以通过更加严格的审查，利用更强的分子区分能力来提升成像系统分析性能。离子淌度可用于：/pp　　消除图像中的干扰分子；/pp　　区分结构极其相似的分子(例如脂质等)；/pp　　分离特定类型的目标分析物。/pp style="text-align: center " img title="1Triwave_Figure10_lg_700.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/4aeda8b7-4c91-428b-a85a-5c896fac8c01.jpg"//pp style="text-align: center "strong离子淌度分离技术/strong/pp　　与UPLC/MS不同，质谱成像在电离前不涉及任何形式的分离。由于观察的详细程度和可能的背景干扰，产生的数据通常非常复杂。SYNAPT HDMS实现了MALDI和DESI成像与离子淌度质谱的强大结合，离子可以按质谱成像实验中的化合物种类和电荷进行气相分离，提供单独的质谱不具备的选择性水平。该技术可以使得到的成像数据更清楚，可以更精确地看到背景存在下的分子分布。/pp style="text-align: center "img title="1DESI-Systems.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/955d4a17-0825-444a-acef-9c6f1de56666.jpg"//pp style="text-align: center "strong全谱图分子影像系统所采用技术/strong/pp　　span style="color: rgb(84, 141, 212) "strong全谱图分子影像系统组件/strong/span/pp　　strongSYNAPT G2 Si质谱仪/strong/pp　　SYNAPT平台是一款功能强大且非常灵活的仪器，可配备各种选件(MALDI、DESI、离子淌度技术)进行成像研究。这款强大的系统可根据具体需要添加任意数量的配置，能够最好地满足几乎任何实验室对分析性能的要求。SYNAPT G2-Si在所有成像模式中均表现出众，是唯一能够将离子淌度功能与成像技术充分结合的系统。基于SYNAPT的全谱图分子影像系统非常适用于蛋白质组学、代谢组学、细胞生物学、生物化学乃至临床研究病理学和组织学应用，是质谱成像研究的终极解决方案。/pp　　strongXevo G2-XS QTof质谱仪/strong/pp　　Xevo G2-XS QTof是一款高性能、高灵敏度分析平台，专为某些最具挑战性的成像研究而设计。全谱图影像系统借助Xevo G2-XS QTof出色的分析性能并结合DESI成像技术，能够对整个样品和组织中的小分子分布进行研究，尤其适用于脂质组学、代谢组学和药物分布研究。/pp style="text-align: center "img width="200" height="345" title="_1rgp8465_ian2.jpg" style="width: 200px height: 345px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/055e40bb-04f6-471f-8746-0b498bd9c17c.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"/ /pp style="text-align: center "strongXevo G2-XS QTof质谱仪/strong/pp　　strongHDI成像软件/strong/pp　　这款功能强大且直观的软件包中含有针对复杂成像数据进行高效、快速数据分析时所需的全部数据分析和先进统计工具。HDI软件简单易用且专门为质谱成像而开发，可查询多维度数据，并能够轻松给出丰富详实的图像和统计数据，这些都使得质谱成像技术成为一项极具前景的分析技术。/pp style="text-align: center "img title="1WG_HDI_Software_schematic_950px.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/78843426-0455-43b6-af8d-930c34f8143a.jpg"//pp style="text-align: center "strongHDI成像软件/strong/pp /p

优势● iMScope QT可测量的最大范围超过100万像素，能够进行大面积样本分析，例如在一次检测中对小鼠大脑全切片进行分析。● iMScope QT的分析速度比前一代产品快8倍以上，能够进行快速分析。● iMScope QT具有高质量准确度、分辨率及高空间分辨率，能够进行精确质谱成像分析。 概述质谱成像技术可以通过质谱仪直接检测生物分子和代谢物，同时保留其在样本组织上的位置信息，因此，可以生成不同生物分子基于特定离子信号强度和位置信息的二维质谱图像。iMScope成像质谱显微镜是用于质谱成像分析的整合型仪器，结合了光学显微镜和质谱仪，能够分析物质的结构和分布特征，拓展了药物研发和代谢物研究等领域的范围。通过将MALDI转换成LC和ESI系统，iMScope还可用于LC-MS定性及定量分析。本文将介绍配备Q-TOF质谱仪的新型iMScope QT（图1），并与前一代iMScope TRIO设备进行比较。图1 iMScope QT 小鼠全脑切片分析前一代iMScope TRIO设备的最大可测量范围是250 × 250像素。在iMScope QT中，可测量范围已扩展至1024 × 1024像素，能够以15 μm的空间分辨率分析小鼠全脑切片（约17mm × 9.4 mm）。根据表1条件进行检测，可在m/z 885.557处获得磷脂酰肌醇PI (38:4)，并在m/z 888.631处获得硫苷脂(C24:1)的清晰质谱图像（图2）。 此外，由于iMScope QT的最大激光频率为20 kHz，分析速度比iMScope TRIO快8倍以上。结果显示完成图2所示的小鼠全脑切片（702624 pix）质谱成像分析仅需6小时。 表1 分析条件图2 小鼠全脑切片的质谱成像结果（空间分辨率：15 μm） 小鼠小脑的高空间分辨率分析对小鼠小脑附近的区域进行高空间分辨率质谱成像分析，如图2（a）中红色部分所示。根据表1中的分析条件，空间分辨率为5 μm。如图所示，可在m/z 885.557处获得 PI (38:4)、在m/z 888.631处获得硫苷脂(C24:1)，检测到更清晰更详细的质谱图像（图3(b)和(d)）。 此外，由于iMScope QT的质量准确度和分辨率较高，能够分离和检测PI (38:4)的同位素（m/z 888.573）和硫苷脂(C24 :1)（m/z 888.631），并能提取每种同位素的质谱图像（图3(c)和3(d)）。而iMScope TRIO则无法获得以上结果。 图3 小鼠小脑的光学图像和质谱图像（空间分辨率：5 μm） (a) 光学图像(b) PI (38:4)的质谱图像，m/z 885.557(c) PI (38:4)同位素的质谱图像，m/z 888.573(d) 硫苷脂(C24:1)的质谱图像，m/z 888.631 结论与iMScope TRIO相比，iMScope QT的分析范围更广，分析速度更快，可实现更广泛的快速成像分析。此外，随着检测准确度和分辨率的提高，能够对各种目标化合物进行高精确度、高特异性的质谱成像分析。 iMScope QT不仅整合了质谱和形态学分析，而且能够在更广泛的领域实现更快速、更灵敏以及更高的空间分辨率的检测。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

近日，美国爱荷华州立大学的研究人员，用高空间分辨率基质辅助激光解吸电离（MALDI）- 质谱成像（MSI）来绘制和可视化了新受精的斑马鱼胚胎单细胞中磷脂类——磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）以及磷脂酰肌醇（PI）的三维空间分布。这是MALDI-MSI首次应用于单个细胞的三维化学成像。相关研究成果已经发表在Scientific Reports上。斑马鱼（Danio rerio）原产于东南亚，是一种小型热带观赏鱼。由于体外受精和光学透明，受精斑马鱼胚胎可在发育的所有阶段进行观察和操作。此外，斑马鱼很容易获得，价格低廉，健壮，易于护理，并且每周可以产下数百个卵。这些独特的遗传特点与实验胚胎优势相结合，使得斑马鱼成为研究早期发育的理想选择。斑马鱼已被广泛用作脊椎动物系统模型，用于研究脂质代谢、脂质在疾病中的作用以及胚胎发育中的脂质动力学。最近，Fraher等人使用LC-MS法进行脂质组学研究，结果显示胆固醇、磷脂酰胆碱（PC）和甘油三酯是斑马鱼胚胎中最丰富的脂质。他们证明，在调动到胚胎体之前，脂质在蛋黄内被加工。电喷雾电离质谱（DESI-MS）也被用于直接的MS分析和单个斑马鱼胚胎中脂质的成像、跨胚胎发育（受精后0,24,48,72和96小时）。研究人员对斑马鱼中的代谢组学和脂质组学研究非常感兴趣，因为这些化合物具有关键的生物学功能，例如作为能量储存源、参与细胞信号传导、并作为细胞膜的必要成分。探索如何调节代谢物和脂质是理解生物系统中发生的生物途径和发育过程的关键。传统分析方法研究小代谢物和脂质需要大量的样品制备、费力的提取、衍生化以及先期对目标化合物的了解。由于样品制备方案和仪器的发展，质谱成像（MSI）已成为这些研究中广泛使用的分析工具。MSI可实现生物分子空间分布的二维可视化，而无需提取、纯化、分离或标记分析物。此外，单个MSI实验可以同时检测许多不同类别的化合物，包括未知物，这使得其可以高分辨率和高通量方式直接对生物分子进行细胞或亚细胞作图。由于生物学在三维生物体中发生，3D成像对生命科学中的许多挑战产生了值得注意的影响并不奇怪。最近，使用质谱成像对完整生物分子进行成像已扩展到3D分析，以确定组织样本、琼脂平板和3D细胞培养物中的体积分子分布。使用质谱法最常见的3D成像方法包括收集样品的连续部分，使用传统的二维质谱成像分别分析每个部分，然后使用计算方法从多个二维集合堆叠和重建最终的3D成像MS数据集等步骤。美国爱荷华州立大学的研究小组（以下简称“研究小组”）开发了高空间分辨率的基质辅助激光解吸电离（MALDI）-MSI，分辨率低至5μm，并将其用于植物代谢物的细胞或亚细胞水平成像。在这里，研究小组利用这种高空间分辨率呈现了新受精的个体斑马鱼胚胎的3D MALDI-MSI。这是用MALDI获得的单个细胞的3D MSI的首次演示，揭示了各种脂质化合物的亚细胞水平定位。（a）受精斑马鱼胚胎在单细胞阶段的奇数编号光学图像。 （b）PE（22：6-16：0）在m / z 762.509和（c）PI（18：0-20：5）在m / z 883.535处的假彩色二维MALDI-MS图像。 通过覆盖所有2D图像，右侧显示投影图像。 所有物种均被检测为去质子化的[M-H] - 。在此分析中，研究小组通过获取62个连续横截面组织切片交替的正离子和负离子模式的MS成像数据，对单个斑马鱼受精卵进行3D MALDI-MSI。这可以对单个细胞中全面的脂质种类进行3D可视化。研究结果显示，所有三种磷脂类都存在于胚盘内的对称分布，以及蛋黄的边界，但每种都显示出不同的区域；PE显示在胚盘中心高度丰富的异质亚细胞区域，除了胚盘外，PC分子种类存在于蛋黄内部，而蛋黄中的PE和PI种类大多不存在。另外，还比较了四种不同的归一化方法以确定当将2D MSI与3D体积重建进行比较时，这些方法中的哪一种可以提供更具代表性的结果。此外，在不同细胞阶段（1-，2-，4-，8-和16-细胞阶段）获得胚胎的全扫描MSI和MS / MS，以研究斑马鱼成长早期阶段磷脂分布的变化。TOF-SIMS已报道被用于单个细胞的3D MSI，特别是结合深度剖析作为实现z方向信息的方式。然而，由于显著的碎裂，可以通过TOF-SIMS分析的高质量化合物主要限于外源性药物化合物。该研究小组所述的研究工作首次证明高分辨率MALDI-MSI可应用于单个细胞的三维化学成像，他们未来的研究将集中在揭示胚胎发育的细节，具有更高的空间分辨率和小代谢物的可视化，以及荧光显微镜的多模态成像等。在MALDI质谱成像方面，融智生物于2017年推出QuanTOF质谱成像系统，该系统集合了新一代宽谱定量飞行时间质谱平台QuanTOF，拥有5,000-10,000Hz长寿命半导体激光器，自主开发的数据采集软件。2018年7月，融智生物宣布实现可达500像素/秒的成像速率，提升MALDI-TOF MS成像速率达10倍以上，普通样本成像只需几十分钟，使得质谱成像实现了“立等可取”。 经过进一步的研发，目前QuanTOF质谱成像系统已经实现高达1000像素/秒的成像速率，5-10微米的高空间分辨率，且仍然保持了极高的灵敏度，使得质谱成像真正可使用于临床病理分析、术中分析等应用。

第70届美国质谱年会期间，更多 AP/MALDI 成像进展，且看细细道来。AP/MALDI 常压基质辅助激光解吸源展示仪器：AP/MALDI、MT30 便携式质谱仪、SunCollect 基质喷涂仪Orals 口头报告● June 9, Thursday, ThOE 8:50-9:10am EST Unconventional MS Approaches that Enhance the Discovery, Development, & Safety of Novel Healthcare Products（联机 SCIEX）非传统质谱方法：提升新型医疗保健品的发现、开发和安全性By Nari Talaty. AbbVie Inc.● June 9, Thursday, ThOB 3:10-3:30pm ESTEvaluation of Quantitative Utility and Sensitivity in Vacuum MALDI-2 Platforms Vs QQQ MRM AP-MALDI Imaging（联机 SCIEX）大气压 AP/MALDI QQQ MRM 成像与真空 MALDI-2 的定量能力及灵敏度比对By Andrew Bowman, AbbVie Inc.Posters 海报June 6, Monday, 10:30 am-2:30pm EST● MP 103 - 联机 SCIEXUsing LC-MS/MS and AP/MALDI-MSI to Study Long-Term Effects of Cyclosporine A on L-Carnitines and Its Derivatives in Mice Tissues 用 LC-MS/MS 和 AP/MALDI-MSI 研究环孢素 A 对小鼠组织中左旋肉碱及其衍生物的长期影响Lu Wang, 密歇根大学安娜堡分校● MP 233 - 联机 ThermoMultimodal MS Imaging-guided Spatially Resolved Glycoproteomics of Human Laryngeal Cancer多模式质谱成像引导空间分辨人喉癌的糖蛋白组学研究Hua Zhang, 威斯康星大学麦迪逊分校药学院● MP 242 - 联机 ThermoApplication of AP-MALDI-Orbitrap-Mass Spectrometric Imaging (AP-MALDI-OT-MSI) for the localization of small molecular drugs in different types of mouse tissuesAP-MALDI-Orbitrap 质谱成像在不同类型小鼠组织中定位小分子药物Krishani Rajanayake, 密歇根大学安娜堡分校● MP 245 - 联机 ThermoAP-MALDI-MSI on ovarian carcinoma patient-derived xenografts: spatial metabolomics approach to study chemotherapy resistanceAP-MALDI-MSI 对卵巢癌患者移植瘤化疗衍生耐药性的空间代谢组学研究Enrico Davoli, 意大利马里奥内格里药理研究所June 7, Tuesday, 10:30 am-2:30pm EST● TP 178 - 联机 ThermoMass spectrometric investigation of brain cholesterol metabolism in a Huntington’s Disease mouse model: integration of high-resolution imaging-MS with LC-MS‍亨廷顿病小鼠模型脑胆固醇代谢的质谱研究：高分辨率成像质谱与 LC-MS 的一体化整合Alice Passoni, 意大利马里奥内格里药理研究所● TP 187 - 联机 ThermoMass spectrometry histochemistry for single-cell neuropeptide imaging in human FFPE tissue sections: complementing the human biomolecular tissue atlas经福尔马林固化及石蜡包埋处理的组织切片中单细胞神经肽质谱成像的组化研究：APMALDI对人类生物分子组织图谱的补充完善Peter Verhaert, ProteoFormiX ● TP 194 - 联机 ThermoAP-MALDI-MSI: a new approach for mapping distribution of small metabolites after traumatic brain injuryAP-MALDI-MSI：一种绘制创伤性脑损伤后代谢物分布图的新方法Angela Marika Siciliano, 意大利马里奥内格里药理研究所● TP 199 - 联机 ThermoMetabolic Imaging of O-linked N-acetylglucosamine using On-Tissue Hydrolysis and MALDI基于组织表面水解和 AP-MALDI 质谱技术的 O-链 N-乙酰氨基葡萄糖代谢成像Erin Seeley, 德克萨斯大学奥斯汀分校● TP 206 - 联机 Agilentquantitative imaging of metabolites in paraffin embedded bio-specimens using AP-MALDI coupled to triple quadrupole mass spectrometry利用 AP-MALDI 耦合三重四极质谱对石蜡包埋生物样品中代谢物的空间定量成像Tharun Teja Ponduru, 德克萨斯医学中心 贝勒医学院● TP 277 - 联机 ThermoImplementation of novel two-stage ion-funnel hardware in a nano-flow UPLC-MS configuration for dramatic boosts in ion current into Orbitrap instruments在纳流液相质谱 nanoLC-MS 配置中实现新型双离子漏斗硬件组合以大幅提升进入 Orbitrap 轨道阱质谱的离子流Eugene Moskovets. MassTech Inc.June 8, Wednesday, 10:30 am-2:30pm EST● WP 276 - 联机 AgilentImaging Lipids in a Traumatic Brain Injury model with AP-MALDI on Tandem Quadrupole and Ion Mobility Mass Spectrometers在串联四极杆和离子淌度质谱上用 AP-MALDI 成像创伤性脑损伤模型中的脂质Jace Jones. 马里兰大学药学院质谱中心副主任June 9, Thursday, 10:30 am-2:30pm EST ● ThP 201 - 联机 ThermoHistoSnap, a user-friendly tool to inspect Mass Spectrometry Histochemistry datasetsHistoSnap，一种检查质谱组化数据集的友好工具Kenneth Verheggen, ProteoFormiX ● ThP 312 - 联机 ThermoDirect analysis of violacein biochemical pathway in Chromobacterium violaceum colonies by AP-MALDIAP-MALDI 直接分析堇菜色杆菌菌落中紫色杆菌素的生化途径Nivedita Bhattacharya, MassTech Inc. ProteoFormiXBreakfast Workshops ● Prof. Enrico Davoli意大利马里奥内格里药理研究所Pseudo-resistance in cancer. New insights with AP-MALDI MSI.肿瘤的伪抗药性——AP-MALDI 成像提供的新视角摘要：实体瘤的化疗耐药性是一个具有挑战性的临床问题，目前还未能完全阐明。一个经常被忽视或低估的重要因素，是肿瘤微环境对药代动力学的影响，即肿瘤组织中药物释放不足。肿瘤不同区域的药物浓度分布差异可能会进一步导致这种耐药性的表现。质谱成像 MSI 几乎可以对肿瘤组织的任何化学成分实现可视化定位。实体瘤中药物及内源性化合物的空间分布差异化现象表明，我们认为的耐药性是一种伪耐药性，肿瘤细胞的生长不是它们具有耐药性，而是它们从未与药物接触过。● Prof. Jace Jones马里兰大学药学院质谱中心副主任The use of AP-MALDI for structural insight into viral envelope lipids and other biomedical applicationsAP/MALDI 探索（新冠等）病毒包膜脂质的结构和其他生物医学的应用摘要：目前，在生物医学领域，还没有一种既能表征病毒包膜脂质组成，又能在分析时间上达到高通量水平的方法。报告将介绍如何通过 AP/MALDI-MS 快速可靠地分析包膜病毒的脂质提取物。AP/MALDI 兼容各类型质谱（如高分辨，MS/MS 和离子淌度），且能与 ESI 源快速切换。已开发的工作流程包括对甲型流感和 SARS-CoV-2 新冠病毒粒子脂质的结构表征和特征性脂质的检测。并重点介绍 AP/MALDI 在各种生物基质的脂质分析方面的优势和在质谱成像上的适用性。● Dr. Patrick Feddick美国海军空战中心武器部Navy Applications of Portable Mass SpectrometryMT50/30 便携式质谱仪在美国海军的应用摘要：美国海军空战中心武器部有许多依赖便携式质谱仪的项目。报告将讨论 MT 50 和新型 MT 30 在这些项目中的应用，包括土壤中痕量污染物的检测、在线反应监测等。Workshop 研讨会● June 7, Tuesday, 05:45-07:00pm EST MTE30: Field deployable ion trap mass spectrometer MTE30：现场便携式质谱仪By Vladimir Doroshenko● Agilent User MeetingThe use of high-resolution ion mobility for structural insight into consequential lipid membrane biology利用高分辨率离子淌度技术对间接脂膜生物学进行结构性剖析Jace W. Jones, 马里兰大学药学院质谱中心副主任 APPNOTE 应用手册● AP-MALDI UHR imaging on an Orbitrap Exploris 480 instrumentAP-MALDI UHR 耦合 Orbitrap Exploris 480 质谱成像Gilles Frache卢森堡科学技术学院（LIST）（MassTech 欧洲应用实验室）AP/MALDI UHR and Thermo Orbitrap Exploris 480，斯旺西大学 William J. Griffiths 教授提供小鼠大脑样本。样品制备：1）10-15μm 生物组织冰冻切片2）使用 SunCollect 喷涂仪进行基质喷涂数据处理：1、ImageQuest（Thermo）处理数据使用本机文件（xml 和原始文件）或Multimaging（Imabiotech）2、使用 MassTech imzML 转换器将 xml 和原始文件转换为 imzML 文件3、可使用 Sprectroswiss Mozaic、MSI reader、LipoStarMSI、DataCube Explorer、SCILS、Metaspace 进行数据处理特点优势：媲美真空 MALDI 成像，横向分辨率小于10微米在2分钟内从 AP-MALDI 配置切换到 LCMS 配置为高端 LCMS 仪器提供 MALDI 分析和成像功能（高频固态激光器，355 nm）MassTech AP-MALDI UHR / Thermo Orbitrap Exploris 480, 高分辨质谱成像, 20 um per pixel研究结论：AP-MALDI UHR 为现有 LCMS 仪器（如 Thermo HRMS 设备）提供成像功能，且与自带电喷雾源 ESI 轻松切换。AP-MALDI HRMS 图像可以通过开源或商业化成像软件进行处理SunCollect 基质喷涂仪● 以超精流速控制，自动输送喷洒基质溶液，结晶体细小且覆盖均匀，避免分析物冲刷流失，保持样品聚焦和成像靶点的高敏和高分辨。

镜质合璧 还原真实质谱成像数据分析软件IMAGEREVEAL MS 简化常规分析您还在担心浪费宝贵的时间或丢失有价值的数据？利用IMAGEREVEAL MS可自动从大量数据中发现重要信息。 IMAGEREVEAL MS工作流程 主要特点 只需3步即可完成数据处理✦ 利用“整合分析”模式在“整合分析”模式下通过预设参数可自动获取具有显著特征的质谱图像。这一功能非常便于用户以同样方式处理大量数据。用户只需执行一步操作即可创建基于差异分析和/或图像分析的数据列表、进行数据统计分析以及获取质谱图像。 使用“整合分析”的示例在“整合分析”模式下，软件会自动选取NASH组织中与正常组织相具有特殊性的质谱图像。 多种分析模式3个分析模式示例对NASH（非酒精性脂肪性肝炎）小鼠肝脏的分析NASH（非酒精性脂肪性肝炎）是指一种与饮酒无关的脂肪肝疾病。 1找出NASH组织特有的分子差异分析 2查找与染色图像分布相似的分子图像分析 3创建显示目标分子浓度分布的质谱图像定量分析 处理多种格式数据利用自带的数据转换工具“IMDX Converter”可以将多种格式的数据转换为IMAGEREVEAL MS可读取的imdx格式。 * 无法保证转换其他仪器中的所有数据。有关数据转换的实际结果，请参阅产品介绍网站。 其他功能1靶向分析/非靶向分析靶向分析：基于列表中目标m/z值进行分析，如脂质或代谢物等。此外，还可以创建自定义列表。 非靶向分析：在指定的质量范围内对所有m/z进行分析。可用于检查该范围内包含的有意义的m/z值。 化合物列表 2同时处理多个质谱图像数据文件本软件可以同时处理多个数据文件，并且一次性导入所有数据后即可进行图像对比，操作简单。分析大数据无需拆分，可直接分析达几百GB的数据文件。30天试用版IMAGEREVEAL MS包含所有功能，如有需要可登录以下网站或点击文末“阅读原文”前往下载。https://www.shimadzu.com/an/lifescience/imaging/reveal.html 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

iMScope QT保留岛津质谱成像的高空间分辨率和光学显微镜融合特点的同时，连接 LCMS-9030，以MALDI-Q-TOF提高成像速度和灵敏度。iMScope QT还可以把显微镜-MALDI单元简单地分离和组装，实现了一台仪器多用途使用，从而完成定性，定量，定位的整体流程。iMScope QT 主要特点：显微镜观察和质谱成像分析的融合。高分辨率光学显微镜完美地融合在成像质谱仪，可对微小区域进行观察和分析，通过叠加光学显微镜图和质谱成像图，更准确地进行定位。高空间分辨率，高速，高精度，高效率的成像分析。使用5 μm空间分辨率，20,000 Hz的激光频率，结合LCMS-9030的快速检测系统，成像分析速度可达到50像素/秒，分析100 x 100像素的图像仅需数分钟即可完成。LCMS-9030高性能的MS/MS分析，可快速提供目标分子的结构信息和高特异性成像数据。一台质谱即可获得LC-MS的定性、定量信息和质谱成像的位置信息。iMScope QT成像单元和LCMS-9030质谱单元可以组装和分离，轻松实现质谱成像分析和LC-Q TOF定性定量分析的切换，同时满足定量成像分析的需求。?创新点：1.光学显微镜和质谱仪精准融合，可分析亚细胞水平的5um高空间分辨率图像2.激光频率为20kHz,质谱仪的MS、MS/MS扫描速度均为100Hz，整体的成像速度可达50像素/秒以上3.成像单元可简单移动分开和组装使用，可实现质谱成像分析和LC-QTOF定性定量分析的兼用系统4.后端质谱仪为 Q TOF型LCMS-9030，提高了质谱检测灵敏度成像质谱显微镜

p　　质谱成像是一种前沿质谱技术，由于其技术的新颖性与应用的广泛性，近期受到了很高关注。该技术应用潜力巨大，它是将质谱检测与影像技术相结合的新型分子影像研究手段。特点是无需标记、所需时间短、耗费低、不局限于单分子，同时还可以提供组织切片中多化合物空间分布和分子结构信息。/pp 作为质谱领域最具前景的技术之一，质谱成像技术现已经成为仪器厂商、科研院所的重要关注焦点，预测未来市场争夺也将日益激烈。布鲁克公司在MALDI质谱成像技术方面坚持创新与发展，拥有当今业内公认的速度最快、通量最高通和性能最全面的rapifleX MALDI-TOF质谱仪。为提升用户对质谱成像技术、应用的了解，促进质谱成像技术的推广应用，仪器信息网特别邀请布鲁克公司对其质谱成像技术、应用等方面进行了讲解。/pp　　span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong1、请介绍一下贵公司的质谱成像仪器研发过程，这些仪器有哪些特点?/strong/span/pp　　一九九七年，美国范德堡大学(Vanderbilt University)的Richard M. Caprioli教授在Analytical Chemistry上发表了题为“Molecular imaging of biological samples: localization of peptides and proteins using MALDI-TOF MS” 的文章(Anal. Chem. 1997 69:4751–4760)，首次提出了MALDI质谱成像技术。在随后的20年间，质谱成像技术迅速发展起来。二零零六年，Caprioli教授在Proteomics上，提出了全新的质谱成像策略：即基于超快速MALDI-TOF质谱和超高分辨MALDI FT-ICR质谱的新一代(next-generation)质谱成像技术(Proteomics 2016, 16, 1678–1689)。/pp　　布鲁克MALDI质谱成像主要基于两大类质谱：MALDI-TOF以及MALDI FTICR质谱(图1)。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="001.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/42d51489-e9db-4b8f-8d3b-4616ea45a4e8.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图1 布鲁克MALDI质谱成像系列/strong/span/pp　　布鲁克公司自1992年推出第一台商用的MALDI-TOF质谱仪开始，至今已走过25年的历程。布鲁克MALDI-TOF质谱的升级换代过程，成就了MALDI质谱成像技术的创新与发展。目前有autoflex，ultrafleX以及rapifleX三款MALDI-TOF质谱满足成像需求，特别是全新推出的rapifleX(TOF-2015年，TOF/TOF-2016年)，是专门为质谱成像打造的当今业内公认的速度最快、通量最高通和性能最全面的MALDI-TOF质谱仪。/pp　　新一代质谱成像MALDI-TOF质谱仪rapifleX在技术方面有诸多突破：/pp　　1)配备全新的smartbeam 3D激光器，激光频率达到业内领先的10 kHz，大大提高了成像数据采集的速度 激光寿命也提高至1010次；/pp　　2)独特的Beam scanning 技术，能够充分扫描像素点内所有离子，首次实现了真正的方形像素技术，达到像素点全覆盖，显著提高成像质量；/pp　　3)M5多路数据采集与聚焦技术：超快速覆盖像素面积，提高成像数据采集效率，进一步缩短成像数据采集时间。/pp　　整合以上技术特点，rapifleX的质谱成像速度从目前业内主流的2-3 pixels/s 飞跃至 20-30 pixels/s，最高可达50 pixels/s。超快速的质谱成像系统，使全面观察复杂的生物样本成为可能，特别是是异质性高，结构多样，面积大的临床样本，优势尤为明显。图2是一个囊肿性纤维化患者肺部组织切片的质谱成像结果。空间分辨率为20 µ m，共采集了超过1百万张谱图。超高速的rapifleX质谱，仅6h就完成了数据采集。而用当前主流的其它质谱设备，需要多达4-5 天时间。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="002.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/2005229b-e1e3-44dd-bce6-7f9624ea284c.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图2 全球第一张百万像素的质谱成像图片(空间分辨率 20 µ m)。应用超快的 rapiflex质谱，仅需要6个小时 而传统技术需要长达4.5 天。/strong/span/pp　　样品为囊肿性纤维化患者肺部组织切片，高亮显示了四种脂类分子在组织上的特异性空间分布。其中m/z 814.5 (蓝色)遍布组织各处， m/z 885.6 (白色)分布与炎症区域，以及充满粘液的气道管腔 而m/z 861.6 (黄色)以及m/z 797.7 (紫色)主要分布于肺实质。(Proteomics 2016, 16, 1678–1689)/pp　　布鲁克saloriX系列的FT-ICR(傅里叶变换-离子回旋共振)质谱，以超高的分辨率和精准的质量准确度，在成像领域，特别是小分子成像领域表现更为优异。如图3所示，质量差别为0.013 mDa的两个分子，在组织上的分布迥异，这依赖于仪器极高的分辨率；同时，极佳的质量准确度，可以在成像的同时直接定性，获得重要的分子式信息。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="003.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/6af60127-9f37-4527-ab7d-e9c8e0f47d38.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图3 FT-ICR质谱成像技术精细显示小分子化合物的空间分布并定性。/strong/span/ppstrongspan style="COLOR: rgb(0,112,192)"2、目前，贵公司质谱成像仪器主要应用在哪些方面?应用情况如何?请举例说明。/span/strong/pp　　新药研发是FT-ICR质谱成像的一个重要应用领域。药物研发过程中，仅知道药物最终聚集于哪些组织(例如肝，肾等)是远远不够的，因为质谱成像技术发现药物分子在组织的分布并不均一(图4左)；而用传统的组织病理染色方法(图4右)，无法获得此类信息(chemical& engineering news, 2017, 95(23), 30-34)。在药物毒理学研究方面，传统的做法是将组织匀浆后，获得总体的浓度。然而，这种总浓度的可靠性有待商榷，因为匀浆后的组织中，药物总浓度偏低并不能反映组织局部区域浓度偏高的事实。例如，制药业巨头葛兰素史克(下文简称GSK)发现某种药物的代谢物(绿色)特异性的聚集于小鼠眼球的黑色素层(图5左上)。因此该药物被确定为off-target药物，其研发过程也被终止。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="004.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/7029abe1-1002-4f7f-ae11-9c9409ee353b.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图4 质谱成像(左)显示出药物在肾组织的不均一分布 而传统染色方法(右)无法检测到。/strong/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strongimg title="005.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/f2b4454c-a002-4612-a180-dace319e281e.jpg"//strong/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"strongspan style="COLOR: rgb(0,112,192)"图5 质谱成像(左上)结果显示药物聚集于眼切片黑色素区。成像结果与染色结果叠加确定组织分层信息(右上)。药物在整个眼组织切片上的分布。(下)/span/strong/pp　　GSK应用该技术，成功发现了多起药物脱靶(off-target)的案例，极大减少了经济损失。另一个研发实例发生在研究某种肿瘤药物能否用于儿童的治疗(J. Am. Soc. Mass Spectrom. (2015) 26:887-898)的过程中：MALDI imaging结果发现，在较年幼的大鼠体内，该药物会导致肾脏内磷酸钙的沉淀。而研究表明，由于幼鼠发育不成熟，该药物不能像常规途径一样被肝脏完全代谢掉。在肾内的大量沉淀最终对肾组织造成了较严重的破坏。这项研究成果为研究儿科用药安全性提供了新的指导方向。/pp　　在药物组织分布的研究领域，一种常用的手段是定量全身放射自显影技术(quantitative whole-body autoradiography, QWBA)。这是一种基于标记的检测手段。由于成本高昂，只能检测最有潜质的有限数目的药物分子 此外，该方法无法区分药物分子本身与其代谢物。在此，质谱成像技术的优势进一步凸显出来：无需标记，一次数据采集可以获取成千上万的不同的分子空间分布信息 药物分子及其代谢物由于分子量的差异也可以完全区分开来。/pp　　更具有前景的是，质谱成像不仅能靶向的寻找药物及其代谢物的组织分布，还能发现，受药物作用的影响，生物体内内源的其它化合物发生的变化。这也是药物研发科学家孜孜以求的宝贵信息。/pp　　到目前为止，质谱成像可检测的化合物已经覆盖了小分子(如代谢物，神经递质等)，脂类，多肽，糖类，蛋白等，在神经科学，模式动物的研究，疾病的诊断等领域发挥了巨大作用。近年来，质谱成像技术又创新性的应用于植物组织、细胞以及微生物代谢物的原位检测等。/ppspan style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong3、贵公司如何看待质谱成像仪器的技术及市场发展现状?目前有哪些问题亟待解决?/strong/span/pp　　对质谱成像的空间分辨率的要求越来越高，除了对仪器硬件提出了新的挑战以外，产生的数据量也急剧膨胀，急需新的信息学，统计分析软件来处理海量数据，以获取有价值的信息。布鲁克公司推出的scils lab软件，具备强大的计算能力，能够处理多个datasets的几百万张谱图 同时软件具有多种统计分析功能，例如主成分分析(PCA和PLSA)，聚类分析(segmentation)，寻找biomarker(ROC曲线)，建立统计模型区分未知样品(classification)等。利用该软件，研究阿尔茨海默症(AD)海马区脂类的变化，共6个正常人和6个AD患者的脑组织样品。计算ROC曲线找到多种差异的脂类信号。(图6，Mendis et al., Brain and Behavior 2016)。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="006.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/61f55090-d6b2-4a02-b522-d7a35fbf1720.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图6 scils软件分析利用ROC曲线计算方法找到多个AD相关的潜在biomarker/strong/span/pp　　相比之下，国内的质谱成像研究开始的较晚一些，但是也处在了快速发展阶段。目前 的应用领域也覆盖了临床、方法学、植物、细胞等各个方面。以中科院化学所聂宗秀研究员为例。他开发的多种质谱成像新基质，有效解决了在组织背景下，耐盐性不佳，质谱信号差，基质背景峰多等多种问题，极大的提升了小分子代谢物的成像效率。聂宗秀研究员还开创性的利用碳纳米材料在低质量端的碳离子束信号作为指纹峰，间接的检测碳纳米材料在多种器官中的组织分布(图7)，为研究碳纳米材料作为小分子药物靶向作用的载体奠定了基础(Nat. Nanotech. 2015, 10, 176-182 )。该研究发表在权威期刊Nature Nanotechnology上，得到了学术界很高的评价，还入选该期刊10周年专刊。br//pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="007.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/72af1850-cf11-4e98-aa57-668565944461.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图7 1)碳纳米材料在鼠不同组织中的分布；2)碳纳米管在脾组织中主要分布在免疫应答活跃的边缘区。/strong/span/ppspan style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong4、质谱成像仪器需求情况如何?贵公司质谱成像仪器推广做了哪些工作?进一步发展计划如何?/strong/span/pp　　布鲁克也在不断的从技术和应用角度推进国内成像技术的发展。仅今年下半年，就先后于8月份在广东工业大学举办了质谱成像的workshop；在11月初，邀请了国内外质谱成像领域的专家，瑞典乌普萨拉大学质谱成像中心的负责人Per E. André n教授，中科院化学所的聂宗秀研究员，以及在Caprioli教授实验室工作过多年的布鲁克全球成像市场经理Shannon Connet博士，在中科院大连化物所以及中科院动物所，举办了质谱成像技术高端研讨告。会后的交流也非常踊跃。也激发了更多科研人员对质谱成像研究的兴趣。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="008.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/cadafa09-77b3-4da1-bd58-3ae5364410df.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图8: 2017年布鲁克质谱成像研讨会 1)/strong/spanstrong style="COLOR: rgb(0,112,192)"中科院动物所/strongstrong style="COLOR: rgb(0,112,192)" 2)/strongstrong style="COLOR: rgb(0,112,192)"中科院大连化物所/strong/pp　　布鲁克公司对MALDI质谱成像技术的应用前景充满希望，相信创新性的质谱成像技术将会被愈来愈多的科学家和技术人员所了解和应用。我们愿为人类探索生命科学的奥秘提供独具特色的质谱成像技术，同时不断改进和完善MALDI成像整体解决方案。/ppbr//p

p　　在国家自然科学基金委和中国科学院的大力支持下，中国科学院化学研究所活体分析化学院重点实验室的研究人员长期致力于动物组织质谱成像技术的研究，先后开发了系列小分子新基质(Anal. Chem. 2012, 84, 465 Anal. Chem. 2012, 84, 10291 Anal. Chem. 2013, 85, 6646 )，并对半脑缺血(Anal. Chem. 2014, 86, 10114)、肿瘤转移等生物模型小鼠(Anal. Chem. 2015, 87, 422)的脑、肾、脾等组织进行了分子组织学质谱成像研究。最近，研究人员发展了一种通用、免标记的直接质谱成像方法，快速检测并对小鼠体内的碳纳米管、石墨烯和碳量子点等碳纳米材料进行定量成像研究。相关结果发表在近期的《自然· 纳米技术》(Nature Nanotech. 2015, 10, 176)杂志上。/pp　　碳纳米材料因为其独特的物理化学性质，在材料学领域具有非常广阔的应用前景。近年来，碳纳米材料由于在药物输送、光动力学治疗、组织工程以及生物成像等方面的重要价值，成为生物医学研究领域的热点材料。但是有关碳纳米材料的生物效应及生物安全性问题目前依然存在争论，因此生物组织中的碳纳米材料的生物分布研究具有重要的实际价值，尤其是亚器官的生物分布成像研究，有助于揭示纳米材料与生物体之间的相互作用。但是目前为止，这方面研究仍缺乏实用有效的方法。/pp　　对于碳纳米材料的生物监测或成像，通常采用放射性同位素或荧光标记法，因费时费力且标记物有解离的可能而具有一定局限性。而免标记的光谱学方法又存在成像速度慢、发光信号弱、背景干扰强等缺点。质谱成像技术提供了一种同时获取生物样品形貌及其分子信息的检测手段，各个种类分子可以在10微米及以下的空间分辨率被独立检测出来。这种技术属于内源性的“免标记”法，因为分子都有其固有质量，只要分子可以被离子化就可以被检测出来。在质谱成像中最常用的分子离子化方法是基质辅助激光解吸/电离(MALDI)，但需要有机基质(通常为被测物的10000倍)与目标样品共结晶并用激光照射。基质吸收激光辐射后被快速激发并蒸发，随后共结晶的样品被转移到气相环境，样品分子可以通过基质的电荷转移离子化。然而，没有人证实过MALDI质谱检测完整碳纳米材料的能力，因为很难找到与其共结晶的合适的基质。如果没有基质，完整的分析物就很难被释放到气相中。而且，碳纳米材料的巨大分子量也远远超出了质谱能够检测的质量范围。/pp　　为了解决这个问题，研究人员放弃传统基质，发现并利用碳纳米材料在紫外激光解吸电离过程中产生的固有碳负离子簇(C2-C10)指纹信号，该质谱信号几乎不受任何生物分子的背景信号干扰。结合飞行时间质谱，同时实现了小鼠体内碳纳米材料的亚器官质谱成像和定量分析。该碳负离子簇质谱指纹信号的发现，克服了传统质谱方法无法直接检测纳米材料的难题，将质量信号窗口转移到了质谱灵敏度高的小分子质量范围。与传统的标记方法相比，该激光解吸电离质谱分析方法由于采用内源性的化学信号，避免了标记基团在活体循环过程中可能产生的解离、衰变或者失活。同时，与免标记的光谱方法相比还具有高信噪比、低背景干扰以及准确可靠的优点。/pp　　研究人员证实并比较了碳纳米管、石墨烯和碳量子点的亚器官生物分布。研究发现，碳纳米管和碳量子点在肾中主要分布在外部的实质区域。而在脾组织中，这三种碳纳米材料主要分布在脾的红质区域，还发现在边缘区中碳纳米管的浓度最高。定量结果表明，尺寸较大的未修饰碳纳米管和石墨烯主要富集在肺组织中，而碳量子点主要停留在内皮网状系统丰富的肝和脾中。此外，还意外地发现碳量子点在小鼠器官中的超长清除时间。最后，将该方法拓展到小鼠肿瘤组织中药物负载的碳纳米管成像以及二硫化钼二维纳米材料的组织成像研究。/pp　　这些重要的应用和发现，进一步表明该方法可以结合质谱成像和定量的优点，进行纳米材料与生物体系相互作用研究，并有望发展成为一种碳纳米材料乃至其它纳米材料生物分析的通用方法。论文发表后，Nature Nanotechnology 杂志专门邀请国际知名质谱学专家Richard W. Vachet撰文在同期的“新闻视角”专栏评论：“这种成像技术提供了一种强大的活体定量纳米材料的方法，一个特别让人激动的优势是该方法可拓展同时检测纳米材料及其附近的蛋白质或其他生物分子，将深层次揭示生物分子和材料的相互作用。无论如何，活体纳米材料的质谱成像研究将有一个光明的未来。”/pp　　a href="http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n2/full/nnano.2014.282.html"论文链接/a/pp style="text-align: center "img title="W020150319401924220724.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/0797cf49-646a-4e6a-8c55-eec276e5949f.jpg"//pp style="text-align: center "质谱成像揭示碳纳米材料的亚器官生物分布/p

小暑虽过，但成都却时不时濛濛细雨，凉风习习。7月8日下午，在中国科学院成都生物研究所顺利举办了第四场“岛津质谱成像学术沙龙”。本次沙龙采用“线下+线上”的双重模式，吸引了众多领域的专家学者。会议聚焦于质谱成像技术在中药及天然产物领域的新进展，并延伸至药学研究、临床医学、农业食品等多个学科。通过深入交流与探讨，使与会者共同见证了质谱成像技术跨越学科边界的广泛应用潜能，为推动科研创新注入强劲动力。岛津分析计测事业部市场部临床和生命科学质谱产品组彭蜀莹经理主持了此次会议。来自岛津分析计测事业部业务部西南大区郑健经理致欢迎词。岛津分析计测事业部业务部西南大区 郑健经理郑健经理对莅临本次会议的专家学者表示由衷的感谢。他强调，岛津一贯秉承将前沿科技、优质服务、全面的解决方案以及多样化的产品线不懈地服务于每一位客户。本次沙龙旨在搭建一个交流平台，通过深入探讨质谱成像技术在中药天然产物研究领域的新科研硕果，与在座专家共谋技术进步与应用拓展之道。中科院成都生物研究所公共实验技术中心周燕主任致辞。中科院成都生物研究所公共实验技术中心 周燕主任周主任对出席本次会议的专家学者以及报告专家表达了最深的敬意与欢迎。她着重指出，质谱成像技术之所以能够飞速发展，关键在于可研究生物分子分布和空间分布，其课题组亦深耕于这一前沿领域。此外，质谱成像技术作为学术亮点，已连续多年在质谱相关的学术会议上绽放光彩。中国食品药品检定研究院聂黎行研究员全面且深入地介绍了质谱成像技术的基本原理、特点，并聚焦其在中药领域的应用探索。报告以板蓝根为例，展示了全质谱成像分析技术助力于中药品质指标成分群的探寻，并分享了基于质谱成像技术和成分分布规律用于黄芩质量控制的研究成果。中国食品药品检定研究院 聂黎行研究员成都中医药大学的张梅教授分享了补肾活血方及其防止糖尿病视网膜病变有效中药复方药效物质基础及作用机制的研究成果。成都中医药大学 张梅教授此外，来自岛津分析计测事业部市场部的张方丽女士、朱挺锋先生就岛津成像质谱显微镜及其应用探索、岛津质谱助力多组学研究等方面，均做出了详尽且精彩的专题报告分享。专家报告后的讨论环节，现场反响热烈，与会学者踊跃提问，现场报告专家均一一解答。本次沙龙全方位展示了岛津质谱成像综合解决方案及其在中药天然产物、药学、临床医学科研等不同领域的科研成果，成功构建了一个促进科研同行深度交流与学习的平台。后期岛津也会在全国不同区域举办此类沙龙活动，欢迎各界同仁参加。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

p　　质谱成像是一种前沿质谱技术，由于其技术的新颖性与应用的广泛性，近期受到了很高关注。该技术应用潜力巨大，它是将质谱检测与影像技术相结合的新型分子影像研究手段。特点是无需标记、所需时间短、耗费低、不局限于单分子，同时还可以提供组织切片中多化合物空间分布和分子结构信息。/pp　　作为质谱领域最具前景的技术之一，质谱成像技术现已经成为仪器厂商、科研院所的重要关注焦点，预测未来市场争夺也将日益激烈。融智公司是MALDI质谱成像技术方面的后起之秀，目前新推出了其质谱成像系统QuanIMAGE。为提升用户对质谱成像技术、应用的了解，促进质谱成像技术的推广应用，仪器信息网特别邀请融智公司对其质谱成像技术、应用等方面进行了讲解。/ppspan style="color: rgb(0, 112, 192) "strong1、请介绍一下贵公司的质谱成像仪器研发过程，这些仪器有哪些特点?/strong/span/pp　　MALDI-TOF MS应用于质谱成像，是近年来的科研热点。高灵敏度的分子水平成像，在生命科学研究中有着重要意义。但目前，掌握这一核心技术的只是少数几家国外企业，适用于质谱成像的设备销售价格也居高不下，因而国内即使是“不差钱”的科研领域，也少有从质谱分子成像角度展开的科研，在临床、生物分析、药物分析等应用领域，则更难以使用到质谱分子成像技术。/pp　　融智生物推出的新一代全谱可定量飞行时间质谱仪，是时间长达8年之久的一系列研发成果的结晶，在解决了一系列传统MALDI缺陷的基础上，也使得新一代全谱可定量飞行时间质谱平台QuanTOF在质谱成像方面有了质的飞跃。生产的工程样机经美国国家质谱成像研究资源中心主任Richard M. Caprioli使用，发表了多篇论文，并得到了Caprioli的肯定和赞赏。/pp　　QuanTOF在光、电、机、软等多方面进行了革命性突破，既满足质谱定性分析的要求，同时也提高了质谱定量分析的能力，对需要在二维空间进行扫描的质谱成像应用具有极其重要的意义。/pp　　高发射频率，高寿命的半导体激光器，解决了上一代MALDI-TOF激光器发射频率低、易损耗的问题，从此激光器不再是易损耗材；/pp　　靶板和离子探测器同时接地专利技术(专利号：ZL 2014 8 0014634.0)，解决了上一代MALDI-TOF靶板电场分布不均的缺陷，保证了在全靶板范围内的质量检测精度；/pp　　创新的同轴激光照射与离子光路设计，提高成像分辨率及的宽谱质量分辨率；/pp　　MCP微通道板光电混合离子探测器，实现无饱和高信噪比离子检测，提高定量能力；/pp　　全新高精度、快速、低容积二维控制平台、全新高速数字转换器，实现极高频率激光器产生的超量质谱数据实时采集；/pp　　配备专用二维质谱成像软件，使分析人员的工作极简化。/pp　　QuanIMAGE–亲民的质谱成像系统/pp style="text-align: center "img width="450" height="333" title="001.jpg" style="width: 450px height: 333px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/1b166fe2-3310-4f2d-b601-0d5e58eda554.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp style="text-align: center "strongQuanIMAGE I型/strong/pp　　基于对MALDI-TOF MS全面升级的QuanTOF质谱平台，融智生物推出了质谱成像系统QuanIMAGE，被誉为“质谱成像新的里程碑”：/pp　　革命性的影像学检测手段；/pp　　发射频率5,000 Hz以上的高频率半导体激光器，极大地提高了质谱成像扫描速度；/pp　　快速精准二维移动控制平台(纳米级移动精度)，极大地提高了空间分辨率(可达微米)；/pp　　靶板电场接地专利技术解决了传统MALDI-TOF靶板边缘电场分布不均的缺陷，使成像质量精度及重现性更高；/pp　　同轴激光照射及离子提取确保了解吸离子羽流对称性 离子初始速度及空间双聚焦设计，使线性模式在宽谱间达到高质量分辨率；/pp　　光电混合离子探测器结合超高频数据采集技术，使数据采集速率可达50像素/秒；/pp　　可通过重构质谱影像，在宽质量范围内对特定分子进行可视化位置确定；/pp　　样本前处理简单，无需任何标记物即可完成分子成像；/pp　　所有仪器组件皆置于仪器内，无需外接泵。/pp　　值得一提的是QuanIMAGE采用了靶板接地的专利技术，靶板电场接地专利技术解决了传统MALDI-TOF靶板边缘电场分布不均的缺陷，使成像质量精度及重现性更高。同轴激光照射及离子提取光路设计、离子速度及空间双聚焦等一系列新技术，使线性模式飞行时间在宽谱间达到高质量分辨率。QuanIMAGE使用的最新半导体激光器技术和与之相配合的超高频混合离子探测及数据采集技术，使得质谱采集频率大幅提升，对质谱成像应用有极大的帮助，使得成像精度、重现性、速度等方面都比前一代MALDI-TOF有了数量级的提升。与现有技术采用的经修补完善的固体激光器技术相比，半导体激光器在扫描频率、光斑面积以及激光发射能量等性能上完胜固体激光器。/ppspan style="color: rgb(0, 112, 192) "strong2、目前，贵公司质谱成像仪器主要应用在哪些方面?应用情况如何?请举例说明。/strong/span/pp　　QuanIMAGE产品应用：/pp　　1. 医学研究/pp　　MSI技术在疾病机理的研究中也已有着广泛的应用，目前研究涉及的疾病包括帕金森病、阿尔茨海默氏症、法布里病、肌肉萎缩症、肾脏疾病、非酒精性脂肪肝、心血管疾病和神经节苷脂沉积病等。该技术可在无标记条件下研究蛋白质或代谢物在组织中的分布，有助于了解疾病产生、转移和预后的机制。该技术还可用来划分肿瘤组织与周围正常组织的界限，可作为染色得到的组织学信息的补充。/pp　　研究细胞的代谢物和多肽的分布及含量，有助于了解细胞的状态和周围环境对其的影响，以及正常与疾病细胞间的差异。/pp style="text-align: center "img title="002.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/44c45f4d-129e-4fa5-9bb7-4b3cfebcbff2.jpg"//pp　　2. 生物学研究/pp　　利用MALDI-MSI 技术，研究人员已对小鼠大脑中的卵磷脂、神经节糖苷、硫酸脂和脑苷脂类等脂类分子的分布进行了研究。由MALDI-MSI技术获得的人额叶皮质、海马和纹状体等区域中脂类分子的分布结果，对了解神经脂类的合成途径及其在中枢神经系统中的功能具有重要作用。也有人利用MALDI-MSI技术研究了卵磷脂在小鼠视网膜和营养不良肌肉中的分布、鞘磷脂在人晶状体中的分布，以及脂类在小鼠肝脏、肺部和人体皮肤上的分布等。/pp style="text-align: center "img title="003.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/f2de31bd-a510-4a31-92cd-7debd247440e.jpg"//pp　　蛋白研究中，当MSI与Bottom-up策略相结合进行蛋白质鉴定时，首先要将组织切片上的蛋白质进行原位酶解，再利用MSI鉴定切片表面的蛋白质，进而获得切片表面蛋白质的分布信息。有学者将MALDI-MSI与Top-down策略相结合，确定了冈比亚按蚊触角中与嗅觉相关的蛋白质。/pp　　3. 药物研究/pp　　MSI技术已被用于监测小鼠体内药物及其代谢物的分布，如利用MALDI-MSI技术检测奥氮平和长春碱等药物在完整小鼠体内的分布，获得了相关药物在整个动物体内的分布信息。以术中加热化疗处理后的小鼠肾脏为模型，利用MSI 可检测到肾脏中抗癌药物奥沙利铂的代谢物，获得了该药物浓度在肾脏皮质区明显高于髓质区的信息。有学者以9-氨吖啶为基质，在小鼠大脑内鉴定了13种代谢物(如AMP、ADP、ATP 和UDP-GlcNAc等)，并获得了它们的分布信息。还有学者研究了Mono Mac 6细胞中的HIV蛋白酶抑制剂沙奎那韦和奈非那韦的变化规律。/pp style="text-align: center "img title="004.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/d40c2742-702f-4e11-92e9-dcec343750f1.jpg"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong药物代谢检测/strong/span/pp　　4. 融合性新技术/pp　　MALDI-MSI还可与一些其他新技术融合，形成崭新的技术，形成突破性新技术。如MALDI-TOF质谱成像与磁珠芯片技术结合的质谱免疫检测(MSIA)。/ppimg title="005.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/d4134e1b-266c-4022-b39e-d642b7850e21.jpg"//ppspan style="color: rgb(0, 112, 192) "strong3、贵公司如何看待质谱成像仪器的技术及市场发展现状?目前有哪些问题亟待解决?/strong/span/pp　　融智生物认为，质谱成像市场正呈上升态势，随着科研领域逐渐意识到质谱成像的重要性，开展一系列的科研，尤其在生命科学领域，质谱成像也将在多层次中有力地帮助科学家们获得更多的分子分布原位分析信息，而这些科研成果亦将逐渐转化为实际需求，惠及更广泛的应用。/pp　　但当前处于少数企业垄断的市场，使得质谱成像设备价格居高不下，一台高端成像质谱的价格动辄近千万元。融智生物希望通过更亲民的价格，使这一技术能惠及广泛的应用层面。目前，QuanIMAGE产品已经上市，融智生物将从科研领域开始，把它推向中国以及海外市场。/pp /p

pspan style="color: rgb(0, 112, 192) "/span　　质谱成像是一种前沿质谱技术，由于其技术的新颖性与应用的广泛性，近期受到了很高关注。该技术应用潜力巨大，它是将质谱检测与影像技术相结合的新型分子影像研究手段。特点是无需标记、所需时间短、耗费低、不局限于单分子，同时还可以提供组织切片中多化合物空间分布和分子结构信息。/pp　　作为质谱领域最具前景的技术之一，质谱成像技术现已经成为仪器厂商、科研院所的重要关注焦点，预测未来市场争夺也将日益激烈。质谱成像技术中的MALDI技术为岛津公司田中耕一(Koichi Tanaka)发明，并获得了2002年诺贝尔化学奖。在之前技术积累的基础上，岛津公司又在2013年ASMS会议推出其用于质谱成像研究的7090 MALDI-TOF/TOF。为提升用户对质谱成像技术、应用的了解，促进质谱成像技术的推广应用，仪器信息网特别邀请岛津公司对其质谱成像技术、应用等方面进行了讲解。/ppspan style="color: rgb(0, 112, 192) "　strong　1、请介绍一下贵公司的质谱成像仪器研发过程，该款仪器有哪些特点?/strong/span/pp　　获得2002年诺贝尔化学奖的MALDI技术是岛津公司田中耕一(Koichi Tanaka)的发明。早在1987年，在第二届中-日质谱分析联合讨论会上，岛津公司的田中耕一首次介绍了MALDI技术；基于此研究，1988年田中耕一团队为洛杉矶希望城的Terry Lee博士定制了世界上第一台MALDI质谱，同年，论文发表在Rapid Communications in Mass Spectrometry(质谱快讯)上。/pp　　1989年，岛津公司收购了位于英国曼彻斯特的Kratos公司，该公司在高性能质谱与XPS产品开发上有着悠久的历史。伴随Kratos公司的收购并看好MALDI的市场前景，1990年曼彻斯特成为岛津新产品系列的研发中心。1991年开始，该中心相继推出MALDI II型和MALDI III型MALDI-TOF，代表着岛津第一批商品化MALDI-TOF的诞生。在接下来的23年里，岛津公司又开发了许多MALDI产品，每一代产品都不断提高性能，为用户提供新的功能。这包括世界上第一台高真空MALDI-IT-TOF(基质辅助激光解吸离子源—离子阱—飞行时间质谱)—Axima Resonance、以及2013年推出的超高性能MALDI-TOF/TOF质谱仪—MALDI-7090。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/4ec3efff-83b4-446f-933b-3bc31f13523b.jpg" title="001.jpg" width="500" height="336" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 500px height: 336px "//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong岛津MALDI-7090质谱仪/strong/span/pp　　MALDI-7090正是岛津日本和英国Kratos两地研发人员紧密合作的结晶，比如，MALDI源由岛津日本设计和生产，MALDI-7090的原型机由岛津日本公司设计，曼彻斯特的Kratos公司完成其工程化和生产制造。/pp　　2013年ASMS会议上岛津公司隆重推出MALDI新品：7090 MALDI-TOF/TOF。MALDI-7090基于岛津20多年的MALDI仪器设计经验研发而来，代表了MALDI- TOF/TOF仪器最先进的发展水平。/ppspan style="color: rgb(0, 112, 192) "　　新产品的特性包括：/span/pp　　无与伦比的MS/MS高分辨率：ASDF技术可获得10,000的MS/MS分辨率/pp　　高质量准确度/pp　　超快固态UV激光，并具有独特的UV激光源自清洗功能/pp　　2 kHz采集速度/pp　　集成可放高达10个靶的托盘/pp　　MonopulseTM高分辨率离子门技术/pp　　真正He碰撞高能CID(HE-CID)/pp　　大孔径离子光学/pp　　具备低能和高能碎裂模式/pp　　多用户软件操作环境/pp　　内置安全和审核功能/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/b3f25894-3ecf-4d52-ae18-18a0b9b1134f.jpg" title="002.png" width="550" height="377" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 550px height: 377px "//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 112, 192) "/span/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strongMALDI-7090成像软件IonView™ software/strong/span/ppspan style="color: rgb(0, 112, 192) "strong　　2、目前，贵公司质谱成像仪器主要应用在哪些方面?应用情况如何?请举例说明。/strong/span/pp　　在这里主要介绍一下7090 MALDI-TOF/TOF应用。/pp　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "在蛋白质组学、MALDI成像领域发挥广泛的作用/span/pp　　蛋白质组学和成像是MALDI-7090主要的应用领域。MALDI-7090可用于蛋白质组学的多方面研究：从蛋白质结构、修饰与功能研究，到LC-MALDI“鸟枪”法鉴定，再到自上而下完整蛋白质的测序。MALDI-7090具备真正20kHz的He碰撞高能碰撞诱导裂解(高能CID)，在分析翻译后修饰方面(PTMs)中将发挥很大的作用。/pp　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "高能CID用于翻译后修饰分析/span/pp　　MALDI成像是一种独特的应用，提供了在一个平面上观察分子空间分布的视角，某些样品还可通过结合MS/MS谱和分子特征开展更进一步的研究，这些应用已广泛用于肿瘤学、病理学或其他临床研究中。/pp　　除此以外，可在手动模式下获得更多全范围的MALDI应用，比如：脂质结构分析，高能CID能提供饱和脂肪酸链的结构信息，用MALDI分析来表征小分子结构。/pp　span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong　3、贵公司如何看待质谱成像仪器的技术及市场发展现状?目前有哪些问题亟待解决?/strong/span/pp　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "岛津认为MALDI-TOF市场的趋势是临床与诊断。/span/pp　　随着全球MALDI-TOF的市场趋势转向临床与诊断运用，岛津公司和所有其他大型质谱供应商一样正在适应这种趋势。岛津公司正在努力将MALDI质谱技术成功运用于早期疾病生物标记物发现以及微生物鉴定中，当前一个新兴领域正是日益流行的成像质谱技术。/ppspan style="color: rgb(0, 112, 192) "　　strong4、质谱成像仪器需求情况如何?贵公司质谱成像仪器推广做了哪些工作?/strong/span/ppspan style="color: rgb(0, 112, 192) "　　主要面对高端市场，具有灵活高效的特点/span。/pp　　MALDI-7090质谱仪主要面向高端市场的用户，比如，从事科学研究的政府实验室、私人实验室，以及兼顾学术与产业应用的实验中心和研究型实验室。MALDI-7090的设计理念就是：灵活高效，让用户在多用户环境下都能够易于操作，并获得优异的分析性能。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/4685c26e-75ba-4703-8f3d-141f7e023a75.jpg" title="003.png"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong多用户操作环境MALDI Solutions™ 软件/strong/span/pp　　从仪器角度来看，MALDI-7090具备无与伦比的分析速度、集成10个样品靶、超高MS/MS分辨率以及真正的高能CID能力。从软件角度来看，真正的多用户界面、从任何网络工作站远程进入仪器的实验设置、结果浏览与数据分享、以及基于各种精细的解决方案的软件。/ppbr//p

仪器信息网讯 2021年9月28日BCEIA2021（北京分析测试学术报告会暨展览会）期间，由维科托（北京）科技有限公司主办，中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室协办的“质谱成像技术与应用专题论坛”顺利召开。会议聚焦质谱成像技术和空间多组学的发展前沿与应用进展，从技术难点、数据分析到行业应用进行剖析，为相关人员提供更灵活的交流机会，促进合作，现场听众100余人积极参与了交流互动。针对生物组织及器官的复杂性、异质性特点以及生物分子成像分析难题，近些年发展出了高灵敏、高覆盖、动态范围宽、特异性强的质谱成像（MSI）技术。MSI结果就像一张拥有成千上万个颜色通道的图片，每个颜色通道对应一种分子或质荷比。作为一种新型分子影像技术，与核素成像、荧光成像等技术相比，MSI无需放射性同位素或荧光标记，且不局限于一种或几种目标分子，可以进行非靶向成像分析，不仅可以获得分子的空间分布信息，而且能够提供分子结构信息。此外，MSI可以实现从元素、小分子到多肽、蛋白质等的检测。会议现场中央民族大学前副校长 再帕尔阿不力孜教授致辞中国海关科学技术研究中心正高级工程师 刘鑫致辞近年来，随着MSI技术和空间组学技术的发展，尤其是数字化成像技术和生物信息学的引进，MSI已经成为生命科学研究、发病机制阐释、分子病理诊断、药物靶点发现、药物药效与安全性评价等方面的重要工具。利用质谱实现分子成像最早是由范德堡大学的Richard Caprioli等在1997年提出的。作为质谱领域目前最年轻的应用之一，质谱成像技术在医学研究、生物学研究、药物研究等诸多领域有着巨大的价值，已经成为质谱研究的一大热点。目前的质谱成像技术分为高真空技术（SIMS、MALDI-MS、NIMS）和常压敞开式质谱成像技术（Ambient MSI）。自2004年普渡大学的 Cooks 课题组在电喷雾电离基础上首次提出DESI (Desorption Electrospray Ionization, 解吸电喷雾电离) 作为一种常压离子化技术以来，近十几年，国内科研以及产业工作者在MSI方面已取得了诸多进展。此外，我国也有一些科学家陆续开发出不同的常压离子化技术，再帕尔阿不力孜课题组自2005年开始相关研究的开展，其研制出的AFADESI-MSI（空气动力辅助解吸电喷雾电离质谱成像），该技术能够将功能代谢物的时空变化与组织结构和生物功能联系起来，有助于分子组织学和分子病理学研究。维科托（北京）科技有限公司总经理 史俊稳主持会议报告人：中央民族大学前副校长 再帕尔阿不力孜教授报告题目：空气动力辅助离子化质谱成像技术（AFAI-MSI）及其应用研究进展报告人：北京质谱中心副主任 赵镇文研究员报告题目：基质辅助激光解吸电离质谱成像技术MALDI-MSI及应用进展报告人：中国科学院高能物理研究所 丰伟悦研究员报告题目：激光烧蚀LA-ICPMS成像技术及应用进展AFAI-DESI产品维科托公司成立于2016年，是一家以技术作为支撑的高新技术企业。公司现在主要有两大类产品，分别为快速溶剂萃取仪以及AFAI-MSI系统。其AFAI-MSI产品是与中国科学医学院药物研究所产学研合作的成果，该系统是一款空气动力辅助离子化的质谱成像系统，灵敏度高，操作灵活，主要应用于肿瘤的分子病理诊断以及相关药物研发方面。

药物分子定位递送多模式成像精准示踪研究 癌症是威胁人类生命与健康的重大疾病，药物治疗（化疗）是治疗癌症的有效手段之一。为进一步提高疗效、降低毒副作用，抗癌药物的定位递送和精确释放成为抗癌药物研发的重要内容。然而，如何实时在线精准示踪抗癌药物的递送过程、靶向释药过程以及生物分布与代谢是迫切需要分析科学解决的难点和核心问题。质谱成像技术是基于质谱发展起来的用于样本定性和定量检测的新型分子成像技术，其通过扫描样本，可高灵敏、高分辨地获得待测样本中目标分子的精准时空分布，为药物的递送过程、靶向释药过程以及生物分布提供重要信息。本研究工作利用荧光成像和质谱成像相结合的多模式成像分析技术成功实现了实时精准示踪靶向结直肠的新型前药定位递送、释放、分布与代谢的全过程，见图1。 图1 利用多模式成像技术实现靶向结直肠的新型前药实时精准示踪 1．新型的偶氮基前药AP-N=N-Cy的构建本研究工作设计合成了一种新型的偶氮基前药AP-N=N-Cy，该偶氮基前药由前体药物分子（AP）通过多功能的偶氮苯基团与近红外荧光团（Cy）相连接而成。研究结果表明：该偶氮基前药不仅可作为对偶氮还原酶响应的近红外探针以实时示踪药物递送过程，而且还可作为抗癌药物分子(AdP)的递送平台。在偶氮还原酶存在的情况下，AP-N=N-Cy中的多功能偶氮苯基会发生断裂进而释放AdP和Cy，其偶氮苯基团充当了开启Cy荧光的开关，它的引入使得该偶氮基前药具有了独特的荧光开-关特性（图2）。 基于偶氮还原酶会特异性地在结肠中分泌，该偶氮基前药实现了在结肠中特异性的定位递送与靶向释放。该偶氮基前药可以口服，并且在到达结肠前具有高稳定性和低毒性。鉴于抗癌药物分子释放与荧光开启过程的同步性，可利用荧光成像和质谱成像相结合的多模式成像技术对抗癌药物分子在体外、离体和体内的递送进行精确示踪。 图2 偶氮基前药AP-N=N-Cy的构建和释药机理 2. iMScope TRIO 成像质谱显微镜测试条件取健康昆明雄性小鼠，随机分为两组并禁食12小时，分别用前药AP-N=N-Cy（0.1 mL，2 mg / kg）和PBS（0.1 mL）进行灌胃，在灌胃12小时后处死、解剖，取胃、小肠、盲肠、结直肠、肾脏、心脏、肺、肝和脾脏组织并进行冷冻切片，切片厚度为15 μm。将所得组织切片放置在ITO导电载玻片上（100Ω/ m2，日本大阪松浪玻璃）。使用基质喷涂仪iMLayer（Shimadzu，Kyoto，日本）将基质α-氰基-4-羟基肉桂酸升华于组织切片表面后，使用成像质谱显微镜iMScope TRIO（Shimadzu，Kyoto，日本）对上述组织切片进行成像分析。质谱条件如下：正离子模式，采集范围m/z 150-500；激光直径10 μm；步长40μm；激光强度35。 3. 基于iMScope TRIO 成像质谱显微镜的组织成像研究利用iMScope TRIO成像质谱显微镜在分子水平上对AdP和Cy在不同组织中的生物分布进行精确分析。如图3所示，仅在前药AP-N=N-Cy灌胃的小鼠盲、结肠部位检测到AdP（MS / MS片段，m/z 476.16）和Cy（MS / MS片段，m/z 369.17）的特征信号，而给药组小鼠其余器官，包括胃、小肠、肾脏、心脏、肺、肝和脾脏等中并未能检测出药物分子AdP的分布，表明前药AP-N=N-Cy仅在小鼠结直肠中释放活性药物AdP和探针分子，且Cy和AdP在分子水平上显示出优异的同步性，使得探针分子Cy的信号可以有效地代表药物分子AdP的组织分布。图3 前药AP-N=N-Cy灌胃12 h后在小鼠组织中的质谱成像分析图 a)盲肠 b) 结肠 c) 其余器官（叠加图） 本文相关内容由中国科学院兰州化学物理研究所赵晓博博士生提供，详细研究内容已正式发表于Analytical Chemistry, 2020, 92: 9039-9047。 文献题目《Precisely Traceable Drug Delivery of Azoreductase-Responsive Prodrug for Colon Targeting via Multimodal Imaging》 使用仪器岛津iMScope TRIO 作者Xiao-bo Zhao,1,2 Wei Ha,1 Kun Gao,3 Yan-ping Shi1* 1、CAS Key Laboratory of Chemistry of Northwestern Plant Resources, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS), Lanzhou 730000, People’s Republic of China, Email: shiyp@licp.cas.cn2、University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, People’s Republic of China3、College of Chemistry and Chemical Engineering, Lanzhou University, Lanzhou 730000, People’s Republic of China

&ldquo 人类天生就可以收集大量的视觉信息。&rdquo 范德堡大学医学院斯坦福· 摩尔生物化学主任与质谱研究中心主任 Richard Caprioli 表示，&ldquo 我们喜欢图样、我们喜欢照片，我们通过一张简单的照片可以获得大量的信息。&rdquo 　　在 Caprioli 看来，这一点解释了质谱成像技术(MSI)为什么越来越受欢迎。尤其是这项技术可以帮助组织学家获得原本需要数年才能掌握的专业知识。&ldquo 它采用的不是颜色维度，而是分子维度。但这个事实并不是那么重要，只要分子维度有足够的信息量。&rdquo 他说。　　质谱成像技术就像是免疫组织化学的高通量版本，只是没有抗体而已。质谱成像技术并没有为组织切片事先染上特殊标记，它使用质谱仪一次性挑选并绘制成百上千种分子的空间排列。研究者无需提前知道哪个分子比较重要，就可以利用该技术进行绘制挑选，而且速度很快。&ldquo 我们的仪器有激光，每秒可以做 5000 个质谱。&rdquo Caprioli 表示，这一速度足以在一个小时之内扫描包括数百个病患活组织在内的组织微阵列整体。　　但是，质谱成像技术的应用也存在明显的障碍。比方说，图像分辨率随着光点尺寸的减小而升高，但却降低了离子材料的产量。该技术并没有初步分离的步骤，因此可能会只抽取丰度最高的分子。而在计算方面，研究人员面临的挑战则是如何对数据进行分析，特别是如何能够真正理解这些数据。但是不管怎么说，研究人员正在使用质谱成像技术进行研究，无论是确定亚细胞分辨率下组织切片中的药物代谢产物，证实疾病的生物标记，还是鉴别肿瘤的边界等等。他们甚至正在将该技术引入临床，至少是接近于临床研究。　　质谱成像技术的策略　　那么，什么是质谱成像技术?就像是一张标准的数码照片，数字成像的色彩是通过红绿蓝 3 个颜色通道叠加而成的，屏幕上每个小像素的颜色都是由这三个颜色的密度所构成的。　　现在，想象一张拥有成千上万个颜色通道的图片。这就是质谱成像技术， Caprioli 说，每个通道都是你想要展示的那个分子种类或质谱峰。研究人员将这些不同的通道互相覆盖，便可以产生一个针对组织分子构成和空间分布的彩色绘图，无论是对蛋白质、神经肽、代谢分子还是脂类等组织&mdash &mdash 显然脂类的需求正在增加。　　研究人员为质谱成像技术设计了几十套方案，但正如 2012 年的综述中所说的(J. Proteomics, 75:4883, 2012)，只有三种是最常见的。 Caprioli 的基质辅助激光解析质谱成像技术(MALDI-MSI)通过紫外线激光光栅扫描一个基质包膜的组织切片来建立图像。该技术的像素大小一般近似于 1 到 10 个微米，意味着它可以达到亚细胞分辨率。但由于它需要使用 MALDI 基质和真空环境，所以 MALDI-MSI 不适用于活体样本。同时，基质是用来吸收激光能量并转移到样本上去，但是这种基质可能会很难在样本上操作并产生大量的小分子量的电离物，这会遮蔽生成光谱的代谢区域。　　宾夕法尼亚州立大学埃文· 普名誉化学教授 Nick Winograd 采用了第二种方法&mdash &mdash 次级离子质谱法(SIMS)。这种方法通过在样品表面喷镀离子束让样品产生电离作用(比方说，英国 Ionoptika 公司的带电 C60 分子或氩团簇束)，不使用激光。 Winograd 称，这种方法有两大优点，第一个是分辨率：SIMS得出的像素约有 300 纳米，而MALDI充其量只有1毫米。另一个是通过分子深度剖析，研究人员可以使用碰撞而成的坑痕去&ldquo 深挖&rdquo 这个样本，通过三维立体化绘制其分子组成物。　　第三种是电喷雾解析电离技术(DESI)，这种(非真空的)电离技术通过喷射溶剂，将溶剂覆盖在未经处理的组织表面上，溶解表面的分子。然后再继续往上滴溶剂，以使溶解物溅到质谱仪上，进行电离和分析。(Prosolia 公司对 DESI 技术进行商业化，该公司由该技术的发明者、普度大学化学家 R. Graham Cooks 共同创办。)　　DESI、MALDI、SIMS 这三种技术以及他们的变体都采用阿姆斯特丹 FOM 研究所 AMOLF 学院 Ron Heeren 所谓的&ldquo 微探针&rdquo 模式，分辨率随着像素尺寸减小而升高。这里面的问题是如何从尽可能小的光点中最大化样品的电离作用。但是较小的光电也就意味着检测到的离子会更少，且不要说成像时间会更长了(因为里面的像素会变多)。　　Heeren 更喜欢&ldquo 显微&rdquo 模式。这种模式可以用散焦像素更快成像，再加上像素检测器如 CCD，可以有效地一次性捕获 262144(512x512)个光谱。　　&ldquo 这就像个相机。&rdquo Heeren 解释道，&ldquo 就是一点，我们制造的是分子闪光照片。&rdquo 　　Heeren 认为这个&ldquo 质谱显微镜&rdquo 的关键是 Timepix 探测器，这个探测器是CCD和飞行时间质谱分析器的结合。(Heeren 共同创立的 Omics2Image 拥有 Timepix 探测器)。他解释，大多数质谱检测装置将探测器视为一个大的像素，将所有到达表面的离子碰撞整合为一个单一的信号。 Timepix 将这个信号分成 262000 个空间分辨的点，这样在探测到成像表面分子时，它们可以保持并记录自己的空间定位，成像速度非常快。　　有多快? Heeren 说， MALDI-MSI 仪器可以产生每秒钟一个像素，达到一微米的分辨率。因此在一个 100x100 毫米的区域中，要想生成 1 万个像素需要花费 2.7 个小时。但使用质量显微镜和 Timepix 探测器，&ldquo 我们可以在一秒钟内得到这些信息。&rdquo 　　显微镜上还有物理电子学 TRIFT SIMS-TOF 系统，上面还有一个 MALDI 技术， Heeren 团队最近正在使用这一技术探索骨关节炎下的生理变化。&ldquo 我们甚至可以证实，在蛋白质水平和脂代谢水平上的生理变化以及软骨矿化，会导致软骨机械强度的流失。&rdquo 他说。　　常态MSI　　与 MALDI 和 SIMS 相比，DESI 和激光烧蚀电喷雾技术(LAESI，由 Protea Biosciences 推出的激光技术)这些正常大气压下的电离技术拥有一些特殊的优势。最明显的优势是，他们不需要进行样品处理，在正常空气中操作即可，不需要真空。因此，他们可以用在活体样本上，甚至可以在患者身上进行操作。　　&ldquo 我自己这辈子的追求就是：用未处理过的样品就可以进行质谱分析。&rdquo 这是 Cooks 几十年来的目标。　　作为一个研究者， Cooks 的工作是提取并测定植物生物碱的结构。很长的一段时间内，研究都非常艰辛，他只提取了一点&ldquo 不纯的生物碱，而且也没有做出结构方面的进展&rdquo 。直到他遇到了从斯坦福大学来演讲的Carl Djerassi。他说，Djerassi把他的材料样品带回了实验室，并收集它们的质谱，十天后又把结构发了回来。&ldquo 这让我相信质谱分析法的强大。&rdquo Cooks 说，&ldquo 同时，我也发现提取方法学中存在的局限性。&rdquo 　　从那以后，他开始从那些在生物上不怎么好操作的技术限制中脱出来，进行质谱分析，发展了正常气压下的电离技术，特别是 DESI。2011年，由 Cooks 和哈佛医学院Nathalie Agar 共同领导的团队，使用电喷雾解析电离质谱技术(DESI-MS)来存储脑肿瘤组织，使用脂类特征检测结果帮助电脑区分不同形式和组织病理学分级的神经胶质瘤(一种脑瘤)。　　对于这种分析来说，脂类是一个古怪的选择。的确，脂类对于 MSI 从业者来说就是无奈之举，但他们必须从中获取最大的价值。在标准的细胞分析中，研究人员可以分离细胞提取物，并去掉不想要的部分，这其中往往就包括脂类。但是在MSI及其他原位应用中，研究人员必须知道自己面前摆着的是什么。他们面前摆着的主要是脂类。但幸运的是，脂类不仅丰度高，非常容易电离，而且信息量也很大。　　&ldquo 如果你只看脂类的话，它的组织特征比蛋白质要好得多。&rdquo 伦敦帝国学院医疗质谱部门研究员 Zoltá n Taká ts 这样说。　　最近， Cooks 和 Agar 将这一方法应用到5个正在进行治疗的脑癌病人的 32 个手术标本当中。该系统通过逐个像素报告了肿瘤的亚型、分级以及癌细胞的部分。 Cooks 说，这些数据可以让他们的团队在绘制肿瘤边界时找出不同组织病理学级别的各个区域，补充MRI数据。他还强调，他们使用的是&ldquo 最便宜的&rdquo 质谱分析仪器，Thermo Fisher 公司的单级(与串联相对)低分辨率 LTQ 离子阱。　　但 Agar 也指出，这还是一个研究项目，团队不能实时将这些结果传递给外科医生，他们在波士顿收集样本，但真正成像却是在印第安纳州。自那以后，她的团队在布莱罕妇女医院的 AMIGO 手术室安装了 Bruker 公司利用 DESI 技术的 amaZon Speed 离子阱，用来进行脑瘤案例的测试。该手术室是医院的影像引导治疗国家中心。 Agar 说，很快他们会研制出乳腺癌测试，但是团队仍然不能指导外科医生真正操刀。这种方法首先必须经过验证，&ldquo 这最终会需要经过临床试验进行验证。&rdquo 　　简化数据分析　　最终，要想把 MSI 推向临床，就必须要跨越质谱仪专家，让真正需要使用它的人掌握这门技术。然而，没有几个临床医生能够掌握 MSI 技术、数据处理和信息学的精妙，而且更没有人愿意花时间学习了。在 Cooks 看来，如果这项技术&ldquo 又娇贵，而且这项质谱技术需要博士才能掌握&rdquo 的话，就很难进行推广，&ldquo 它需要全自动，仪器也不能那么娇贵，必须要可靠而且相对简单。&rdquo 　　对于典型的组织病理学应用来说，这不是什么问题，因为这个系统可以配置成智能盒子(turnkey boxes)，只有通过特定的生物标记才能打开。全球的各大临床实验室已经在常规地使用非成像质谱仪，包括 Bruker 公司的 MALDI BioTyper 和 Sequenom 公司 MassARRAY。 Caprioli 想要为组织学家和病理学家设计一款类似于显微镜的 MSI，仪器小到甚至可以塞在桌下。实验室技术员只需要学会如何准备样本、操作机器，软件就可以进行剩下的操作。　　但是像生物标志物鉴定等更为复杂的应用则是另一回事儿。&ldquo 质谱成像技术数据集的大小取决于图像像素的数量和质谱仪的分辨率。而近年来，它俩发生了巨大的变化。&rdquo 劳伦斯-伯克利国家实验室科学家 Ben Bowen 说，他发明了质谱成像技术的数据分析软件。　　随着分辨率的提高，像素就会收缩。同时，进行&ldquo 发现模式&rdquo 实验的研究人员预先不知道哪个分子更为重要，所以他们要将所有分子都考虑进去，在成千上万个颜色通道上进行两两比较。　　所有这些像素加起来的数据是惊人的。 Bowen 说，他的同事 Trent Northen 在自己的工作中使用质谱成像技术，这些年已经收集了几百万兆字节的数据。对于初学者来说，打开数据文件都是个问题，这让他们非常依赖更精通于这项技术的专家。&ldquo 你就会知道为什么它让这些科学家如此不悦了。&rdquo Bowen 说。　　为了减轻他们的负担， Northen 和 Bowen 与伯克利实验室数据可视化专家 Oliver Ruebel 一同研发了 OpenMSI 的云计算平台，用户可以直接在浏览器上浏览和操作质谱成像技术的云计算数据。 Bowen 介绍，美国能源部国家能源研究科学计算机中心(NERSC)的超级计算机用于支持该系统，将数据处理时间从几天减少到几分钟。　　Bowen 说，他和 Northen 的合作者之一可以使用 OpenMSI 详细研究 50 千兆字节的数据集，这个数据集他在一年半前就收集到了，但是一直没有办法进行研究。&ldquo 现在他就在(谷歌)浏览器中使用这项技术。&rdquo 他举例说，包括浏览RGB图像，检验下面的光谱，并与同事分享数据，&ldquo 所有你能想到的 21 世纪互联网所提供的功能，我们都能在 OpenMSI 上实现质谱成像技术的这一功能。&rdquo 　　手术室的质谱仪　　但是要想达到临床可译性的最优化，研究人员可能必须要脱离MSI的成像部分。这就是伦敦帝国学院 Taká ts 的研究成果。　　Taká ts 是 Cooks 之前的博士后，作为论文第一作者首次对 DESI 进行描述。他研发并正在检测一种新的非真空电离技术&mdash &mdash 快速蒸气电离质谱仪(REIMS)，并设计了 iKnife 智能手术刀，外科医生可以在手术室就搞定组织的组织学和组织病理学问题。　　&ldquo 最终的设备非常简单。&rdquo Taká ts 解释道，而且还依赖电外科技术，这种切割技术使用电流气化组织。这个过程释放的烟雾是焦油、微粒物质和电离脂质的组合，iKnife持续提取样本放入附在旁边的聚四氟乙烯管，然后放入质谱仪。　　在过去几年内， Taká ts 建立的数据库包括了近 20 万人类癌症和健康组织的脂类样本。通过这些数据，他证实了可以通过脂类生物标记区别不同的样本。因此，使用在电外科过程中产生的离子化的脂类特征，他的系统可以基本上实时地确定iKnife下面的组织是健康的还是癌变的，以及其组织学状态。　　但要说明的是，这里面没有成像。&ldquo 出来的诊断结果是组织学水平的鉴定。&rdquo Taká ts 说，&ldquo 这个系统会告诉你这是非小细胞肺癌，2 期之类的。&rdquo 　　在匈牙利、德国和英国，iKnife(MediMass 公司和帝国学院的研发成果)已经在超过 500 个手术中进行检测，&ldquo 在绝大多数案例中，能够达到 100% 的分类正确率。&rdquo Taká ts 说，涵盖了胃肠道癌、肝癌、肺癌、乳腺癌和脑癌。在有些案例中，医生本以为是肿瘤，但是该技术却证明只是良性组织或炎症性疾病。现在， Taká ts 正在研发一种新的系统，可以为内窥镜检查进行类似的评估。　　Taká ts 表示，最终，这种应用可能会让 MSI 变得&ldquo 意义非凡&rdquo ，不仅是作为一个研究工具，更是作为常规的临床技术。他指出，组织病理学研究者可能不愿意接受这种相对较慢、而且价格高昂的技术。但他也表示，是这款仪器的速度和价格都会有所改善。以往，要想进行这项检测，最好的时机是要在解剖后等待半个小时才能进行检测。如果这项技术能够医生在几秒钟内提供诊断，并且是体内的，那么人们就会更倾向于这项技术。　　&ldquo 这套系统的优势是组织病理学所不能及的。&rdquo 他说。　　原文检索：　　Jeffrey M. Perkel. Mass Spec Imaging: From Bench to Bedside. Science, DOI: 10.1126/science.opms.p1300076

p　　在癌症研究领域，质谱成像(MSI)技术是前景广阔，但目前该技术的运用还受原始数据预处理、图像精确度及图像识别能力等诸多问题的限制。/pp style="text-align: center "img title="1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/806a5453-baab-47e2-9e92-be078e5686fe.jpg"//pp　　质谱成像技术主要是利用质谱直接扫描生物样品，分析化学成分在细胞或组织中的结构、空间与时间分布信息。这种成像方法不局限于特异的一种或几种蛋白质分子，可在生物组织样本中找到每一种蛋白质分子，并提供它们在组织中空间分布的精确信息。早在几年前，就有科学家提出利用该技术来确定生物组织类型的构想，但却一直没有设计出实用有效的方法。/pp　　而这项最新方法利用解吸电喷雾电离技术来优化数据预处理，提高图像精确度，并通过提取生物组织特定的分子印记来强化不同生物组织类型的生化特性，以增强图像识别能力。/pp　　研究人员表示，利用新开发的集成生物学信息平台，可将质谱成像技术获得的大量人体组织的具体信息数据，用于构建各种类型的组织数据库。通过多样本分析，并与传统的组织学分析结果进行比较，计算机就可以学习识别不同类型的组织，从而使癌变组织的解析变得相对简单高效。他们将自己设计的工作流程用于直肠结肠癌组织的检测，效果良好。/pp　　与标准组织学动辄几周才会得出完整结果的检测手段相比，利用质谱成像技术进行单一检测，仅需几小时即可获得更详尽的信息，不仅会显示组织是否发生癌变，还会显示癌症是哪一种类型和亚型。这些信息对于医生们选择最有效的治疗方法十分重要。/pp　　研究人员指出，自 19 世纪后期染色技术用于显示组织结构以来，对组织病理学样本的分析方法鲜有变化。直到今天，染色法依然是医院组织学分析的主流手段，并且变得越来越复杂，耗费也越来越高。而质谱成像技术可能改变组织学的基本范式，科学家将不再根据组织的结构，而是根据它们的化学成分来定义组织类型。将来的检测不再依靠专家的眼睛，而是以海量数据为基础，仅一个检测所得到的信息就远比多个传统组织学检测所得到的更多。/pp　　质谱成像技术无疑是完全自动化的组织学分析手段的新征程，而科学家不断研究的新技术，也在逐渐完善质谱成像技术实际应用所遇到的新课题。/pp style="text-align: center "img title="2.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/928073e4-589a-4fe5-a89d-b3ab900444a3.jpg"//pp style="text-align: center "　　融智生物的新一代全谱可定量飞行时间质谱技术/p

在癌症研究领域，质谱成像(MSI)技术是前景广阔，但目前该技术的运用还受原始数据预处理、图像精确度及图像识别能力等诸多问题的限制。　　现在，来自英国帝国理工学院(Imperial College London)的研究人员在《PNAS》杂志上报告称，他们开发出了一种新方法，可有效解决上述问题。新方法将改变病体组织的检测方式，从而推动癌症组织分析进入数字时代。　　质谱成像技术主要是利用质谱直接扫描生物样品，分析化学成分在细胞或组织中的结构、空间与时间分布信息。这种成像方法不局限于特异的一种或几种蛋白质分子，可在生物组织样本中找到每一种蛋白质分子，并提供它们在组织中空间分布的精确信息。早在几年前，就有科学家提出利用该技术来确定生物组织类型的构想，但却一直没有设计出实用有效的方法。　　而这项最新方法利用解吸电喷雾电离技术来优化数据预处理，提高图像精确度，并通过提取生物组织特定的分子印记来强化不同生物组织类型的生化特性，以增强图像识别能力。　　研究人员表示，利用新开发的集成生物学信息平台，可将质谱成像技术获得的大量人体组织的具体信息数据，用于构建各种类型的组织数据库。通过多样本分析，并与传统的组织学分析结果进行比较，计算机就可以学习识别不同类型的组织，从而使癌变组织的解析变得相对简单高效。他们将自己设计的工作流程用于直肠结肠癌组织的检测，效果良好。　　与标准组织学动辄几周才会得出完整结果的检测手段相比，利用质谱成像技术进行单一检测，仅需几小时即可获得更详尽的信息，不仅会显示组织是否发生癌变，还会显示癌症是哪一种类型和亚型。这些信息对于医生们选择最有效的治疗方法十分重要。　　研究人员指出，自 19 世纪后期染色技术用于显示组织结构以来，对组织病理学样本的分析方法鲜有变化。直到今天，染色法依然是医院组织学分析的主流手段，并且变得越来越复杂，耗费也越来越高。而质谱成像技术可能改变组织学的基本范式，科学家将不再根据组织的结构，而是根据它们的化学成分来定义组织类型。将来的检测不再依靠专家的眼睛，而是以海量数据为基础，仅一个检测所得到的信息就远比多个传统组织学检测所得到的更多。　　他们表示，新研究克服了一些质谱成像技术实际应用所遇到的障碍，将成为创建下一代完全自动化的组织学分析手段的第一步。

p style="text-align: justify "　　strong仪器信息网讯 /strong中国科学技术大学的潘洋教授团队在质谱成像技术方面取得新进展，该研究成果作为封面文章发表在Analytical Chemistry。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 332px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/aac4df87-7089-4826-a9a4-3bee906fce3c.jpg" title="111.jpg" alt="111.jpg" width="300" height="332" border="0" vspace="0"//pp span style="text-align: justify "　　解吸电喷雾电离/光电离(DESI/PI)质谱法用于组织切片中极性和非极性成分的同时成像/span/pp　　质谱成像技术(MSI)是基于质谱发展起来的一种分子成像新技术。MSI通过直接扫描生物样本，可以同时获得多种分子的空间分布特征，具有免荧光标记、不需要复杂样品前处理等优点，已经成为基础医学、药学、微生物学等研究领域关键技术之一。/pp　　解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)是目前较广泛采用的常压成像技术。这种方法将雾化溶剂液滴吹扫组织切片表面，使待分析物溶解并发生电离，离子进入质谱接口进行检测。这种方法的最好空间分辨在50 微米左右，可进行原位检测，在法医鉴定、病理分析、代谢物分析等领域得到了诸多应用，主要缺点是有极性歧视和较强的离子抑制，不适于所有的待测物体系。/pp　　中国科学技术大学国家同步辐射实验室strong潘洋副研究员团队一直致力于同步辐射光电离质谱技术研究/strong，并在实验室部署下，以strong生命科学和能源化学前沿问题为导向/strong，发展了一系列实验技术和手段。近日，该团队发展了一种基于DESI的二次光电离质谱成像技术(DESI-PI-MSI)，并和strong中国科学技术大学生命科学学院熊伟教授合作/strong，strong对模式动物小鼠的脑、脊髓等组织切片进行质谱成像研究/strong。该研究成果以strong“Imaging of polar and nonpolar species using compact desorption electrospray ionization/post-photoionization mass spectrometry”/strong为题，2019年3月28日在线发表在国际著名期刊《Analytical Chemistry》。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 253px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/056fb14c-33b5-4715-8cca-7d7f01e12adc.jpg" title="1111111111111111111111111.png" alt="1111111111111111111111111.png" width="300" height="253" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图1 DESI-PI-MSI装置工作原理图 　　/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "DESI-PI-MSI技术的关键是在DESI喷雾装置后引入一套光电离系统和高效离子传输管道(图1)，可通过开、关光电离源，实现对多种极性和非极性组分的高灵敏度空间成像。研究表明，在正离子模式下，DESI-PI-MSI可将小鼠脑切片中的肌酸、胆固醇和GalCer脂质的检出限提高2个数量级以上 在负离子模式下，谷氨酰胺和部分脂质灵敏度也可提高数倍。此外，对于一些极性较强的神经递质和脂质，DESI-PI-MSI同样可以实现灵敏度的显著提高，从而为生物标志物的高灵敏度探测和药物代谢精确成像研究奠定了基础(图2)。在现有装置上，潘洋副研究员团队还进一步设计了可用于同步辐射质谱成像的差分抽气系统和离子传输管道，以利用同步辐射高亮度和能量连续可调的特点，进一步提高光电离质谱成像的应用范围，拓展同步辐射的应用领域。目前新的系统已经加工完成，将进入安装和调试环节。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 367px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/ef150f33-58f2-4def-b2e8-074463290e85.jpg" title="222222222222222222222222222222.jpg" alt="222222222222222222222222222222.jpg" width="300" height="367" border="0" vspace="0"//pp　　图2 负离子模式下DESI-MSI和DESI-PI-MSI获得小鼠脑组织切片质谱和成像图/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 231px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/ceca68bb-32a0-4959-b592-2eeda9040b1e.jpg" title="微信图片_20190528123130.jpg" alt="微信图片_20190528123130.jpg" width="300" height="231" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "刘成园，戚可可，杨玖重，熊伟，潘洋 中国科学技术大学国家同步辐射实验室/pp style="text-align: center "　　(发表于Analytical Chemistry,2019, 91: 6616-6623)/pp style="text-indent: 2em "论文链接：a href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.9b00520?journalCode=ancham" target="_blank" style="color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline "strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.9b00520?journalCode=ancham/span/strong/abr//p

近政策利好消息推动国内高校、科研院所纷纷启动仪器设备更新改造工作，我国科学仪器行业迎来一波仪器采购大潮。仪器信息网观察发现，高校拟采购的分析仪器中质谱仪器广受关注。　　复旦大学近日发布了12月的仪器采购意向，预算近3000万元，拟采购大气常压化学电离高分辨率长飞行时间质谱仪、电喷雾解吸电离-高分辨质谱成像系统、MALDI-高分辨飞行时间高分辨质谱成像仪、超高分辨率液质联用、高性能单颗粒气溶胶质谱仪、环境健康多组学高分辨质谱系统、全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪等7套质谱仪器。本网特别摘录质谱仪相关的采购意向，以飨读者。序号项目名称预算金额(万元)采购单位发布时间预计采购时间查看1大气常压化学电离高分辨率长飞行时间质谱仪440复旦大学2022/11/1 11:36Nov-22意向原文2电喷雾解吸电离-高分辨质谱成像系统471复旦大学2022/11/1 11:36Dec-22意向原文3MALDI-高分辨飞行时间高分辨质谱成像仪500复旦大学2022/11/1 11:34Nov-22意向原文4超高分辨率液质联用仪390复旦大学2022/11/1 11:34Dec-22意向原文5高性能单颗粒气溶胶质谱仪320复旦大学2022/11/1 11:34Nov-22意向原文6环境健康多组学高分辨质谱系统549复旦大学2022/11/1 11:34Nov-22意向原文7全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪170复旦大学2022/11/1 10:46Dec-22意向原文

天然产物（Natural products, NPs）及其衍生物是新药研发的重要源泉，对疾病的预防和治疗具有至关重要的作用。NPs 新药开发包括两个关键方面：一个是从药用植物或微生物中发现 NPs，另一个是在不同的生理和病理状态下对体内的 NPs 进行评估。NPs 在药用植物、微生物以及生物体内的异质分布为药物开发提供了丰富的信息资源。目前能够无标记地同时检测数千种化合物的分子成像技术还相对稀缺。然而，质谱成像（Mass Spectrometry Imaging, MSI）技术在过去二十年中取得了显著的进步和多样化发展，这使得它在药用植物或微生物中 NPs 的发现以及体内 NPs 研究中的应用变得可行。MSI 技术能够在无需标记的情况下，实现对生产和分配的众多分子的原位空间映射，为 NPs 的研究提供了一种强有力的可视化工具。因此，这篇综述探讨了 MSI 技术在药用植物中 NPs 发现的应用，并从新药研究与开发（Research & Development, R&D）的角度，评估体内 NPs 的临床前研究。文章还简要回顾了实现高质量 MSI 结果所需考虑的关键因素，并对未来 MSI 技术在新药 R&D 领域的应用前景进行了展望。2022年10月，中国科学院上海药物研究所果德安/吴婉莹课题组在 Acta Pharmacologica Sinica（APS） 上发表了题为“Mass spectrometry imaging: new eyes on natural products for drug research and development”的综述文章，中国科学院上海药物研究所侯晋军高级工程师为该文章的第一作者。文章从药物研发角度总结了质谱成像技术在天然产物体外和体内异质性分布研究中的应用，希望 MSI 技术能在天然药物新药开发方面提供突破，并对质谱成像技术在新药研发方面的未来发展进行了展望。图1. 质谱成像通过可视化药用植物和体内的分子空间异质空间分布促进NPs的发现及其临床前研究。01MSI可以通过可视化NPs在药用植物中的异质性分布来促进NPs的发现NPs 主要源自药用植物和微生物的次级代谢产物，以及某些初级代谢产物。在药用植物中，NPs 的分布通常表现出异质性。MSI 技术以其直观性，能够无标记地揭示药用植物中初级和次级代谢物的空间分布，为新药开发中 NPs 的发现提供了重要视角。以下是 MSI 技术在药用植物中发现 NPs 的三个主要应用方面的详细讨论：1.1优化NPs的提取方法：① NPs 主要来源于药用植物的次级代谢物和部分初级代谢物，其在植物中的分布具有异质性。② MSI 技术能够无标记地、高空间分辨率地展示药用植物中初级和次级代谢物的空间分布。③ 这项技术有助于识别 NPs 富集的植物部位，从而为优化提取方法提供依据。1.2提高药用植物中NPs的含量：① NPs 的产生受其生物合成途径和植物与环境相互作用的影响。② MSI 技术通过探索这两个方面，有助于发现增加特定 NPs 生物合成和生产的方法。1.3发现新的NPs：① 传统的液相色谱-质谱（LC-MS）技术可能无法检测到某些 NPs，特别是那些在样品制备过程中被高丰度化合物掩盖或发生变化的化合物。② MSI 技术通过原位分析组织切片样本，能够检测到这些天然成分的自然富集，从而有可能发现新的成分。在过去五年中，MSI 技术已被应用于多种药用植物的研究，包括穗花牡荆、银杏、贯叶金丝桃、沉香、姜黄、长春花、丹参等，显示了 MSI 技术在药用植物研究中的广泛应用。MSI 技术不仅为理解药用植物中 NPs 的生成过程提供了直观的分析手段，而且有助于发现新 NPs 以及优化 NPs 的提取，从而可能促进新药的开发（如图2所示）。图2. 质谱成像在药用植物/微生物天然产物发现中的应用。02MSI可以通过可视化体内异质性NPs的空间分布来促进药物研发在获得具有生物活性的 NPs 之后，MSI 技术可以在临床前研究中发挥重要作用，主要体现在以下三个方面：2.1ADME和PK-PD研究：① MSI 技术能够提供化合物在体内的直接空间分布，有助于直观分析 NPs 的空间异质性及其 ADME 特性。② 可以建立 NPs 与内源性药效生物标志物之间的空间关联性，为理解药物作用机制提供新视角。③ MSI 的无标记特性使其能够直接反映药物在体内的实际分布，包括皮肤和肠道吸收过程，以及多个代谢物的空间分布信息。2.2疗效和安全性评估：① MSI 技术通过高空间分辨率的分布图，有助于揭示药物的“治疗异质性”，从而提高药效和毒性评估的准确性。② 分析药物在靶器官的分布，可以更好地理解药效异质性，预测药物的潜在疗效或毒性。③ MSI 技术的应用有助于发现药物在体内的理想分布，以及可能的药效或毒性相关的器官。2.3药物修饰、制剂优化和纳米材料选择：① MSI 技术可以直观展示化学修饰、制剂优化或纳米材料选择后药物的靶向分布，为药物开发提供直接证据。② 金属纳米材料在药物制剂中的重要性日益增加，MSI 技术能够利用其自身特性，监测并分析其在体内的空间分布。综上所述，MSI 技术通过可视化 NPs 在体内的空间分布，为药物的 ADME 特性分析、疗效和毒性评估以及药物的化学修饰和制剂优化提供了一种强有力的工具。这些应用不仅有助于深入理解药物的作用机制，还推动了新药的临床前研究和开发进程。图3. 质谱成像在药物开发ADME和PK-PD研究中的应用。图4. 质谱成像在药物疗效和毒性分析的准确性、可预测性以及化学修饰和剂型设计中的应用。03总结与展望MSI 技术作为一种强大的可视化分析工具，因其能够无标记地展示组织空间中上千分子的分布，对 NPs 的研究及其在疾病干预中的应用具有独特价值。随着 MSI 技术的不断进步，为了获得高质量的 MSI 研究结果，研究者需要考虑以下关键因素：① 研究模式的选择：MSI 研究可分为发现驱动模式和验证驱动模式。发现驱动模式侧重于提出新的科学假设，而验证驱动模式则侧重于直接展示目标分析物的空间分布。研究者应根据研究目标选择适当的模式，并理解不同样本制备、离子源和质谱仪器可能对结果产生的影响。② 样本制备的重要性：样本制备是 MSI 中至关重要的步骤，包括选择合适的样本组织类型、组织切片的获取方法、切片处理方法、衍生化方法（如果需要），以及基质的选择和应用。③ 组织切片的获取：不同类型的样本（如植物、动物和临床样本）需要特定的切片方法。例如，植物样本可能使用印迹方法，而动物和临床样本则使用冷冻切片。④ 切片处理方法：包括通过预处理改变组织表面的成分，以增强或改变组织表面的成分，以及引入内标以提高质量校准或定量的准确性。⑤ 样本衍生化：衍生化可以增强难以电离化合物的电离效率，并帮助区分具有 C=C 双键位置的脂质异构体。⑥ 基质选择和喷雾策略：对于需要基质辅助的离子源，如 MALDI，需要在切片表面引入特定的有机酸作为基质。⑦ 离子源的选择：离子源的选择应基于研究的假设和目的，包括激光基、液体基和离子簇基离子源。⑧ 质谱仪器的影响：不同的质谱仪器在质量分析范围、灵敏度和质量分辨率方面存在差异，选择合适的仪器对 MSI 分析至关重要。⑨ 离子迁移的应用：离子迁移分析可以提供额外的分离维度，有助于区分具有相同 m/z 值的异构体，并提高低丰度离子的鉴定效率。⑩ 平衡空间分辨率、质量分辨率、灵敏度和数据采集时间：研究者需要根据不同的分析目的，合理选择空间分辨率，以平衡质谱分辨率、灵敏度和数据采集时间。总结来说，作者强调了在 MSI 研究中，从研究模式的选择、样本的制备和处理、离子源和质谱仪器的选择，到数据分析的策略，每一个步骤都需要仔细考虑和优化，以确保研究结果的质量和可靠性。文献地址：https://www.nature.com/articles/s41401-022-00990-8「科瑞恩特」独家代理质谱成像离子源科瑞恩特在大中华区独家代理的两款质谱成像离子源，均可搭载Thermo ScientificTM Q ExactiveTM或Obitrap ExplorisTM系列质谱仪。AP-SMALDI 5AF高分辨自动聚焦3D快速质谱成像系统，常压操作环境，空间分辨率可达到3μm，独特3D检测模式可以检测凹凸不平的样品表面，快速检测模式可达18pixel/s，全像素检测大大提高检测灵敏度，高空间分辨率和高质量分辨率使样本中的分子化合物达到最佳成像效果。MALDI ESI InjectorTM 透射式超高分辨质谱成像系统，可以同时搭载MALDI离子源与ESI离子源，既可用于传统LC-MS/MS实验，也可用于质谱成像检测，通过双离子漏斗接口实现离子源快速切换，无需拆卸，操作便捷，并且接口可以进一步升级为MALDI-2和t-MALDI检测，大大提高空间分辨率和检测灵敏度。

p style="text-align: center "img title="777bed85-1539-45ee-942f-2da79fdecaab.jpg!w280x280.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/8bfd14b1-a50c-4748-810d-bf1ab36643a2.jpg"//pp　　strong产品名称：质谱成像基质微喷雾系统/strong/ppstrong　　生产厂家：HST公司/strong/ppstrong　　产品型号：Matrix Spotter/strong/pp　　产品说明：MALDI质谱成像技术已成为生物标志物研究、医学、药物研究等方面的重要手段，自动化的基质喷涂技术可大大提高MALDI质谱成像的灵敏度和分辨率。HST公司研发的μMatrix(矩阵观察)微喷雾系统是质谱组织成像领域内一款新型的基质制备设备。通过电脑控制的压电式模块，只需要pl(微微升)的上样量，即可产生高重现性和均一性的Matrix制备。在组织多肽领域，该系统也可以制备均质的酶消化样本。与市场上传统的纳升级喷雾系统不同，此微喷雾系统采用全新的精细雾点控制模块，率先在细微的组织表面高分辨率的精确均匀喷洒各种基质。也可将胰蛋白酶直接喷洒在组织表面，进行表面蛋白质原位酶解，不但能看到目标蛋白质的分布，而且能通过质谱仪直接鉴定蛋白质。/pp　　strong产品特点/strong/pp　　strong1 精确性和均一性/strong/pp style="text-align: center "img title="1.jpg" style="float: none " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/ea870112-6430-4961-a8ea-6a712357d84d.jpg"//pp　　μMatrix Spotter可以将世界地图上的任何区域绘制成微斑点的矩阵阵列。/ppstrong　　2 操作简单/strong/pp style="text-align: left "img title="2.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/3cb58275-0b11-41c8-82d9-9e0fdff9379d.jpg"//pp　　其软件直观的用户界面可以精确控制基质的数量、斑点面积以及位置。/pp　strong　3 可重现性/strong/ppimg title="3.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/a6045498-e497-40db-a68f-2172aaf999bd.jpg"//pp　　通过使用pL-级压电式喷雾单元模块，为矩阵观察提供各种基质溶液的高还原性斑点，如HCCA(L) 和 DHB (R)。/ppstrong　　产品优势/strong/pp　　μMatrix Spotter的操作软件可以精确选择基质打印区域，从而尽量减少基质溶液的使用/pp　　通过压电式喷雾单元在组织切片上方的垂直“PL”喷雾可实现打印区域基质的一致性/pp　　MALDI MS成像的组织提取物可实现少量重复打印控制。重复数量和干燥时间可根据个个实验的目的进行优化控制/pp　　可同时打印4个氧化铟锡载玻片/pp　　胰蛋白酶溶液和优化的溶剂混合液喷涂在组织切片上，可用于MALDI质谱成像实验。/ppstrong　　产品应用/strong/pp　　MS成像/pp style="text-align: center "img title="4.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/45f9935e-1a9b-4be8-9bf5-282ccdef201b.jpg"//pp　　小鼠脑组织脂质成像/pp style="text-align: center "img title="5.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/94e1224e-34bc-498b-9bf7-63c9af59ec4f.jpg"//pp　　SA基质晶体 小鼠脑脂质/pp　　使用μ矩阵观察 m/z 788 m/z 826 m/z 850/pp　　使用空气喷射式方法/pp　　乳腺癌组织的胰蛋白酶消解/pp style="text-align: center "img title="6.jpg" style="float: none " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/1591d1a3-aa7d-41fe-9dd0-0241b31643e2.jpg"//pp　　使用 μMatrix Spotter对进行胰蛋白酶消解后的乳腺癌组织MALDI-TOF MS。质谱成像显示肽m/z 1213和1396的分布 肽m/z 1213通过MS/MS分析被识别为人类Igα-2 链。/pp　　发芽马铃薯毒素成像/pp style="text-align: center "img title="7.jpg" style="float: none " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/3563ca74-a951-4072-bf3b-8a7f6fe6132e.jpg"//pp　　使用μMatrix Spotter显示50通道DHB马铃薯芽切片成像。/ppstrong　　技术参数/strong/pp　　应用精度：± 50μm；/pp　　喷雾分辨率：5760*1440 dpi；/pp　　样品槽：支持6个样品瓶位；/pp　　喷雾速度：大约30秒 (在 5*5 cmsup2/sup区域上)；/pp　　自动应用控制器：定量重复喷雾；/pp　　板支架：384 孔板，专用铟锡导电载玻片(ITO slide glass)；/pp　　加热板：温度范围20～50span style="font-family: arial, helvetica,sans-serif "℃/span；/pp　　压电式喷雾单元：3 PL /最少。/pp /p

p style="text-align: center "　strong模型毛发样本中的药物成像 -面向药物摄取履历的观察-/strong/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　成像质谱分析法越来越广泛地应用于各领域中。由于毛发增长时会极微量地吸收当时所摄取的药物，因此，毛发作为记录药物使用履历的“磁带”式的样本备受关注。实际应用中经常使用 LCMS 等对从毛发中提取的药物进行分析。但是因提取操作的原因导致毛发中药物分布信息损失。如果能进行毛发纵轴方向截面的成像质谱分析，则可实现观察伴随毛发生长药物分布的变化情况、即实现药物使用履历的可视化。这项技术有望在法医学、临床医学、用药管理以及科学搜查等领域进行应用。/pp style="text-align: right line-height: 1.5em text-indent: 0em "　　E. Matsuo, T. Yamamoto/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em text-indent: 2em "span style="font-size: 18px "strong药物摄取模型毛发样本的制作/strong/span/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　选择与兴奋剂(甲基苯丙胺)结构类似的、市售止咳药成分甲氧那明(MOP)作为模型化合物(分析对象)。原本应在口服药物通过血液循环被输送到发根和头皮后，对毛发所吸收的物质进行观察。本实验采用制作添加 MOP 的“模型毛发样本”的方法，如表 1 所示。具体而言，通过将未摄取药物的人的毛发浸入 MOP 水溶液(配制多种不同浓度)中使其进行物理吸收，按照上述方式制作高浓度(A)、低浓度(B)的模型毛发样本以及在不含 MOP 的水中处理的阴性控制样本(C)，以供分析。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/ba1db40b-f92b-4907-b350-b9110c2f108d.jpg" title="图1.png" alt="图1.png"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "　　图 1 甲基苯丙胺(左)、甲氧那明(MOP)(右)的结构式/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 485px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/5c19c5ef-17f7-4cf2-a780-1e01ffae0eda.jpg" title="表1.png" alt="表1.png" width="600" height="485" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　span style="font-size: 18px "strong模型毛发样本的前处理和定量评价/strong/span/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　清洗模型毛发样本 A 以及 B 的表面后，根据试验法 * 提取MOP，使用液相色谱进行分析。结果显示，毛发中的 MOP 含量在模型毛发样本 A 中定量 83.1 ng/mg、在 B 中为 20.0 ng/mg，与实际摄取了 MOP 和兴奋剂的人的毛发样品所报告的浓度没有较大偏差。/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　span style="font-size: 18px "strong　甲氧那明标准品的分析/strong/span/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　在模型毛发样本的分析之前，对 MOP 的标准溶液(50 pmol/mL)，使用微滴法进行质谱分析(图 2)。使用 CHCA 作为基质进行分析，观察到 m/z 180.14 的 [M+H]+ 峰(图 2 上红色三角)。将其作为前体离子进行 MS/MS 分析得到的质谱图如图 2 下所示。本次分析考虑到今后在实际样品中的应用，选择特异性较高的 MS/MS 方式(m/z 180.14 149.10)，进行成像质谱分析。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 398px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/e15b94cf-1dd8-424e-88fe-14a321009926.jpg" title="图2.png" alt="图2.png" width="600" height="398" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "　　图 2 甲氧那明(MOP)标准品的一级质谱图(上)、MS/MS(下)质谱图　/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 226px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/4b4211b3-9f32-4b1c-b0aa-33f296678585.jpg" title="图3.jpg" alt="图3.jpg" width="450" height="226" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "　图 3 iMScope TRIO (左)和 iMLayer(右)/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　span style="font-size: 18px "strong成像质谱分析用毛发切片的制作和分析结果/strong/span/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　使用导电双面胶带固定模型毛发，使用切片机仔细地进行切片，切去大约毛发直径一半左右，制成毛发的纵切切片。通过iMLayer(图3右)升华CHCA处理样本，使用iMScope iTRIO/i (图 3 左)，按照表2中所示的条件进行分析。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/2bb6366f-50a4-4baf-9ed7-b1e7825301f9.jpg" title="表2.png" alt="表2.png"//pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　首先，按照较大激光直径(50 μm)进行测量，得到毛发整体成像(图 4)。光学图像中仅在毛发部位，检测到目标化合物甲氧那明的离子，并确认在阴性控制样本中无该化合物的信号(图 4c)。毛发从表面按顺序由角质层(Cuticle)、皮质(Cortex)、髓质(Medulla)三层结构构成。但是，使用 50 μm 的空间分辨率无法对直径为 50~150 μm 的毛发内部不同结构进行分析。另一方面，如果使用 iMScope TRIO 进一步进行更高空间分辨率(激光径的最小设定 5 μm)的测定，则有望实现更加详细的药物分布的可视化分析。因此，接下来进行了激光直径为 10 μm 时的测定(图 5)。结果表明，在本次制作的模型毛发中，甲氧那明在角质层到皮质的范围内分布，在中心的髓质部分基本没有分布。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 327px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/47286b05-79d5-413a-83a5-3525814fad4d.jpg" title="图4.png" alt="图4.png" width="450" height="327" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图4 激光径 50 μm 下的毛发样本 A（a）、样本 B（b）、样本 C（c）、等药剂成像/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 457px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/7b8b6757-eb9c-4810-b03f-00ff8d7cd71c.jpg" title="图5.png" alt="图5.png" width="450" height="457" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图 5 激光直径 10 μm 下的毛发样本 A（a）以及样本 B（b）的目标药物成像结果br//pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/419be712-ef05-4a46-abc9-5b2a3e85c0dc.jpg" title="图6.png" alt="图6.png"//pp style="text-align: center "图 6 采用两步法法（升华＋喷雾）在激光直径 10 μm 下的毛发样本 A（a）以及样本 B（b）的目标药物成像结果br//pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　上述使用的“升华法”能够在保持高空间分辨率的前提下进行测定，但是，有时会对灵敏度有影响(参考 Application News No. B62)。因此，对于该毛发样本，使用“两步法”采用升华后再进一步追加喷雾的方式涂覆基质后，再进行成像分析。结果如图 6 所示，检测信号的强度(采用 BG 的峰值补偿后的值)约提高 3~6 倍，能够更加明确地显示药物的定位分布情况。/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "strong　　span style="font-size: 18px "考察/span/strong/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　本次使用甲氧那明添加的毛发样品，进行了高空间分辨率的成像质谱分析，获得详细显示毛发中药物分布的成像结果。/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　毛发在生长过程中，一边在根部吸收血液中的药物等，一边以每个月约 1cm 的速度生长。因此，毛发也被比喻为记录药物使用履历的磁带，在法医学和科学搜查中得到了应用，今后有望在用药管理、兴奋剂检查等更广泛的领域中应用。/pp style="text-align: justify line-height: 1.5em "　　本应用报告中记载的添加毛发样本的制作过程与洗发香波、头发营养产品、头发定型产品和染发剂等头发护理用品的使用情况有很多共通点，因此，上述分析技术可以用于这些产品的开发和评价工作、进一步为头发的美容、健康作出贡献。/ppbr//p

巴西圣保罗州立大学的研究人员进行了一项研究，利用基质辅助激光解吸电离（MALDI）质谱成像（MSI）分析了工蜂大脑中蛋白质表达和分布的可能变化，该工蜂曾暴露于亚致死浓度的吡虫啉（LC50/100或1%的LC50）下。 在世界范围内使用杀虫剂进行作物生产已经非常普遍，其中一个相当令人关注的问题是，这些杀虫剂不仅对害虫有害，对于在作物授粉过程中起重要作用的昆虫也是有害的。由于杀虫剂的使用，在蜜蜂中报告了许多亚致死效应，包括对发育、觅食方式、喂养行为、学习表现和神经生理学的影响。所以，评估农药对蜜蜂可能产生的有害影响的毒理学研究很重要，可以帮助制定保护和传粉媒介保持策略。 图片来源于Pixabay研究旨在评估暴露于亚致死浓度吡虫啉（LC50/100: 0.014651 ng 吡虫啉 μL?1 饮食）对蜜蜂的大脑中某些蛋白质分布的影响。研究人员通过MALDI-MSI方法对这些蛋白质进行了鉴定。MALDI-MSI技术通过监测特定脑神经在特定时间发生的生物化学过程的时空动态来实现组织原位蛋白质组学分析。为此，研究人员将觅食蜜蜂暴露在含有亚致死浓度吡虫啉的饮食中8天，然后，在暴露的第8天搜集蜜蜂，并使用蛋白质密度图分析它们的大脑。 图：参与学习和记忆获取的酶的MALDI质谱成像结果。（a）蛋白激酶C；（b）14-3-3 Leonardo蛋白；（c）肌动蛋白-5C；和（d）转铁蛋白。 结果表明，吡虫啉的暴露导致了蜜蜂大脑的一系列生化变化，包括突触调节、凋亡调节和氧化应激的改变，这些变化可能对这些蜂群的生理产生不利影响。 最早的质谱成像技术是MALDI质谱分子成像技术，是由范德堡大学（Vanderbilt University）的Richard Caprioli等在1997年提出的。如今，作为质谱最年轻的应用，质谱成像技术已经在医学研究（如癌症病理）、生物学研究（如上述研究所示）、药物研究（如药物代谢）等诸多领域显示了巨大的价值，并得到飞速发展，成为质谱研究的一大热点。基于新一代宽谱定量飞行时间质谱平台QuanTOF，融智生物于2017年推出了QuanTOF质谱成像系统，该系统拥有强大的5,000Hz长寿命半导体激光器，以及自主开发的数据采集软件。2018年7月，融智生物宣布实现可达500像素/秒的成像速率，提升传统MALDI-TOF MS成像速率达10倍以上，普通样本成像只需几十分钟，使得质谱成像实现了“立等可取”。经过进一步的研发，目前QuanTOF质谱成像系统已经实现高达1000像素/秒的成像速率，在5-10微米的高空间分辨率下仍然保持极灵敏度。QuanTOF质谱成像系统使得质谱成像真正可用于临床病理分析、术中分析等领域，为广大人民造福。

2019年12月19日，“岛津质谱成像技术研讨会”在京召开。此次会议由岛津公司与北京大学化学与分子工程学院联合举办。会议为全国各领域的专家，用户提供了一个了解“质谱成像”技术及其应用的很好的交流平台。会议的举办反响热烈，来自北京、上海、海南、福建、广西、山西、成都、江苏8省市的专家用户参会。成像质谱显微镜 IMScope TRIOIMScope TRIO应用介绍 会议由岛津公司分析计测事业部市场部侯艳红经理主持，她对到场的来宾表示热烈欢迎；随后，质谱成像技术研讨会在北京大学化学与分子工程学院，正式开讲。大会传真在会议上中科院化学所聂宗秀研究员做了题为“MALDI质谱成像基质及样品制备”的报告；北京大学刘虎威教授做了题为“常压离子化质谱成像技术及其应用”的报告。 岛津公司成像质谱显微镜软件开发部 山口真一 经理做了题为“成像质谱显微镜最新技术及相关应用”的报告，主要介绍了实验后处理与软件的应用。 在休息间歇，与会来宾参观了北京大学实验室。 结束了上午紧张的报告环节，也为了更好更直观的了解“质谱成像”技术，下午在岛津公司创新中心与会人员进行了上机操作。上机操作前 岛津公司人事总务部副主任王宜宏先生向与会来宾介绍了岛津公司的概况；随后，岛津公司创新中心董静博士介绍了“质谱成像”硬件及实验操作流程；最后，岛津公司创新中心汤博崇博士带与会嘉宾上机操作。上机操作 与会来宾合影 用户参加会议后认为，通过参加岛津筹划的研讨会活动，能够有幸与全国各领域专家用户进行关于“质谱成像技术及其应用”面对面的交流，有效地分享了心得与经验，对日后的工作有所帮助。本次技术研讨会反向热烈，用户的积极反馈增强了岛津把这类活动继续办下去的信心。

• 质谱成像技术(Mass Spectrometry Imaging, MSI)实现直接检测组织样本中化学成分的同时，保留其在样本上的位置信息，获得目标化学成分的二维空间分布特征，该项技术广泛应用于医学、药学、食品、环境等多个领域的研究中。 • 岛津新一代iMScope QT成像质谱显微镜，在质谱成像检测的基础上内置光学显微镜平台，将显微镜获取的光学图像与质谱分析获得的化学信息结合为一体，并配合完整的前处理基质涂敷设备，为相关研究提供更快、更强、更稳定的成像质谱分析系统。 图1 岛津新一代成像质谱显微镜从iMScope TRIO到iMScope QT(拍摄于岛津中国创新中心) 图2 包含样品前处理、质谱检测及数据解析的完备成像质谱分析平台 iMScope QT成像质谱显微镜可对更广范围的样品以更快速度进行高空间分辨率成像质谱分析，为研究提供更加有效可靠的数据。 应 用 案 例 简 介 【01】对小鼠脑切片的整体和局部进行高速、高准度、高空间分辨率分析 对小鼠全脑切片(约17mmx9.4mm)进行分析，空间分辨率为15μm，检测区域包含1126x624共702,624个像素点，检测时间约6小时。 表1 分析条件图3 小鼠脑切片(整体)光学图像及质谱图像 (a) 光学图像；(b) PI(38:4)的质谱图像；(c) Sulfatide (C24:1)的质谱图像，空间分辨率15μm 根据检测区域的大小及检测目标，可选择显微镜的不同放大倍数拍摄微小部位更加清晰的光学图像并进行高空间分辨率的成像质谱分析。通过质谱图像与光学图像的准确叠加，判断化合物的真实分布位置。对小鼠小脑区域进行空间分辨率为5μm的高空间分辨率检测，采集区域包括662x595, 共393,890像素点，检测时间约为2.2小时。 图4 小鼠脑切片(局部:小脑)光学图像及质谱图像 (a) 光学图像；(b) PI(38:4)的质谱图像；(c) Sulfatide (C24:1)的质谱图像，空间分辨率5μm 【02】小鼠脑中氯丙嗪分布的检测 小鼠(8周，雄性，C57BL/6J)灌胃后(单次灌胃，剂量200mg/kg)，根据相应步骤制备10μm脑切片，利用iMScope QT系统获取光学图像后，使用iMLayer进行基质升华，在切片表面沉积0.7μm厚的CHCA基质层，然后在iMScope QT中进行MSI分析，激光直径20μm，采集间距50μm。图5显示了氯丙嗪在小鼠脑中的分布情况。 图5 小鼠脑中氯丙嗪分布的质谱图像 【03】小鼠肝脏中Heme B的检测 制备小鼠肝脏切片，使用iMLayer进行基质升华9AA (基质层厚度1μm)，进行成像质谱分析，空间分辨率5μm，图6中各图标尺为100μm。结合光学图像可获得目标化合物的准确分布位置，并可任意选择感兴趣区域进行比较及数据解析。 图6 小鼠肝脏切片中血红素与血管附近脂质分布(a)小鼠肝脏切片(包含血管)的光学图像；(b)Heme B在小鼠肝脏血管区域分布的质谱图像；(c) Heme B质谱图像与肝脏切片光学图像的叠加 （d）血管中Heme B (绿色)与血管附近脂类成分(红色)的空间分布特征 总 结 新一代成像质谱显微镜iMScope QT不仅传承iMScope系列光学显微镜质谱仪的设计理念，同时融合形态学图像并实现高速、高灵敏度和高空间分辨率的成像分析。实现对样品进行形态学上的细微观察，也可以得到样品上特定部位的化学信息，为科研工作提供更加可靠、稳定的数据支持，进一步扩展其在相关研究领域应用的可能性。

近日，厦门大学化学化工学院杭纬教授课题组与斯坦福大学Richard N. Zare教授课题组合作，在高空间分辨率质谱成像技术研究上取得进展，有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。　　激光作为最常用的采样工具之一，被广泛应用于多种质谱成像技术，并形成了成熟的商品化仪器，如MALDI-MS（基质辅助激光解吸质谱）、LA-ICP-MS（激光溅射电感耦合等离子体质谱）、LA-ESI-MS（激光采样电喷雾电离质谱）等。但由于光学衍射极限、透镜像差以及需要较长的光学聚焦距离等限制，使用激光采样的质谱成像的空间分辨率始终局限在微米级别，这使得激光质谱很难在微纳米级样品的分析中发挥作用。　　“现在少有的高空间分辨激光质谱成像技术，大多依赖于复杂且昂贵的光束整形设备或近场光学技术，很难形成普适性的方法并推广至更多的激光质谱成像平台。”杭纬说。　　在国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持下，课题组在2020年首次研发出了基于微透镜光纤的激光采样技术，最优空间分辨率可达300纳米，并与实验室自行搭建的质谱平台相结合，成功获取了抗癌药物在单细胞内的分布和转移过程。　　“后来，我们将微透镜光纤激光采样技术运用于LA-ICP-MS，其空间分辨率提高至400纳米，相比于现有的技术提高了至少一个数量级，并进行了单细胞和小鼠小肠组织中药物分布成像分析。”杭纬说。　　不仅如此，通过引入157纳米的后电离激光和基于嵌入式聚苯乙烯微球的三维定位方法，微透镜光纤激光质谱带来的高空间分辨能力可用于准确重构药物在单细胞内的三维分布，空间分辨率可达500纳米。　　“之后，斯坦福大学的Richard N. Zare教授课题组将微透镜光纤激光与商品化质谱仪器平台相结合，又将现有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一个数量级。”杭纬说。　　据了解，相比于现有的成像方法，课题组提出的微透镜光纤技术是一种通用性、普适性强、经济可靠的高空间分辨质谱成像新手段，可以与现有的激光质谱成像平台相结合，大大提升成像的分辨率和精确性。该成像方法就像一台化学显微镜，无须标记且无通道数量限制，有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。

近日，厦门大学化学化工学院杭纬教授课题组与斯坦福大学Richard N. Zare教授课题组合作，在高空间分辨率质谱成像技术研究上取得进展，有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。　　激光作为最常用的采样工具之一，被广泛应用于多种质谱成像技术，并形成了成熟的商品化仪器，如MALDI-MS(基质辅助激光解吸质谱)、LA-ICP-MS(激光溅射电感耦合等离子体质谱)、LA-ESI-MS(激光采样电喷雾电离质谱)等。但由于光学衍射极限、透镜像差以及需要较长的光学聚焦距离等限制，使用激光采样的质谱成像的空间分辨率始终局限在微米级别，这使得激光质谱很难在微纳米级样品的分析中发挥作用。　　“现在少有的高空间分辨激光质谱成像技术，大多依赖于复杂且昂贵的光束整形设备或近场光学技术，很难形成普适性的方法并推广至更多的激光质谱成像平台。”杭纬说。　　在国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持下，课题组在2020年首次研发出了基于微透镜光纤的激光采样技术，最优空间分辨率可达300纳米，并与实验室自行搭建的质谱平台相结合，成功获取了抗癌药物在单细胞内的分布和转移过程。　　“后来，我们将微透镜光纤激光采样技术运用于LA-ICP-MS，其空间分辨率提高至400纳米，相比于现有的技术提高了至少一个数量级，并进行了单细胞和小鼠小肠组织中药物分布成像分析。”杭纬说。　　不仅如此，通过引入157纳米的后电离激光和基于嵌入式聚苯乙烯微球的三维定位方法，微透镜光纤激光质谱带来的高空间分辨能力可用于准确重构药物在单细胞内的三维分布，空间分辨率可达500纳米。　　“之后，斯坦福大学的Richard N. Zare教授课题组将微透镜光纤激光与商品化质谱仪器平台相结合，又将现有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一个数量级。”杭纬说。　　据了解，相比于现有的成像方法，课题组提出的微透镜光纤技术是一种通用性、普适性强、经济可靠的高空间分辨质谱成像新手段，可以与现有的激光质谱成像平台相结合，大大提升成像的分辨率和精确性。该成像方法就像一台化学显微镜，无须标记且无通道数量限制，有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。