质谱分辨率计算方法

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。

仪器信息网讯 2013年10月23日，第十五届BCEIA开幕，会议期间布鲁克· 道尔顿向与会观众展示了其最新推出的solariX-XR FTMS(傅里叶变换离子回旋共振质谱仪)及Impact HD&trade Q-TOF质谱仪。仪器信息网编辑特别采访了布鲁克· 道尔顿中国区生命科学部业务拓展经理卢嘉，请他介绍了新产品的特点、应用及市场情况。无可匹敌的超高分辨率solariX-XR FTMS　　2010年布鲁克推出了solariX-FTMS。在2011年ASMS期间，仪器信息网编辑曾采访了布鲁克&bull 道尔顿公司执行副总裁IanSanders博士，他说：&ldquo 在高端质谱仪领域，布鲁克一直是行业的佼佼者。特别是我们的solariX，将FTMS质谱仪的非凡性能体现到了极致，可以应对最具挑战性的样品分析。如果说FTMS的市场在缩水那是3年前的事，我们可以向你保证，FTMS的市场将来会有很大增长，而且没有公司能够在该领域与布鲁克进行竞争。&rdquo 在2013年ASMS上，布鲁克新一代FTMS solariX-XR首次亮相。　　Instrument：请您简单介绍一下solariX-XR FTMS的主要创新之处?　　卢嘉：solariX-XR FTMS主要的技术革新集中在检测器核心部件，我们突破传统设计打造了全新的&ldquo 和谐阱&rdquo ，实现了将质谱分辨率提高到千万级别，远远领先其他任何质谱类型。这种超越极限的究极分辨率，使得我们可以看见之前从未看到过的景象，拿到之前无法想象的数据信息。除了常规的质量数信息，还可以得到化合物的同位素精细结构信息。可以首次从究极的高分辨率质谱图中准确无误的&ldquo 读出&rdquo 化合物的分子式，这对于未知物的分析有着特别重大的作用。此外，随着分辨率的跃升，质量精度和灵敏度也随之提升。　　Instrument：solariX-XR FTMS可以解决研究人员工作当中的哪些问题?　　卢嘉：solariX-XR FTMS的超高分辨率没有任何同类仪器能够匹敌，而其超高的性能使得它几乎能胜任所有应用范围，但是考虑到其较高的价格，目前其主要应用集中在其他类型质谱无法解决的高端质谱应用，包括生物大分子精细分析、小分子组织分子成像、代谢组学分析、石油组学分析、环境复杂样品分析、未知物定性定量分析等。此外，对于液相、气相无法有效分离的样品，也可以通过solarix-XR直接分析，准确高效快速的得到定性定量结果。　　针对这些应用我们也配备了完善的软件或解决方案。例如针对小分子MALDI组织成像，有专用的组织切片靶版、基质喷雾仪、专业的控制采集处理软件、统计分析软件、报告生成软件，整个分析过程都可以高度自动化完成。再比如蛋白质糖基化修饰分析，除了配套的液质联用平台，还将蛋白质多肽分析与糖链分析集成在一起，只要一键就可以同时完成蛋白质和糖链的分析并整合在一起。此外，对于石油组学这类其他质谱无法胜任的相对专业的应用，我们也有成熟的样品处理流程、数据自动采集平台，以及专门的Composer数据分析软件。solariX XR FTMS&ldquo 和谐阱&rdquo 模型专为组学分析量身定制的Impact HD Q-TOF质谱仪　　2008年ASMS上，布鲁克率先推出了业界第一台超高分辨Q-TOF，近年来Q-TOF质谱仪器发展非常快，Q-TOF供应商的数量已超过五家，并且各项指标都有质的提高，动态范围更宽，可以同时进行定性和定量分析，而且速度更快，灵敏度也非常高。&ldquo 我们非常乐见同业伙伴陆续推出不同类型的类似产品，随着全新一代Impact HD的登场，我们相信会得到不同应用领域的用户认可欢迎。&rdquo 卢嘉说道。　　Instrument：请您介绍一下Impact HD Q-TOF质谱仪的创新之处?　　卢嘉：Impact HD Q-TOF质谱仪的创新表现在仪器平台的整体提升。从离子源到四极杆碰撞池，再到检测器，最后到控制软件都做了改进。离子源部分换用高灵敏度的nanoBooster纳升离子源，从而提高了组学分析的灵敏度 四极杆碰撞池的变化进一步提高了谱图，特别是二级谱图的灵敏度 检测器换用更快更灵敏的10位ADC检测器，采集频率可达50GHz，提高了采集速度、灵敏度和动态范围 控制软件采用更智能化的IDAS技术，专门针对复杂样品自动优化质谱参数，极大提高数据质量和重复性，也降低了仪器操作人员的门槛，让更多人在刚刚涉足质谱领域时就可以获得专业的数据结果。　　Instrument：Impact HD Q-TOF质谱仪可以为用户的分析工作带来哪些改变?　　卢嘉：Impact HD Q-TOF质谱仪的设计就是专门为组学分析量身定制的，尤其是复杂的组学分析领域，比如现在热门的蛋白质组学和代谢组学。对于蛋白质组学复杂样品，在同样的液相条件下，Impact HD不仅可以得到更多的蛋白质鉴定结果，而且最大限度的提高了谱图识别率，数据可靠性和重复性更高。此外，因为IDAS技术的应用，用户无需考虑样品浓度或液相条件，同一个质谱方法即适用所有样品和色谱条件，极大地提高了数据重复性、简化了用户操作并排除了人为干扰。布鲁克专业的Proteinscape软件平台整合了蛋白质定性、定量、修饰分析、定位和功能分析等相关功能，为用户提供了便捷的数据处理、存储、检索和报告平台。虽然现在各个类型的质谱都集中应用在组学领域，但Impact HD Q-TOF质谱仪在保证质量精度、分辨率和灵敏度的前提下，更快速、更稳定、更方便，因此更具竞争力。布鲁克· 道尔顿中国区生命科学部业务拓展经理卢嘉　　Instrument：布鲁克将有哪些推广计划，让用户对布鲁克质谱新产品有更多的了解?　　卢嘉：布鲁克的整合无疑会加大对市场推广的投入，在BCEIA后续几天，我们将在北京及大连化物所有多场关于组学的技术交流会。在前些天武汉举办的全国医疗设备展上，布鲁克也高调亮相推荐了快速微生物鉴定系统，后续我们将针对市场的热点不断将布鲁克具有技术优势的产品介绍给用户，相信用户会越来越多听到看到布鲁克的质谱产品。　　Instrument：请谈谈您对中国质谱仪器市场发展前景的看法?　　卢嘉：中国市场对于各仪器厂家来说无疑都是最具活力和潜力的，质谱尤其是高分辨质谱在国内还是有很广阔的前景，各厂家的竞争也日趋激烈。良性的竞争对于各厂家来说都是不断进步完善的动力，可以提供给用户性价比更好的产品，为用户提供更完善的服务，但是我们也注意到随着国家对于科研经费加大投入的同时，对一些大型仪器的审批论证趋于严格，有可能会影响到一些单台仪器金额较高的分析仪器。编辑：秦丽娟