质谱母离子电荷计算分子量

电荷检测质谱法是通过同时测量单个离子的质荷比和电荷数，进而算得离子质量m的单粒子统计方法，在测定超大分子离子的质量分布方面有独特的优势。现有质谱仪在超大分子量测量方面面临的挑战在质谱仪中，被分析物质首先被离子化，随后各种离子被引入真空中的质量分析器，在分析器中的电场磁场作用下，离子的运动特性随其质荷比不同而产生差异，因而造成时空上的分离，并由检测器依次检测出来，因此形成质谱。所以，目前的质谱仪测量的是离子的质荷比（m/z)，而不是质量本身。经过一个多世纪的发展，质谱仪从原先只能分析无机元素和小分子，逐步发展到能够分析有机物分子、生物大分子直至具备生命体特征的病毒颗粒。2002年诺贝尔化学奖之一授予了用电喷雾电离（ESI）进行蛋白质质谱分析的创始人John Fenn。在电喷雾质谱对蛋白质进行分析时，溶液中的蛋白质样品被传送到加有高压的毛细管尖端，强电场促使样品溶液喷雾，喷雾中的液滴通过蒸发，库仑爆炸等过程，形成带有多个电荷的蛋白质离子，被引入处于真空中的质谱分析器。每个离子所带的电荷数的多少，取决于分子的大小、分子在溶液中的几何构象（折叠或打开）以及电喷雾尖端处的电压和气流等参数。通常对蛋白质这种大分子来说，ESI质谱中都会呈现多种价态的谱峰群，群落中的每一组为某个电荷态该蛋白质的各个同位素峰、盐峰以及加合物峰等。由于电荷态z通常是连续的整数分布（例如z = 11，12....21,22...),人们可以通过计算不同电荷数对应的群落m/z的间隔来推算各组的电荷数z，进而求出实际的质量m的分布，也可以用电脑程序退卷积得到m分布。对于分析较小（分子量在5万以下）、较简单纯净的蛋白样品，退卷积还是很有效的。然而，在实际应用中对蛋白和蛋白组的分析，特别是对天然蛋白和病毒颗粒的分析却不那么简单。随着分子量上升，分子结构越来越复杂，各种翻译后修饰使被测蛋白的分子量出现差异化（heterogeneity），很宽的质量m分布（可达上千Da）使得不同价态的峰群连接在一起。图1中，用高分辨质谱仪对二种病毒壳体的质量进行测定，由于各种价态的质谱峰群连城一片，根本无法辨别谱峰，得到样品分子的质量。同时，实际样品也可能因处理不善或自然裂解，使谱图混杂着不同大小的分子离子，它们各自的价态z分布可能导致它们的峰群在m/z轴上交叠在一起。目前对于很多糖蛋白，分子量超过3、4万就出现峰群交叠，无法用退卷积软件来获得分子量的分布信息。事实说明，对于大生物分子的质谱分析，仅靠提高仪器的分辨率是无济于事的。图1 ESI质谱对大型病毒壳体质量测定的困难。(a,b）晶体结构效果图 (c,d) 的“高分辨”质谱分析图。（摘自：Kafader, J. O.， Nature methods, 17(4), 391-394）糖蛋白是生物制品中比例最大的一类药物，其糖修饰对其功能非常关键，准确解析此类药物的糖修饰是药物研发、报批和质量监控的关键内容。但它们在ESI-MS的质谱中，看到的好像是一堆杂草，无法辨别有什么蛋白组分。将一个糖蛋白药物中的各组分进行高分辨检测，是当前生物质谱面临的巨大挑战。电荷检测质谱仪的提出与技术发展早在上世纪90年代，美国西北太平洋国家实验室R.D.Smith组的 Bruce, J. E等就提出可以在傅里叶变换质谱仪中同时测量单个离子的电荷和质荷比，从而算出离子的质量m。随后，美国劳伦斯伯克利国家实验室W. H. Benner 发明了一种线形的静电离子阱，并用其测量单个高价离子的电荷数和质荷比，进而得到单个事件中的离子质量m。只要连续不断地进行大量的单个离子测量，就可以把总离子事件统计出来，形成按质量分布的直方图，而这就是一张电荷检测质谱。图2，Benner小组采用的直线形静电离子阱进行CDMS测量的原理图CDMS技术的关键是如何准确地测量单个离子的电荷。测量中，离子在静电离子阱内进行周期性运动并在电极上感应出“镜像电荷”信号。通过对信号的傅里叶变换，得到离子信号的频率从而决定离子的质荷比，而由频谱峰的强度得到离子所带的电荷数。虽然单个离子的镜像电荷频谱的峰强度与离子的电荷数成正比，它也同时与离子在阱内的轨道形状、离子存活时间有关，而这些参量都存在不定性；并且由于镜像电荷信号强度极弱，回路中的电子噪声对精确测量镜像电荷产生很大的影响，因此早期的电荷测量的RMS误差达2.2e以上,由此计算出的质量精度只比凝胶电泳好一点。近年来随着人们对天然、复杂蛋白分析的需求日益显现，CDMS技术也进一步得到了发展。美国印第安纳大学Jarrold小组通过对线形静电离子阱分析器的不断改进，特别是采用了低温前级信号放大器等优化设计后，实现了最小RMS 0.2 e的电荷测量误差，测量的样品包括2 MDa以上的蛋白复合体（protein complex）和20 MDa以上的病毒外壳。在这个RMS误差下，通过电荷数取整可以大概率获得精准的电荷值，从而得到精准的质谱分布。图3给出了用普通ToF质谱仪和CDMS测量天然态丙酮酸激酶（PKn）多聚体的效果比较。当3个以上四聚体组装在一起时，ToF质谱完全无法辨别其质量分布，而CDMS可以看到近10个四聚体组合的质量峰。图3.用常规ToF质谱（左）和用CDMS测量的丙酮酸激酶（PK）多聚体，使用相同样品和相同电喷雾条件。（摘自D. Keifer: Analyst, 2017,142,1654)目前，虽然用线形静电阱结合傅里叶变换可以得到较好的电荷测量精度，但该方法每次只能测一个离子，否则库伦相互作用会影响测量。在实际测试中，每次引入的离子数是随机分布的，需要用软件鉴别超过一个离子注入的事件，也要发现因为和残余气体碰撞而半路夭折的事件，并把这些“不良”记录剔除。考虑单次分析时间大约需要1s，得到一张良好统计的CDMS谱图需要几个小时甚至一天的数据积累。加利福尼亚大学E. Williams团队对线形静电离子阱分析器的设计和的数据处理方法进行了创新，能让宽能量范围的离子同时进入离子阱进行分析，避免了离子之间的空间电荷作用，可以在一个测量周期内测量10-20个离子，进而有望提高了检测效率。与此同时，其他尝试使用商业傅立叶FT质谱仪进行CDMS的研究团体也逐步浮现。美国西北大学Kelleher团队、荷兰乌得勒支大学的A.R.Heck团队先后使用热电公司的静电场轨道阱(Orbitrap) 系统，通过更新数据处理软件，对CDMS进行了应用研究。除了Orbitrap是成熟的商业化仪器这一优点外，轨道静电离子阱内的离子由于其轨道运动，导致电荷分布在中心电极周围，因此其空间电荷相互作用较小。Kelleher 在Nature Method上的论文声称，基于Orbitrap的CDMS可以同时分析100个离子。不过，在电荷测量精度上，Orbitrap-CDMS目前只达到RMS 1 e左右，较Jarrold的线形静电阱还有一定的差距，但Orbitrap对m/z的测量精度、分辨率远远超过ELIT，一定程度上帮助消除在多离子同时分析时可能出现的m/z相近离子的信号干涉效应。笔者在岛津公司的欧洲研发团队去年也在JASMS发表了用CDMS测量糖蛋白的尝试。该工作采用了一种盘状平面静电离子阱分析器，如图4，而这种分析器也能像Orbitrap那样获得超高分辨质谱。通过对测量硬件和软件进行改进，实现了CDMS实验。该报道给出了一种全新的CDMS数据处理方法，能够克服离子在分析过程中因碰撞夭折造成测量不准的问题，同时实验验证了该方法的有效性，还对多个离子同时分析时的信号干涉等问题提出分析和研判，为深入研究CDMS技术，消除造成电荷测量误差的障碍打下了基础。图4，用于CDMS 实验的平面静电离子阱系统 （A. Rusinov, L. Ding, JASMS, 32, 5, 2021)CDMS技术的应用现状目前，电荷检测质谱技术还处于早期发展阶段，还没有现成的商品仪器出售，只有能够自己开发质谱仪器硬件，或自己改编FTMS（含Orbitrap）软件的专家才能进行这样的实验。 今年初美国沃特世公司宣布成功收购专攻电荷检测质谱技术（CDMS）及服务的初创企业Megadalton Solutions Inc. Megadalton Solutions是由美国印第安纳大学的Martin Jarrold和David Clemmer两位教授于2018年创立，他们目前是研发的CDMS仪器最长久的团队并拥有最成熟的技术。沃特世曾于2021年将Megadalton的CDMS技术引进到了沃特世Immerse Cambridge创新和研究实验室，并应用于各项先进检测及研发工作。沃特世公司首席执行官Udit Batra博士表示要进一步开发Megadalton的CDMS技术并将其商业化。在国内，CDMS无论是仪器技术开发还是应用都属空白。虽然国内在复杂生物大分子结构与功能的研究、病毒载体空壳率监测方面对CDMS已经产生需求，但我们在高端质谱仪器研制方面远远落后于西方。CDMS在技术上是基于FTMS分析原理而演化产生的，但国内目前对FT类型的质谱仪器研究，除了少量理论分析与离子光学仿真工作外，还没有实质性的进展，也没有企业能够提供FTMS类商品仪器。针对这些需求，笔者打算在前期研究工作的基础上，研究开发静电离子阱分析器，并进一步结合开发CDMS特定的数据处理软件，建成一套拥有自主知识产权的新型质谱仪器。同时建立国内的研发应用合作机制，解决目前国内超大分子蛋白质生物药剂质量分析的问题。预测CDMS技术未来的市场空间如前所述，目前对复杂蛋白等大型生物分子进行质谱分析时，由于其分子量的差异性（heterogeneity), 存在着严重的多价态峰群重叠问题，导致无法通过质谱仪获得这些大分子在样品中的质量分布。而用电荷检测质谱仪，无需对电荷态退卷积，可以直接得到蛋白质、蛋白复合体、各种转译后修饰造成的特定质量分布图。因此，该仪器的发展在天然蛋白质、糖蛋白、病毒颗粒的成分和结构研究，抗原-抗体作用机理研究和疫苗研发方面有很大的未来市场空间，具体可以列举以下几个方面：（1）新型电荷检测质谱仪可实现复杂样品的蛋白离子精确分析，可时提供复杂样品中各蛋白分子的结构，密度分布等。（2）可直接测定糖蛋白及其它各种转译后修饰造成的特定质量分布图，为解释蛋白大分子及其转译后修饰分子量或结构表征变化信息等之间的关系，从而对糖蛋白相关的疾病诊断具有重要意义。（3）通过研究DNA等生物大分子离子的电荷分布，以及质量与电荷的关联，可以推断这些大分子的结构，比如它的聚合程度、纤维股数等。（4）在病毒研究中，可以用来确定病毒衣壳的蛋白复合体结构及其组装反应的过程，这将在抗病毒药物的研究中发挥作用。（5）在基因疗法研究和产品质控中，本项目研制的电荷检测质谱仪可以用来测定腺病毒载体的空壳率，检查载体内的基因完整度。推动现代临床医学的发展；（6）电荷检测质谱仪还可以用来测定纳米聚合物分子的聚合度和分散指数，推动材料科学的发展。值得关注的是新冠疫情给质谱分析带来了全新机遇，除了对新冠病毒本身的蛋白进行分析研究以外，也可以在灭活疫苗、病毒载体疫苗以及核酸疫苗产品的质量控制、效果评价、免疫机制研究以及载体类疫苗的体外模拟产物的评价等方面发挥优势。关于笔者：宁波大学材料科学与化学工程学院/质谱技术研究院 丁力1990年于复旦大学物理系获理学博士学位。先后工作于复旦大学材料科学系，以色列魏兹曼科学研究所，英国贝尔法斯特女王大学纯粹与应用物理系。1998年加入岛津欧洲研究所。2007年至2011年任岛津分析技术研发(上海)有限公司总经理。2011-2020年任岛津欧洲研究所高级研究员，研发二部经理。主要领导了多项质谱仪器的研发，是国际上数字离子阱质谱技术的创始人，在离子源，四极场离子阱，静电离子阱，飞行时间等分析器技术及其联用技术方面有很多创新和突破。发表论文、报告、专著一百余篇，有三十余项发明专利。领域：QIT、ToF、Quadrupole、MALDI、APMALDI、ESI、Digital Ion Trap、Linear Ion Trap、Electrostatic Ion Trap，FTMS、 CDMS、MSMS、ECD、Ambient Pressure Ion Sources 等。目前丁力在宁波大学组建团队，继续静电离子阱的设计和优化工作，已提出了静电“和谐阱”的设计概念，充分利用其高次谐波来提高质谱分析器的分辨本领。同时也在探索在国内实现这种精密分析器的加工和组装工艺，为下一步实现超高分辨质谱仪国产化做准备，也为在国内研制电荷检测质谱仪打好基础。

质谱法是一种强大的分析工具，其原理是测量带电粒子质量的方法，当分析样品进入质谱仪后，首先在离子源处使分析物进行游离化以转换为带电离子，进入质量分析器后，在电场、磁场等物理力量的作用下，探测器可测得不同离子的质荷比（m/z），从而从电荷推算出分析物的质量。传统质谱法难以分辨质量大于几百千道尔顿的物质（例如蛋白质复合物）的电荷状态。然而近些年，一种新的质谱方法出现，即电荷检测质谱 (Charge Detection Mass Spectrometry,CDMS) 。CDMS 是一种通过同时测量单个离子的质荷比（m/z）来确定单个离子质量的单粒子技术。确定数以千计的单个离子的质量，然后将结果合并提供质谱图。使用这种方法，可以测量通常不适合传统质谱分析的异质和高分子量样品的准确质量分布。最新发表的CDMS技术的应用就包括了高度糖基化的蛋白质、蛋白质复合物、蛋白质聚集体（如淀粉样蛋白纤维）、传染性病毒、基因疗法、疫苗和囊泡（如外泌体）。虽然到目前为止，CDMS 仍然是少数能够自制仪器的科研人员在应用。而随着生物医学的快速发展，研究人员分析分子量超大样品的需求快速增长，传统的质谱方法面临一定的限制，以CDMS为焦点的分析技术也许将成为下一个里程碑。前沿技术发生革新，行业巨头公司一定是反应最快的。日前，全球著名的质谱仪器公司Waters便发布公告，成功收购了一家专攻电荷检测质谱技术（CDMS）的初创企业，Megadalton Solutions。该公司由美国印第安纳大学的Martin Jarrold和David Clemmer两位教授于2018年创立。笔者进一步查询到，Martin F. Jarrold 本人在过去十年一直致力于 CDMS技术的研究，也于2015年发表了“Charge Detection Mass Spectrometry with Almost Perfect Charge Accuracy”相关文章。（DOI:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b02324）。2021年还发表了关于CDMS在生物分子学和生物技术相关的应用进展文章“Applications of Charge Detection Mass Spectrometry in Molecular Biology and Biotechnology”。（DOI：https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00377）2018年，Martin Jarrold和David Clemmer教授因在离子淌度质谱技术上的开创性发明，共同获得了美国质谱学会颁发的质谱杰出贡献奖。不仅如此，David Clemmer教授还曾获得2006年的Biemann奖章。2018年ASMS质谱杰出贡献奖可以说，Megadalton Solutions公司是由两位质谱界大佬为了研发CDMS仪器创立的，技术实力很强硬。Waters公司的眼光也非常独到，于2021年就已经将Megadalton的CDMS技术引进到了Waters的Immerse Cambridge创新和研究实验室，并应用于各项先进检测及研发工作。（相关链接：沃特世收购电荷检测质谱技术 扩大细胞和基因治疗领域应用）此外，笔者还注意到了另外一家基于CDMS技术的初创企业，荷兰公司TrueMass。TrueMass 于 2020 年在荷兰成立，并在英国曼彻斯特设有制造工厂。这家私营投资公司已从天使投资人获得大量资金，公司的使命是提供新技术，帮助全球研究人员和临床实验室推进药物开发和材料技术的研究。该公司于2021年10月26日在宾夕法尼亚州费城举办的ASMS上推出了其研发的CDMS仪器。笔者也搜索了TrueMass创始人 John Hoyes博士相关的信息，以飨读者。TrueMass创始人 John Hoyes博士TrueMass 创始人 John Hoyes 博士在质谱行业拥有 30 多年的从业经验。他于 1989 年在曼彻斯特大学完成了激光物理学博士学位，并在该大学科学技术学院仪器与分析科学系 (DIAS) 担任了一年的博士后研究助理。 Hoyes博士1990 年首次加入 VG Analytical，担任曼彻斯特工厂的开发物理学家。在头两年致力于改进磁扇磁场质谱仪器后，他开始研究飞行时间 (TOF) 质谱仪器。他是 VG Analytical 第一台 TOF 仪器的项目负责人，该仪器采用了 MALDI 离子源。 1995 年，他领导开发了世界上第一台商用 Q-TOF 仪器，该仪器于1996 年底由Micromass（后被Waters收购）推出。 2000 年，他发明了高分辨率光学 TOF 几何结构，并被纳入下一代 Q-TOF 仪器的改进。 2003 年，Hoyes博士离开 VG，成立了一家名为 MS Horizons 的新公司，专门提升该领域现有 Q-TOF 仪器的性能。在此期间，Hoyes博士对离子淌度和飞行时间杂合质谱仪器产生了兴趣，并为此申请了专利。他于 2006 年回到 Micromass（后被Waters收购） 担任研究总监，并于 2010 年成为技术总监。在他任职期间，公司推出了 SYNAPT G2、Vion 仪器和 StepWave 离子源等产品。 2013 年，他成为Waters科学研究员，并于 2016 年在 HUPO（人类蛋白质组组织）获得“科学技术奖”。2018 年 4 月，Hoyes博士离开公司，成立了 HGSG Ltd咨询公司。2020年Hoyes博士创立了 TrueMass公司以实现他对商业电荷检测质谱仪器的想法。总体看来，CDMS技术在复杂生物分析中能够发挥质谱技术的精确性优势，不久之后，质谱巨头们关于CDMS技术一定会动作频频，仪器信息网也将持续带来最新报道，敬请关注。

大家好，本周为大家分享一篇发表在Analytical Chemistry的文章，In-Depth Characterization of mAb Charge Variants by On-Line Multidimensional Liquid Chromatography-Mass Spectrometry[1]。本文的通讯作者是中国复宏汉霖生物制品有限公司的刘卓宇博士。　　重组单克隆抗体(mAbs)正成为肿瘤和自身免疫性疾病最成功的治疗方法之一。与传统的小分子药物不同，抗体在电荷、大小和糖型上都非常不均匀。单克隆抗体的电荷异质性通常是由细胞培养、纯化和储存过程中发生的翻译后修饰(PTM)引起的。电荷变异由于其对单克隆抗体的安全性和有效性的潜在影响而引起了人们的注意。CEX通常用于组分收集，以收集纯化的变体进行结构征，然而，在CEX分离中使用的非挥发性离子试剂与MS检测器直接耦合时，往往会造成电离抑制和污染。为了避免这些问题，CEX馏分应在进一步LC-MS分析之前进行脱盐和浓缩。传统的峰收集、纯化和随后的组分表征方法是劳动密集型和耗时的，组分在这么长的时间里不稳定。此外，传统CEX-MS在分析分子量变化较小PTMs时难以进行表征。 在最近的研究中，基于CEX和MS的多维液相质谱技术，已经在研究电荷变异体上展现了诸多优点。通过CEX的组分收集和MS的分析，多维液相质谱实现了对电荷变异体的实时表征，在缩短了检测时间的同时，也减少了由于传统手工方法诱导的人工PTMs，并且能够得到之前无法检测到的不稳定的中间体。该技术具有较好的重现性和灵敏度，对PTM的序列可实现高覆盖率的表征。在所开发的方法中，在1D CEX上分离的11种电荷变体在自动进样器中被收集到96孔板中。随后，通过多次进样，将单个馏分装入二维柱上进行预浓缩，以收集适当的量。这种新方法能够自动收集低丰度的多种电荷变体，然后通过不同的在线过程进行彻底的表征，包括分子量分析、肽图谱和Fc-γ-RIIIa受体亲和力评估。　　图1. mAb-A1和mAb-A2的CEX谱。通过优化的纯化工艺去除mAb-A1中的B5-B8峰，以消除信号肽相关变异，命名为纯化抗体mAb-A2。　　如图1所示，mAb-A的CEX图谱显示出较高的电荷异质性，PTM引起的mAb-A1电荷异质性可能对产品的安全性和有效性构成潜在风险。虽然不需要的电荷变体可以通过下游净化过程消除，但变体的去除会显著降低产量，从而增加成本。因此，需要对mAb-A1电荷变体进行深入研究，以确定其对产品质量的影响，并为工艺优化提供信息。研究中，先通过2DLC(CEX × RP-C4)-MS分析鉴定了11个mAb-A1电荷变体，包括2个AP (A1和A2)， 1个MP和8个BP (B1-B8)。一方面，2DLC(CEX × RP-C4)-MS方法具有时间效率，每个峰只需40分钟。另一方面，2DLC(CEX × RP-C4)-MS法省力。省去了传统脱机分析所需的超滤、预富集、脱机还原等人工操作。　　变体在亚单位水平上通过高分辨率质谱初步鉴定。如图2所示，重链的TIC图谱在所有电荷变体中是一致的 通过对HC1和HC2峰的质谱分析，确定了HC上的PTMs，这些PTM是常见的，已报道对抗体的安全性和有效性影响不大。去卷积质谱显示，B5、B6、B7和B8的LC1峰被RVHS-LC2 (Arg-Val-His-Ser-LC2, MWLC2 + 479.5 Da)和TRVHS-LC2 (Thr-Arg-Val-His-SerLC2, MWLC2 + 580.6 Da)的信号肽相关变体所覆盖。由于这些物种在精氨酸残基位点易被色氨酸切割，因此可能在肽图谱中被错误地识别为含有VHS的变异。通过2DLC(CEX × RP-C4)-MS分析，可以很容易地在亚基水平上获得mAb-A1未截断的RVHS和TRVHS变体。　　图2. 2DLC(CEX × RP-C4)-MS分析mAb-A1及其电荷变体的降低分子量。(A)总离子色谱图。(B) LC1的去卷积质谱。在mAb-A1的B5-B8变体中，LC1与未截断的RVHS和TRVHS分离。　　通过4DLC(CEX × RP-C4 × Trypsin×RP-C18)-MS分析鉴定出7个mAb-A2的电荷变体，包括3个ap、1个MP和3个bp。在变体中获得的PTMs包括脱酰胺(图4B)、Pyro Q(图4C)、c端Lys截断/Pro酰胺化(图4D)和Met氧化(图4E)。所有ap均发现HC N55脱酰胺。据报道，HC N55的脱酰胺会影响抗原-抗体结合活性据报道，Fc氧化会影响FcRn结合，对药代动力学(PK)产生负面影响。4DLC(CEX × RP-C4 × Trypsin×RP-C18)-MS的数据采集在1天内完成，以小于0.5 mg的样品表征了mAb-A2的7个变体。mAb-A2的肽图谱序列覆盖率达到90%。　　图3. 4DLC(CEX × RP-C4 × Trypsin×RP-C18)-MS在线肽图谱。(A)经鉴别的重叠色谱图mAb-A2主峰的肽段。(B)所有mAb-A2变异的HC N55脱酰胺。(C) N端谷氨酰胺环化成在所有mAb- A2变异体中HC Q1的焦谷氨酸。(D)在所有mAb-A2变体中，C端HC K450的赖氨酸截断和HC P448的脯氨酸酰胺化。(E) HC M255下蛋氨酸氧化。　　由于Fc-γ-RⅢa的结合亲和力一般与ADCC效价具有良好的相关性，且Fc-γ-RⅢa的结合能力可以反映在Fc-γ-RvⅢa柱上，通过2DLC(CEX × Fc-γ-RⅢa)分析间接监测了mAb-a的电荷变体的生物活性。APs中峰3的丰度高于MP和bp，表明酸性峰具有更好的Fc-γ-RⅢa亲和力。对Fc-γ-RⅢa色谱中mAb-A2的三个峰进行分离，并进行离线N-聚糖分析，以获得准确的糖型分布结果。在峰1、峰2和峰3中观察到聚焦化和半乳糖基化的含量逐渐增加。集中化已被广泛报道可增强ADCC的活性有趣的是，观察到半乳糖基化对Fc-γ-RⅢa亲和力的积极影响，这与先前的研究一致。　　图4 (A)Fc-γ-RⅢa亲和谱图2DLC(CEX×Fc-γ-RⅢa)分析。(B)mAb-A2的N-聚糖谱及其Fc-γ-RⅢa亲和组分 (峰1、峰2、峰3)。　　综上，利用MDLC-MS系统深入表征电荷变体的结构和生物活性，包括分子量、PTMs和Fc-γ-RⅢa亲和力。该过程可以在发现和工艺开发阶段对单克隆抗体进行电荷变异分析。MDLC-MS可以在研发中发挥重要作用，使从DNA序列到新药研究(IND)申请的时间流程缩短。　　撰稿：李孟效　　编辑：李惠琳　　文章引用：In-Depth Characterization of mAb Charge Variants by On-Line Multidimensional Liquid Chromatography-Mass Spectrometry　　李惠琳课题组网址www.x-mol.com/groups/li_huilin　　参考文献　　1. Liu, Z., Y. Cao, L. Zhang, Y. Xu,Z. Zhang.(2023).In-Depth Characterization of mAb Charge Variants by On-Line Multidimensional Liquid Chromatography-Mass Spectrometry. Analytical chemistry.

大家好，本周为大家分享一篇发表在Analytical Chemistry上的文章，Analysis of AAV-Extracted DNA by Charge Detection Mass Spectrometry Reveals Genome Truncations1，文章的通讯作者是来自印第安纳大学化学系的Jarrold, Martin F.教授。　　腺相关病毒(AAV)是一种小的(26纳米)、无包膜二十面体病毒。由于其低免疫原性和高组织亲和性，AAV已成为一种很有前途的基因治疗载体。AAV衣壳包含三种病毒蛋白质，VP1、VP2和VP3。对于来自HEK细胞的重组AAV (rAAV)，VP1-3的比例约为1:1:10。AAV包裹单链(ss)DNA基因组。野生型基因组的长度约为4.7 kB。基因组两侧有两个倒置末端重复序列(ITRs)，它们在复制和基因组包装中起着重要作用。目前，主要用于rAAV研究的生产平台是人HEK293细胞的瞬时转染，然而其HEK293细胞的制造限制其大规模地用于AAV载体的生产。杆状病毒感染的Sf9细胞系已被发现是一种可行的生产方法，但是研究发现在生产过程中出现的ITR丢失和基因组截断现象，似乎成为了Sf9细胞系必须关注的一个问题。因为包裹着不完整的基因组的载体，会使得治疗的有效性降低。　　在本研究中，作者提出了一种利用电荷检测质谱(CDMS)直接检测从AAV中提取的DNA的方法。CDMS可以使用静电线性离子阱(ELIT)同时检测单个粒子的电荷数和质荷比，从而直接获得粒子的质量。测量是在一个自制的仪器上进行的，简单地说，纳喷雾(Advion Triversa Nanomate)产生的离子通过金属毛细管进入仪器，然后通过几个不同真空区域。第一个区域包含FUNPET(an ion-funnel ion-carpet hybrid)，随后是射频六极杆和分段射频四极杆。FUNPET会破坏气体通过毛细管时形成的气体射流，样品离子随即在六极杆中被热化，最终的离子能量由六极杆上的直流电位决定。离子束在分段四极杆中的径向分布被压缩，经过四极杆的离子通过非对称艾泽尔透镜聚焦到双半球形偏转能量分析器中，并设置传输具有较窄动能分布的离子(以100 eV/z为中心)。传输的离子被聚焦到ELIT中，其中一些离子被捕获并通过位于ELIT端帽之间的检测圆筒来回振荡。振荡离子产生的信号被电荷敏感放大器接收。信号被放大和数字化，然后用快速傅里叶变换(FFTs)进行分析。短时间窗口FFT通过每个捕获事件的信号进行转换，以确定离子是否在整个事件中被捕获。没有在整个事件中存活的离子信号将被丢弃。振荡频率与m/z有关，振幅与电荷成正比。用这种方法测量了数千个离子，并将其分成直方图以给出质量分布。　　　　图1. 来自Sf9细胞的AAV8-CMV-GFP的CDMS测量。(a,b)未孵育样品的质量分布和电荷与质量散点图。电荷与质量散点图中的橙色线是球形离子瑞利电荷极限的预测。(c,d)在45°c孵育15分钟后测量的质量分布和散点图。(d)中的插图显示了基因组从衣壳挤出的示意图。(e,f) 80°C孵育15 min后的结果。绿色虚线表示释放的ssDNA GOI的序列质量，紫色虚线表示互补DNA链碱基对进入溶液后的序列质量。图1第一排的图片显示了用CDMS测量的Sf9细胞制备的AAV8-CMV-GFP的质量分布。在4.5MDa处的主峰是由于rAAV对GOI进行了包装，在5.2MDa处的峰值是由于异质DNA的包装达到了包装容量，在3.7处MDa的肩峰是由于空颗粒。对应的电荷-质量散点图如图1第二排所示。其中空颗粒和包装了DNA的颗粒在电荷上的数值比较接近是因为DNA被包裹到了衣壳的内部。图1c显示了AAV8-CMV-GFP在45°C孵育15min后测量的质量分布。rAAV已经开始分解，存在大量质量低于3 MDa的离子。在3.7 MDa处的空颗粒的数量也大幅增加，这表明基因组正在被释放。而在80℃孵育15min后可见AAV已经完全分解，对应峰也消失了，而剩下的峰与推测的互补DNA链的分子量相当。图2显示了培养后为提取GOI而测量的rAAV载体的CDMS质量分布和电荷-质量散射图。值得注意的是，AAV8-CMV-CRE和AAV8-CAG-GFP(来自Sf9细胞)的平均电荷约为400 e, AAV8-CMV-GFP(来自HEK细胞)的平均电荷约为900 e。平均电荷的差异可能反映了dsDNA的整体几何结构，电荷越高的GOIs具有更广泛的结构。　　　　图2. 在80°C孵育15分钟后记录的代表性质量分布和电荷与质量散点图。结果显示AAV8-CMV-CRE、AAV8-CAG-GFP和AAV8-EF1a-GFP来源于Sf9细胞，AAV8-CMV-GFP来源于HEK细胞。紫色虚线显示dsDNA GOI的序列质量。插图显示了dsDNA GOI的峰值的扩展视图。图3a显示了测量到的dsDNA GOI与AAV样本序列质量的偏差的柱状图，对于大多数AAV样本，测量的dsDNA GOI大于序列质量。这种偏差可以用反离子来解释。DNA在中性溶液中带负电荷，因为它的一些主链磷酸被电离，dsDNA GOI有2219−3443个碱基对，因此它们可能有多达4438−6886个反离子。最可能的反离子是NH4+因为样品是用醋酸铵溶液电喷涂的。如果所有的dsDNA GOI主链磷酸都被电离并且有NH4+反离子，则附加质量(超出完全电离序列质量)为80 ~ 124 kDa。而有些dsDNA的分子量低于预测的序列质量，这是因为序列发生了截断导致的，图3d显示了为该样品测量的DNA峰值的扩展视图。峰宽可以提供截断分布的信息。如果所有的DNA链都损失了425 nt，峰值就会很窄。另一方面，如果截短长度分布较宽，则会产生较宽的峰值。图3d中的峰值相对较窄，说明分布较窄。有一个高质量拖尾，这可能表明一些基因组被截断了小于425 nt。　　　　图3. 来自Sf9和HEK细胞的一系列GOIs的AAV8、AAV9和AAVDJ血清型的dsDNA质量测量总结。(a)测量质量与序列质量偏差的柱状图。(b)考虑反离子的测量质量与预期质量的偏差的柱状图。(c) AAV基因组结构示意图。(d)来自HEK细胞的AAV8-CMV-CRE的dsDNA GOI峰的扩展视图。最后，将CDMS测量的基因组截断与来自第三代测序方法的信息进行比较将具有指导意义。尽管CDMS测量可以判断基因组是否被截断以及缺失的数量，但它不能确定截断发生在哪里。关于截断发生位置的信息可以从第三代测序中获得，这些信息反过来可以深入了解其机制。因此，CDMS测量全基因组MW和第三代测序是互补的。CDMS测量可用于筛选截断的基因组，以便通过第三代测序进行后续深入分析。　　撰稿：李孟效　　编辑：李惠琳　　文章引用：Analysis of AAV-Extracted DNA by Charge Detection Mass Spectrometry Reveals Genome Truncations　　李惠琳课题组网址www.x-mol.com/groups/li_huilin　　参考文献　　1. Barnes, L. F. Draper, B. E. Kurian, J. Chen, Y. T. Shapkina, T. Powers, T. W. Jarrold, M. F., Analysis of AAV-Extracted DNA by Charge Detection Mass Spectrometry Reveals Genome Truncations. Analytical Chemistry, 4310-4316.

质谱仪器作为一种质量检测仪器，被应用到各个学科领域中，尤其是在化学化工、环境能源、医药、生命及材料科学等领域发挥着重要作用。在常规质谱分析中，被分析物质首先被离子化，随后各种离子被引入真空中的质量分析器，在分析器中的电场或磁场作用下，离子的运动特性随其质荷比不同而产生差异，因而造成时空上的分离，并由检测器依次检测出来。而在这种原理下，质谱仪测量的是离子的质荷比（m/z)，而不是质量本身。利用质谱仪器对样品的分析过程中，样品的雾化过程十分关键。目前，常用的电喷雾技术原理是由John Fenn提出的电喷雾电离（ESI）技术，这一理论也获得了2002年的诺贝尔化学奖。通常对蛋白质这种大分子来说，ESI质谱中都会呈现多种价态的谱峰群，群落中的每一组为某个电荷态该蛋白质的各个同位素峰、盐峰以及加合物峰等。由于电荷态z通常是连续的整数分布（例如z = 11，12....21,22...)，人们可以通过计算不同电荷数对应的群落m/z的间隔来推算各组的电荷数z，进而求出实际的质量m的分布，也可以使用软件进行解卷积得到m分布。这种分析手段对于分析分子量较小（分子量在5万以下）、简单纯净的蛋白样品还是很有效的。然而，在实际应用中对天然蛋白和病毒颗粒的分析却不那么简单。随着分子量上升，分子结构越来越复杂，各种翻译后修饰使被测蛋白的分子量出现差异化，很宽的质量分布（可达上千Da）使得不同价态的峰群连接在一起。如图1所示，这种缺少电荷状态以及同位素峰的“死亡驼峰”，我们很难通过解卷积的形式进行分析。并且，对于很多糖蛋白，分子量超过3、4万就出现峰群交叠，无法用解卷积软件来获得分子量的分布信息。因此，对于大生物分子的质谱分析，仅靠提高仪器的分辨率是无济于事的。在这种情况下，电荷检测质谱（CDMS）技术便成为了我们的“救命稻草”。电荷检测质谱（CDMS）通过同时测量单个离子的质荷比和电荷数，进而计算获得离子质量m。因此，相较于其他类型质谱，CDMS技术的关键是如何准确地测量单个离子的电荷。目前，电荷检测质谱技术还没有现成的商品化仪器，只有能够自己开发质谱仪器硬件，或自己改编FTMS软件的专家才能进行这样的实验。而在今年的ASMS会议上，赛默飞公司重磅推出了直接分析质谱技术（DMT），并将其结合在了Orbitrap上，这使得超大分子量的复杂蛋白的直接质谱检测成为了可能。直接分析质谱技术其原理是：在Orbitrap中检测来自离子沿中心电极的中心轴旋转的轴向频率，进而确定离子的m/z信息；与此同时，来自外电极上的感应电荷振幅也会被检测，从而确定离子的电荷z的信息。直接分析质谱技术模式为 Orbitrap 质量分析仪增加了电荷检测功能，能够同时测量数百个单个离子的质荷比 (m/z) 和电荷数 (z)。这使得 Orbitrap 质量分析仪可以直接计算分析物的质量，而不需要根据 m/z 去卷积。根据 m/z 去卷积的方法依赖于测量结果中已分辨的电荷状态和/或同位素分辨的信号。直接分析质谱技术模式提高了分辨率，并且扩展了动态范围，提高了可获得的质量测量结果的上限，同时由于单个离子测量的灵敏度较高，可以从浓度明显较低的样品中采集到更有价值的数据。

质谱仪因其准确的定性和定量能力，在科学仪器领域占据的地位越来越重要，被公认是近年来发展最快的分析仪器之一。据仪器信息网统计，目前国际排名前十的仪器厂商中有五家在从事质谱仪的生产 自2006年起，到目前为止已有超过40家国产企业开始涉足商业化质谱仪的生产。2023年伊始，让我们来看看顶级分析化学家、质谱专家都看好哪些质谱技术和热点研究方向。(点击了解：2023年质谱行业风向标)　　上一篇著名质谱学家Graham Cooks教授谈到蛋白质质谱技术与离子淌度质谱技术具有巨大的发展潜力，并看好液滴化学反应领域的科学研究发展(点击了解)。本文中，美国印第安纳大学化学系特聘教授 David Clemmer 讨论了电荷检测质谱、电喷雾电离以及分析科学在解决环境问题中必须发挥的作用等内容。　　美国印第安纳大学化学系特聘教授 David Clemmer曾荣获2006年和2018年荣获美国质谱学会的Biemann奖章，以表彰他将离子迁移率分离与多种质谱技术相结合所做出开创性的贡献，Clemmer教授开发了用于离子迁移质谱(IMS / MS)的新型科学仪器装置，包括研制第一台用于嵌套离子迁移飞行时间质谱的仪器设备。此外，Clemmer教授还与共同获Biemann奖章的Martin Jarrold教授成立了专攻电荷检测质谱技术(CDMS)的初创企业——Megadalton Solutions，该公司也于2021年被全球著名的质谱仪器公司Waters收购。　　Q：过去 10 年分析科学领域最重要的科学发现?　　Clemmer：低温电子显微镜 (cryo-EM) 广泛应用于大型复杂分子成像，其分辨率接近原子尺度，例如完整的病毒，这是革命性的技术进步，并且该技术在过去十年中已成为分析研究工作中的常规工具。现在，我们可以直接看到分子结构细节，并且随着仪器技术的灵敏度越来越高，生物分析化学研究也取得了显著的进步，尤其是在基因组表达分析方面。我们有能力观察小分子和脂质，我们可以看到正在发生的状态(脂质和小分子)，最近发生了什么(蛋白质和基因表达)，以及是什么导致我们观察到的现象(遗传学)。这些因素可以非常快速地测量，并且在某种程度上什至可以在单个细胞中测量，从而为理解活生物体开辟了一个新的范例。　　另外，最近验证微滴表面的快速反应也是革命性科学发现。Graham Cooks(普渡大学)、Richard Zare(斯坦福大学)、Xin Yan(德州农工大学)等提出了界面反应可以发挥极其重要作用的科学设想——我们从来不知道这些反应有多快、有多有效，而且液滴化学反应在其他科学领域同样具有变革潜力。　　除此之外，Martin Jarrold(印第安纳大学)和 Evan William(伯克利)的实验室取得了另一项具有变革潜力的进展，他们的团队一直在开拓电荷检测质谱法，使各种分子的质量测量成为可能。马丁和我基于能够快速确定超过 10 兆道尔顿范围的质量的电荷检测质谱技术创立了 Megadalton Solutions。该技术与 Orbitrap上的电荷感应不同，Orbitrap 上只能测量离子群的部分电荷，Martin的仪器通过迁移管来回输送大质量的离子，这样大分子和粒子的全部电荷就会作为一个独立的信号被感应出来，这允许确定每个离子的确切电荷，并且当结合质荷比测量时，可以确定每个离子的质量。我们与印第安纳波利斯校区的 Subhadip Ghatak 小组合作，一直在测量与伤口相关的外泌体和囊泡的质量，这些囊泡的分子量在数十到数百兆道尔顿范围内 这些测量结果为伤口液中存在于细胞外的其他未知细胞器提供了证据。它们为什么会被排泄?他们为什么在那里?能够对如此大的分子进行质量测量的新仪器的存在使我们能够开始解答这些问题。　　关于电荷检测质谱技术，仪器信息网曾做过专题报道，详情了解。　　Q:您能否详细说明为什么您认为微滴表面的快速反应是革命性的?　　Clemmer：你认为足够了解水的性质，直到你开始看到其中的一些反应。事实证明，许多不同类型的反应在这些界面处被加速到难以想象的程度。我们需要数小时甚至数天才能在烧杯中完成测量100 多年前发现的三组分缩合Bignelli 反应。目前我们的成果还未发表，但液滴中的反应非常有效，我们的结果表明，即使是液滴中三种成分中的每一种的单个试剂分子也可以在液滴的整个生命周期内凝结成产品，反应最多只有几毫秒。液滴化学反应可能在几微秒内发生，但它在液滴中只有三个试剂分子的可能性。从化学的角度来看，通过将分子数量控制到单个试剂分子与容器中的另一个分子(在本例中为液滴)结合来控制反应是不可想象的。　　我经常认为，测量仪器一旦发明，在某种程度上就被视为理所当然，往往是基于仪器技术开展的应用研究会获得最大的关注。所以我呼吁关注促进过去几十年科学进步的分析科学家们发现工作，希望他们都能受到赞扬!　　Q: 你认为分析科学家通常会得到他们应得的荣誉吗?　　Clemmer：我认为分析化学家，尤其是那些参与推进创新的化学仪器的分析化学家都过谦了。例如，当对人类基因组进行测序时，大部分功劳都归功于生物学家，他们可能无法使用标准技术对人类基因组进行测序。但这确实是 Jim Jorgensen(北卡罗来纳州)、Norm Dovichi(巴黎圣母院)等研究学者的开创性工作，他们率先加快了这一进程。现在仪器灵敏度、电离方法和分辨率都取得了进步，我们有可能考虑下一步。寻找脂质中的双键是一件棘手的事情，但分析化学家正在努力推进技术进步，这将对我们开展细胞研究产生重大影响。　　Q:回顾过去 10 年，哪些商业化技术脱颖而出，特别具有创新性?　　Clemmer：我们确实编写了 IMS-TOF (离子淌度-飞行时间质谱)专利，该专利也已被纳入商业仪器，比如沃特世公司已经取得了这些专利技术的许可。Dick Smith 已将 IMS 引入 SLIMS 以获得真正高分辨率的离子淌度测量。布鲁克取得了一项名为TIMS的离子淌度技术，并打造了一种高分辨质谱仪器。当然，Makarov(Thermo)的 Orbitrap 为 Marshall(佛罗里达州立大学)使用高场磁铁进行的革命性和创造性的 FTMS 测量提供了一种简单的方法。(仪器信息网曾制作离子淌度质谱技术专题，点击了解)　　但我发现自己还是最容易被新兴的创新所吸引，例如，Scott McLuckey(普渡大学)的离子-离子反应研究工作让我感到惊讶，这些测量技术具有直接的商业价值，因为它们能够分散和解析否则无法解析的离子。在接下来的十年里，真正的创新可能会出现在一些意想不到的化学反应中。例如，亨特小组开创的广泛使用的电子转移解离方法是一种由负离子与正离子相互作用而产生的新化学。不仅如此，我认为因固相肽合成而获得诺贝尔奖的 Bruce Merrifield 会惊讶地发现 McLuckey 的团队正在质谱仪内以毫秒为单位合成分子。我也很期待看到新策略(例如 AI 方法)如何利用离子分子反应的大量动力学和热化学数据，这些数据在过去四十年中获得并用于训练理论量子化学方法，这将会很有趣。　　Q:在过去的10年里，你有什么美好的回忆吗?　　Clemmer：我想当我第一次看到 Martin Jarrold 正在测量的乙型肝炎病毒的质谱时，真的让我大吃一惊，我简直不敢相信会在对应的质量下看到质谱峰!这真的让我感到惊讶，并让我重新评估什么是可能的。如果你看到过 Martin 和我们的同事George Ewing在大型水团簇上制作的宽阔的、有点难看的质谱图峰，您会感激这样的谱图能被观察到。他的团队现在已经展示了在 100 兆道尔顿范围内具有尖峰的腺病毒质谱图。我仍然对电喷雾电离的微小尖端所能做的事情印象深刻。我以前的一位同事莱恩贝克 (Lane Baker) 将一个纳米孔放在质谱仪前，真正开拓了这个领域。 令人尴尬的是，我当时没有意识到这个技术的突破会有多深远的影响。我认为这些小技巧对于捕捉分析样本非常有价值，因为这样的小液滴干燥和冷却的速度非常快。几周前，我和我的学生进行了粗略计算，结果表明小液滴的温度每秒下降超过106 度。这种热淬火速率与低温电子显微镜相似，在低温电子显微镜中，您将分析样本浸入液氮中，它们会以很快的速度冷却——从而可以保留物质结构。这表明许多微妙的、短暂的结构可以被电喷雾电离捕获。　　Q：您认为未来 10 年会是什么样子?　　Clemmer：我认为分析化学家还需要努力，更上一层楼，这十年面临着巨大的挑战。 例如，塑料问题，我们开始在所有东西中发现人造草皮——因为我们制造的这种材料在分解时会不断破碎成更小的碎片。另外，全球科学界还需携手联合解决如何储存碳，以及如何减缓燃烧化石燃料对环境的影响。虽然分析检测领域有一套独特的技能来解决其中的一些问题。但从化学家的角度来看，我们无法想象我们会燃烧这些奇妙的分子。化学家多年来一直致力于能量转移以及如何在分子之间来回传递能量，这些技术需要在全球范围内重新构想和应用。此外，我相信分析科学将在负责任的制造中发挥重要作用——重要的是我们要考虑我们使用的材料和产品可能对生命健康产生的影响。

2018 年，关于肿瘤免疫的那些事儿6 月：国内首款 PD-1 单克隆抗体药物获批，中国跨入肿瘤免疫时代10 月：诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家詹姆斯艾利森 (James Allison) 与日本科学家本庶佑 (Tasuku Honjo) ，以表彰他们在癌症免疫治疗方面所做出的贡献12 月：国内首款国产 PD-1 单克隆抗体药物获批，开启肿瘤免疫治疗“亲民”时代肿瘤免疫治疗的火爆让单克隆抗体药物（下文简称单抗）的研究越来越受到关注，今天我们就来聊聊单抗的一大特性——电荷异质性。抗体是指能与相应抗原特异结合的具有免疫活性的球蛋白，而单抗是由单一 B 细胞克隆产生的高度均一、仅针对某一特定抗原表位的抗体。同其它蛋白一样，单抗常常存在广泛的翻译后修饰和降解，如糖基化、碳端赖氨酸丢失、脱酰胺化、二硫键错配、糖化和氧化等。几乎这些所有的翻译后修饰都会直接或间接的引起单抗表面电荷的变化，这就是单抗的电荷异质性。电荷异质性影响单抗的体外及体内的活性、安全性、可行性和质量，在新药研发和生物类似药的开发中都非常重要。电荷异质性的检测通常采用基于电荷分离的技术手段，如离子交换色谱、毛细管等电聚焦（CIEF），以及成像毛细管等电聚焦（iCIEF）等。与主峰 (Main peak) 相比，这些变异体峰通常被称为酸性峰 (Acidic variants) 和碱性峰 (Basic variants) 。大部分的人源 IgGs 具有碱性的等电点，因此，阳离子交换色谱通常被用于分离。在主峰前面的峰通常称为酸性峰，因为其带有的正电荷较少，洗脱较快；在主峰后面的峰称为碱性峰。酸碱峰的鉴定采用离线收集鉴定或多维液相-质谱联机在线鉴定。图 1. 阳离子交换色谱分离酸碱峰示例图毛细管等电聚焦（CIEF）是电荷异质性表征的主要手段，但采用 CIEF 分离时收集馏分用于鉴定非常困难，所以 CIEF 通常用于监控电荷异质性而不能用于表征。质谱检测虽然广泛应用于单抗的表征，但是将 CIEF 和 MS 联机一直是非常大的挑战。质谱在线检测的缺失也限制了 CIEF 在蛋白电荷异质性的表征上的应用。将 CIEF 分离的高分辨特性和质谱的表征能力结合起来是电荷异质性表征迫切需要的技术。Agilent 7100 CE-QTOF 联机的特点无与伦比的毛细管分离的分辨率：甘油改性剂降低非 CIEF 电泳迁移和区带展宽两性电解质：兼顾电泳分辨率和质谱灵敏度质谱友好的阳极液和阴极液优化的鞘流液组成：有效的聚焦、迁移和电喷雾离子化纳流级别的鞘流液流速：基于电渗流技术的纳流鞘流液最大限度提高检测灵敏度优化的 CIEF 运行参数：进样量、电场强度、压力灵敏度高、抗污染的质谱：Agilent 6200 系列 TOF，6500 系列 Q-TOF图 2. Agilent 7100 CE-QTOF 联机图CIEF-MS 的方法可行性及卓越表现采用等电点标记物（pI markers）进行验证，等电点和迁移时间之间具有良好的线性相关性 (R^2=0.99)。此外，CIEF-MS 方法采集的四种单抗的电荷变异体分离的轮廓图也通过成像毛细管等电聚焦紫外方法比对验证一致。pI markers 的绝对迁移时间的相对标准偏差小于 5%（n=4）。贝伐单抗三次进样的相对迁移时间 RSD 小于 1%，绝对迁移时间小于 2.3%，峰面积的 RSD 小于 7%。并且，单抗的电荷变异体可通过质谱直接测得其分子量。CIEF-MS 采集的电荷变异体轮廓分布和 iCIEF-UV 检测具有高度的一致性。iCIEF-UV 通过全柱成像检测去除了等电聚焦后分析物迁移到检测器端的步骤，CIEF-MS 和 iCIEF-UV 检测结果的高度一致性证明了在线 CIEF-MS 分析单抗电荷变异体史无前例的高分辨率。除了高分辨率之外，该方法具有非常好的重现性。CIEF-MS 电荷异质性分析的应用实例大集结贝伐珠单抗的分析CIEF-MS 和 iCIEF-UV 分析得到的酸碱峰比例接近，分别为酸性峰: 主峰: 碱性峰= 23% : 72% : 5% 和 27% : 68% : 5%。除了 CE 的高分离度之外，质谱数据优异的原始谱图是实验分析制胜的关键，尤其是在鉴定跟主峰质量差别很小的变异体时，如在分析一个脱酰胺 (+1Da) 质量差时，一款性能优异的质谱是 CIEF-MS 分析的必备之选。贝伐珠单抗的主峰分子量为 149 202 Da，碱性峰 B1 和主峰之间的质量差为 +128 Da，和碳端赖氨酸 (+128 Da, +1K) 异质性匹配；碱性峰 B2 (?=-17Da) 和氮端焦谷氨酸环化修饰 (-17Da) 匹配；酸性峰 A1 (?= 1Da) 和脱酰胺修饰匹配。酸性峰 A1 和主峰只有 1 Da 的质量差别，虽然我们会担心质谱准确度因素带来的不确定性，但酸性峰的位置和正好 1 Da 的质量差让我们有理由相信酸性峰 A1 是脱酰胺的修饰峰。A2 峰的信号非常弱，可能是高糖基化修饰的峰。图 3. 贝伐珠单抗 CIEF-MS 分析结果图曲妥珠单抗的分析曲妥珠单抗和贝伐珠单抗的电荷异质性分布的差异较大。iCIEF-UV 测得的低含量碱峰在CIEF-MS上未检出，同时其对酸峰的分离效果也优于 CIEF-MS 分离。质谱检测结果清晰的展示了酸性峰中四种主要的糖型变异体。曲妥珠单抗的主峰分子量为148 224 Da，酸性峰 A1 (?m = +1Da) 和酸性峰 A2 (?m = +2Da) 和脱酰胺修饰匹配，并且和 2D CZE-MS 的结果一致。图 4. 曲妥珠单抗 CIEF-MS 分析结果图英夫利昔单抗的分析英夫利昔单抗的三个电荷变异体峰在 CIEF-MS 上有良好的分离。解卷积结果显示两个碱峰为碳端赖氨酸变异体，碱性峰 B1 (?m = +258 Da) 和两个赖氨酸匹配；碱性峰 B2 (?m = +129 Da) 和一个赖氨酸匹配；酸性峰 A (?m = +5 Da) 小的质量偏差显示其可能为脱酰胺的修饰。图 5. 英夫利昔单抗 CIEF-MS 分析结果图西妥昔单抗的分析西妥昔单抗是人鼠嵌合的 IgG-1 单抗，具有高度的微观不均一性，该特性主要源于高度复杂的糖基化修饰。西妥昔单抗重链的 Fab 和 Fc 上各有一个糖基化位点，同时有碳端赖氨酸的不完全剪切，这些高度的异质性会造成分离上的困难。采用 CIEF-MS 实现了八个电荷变异体的良好分离，不仅和 iCIEF-UV 的结果一致，同时也和文献报道一致。但是由于西妥昔单抗复杂的糖基化修饰，通过质谱获得的分子量信息不足以反应修饰的情况。图 6. 西妥昔单抗 CIEF-MS 分析结果图西妥昔单抗亚基水平的分析针对西妥昔单抗这类具有复杂异质性的抗体，通过 IdeS 酶切和 DTT 还原降低其复杂程度，更利于质谱检测。通过高分辨质谱检测，IdeS 酶切后的八个变异体峰及 IdeS 酶切同时 DTT 还原后得到的 11 个变异体都得以检测。研究发现，西妥昔单抗的电荷异质性主要源于 Fc 区末端赖氨酸的异质性、Fd’ 区 N-羟乙酰神经氨酸和可能存在的脱酰胺修饰。轻链上未发现有电荷异质性。图 7. 亚基水平 CIEF-MS 分析流程图安捷伦 CE-QTOF 解决方案不仅兼顾了毛细管电泳的高效分离，离子源接口的高灵敏度和高分离度，也实现了质谱的高灵敏高分辨检测。在完整蛋白分析的层次上增加亚基水平的解决方案，即使是具有高度复杂异质性的抗体分析也能轻松应对。访问安捷伦药典系列文章，了解更多信息。参考文献：1. 安捷伦应用文献 5994-0672EN2. Jun Dai,*,? Jared Lamp,? QiangweiXia,? and Yingru Zhang?, Capillary Isoelectric Focusing-Mass SpectrometryMethod for the Separation and Online characterization of Intact Monoclonal AntibodyCharge Variants. Anal Chem. 2018 Feb 6 90(3):2246-22543. Jun Dai, and Yingru Zhang, AMiddle-Up Approach with Online Capillary Isoelectric Focusing-Mass Spectrometryfor In-depth Characterization of Cetuximab Charge Heterogeneity. Anal. Chem.,2018, 90 (24), pp 14527–14534扫描下方二维码，关注“安捷伦视界”公众号，获取更多资讯。

p style="text-indent: 2em margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em " 单克隆抗体药物(mAb)是通过基因工程生产的蛋白质药物，具有特异性高、作用机制明确、效果显著、经济效益大等优势，是近年来生物医药产业的重要增长点。br//pp style="text-indent: 2em margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em "治疗性单克隆抗体（mAbs）的开发和制造是一个高度管制的过程，ICH的指导原则指出了相关产品质量参数允许的异质性水平。电荷异构体是单克隆抗体（mAb）的关键质量参数（CQA）之一，在药品稳定性研究、申报及放行等环节都必须检测、评估。抗体的电荷异构体是由细胞内的酶促和非酶促过程分泌到培养基后形成，电荷异构体可能具有明显不同的生物活性，影响单抗药物的功能、安全性及稳定性。导致电荷异质性的最常见变异之一是C末端赖氨酸剪切，随着一个或两个带正电荷的赖氨酸残基丢失，可导致碱性变异体的形成；另外，在N-和O-连接的聚糖上脱酰胺、糖化和带负电荷的唾液酸的存在都会导致负电荷增加和酸性变异体的形成。/pp style="text-indent: 2em margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em "电荷异构体的检测方法有很多种，如：聚丙烯酰胺凝胶电泳，虽然仪器设备相对便宜，但其分辨率低、操作繁琐，目前应用较少；毛细管等电点聚焦（cIEF）电泳可进行蛋白的等电点测定，现已开发出毛细管电泳与质谱联用的技术，该方法可从完整蛋白水平进行分析，暂未推广使用；离子交换色谱（IEX）在电荷异构体的分析中使用较多，有盐洗脱与pH梯度洗脱两种方式，后续收集各个成分进行质谱检测分析其分子量及翻译后修饰。现已有在线的LC-MS方法，此方法不使用传统的盐缓冲液，改为质谱可以耐受的有机盐缓冲液来进行电荷异构体的分离，但其质谱图谱质量及普适性还有待考量，且不能实现肽段水平翻译后修饰的解析。中国计量科学研究院研制了人源化IgG1 κ型单克隆抗体标准物质，与军事科学院军事医学研究院钱小红、应万涛课题组合作，建立了cIEF-WCID及SCX-HPLC两种方法分离检测了单克隆抗体标准物质中的电荷异构体。运用蛋白质组学技术，从完整的分子量分布、肽图分析、进一步延伸到糖肽分析，建立了逐步深入的分析方法来研究单克隆抗体电荷异构体形成的影响因素，此方法可推广应用于其他单抗类药物的电荷异质性分析与评价。/pp style="text-align: center margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 272px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/f26eb0c0-ed43-47b2-9965-eb69024d8360.jpg" title="图片1.png" alt="图片1.png" width="600" height="272" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em "2020年11月10-12日，中国计量科学研究院和国际计量局拟联合举办span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong第三届 “药物及诊断试剂研发与质控——测量与标准，质量与安全（TD-MSQS 2020）”/strong/span 国际研讨会，以期进一步促进该领域的学术交流和技术发展，提升企业的研发水平和产品质量。本次会议将在南京市政府的支持下，在江苏省南京市举行。/pp style="text-indent: 2em margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em "本次会议可通过官方网站http://tdmsqs.ncrm.org.cn注册或扫描二维码注册，注册成功后请填写参会回执发送至会议邮箱pptd@nim.ac.cn。/pp style="text-align: center text-indent: 2em margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em " /pp style="text-align: center margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/11c12ff4-263b-48c2-aff9-f4640b0a1850.jpg" title="图片3.png" alt="图片3.png"//pp style="margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em text-indent: 0em text-align: center "strongspan style="text-indent: 0em "欢迎各位专家、同仁报名参会！/span/strong/pp style="text-indent: 2em margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em "更多信息请关注会议官方网站：a href="http://tdmsqs.ncrm.org.cn。" _src="http://tdmsqs.ncrm.org.cn。"http://tdmsqs.ncrm.org.cn。/a /pp style="margin-top: 10px margin-bottom: 10px line-height: 1.75em text-indent: 0em text-align: right "供稿：崔新玲 胡志上span style="text-indent: 2em " /span/p

导读随着生物医药技术的发展，越来越多的生物药陆续上市，如治疗慢性疾病的寡核苷酸药物Leqvio，“一年只需注射两针”就可以长效持久的降低血液中胆固醇含量，以及用于治疗II型糖尿病的多肽类药物Mounjaro。在寡核苷酸和多肽药物的质量控制中，分子量测定是定性表征中不可缺少的一部分，而单四极杆液质联用仪（LCMS）是测定分子量的利器。但与小分子药物相比，多肽和寡核苷酸药物极性和分子量均较大，在LCMS中带多电荷，所以分子量测定时可能会存在分子量测定范围窄、灵敏度低等问题。小身材大智慧 LCMS-2050岛津最新款单四极杆质谱仪LCMS-2050兼顾小型化和高性能，其离子源为加热型ESI/APCI（DUIS）源，使得寡核苷酸和多肽药物等分子量较大的极性化合物更容易电离，所以LCMS-2050具有分析灵敏度高，分子量测定范围广的特点。此外，岛津LabSolutions软件自带分子量解卷积功能，可以快速对多电荷质谱图进行解卷积，获得分子量相关信息。分子量测定案例分享寡核苷酸药物本方案中寡核苷酸药物为小干扰核苷酸（siRNA），是一类双链RNA分子（正义链和反义链），长度为20-25个碱基对。通过流动相的调整和质谱参数的优化，LCMS-2050（负模式）检测得到了siRNA多电荷质谱图，质荷比为600~1700。此时质谱图中无其他加和离子干扰，且高质荷比也有明显响应。通过岛津LabSolutions软件自带的多电荷解卷积功能，计算得到siRNA正义链电荷数量为4~11，分子量为6631.64 Da，反义链电荷数量为4~10，分子量为6637.66 Da，与理论值的偏差均小于0.4 Da。siRNA色谱图正义链质谱图正义链分子量解卷积结果反义链质谱图反义链分子量解卷积结果多肽药物此多肽药物为一种生长抑素，其理论分子量为1637. 72 Da。LCMS-2050（正模式）检测得到质荷比为546.76~1638.47，通过LabSolutions解卷积功能计算得到分子量为1637.45 Da，与理论值偏差为0.27 Da。多肽药物色谱图多肽药物质谱图多肽药物分子量解卷积结果结语岛津最新款单四极杆质谱仪LCMS-2050兼顾小型化与高性能，适用于多肽、寡核苷酸等化合物分子量测定，具有灵敏度高、分子量测定范围广的优势。了解更多详情，敬请下载《LCMS测定小干扰核苷酸siRNA分子量》《LCMS-2050在多肽分子量定性分析检测中的应用》本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

中国上海，2012年12月21日 &mdash &mdash 科学服务领域的世界领导者赛默飞世尔科技（以下简称：赛默飞）近日与美国Arlington的Texas大学共同发表声明，其合作研发的离子色谱电荷检测器Dionex QD已被授予美国专利（#8,293,099）。该电荷检测器是由UT Arlington研究所专家Purnendu &ldquo Sandy&rdquo Dasgupta及其研究小组成员Bingcheng Yang和赛默飞Dionex团队技术总监Kannan Srinivasan共同研发而成，发明专利为赛默飞和UT Arlington研究所共同所有。这项专利产品将在2013年匹兹堡会议中面世。该检测器可配备在赛默飞Dionex ICS-4000离子色谱系统上使用，适用于环境监测实验室中聚磷酸盐、食品中有机酸、饮料行业以及化学制品中有机胺的检测。相比传统的抑制电导检测器，Dionex QD检测器更易进行峰识别、峰值纯度分析和量化，同时提供更多可参考的信息。赛默飞色谱化学副总裁Chris Pohl表示，&ldquo 这是一种变革，当电荷检测器与抑制电导检测器联合使用时，可以作为一种验证工具或互补的检测器以提供额外的分析信息。&rdquo 此外，Dionex QD电荷检测器还采用了创新膜技术，可根据待测离子的电荷和浓度进行检测，这为使用单一标准来衡量已知和未知的化合物带来可能性。UT Arlington研究所的副总裁Carolyn Cason表示：&ldquo 我们尤为自豪的是这一创新能够满足市场的需求。充满活力的研究型大学的特点之一就是具有与业界共同推进科学应用的能力，这就是Dasgupta博士所做的工作。&rdquo Dasgupta博士在离子色谱领域获得过大量美国国内及国际奖项，包括颇具盛名的Delaware Valley色谱论坛颁发的2012年Dal Nogare奖项和2011年美国化学会色谱奖。Dasgupta获得的研究津贴超过1,800万美元，并发表过超过400篇科技论文，其获得的最新美国专利是他本人的第23个发明专利。位于美国Arlington的Texas大学是一个综合性的研究机构，在Texas北部拥有超过33,200名学生，是整个Texas大学体系中第二大的成员单位。欲了解更多详情，请登录www.uta.edu。欲了解更多详情关于赛默飞Dionex离子色谱QD电荷检测器，请浏览www.thermoscientific.com/QD。 关于赛默飞世尔科技赛默飞世尔科技（纽约证交所代码： TMO）是科学服务领域的世界领导者。我们的使命是帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年销售额120亿美元，员工约39,000人。主要客户类型包括：医药和生物技术公司、医院和临床诊断实验室、大学、科研院所和政府机构，以及环境与过程控制行业。借助于Thermo Scientific、Fisher Scientific和Unity&trade Lab Services三个首要品牌，我们将创新技术、便捷采购方案和实验室运营管理的整体解决方案相结合，为客户、股东和员工创造价值。我们的产品和服务帮助客户解决在分析领域所遇到的复杂问题与挑战，促进医疗诊断发展、提高实验室生产力。欲了解更多信息，请浏览公司网站：www.thermofisher.com关于赛默飞中国赛默飞世尔科技进入中国发展已有30年，在中国的总部设于上海，并在北京、广州、香港、成都、沈阳、西安等地设立了分公司，目前已有2200名员工、5家生产工厂、5个应用开发中心、2个客户体验中心以及1个技术中心，成为中国分析科学领域最大的外资企业。赛默飞的产品主要包括分析仪器、实验室设备、试剂、耗材和软件等，提供实验室综合解决方案，为各行各业的客户服务。赛默飞在北京和上海共设立了5个应用开发中心，将世界级的前沿技术和产品带给国内客户，并提供应用开发与培训等多项服务；位于上海的中国技术中心结合国内市场的需求和国外先进技术，研发适合中国的技术和产品；遍布全国的维修服务网点和特别成立的维修服务中心，旨在提高售后服务的质量和效率。我们致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。欲了解更多信息，请登录www.thermofisher.cn

近期，Analytical Chemistry杂志上发表的一篇文章提出了一项创新性的用于抗体药物电荷异质性表征的分析技术——icIEF-MS。icIEF-MS联用技术平台与传统的SCX-MS对蛋白异质性进行交叉验证，而且更高的灵敏度、更出色的重复性和更低的样品残留，这将为蛋白药物电荷异质性表征提供一种新的策略。 原文见：Anal. Chem. 2023, 95, 4, 2548–2560 蛋白质的电荷异质性是由多种复杂机制所共同作用形成，包括细胞过程、化学降解和制造过程中的生产条件。这些因素中的许多修饰会引起蛋白质等电点 (pI) 值的变化，例如翻译后修饰（PTMs) 的发生，包括 c 端赖氨酸缺失、焦谷氨酸形成、脱酰胺化、唾液酸化和糖基化等，都会导致电荷变异体的形成，从而对药物的稳定性和溶解度产生重要影响。因此，对电荷异质性的可靠表征是评估关键质量属性 (CQA) 的重要步骤，也是确保治疗性mAbs在整个临床和商业开发期间保持一致质量的关键所在。 目前，全柱成像毛细管等电聚焦 (icIEF) 和离子交换色谱 (IEX) 是治疗性mAbs在研发和质量控制中进行电荷异质性分析的两种常用技术。然而，传统的cIEF-MS联用技术在研究蛋白质电荷变异体方面还存在着许多缺陷，如重复性差、操作复杂以及与MS离子源不兼容等问题。 CEInfinite icIEF分析兼制备型全柱成像毛细管电泳系统 基于一体化的icIEF-MS技术平台，使用加拿大品牌艾易尔斯生物科技（AES）开发的分析与制备一体的CEInfinte系统，可实现快速的icIEF分离，并配合使用高分辨率的Thermo Q-Exactive Plus质谱平台对蛋白质的电荷变异体进行鉴定。icIEF分离部分采用了与MS兼容的两性电解质，无需使用甲基纤维素和尿素作为添加的的涂层毛细管柱。通过创新的纳流ESI接口，检测蛋白质药物电荷变异的灵敏度和重复性得到了极大提高，整个icIEF-HRMS分析可在25分钟内完成，比传统cIEF-MS所需的60分钟更加迅速。此外，该平台还可以灵活切换到icIEF馏分收集模式，对蛋白质的电荷变异体组分进行组分收集，并进行深入表征，包括LC-MS肽图分析、IEX-MS 完整蛋白分析、生物相互作用等研究。整合icIEF-MS和基于icIEF的馏分收集将在mAb电荷异质性表征的全新MS策略。图1 icIEF-MS的原理图 利用该icIEF-MS系统对9种不同的治疗性mAb的电荷变异体进行表征，并对icIEF-MS的方法进行了系统验证。同时，我们还使用SCX-MS分析了所研究mAb的电荷异质性。两种手段的分析结果表明，icIEF在分离分辨率、灵敏度、低残留效应和精确分子量测量精度等方面都具有明显优势。我们相信，结合传统的IEC-MS技术平，台icIEF-MS将成为电荷异质性表征领域中的一项重要技术，为研究人员提供更加快速、准确、灵敏和高效的分析手段。 表1 九种单抗的等电点信息和使用的icIEF试剂● icIEF和SCX分离9种单克隆抗体的性能比较 ●在最优化条件下，通过icIEF-UV和SCX-UV分别分离了9种单克隆抗体，并进行了性能比较。两种分离工具均在10分钟内完成了高通量分离，所研究的单克隆抗体获得了相同的峰序列。在icIEF分离中，首先洗脱的是酸性最强的异质体，其次是主峰和碱性异质体，这与SCX分离的顺序相同。然而，对于大多数异质性mAb混合物，icIEF的分离效率显著高于SCX，这是因为iCIEF基于pI差异进行分离，微小pI差异的蛋白质异质体就可以得到高分离度的分离。在某些情况下，如英夫利西单抗，通过icIEF可以实现4种电荷变异体和一个主成分的基线分离，但使用SCX的分离效率却不佳。类似地，对于帕博利珠单抗、阿替利珠单抗和地诺单抗，使用icIEF可以很好地检测出所有电荷变异体；然而，在使用SCX时，一些电荷变体却丢失了。尽管icIEF由于不同的分离机制而比SCX具有更宽的峰宽，但由于其pI的微小差异，icIEF表现出了更好的分离性能。图2 九种mAb的icIEF-UV图谱和SCX-UV谱图● icIEF和SCX串联MS的比较 ●如图3所示，icIEF-S和SCX-MS都可以用于鉴定阿替利珠单抗的电荷变异体。在SCX分离中，MS检测到的酸碱峰顺序与UV一致。而在icIEF分离中，碱性峰首先被纳流泵推向ESI源，因此MS检测中的酸碱峰顺序与UV检测的顺序相反。另一个显著的区别是，由于SCX-MS使用更高的流速，从UV到MS检测，柱外的峰展宽程度都较轻，这意味着UV峰形状与MS峰形状更一致。相比之下，icIEF-MS的较低迁移流速意味着柱外效应对icIEF分离的影响更大，从UV检测到MS检测，峰呈现更为明显的展宽，尤其是主峰，强度更高，并与稍低pI的酸性峰部分重叠。为了进一步提高icIEF-MS的分离度以克服峰展宽造成的分辨率损失，可以使用窄pH的两性电解质、新型的涂层分离毛细管柱和纳流ESI源。图3 以阿替利珠单抗为研究对象，比较icIEF-MS 和 SCX-MS分离效果：UV谱图(左)和MS-TIC谱图(右)。 在分析单克隆抗体时，icIEF-MS的信号响应比SCX-MS高。虽然icIEF-MS的样品载量只有SCX-MS的十分之一，但如图3所示。icIEF-QE Plus MS的TIC强度与SCX-Orbitrap Exploris 240相同（Orbitrap Exploris 240比QE Plus MS具有更高的检测灵敏度）。icIEF-MS比SCX-MS灵敏度高的原因有两个：首先，icIEF-MS的纳流流速（小于5μL/min）远低于SCX-MS的流速（300 μL/min），这导致icIEF-MS的去溶剂化效率和离子化效率较高，从而极大的提高了MS灵敏度和动态范围，即使样品量低至1 ng。此外，在icIEF-MS中，补偿液采用含0.5% FA的50%乙腈，流速为5 μL/min，纳流泵速为50-100 nL/min。在此比例下，进入MS的最终流动相处于酸性条件，而文章中用于SCX-MS的洗脱流动相的pH接近mAb的pI点 (pH 7~10)，洗脱是在中性碱性条件下进行的，而在中性/碱性条件下，蛋白质与质子结合的能力比酸性条件下弱得多。因此，与SCX-MS相比，icIEF-MS在较低的电荷状态下具有更多的电荷数量，从而增加了电离和质谱效率。 总之，icIEF和SCX是两种有效的单克隆抗体分离工具，在高通量条件下分离效率都很高。然而，在icIEF-MS中，由于低迁移流速和酸性流动相的使用，其灵敏度比SCX-MS更高。这些结果表明，icIEF-MS是一种具有优越性能的单克隆抗体分离和表征方法，可以应用于生物制药的研究发现和质量控制。(A)(D) 图4 阿替利珠单抗的高灵敏度icIEF-MS表征分析:不同浓度(0.0 5 ~ 2 mg/mL ) 阿替利珠单抗(A) 的UV谱图，TIC (B) 和 MS(C )谱均为0.05 mg/mL；电荷变异体的浓度与MS响应强度的关系如图(D)所示。 图4展示了icIEF-QE Plus MS 在不同浓度阿替利珠单抗的结果，见图4。从酸性变异体和碱性变异体的 TIC和MS谱图得出，即使在 0.05 mg/ mL的最低浓度 (3倍S/N的UV信号)下，MS仍然检测到所有电荷变异体的明显信号。而SCX-QE Plus MS不能达到0.05 mg/ml的检出限。而在已报道的传统cIEF-MS研究中，典型的蛋白质分析浓度为 0.1~ 2 mg/mL。● icIEF-MS和SCX-MS的质量准确度比较 ●icIEF-MS 不仅在灵敏度上表现更优，而且在质量准确度方面也优于 SCX-MS。质量准确度是 MS 检测的一个关键指标，这取决于 MS 的分辨率。可达到的质量分辨率不仅取决于仪器的质量分辨率极限，还受电离过程的影响。加合物会使离子信号变宽，因为它们不仅来自于多重质子化的分析物，还来自于携带加合物的分析物。因此，更多的加合物会导致较差的分辨率和较大的质量误差（即较差的精度）。虽然源内碰撞诱导裂解（CID）可以减少加合物的形成，但并不是所有加合物都可以被去除。如表2所示，尽管使用了110 V 的源内CID值，但SCX-MS 获得的质谱峰仍然比 icIEF-MS 获得的质谱峰宽，导致 SCX-MS 主成分的 MW 偏差（5.4 ppm）大于 icIEF-MS（2.7 ppm）。另一个例子是贝伐珠单抗，在没有脱盐预处理的情况下，SCX-MS 对贝伐珠单抗的 MW 偏差高达33.9 ppm。脱盐后进行分析，贝伐珠单抗的偏差降低到12.8 ppm。而 icIEF-MS，由于加合离子形成较少，即使不脱盐，获得的贝伐珠单抗的偏差也仅为9.6 ppm。表2 阿替利珠单抗的电荷变异体的icIEF-MS和SCX-MS分析结果比较● icIEF-MS和SCX-MS的残留效应 ●相比 SCX-MS，icIEF-MS 的残留效应要小得多。在对阿替利珠单抗分析后，icEF-MS 使用含有4% HR 8.5&minus 9.5 两性电解质的水溶液作为空白样本，而 SCX-MS 使用水作为空白样本。在 icIEF-UV 检测中未观察到明显信号，而 SCX-UV 在阿替利珠单抗峰值处检测到了信号残留。SCX-TIC 和 icIEF-TIC 中有信号峰相对明显，保留时间分别为6.82和21.5 min，。从这两个信号峰提取的 MS 数据通过去卷积得出，SCX-TIC检测到的残余信号是阿替利珠单抗，而 icIEF-TIC 检测到的信号只是两性电解质，这意味着 icIEF-MS 中没有检测到残余分析信号。低残留率使得 icIEF-MS 对微量蛋白电荷变异体的检测更加准确和可靠，避免了假阳性结果。图5 icIEF-MS和SCX-MS的残留效应的比较：SCX-MS (A-C)显示残留阿替利珠单抗信号，而icIEF (D-F)没有残留分析物信号。如图4和图5所示，观察到1500~2500 m/z 的背景信号，MS信息证实它们不是蛋白质，而是来自两性电解质和溶剂背景，背景离子不干扰mAb电荷变异体的鉴定。 ● icIEF-MS鉴定蛋白质的可重复性 ● 针对阿替利珠单抗电荷变异体进行的重复性考察表明，icIEF-MS 平台对其测定表现出良好的重复性。通过 icIEF-MS 对批间蛋白质样品进行鉴定，所有批间检测到的相同电荷变异的质量偏差都很小（10 ppm），可以保证可靠性和一致性。 图 6 使用阿替利珠单抗进行的icIEF-MS蛋白鉴定的重复性考察（n=5）● 9种mAb的icIEF-MS表征结果 ●表3列出了所有9种mAb的电荷变异体的修饰鉴定结果。酸性变异体的表征比碱性变异体更具挑战性，因为酸性变异体具有更复杂的修饰。虽然这种酸性修饰通常可以通过 pI 来区分，但它们在分子质量上的差异相当小。icIEF在线串联高分辨率质谱可以通过结合完整的蛋白质分子量和测量的pI值来阐明蛋白质的结构信息，为解决酸性电荷变异体的难题提供一个有用的icIEF-MS联用平台。表3 九种单克隆抗体的电荷变异体的iCIEF-MS表征结果在对一系列不同的治疗性单克隆抗体进行电荷变异体表征时，icIEF-MS 和 SCX-MS 可以获得类似的结果。然而，icIEF-MS 在分离分辨率、灵敏度、低残留效应和 MW 测量准确度方面比 SCX-MS 展现出更多的优势。因此，将 icIEF-HRMS 分析与更常见的 SCX-MS 相结合，通过正交的验证，可以为分离和鉴别蛋白电荷变异体提供更加全面的分析策略。 如需进一步了解相关信息，可联系我们获取更多文献。艾易尔斯生物科技（AES）致力于全柱成像毛细管等电聚焦技术（icIEF）技术与质谱的联用、馏分制备以及高分辨分离等领域。

大家好，本周为大家介绍的是一篇发表在Journal of the American Society for Mass Spectrometry上的文章Fundamentals: How Do We Calculate Mass, Error, and Uncertainty in Native Mass Spectrometry1，文章通讯作者是来自美国亚利桑那大学化学与生物化学系的Michael T. Marty教授。　　非变性电喷雾离子化质谱(native ESI mass spectrometry)已经发展为一种成熟的、表征生物分子相互作用和结合化学计量的技术，通过将生物分子的缓冲体系换成质谱可兼容的挥发性盐溶液，来保护样品的结构和非共价相互作用在离子化过程中不被破坏。随着该技术的发展，一些计算概念的标准化是有必要讨论的。本文介绍了native MS中质量的定义、计算、误差和不确定性。　　对于一个质谱峰，有三个位置可以描述它的质荷比：平均值(mean)、中位数(median)和顶点(apex)。平均值又称为质心，即每根峰的质荷比加权其强度得到的平均值 中位数很少被用来描述峰值 顶点是指峰强度最高处的质荷比。在理想的情况下，质谱峰应该是完全对称形状的，质心和顶点的质荷比应该相同(图1A)，但这种情况在native MS中比较少见，因为经常会有盐离子等小分子加合到峰上，导致质心和顶点分离以及峰型不对称(图1B)，在这种情况下，顶点作为计算真实质量的参数更为合理。Native MS峰也可能与噪音(图1C)和基线(图1D)叠加，相比之下，噪音对顶点的影响大于基线，很可能干扰顶点的识别，这种情况下，选择超过一定阈值的质心计算质量更为合适。由于待测物会产生一系列电荷分布，建议在每个电荷态单独计算出质量后，再按电荷态的相对强度进行加权，获得最终的检测质量。　　图1. 几种可能的谱峰形状：理想(A)、有加合(B)、有噪音(C)、基线高(D)。　　在比较实测质量和理论质量时，误差指的是实测质量减理论质量，在谱峰鉴别时通常需要计算误差，而不确定程度是指在测量过程中不可避免的值的离散，为了评估误差和不确定程度，作者考虑了三个指标：①从不同电荷态计算出的质量的加权标准差(图2A)，这反映了通过所有电荷态计算出的质量的平均值的准确程度，标准差越小，平均值就越准确，这种计算标准差的衡量不确定程度的方式，适合手动计算质量时使用。②峰宽(图2B)，如果将质谱峰视为高斯分布，峰宽也是体现不确定程度的参数，在native MS中通常使用半峰宽来衡量峰之间的差异，由于重叠的峰难以手动区分但可以被软件识别，这种衡量方式更适合软件。③重复性(图2C)，相比于前两种方式，重复性是更好的确定不确定程度的方式，不确定程度可以定义为多次重复测量出的质量的标准差，但重复实验也需要考虑实验重复性因素(喷针口径，样品制备方法，样品批次，仪器校准等)。　　图2. 三种测量峰不确定程度的方法：不同电荷态计算出的质量的加权标准差(A)，峰宽(B)，重复性(C)。　　总结：本文讨论了native MS谱峰的质量、误差和不确定程度的定义，推荐从native MS谱图中不同电荷态的峰计算质量后，加权平均以获得精确质量，并通过重复实验考察不确定程度。　　1. Marty, M. T., Fundamentals: How Do We Calculate Mass, Error, and Uncertainty in Native Mass Spectrometry? Journal of the American Society for Mass Spectrometry 2022, 33 (10), 1807-1812.

p　　在传统的有机质谱仪中，增加离子淌度这一新的分离和测量因素，从而构成了新的离子淌度质谱(HDMS)系统，它除了按质量和电荷数之外，还可以根据离子的尺寸和形状分析样品，为研究人员提供了传统质谱所不能获取的特异性信息。该技术所获取的4维数据信息，包括保留时间、质荷比、漂移时间和强度。通过软件能够对其中的任意二维或三维信息进行自由选取或可视化处理。/pp　　1、HDMS这种特性非常适合于有关于结构或组成个性差异的研究，如食品中类似蛋白、多肽等大分子化合物以及氨基酸等小分子化合物的研究。因为传统质谱，不论分辨率多高，只能判断其分子量。而对于分子量相同或分子式相同的化合物，无论其结构上存在多大差异，均无法进行区分。而采用HDMS，则能够根据化合物的空间结构上的差异，通过其独有的离子淌度功能对于同分异构体进行区分，且能够同时得到高精确质量信息与不同的离子淌度分离时间信息。/pp　　示例1：由相同氨基酸按照不同顺序组成的两个肽段，其分子组成完全一致。但是由于其空间结构上存在细微的差异，借助于HDMS的离子淌度功能，能够实现对两种肽段同分异构体的分离检测。/pp style="text-align: center "img title="1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/fb78b6fb-fe03-45a1-8860-c39d172cbe72.jpg"//pp　　示例2：相同质量不同形状的两个同分异构蛋白，在HDMS中按照离子淌度分离，分别得到 A与B两个分离的区域。通过在数据处理软件中分别选取A区域或B区域，能够非常简单快速的获取到各个区域的质谱信息。/pp style="text-align: center "img title="2.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/cb1a4c65-55fd-4f94-915b-ac630f58eb8f.jpg"//pp　　示例3：对于亮氨酸及异亮氨酸这两种氨基酸小分子化合物，HDMS的离子淌度依然能够根据其空间结构上的差异，对两者进行分离。/pp style="text-align: center "img title="3.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/4dac36ba-fbb0-4726-976d-4290caeb74f5.jpg"//pp　　示例4：三种糖苷的同分异构体，由于葡萄糖链接的位置不同，从而造成空间结构上的细微差异。借助于HDMS的离子淌度功能，能够实现对这三种小分子同分异构体的分离。/pp style="text-align: center "img title="4.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/8581bdcc-ac3a-450b-bf5f-79bada1601c7.jpg"//pp　　2、同一物质在带多个电荷时，不同电荷数的离子在离子淌度中能够分布在不同的区域。而相同电荷的离子中如果存在空间构造上的差异，也能够被离子淌度进行分离。/pp　　示例1：蛋白构象研究：在对溶菌素的研究过程中，对于带8个电荷的部分进行深入分析，发现在离子淌度中可以区分为两个部分。经过MS-IMS-(CID)-MS分析发现，离子淌度中两个部分的构象不同。/pp style="text-align: center "img title="5.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/fae00944-3088-49ff-a506-4ecc904902bc.jpg"//pp　　3、对于食品中高分子材料的分析，由于数种高分子混在一起，再加上可能包含不同电荷的离子信息，质谱信号会相当复杂，此时离子淌度可依不同形状大小电荷来进行分离。/pp style="text-align: center "img title="6.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/bf36b24a-dc67-40f7-9546-3c02c058bf53.jpg"//pp　　以上可见，离子淌度质谱测试新技术，为相关的科学研究打开了新的一扇窗，能够给出更多的数据和信息，有利于复杂化合物及其结构与性能的更深探求和认识。/pp /p

浙江好创生物技术有限公司董事长朱一心在2015年美国质谱年会(ASMS 2015)上发布了有关电喷雾离子源(ESI)带电机理，相关的论文在ASMS上作为墙报展示。由于这套理论与传统ESI带电理论有所不同，引起了强烈的反响。仪器信息网编辑将发布的内容整理，供国内感兴趣的专家学者参阅。　　当前，蛋白质组学研究中最大的技术瓶颈之一就是生物质谱的离子源技术，因为现有离子源对离子的利用效率极低。　　事实上，自从80年代中期John B. Fenn 将电喷雾离子源应用于大分子质谱分析以来，全世界成千上万的科学家涌入了这一研究领域。快30年过去了，对于电喷雾离子源机理，还是停留在两个模式：Ion Evaporation Model (IEM) 离子蒸发，与Charged Residue Model (CRM) 电荷残留机理。这两个模式所描述的都是带电液滴离开Taylor Cone 以后的单分子气相电荷的形成过程（如图1所示），至今也无法解释以下两个问题：　　1、为什么电喷雾离子源中存在多电荷离子?　　2、为什么电喷雾离子源存在离子抑制现象?图1 电喷雾离子源机理　　有些学者认为多余的电荷是来自于液滴(Droplets that contain an excess of positive and negative charge detach from its tip.)　　根据电磁场理论，介质在电场中，正负电荷是以成对的形式存在的，不可能形成正、负分离。在电极的同一端更不可能产生正、负离子分离的现象。图2 离子源机理实验图　　下面是朱一心研究团队的实验过程。首先将离子源全封闭起来。图2中，瓶子 1、2、3 可以加上不同的液体或气体，作为辅助液气，控制泰勒锥周围的离子化气氛。图3 离子源离子化室内充满空气和氮气时的离子图　　当离子源离子化室(Chamber)充满空气时，肽段离子信号如图3左所示，肽段离子信号非常强。　　将离子源离子化室(Chamber)充满氮气,并且控制其质谱仪的真空度与离子源离子化室暴露大气时一样，如图3右所示，质谱仪无法检测到肽段离子信号。　　这样我们可以直观的推断(M+H)+ 中的正氢离子并非来自于 Tip 中的液体(流动相)。图4 Air气氛状态下，咖啡因的溶剂为D2O和H2O的谱图　　还有实验也能说明氢离子不是来自于流动相。分别用水(H2O)和氘水(D2O)溶解咖啡因，在没有辅助液体的时候，离子化室充满空气时，得到如图4所示的图谱，图中可见，上下图谱完全一致，这就说明了氢离子不是来自于流动相(Solvent)。如果是自于流动相，那么在用氘水(D2O)溶解咖啡因的质谱图中的主峰应该是(M+2)=196.17，而不应该与用水(H2O)溶解样品时得到的主峰一样(M+1)=195.17。咖啡因的结构如下图，它没有OH键，所以无法产生氢氘交换,最适合我们的实验。咖啡因(Caffeine)，分 子 式：C8H10N4O2， 分 子 量：194.19　　那氢离子到底来自于哪里呢?看了下面实验就知道了。　　在上面的实验中的辅助气中加以D2O为辅助液体以后，得到了完全一致的谱图，主峰均为(M+2)=196.26如图5所示。图5 Air+D2O 气氛状态下，咖啡因的溶剂为D2O和H2O的谱图　　从咖啡因的分子式可以判断，它100%无法进行氢氘交换。所以用氘水溶解样品，咖啡因的分子式不发生变化，在高电场中被电场极化的分子式与水溶解的咖啡因一致，分子量没有发生变化，还是M，吸附上一个氢离子以后形成(M+H)+ 正离子。加以氘水(D2O)辅助蒸汽以后，在泰勒锥(Taylor Cone)周围产生氘离子(D+)，所以极化后的分子吸附一个氘离子(D+)，形成(M+D)+ 正离子。这一实验就证明了氘离子((D+)，是来自于泰勒锥以外的。　　如果用传统的电喷雾理论，在这一实验中，用水(H2O)溶解咖啡因时，是永远见不到(M+2)+ =196.26的离子峰的。　　这三个实验可以说明，电喷雾离子源使分子带电的过程其实是场致水分子电离后产生氢离子，极性分子在高电场中的极化，极化后的分子与氢离子又产生了静电吸附，从而形成多电荷分子离子。　　图6 电喷雾离子源机理　　如图6所示，电喷雾发射针处于正电压，在尖端表面形成一个稳定的Taylor Cone，因为Taylor cone 的曲率半径很小，在纳米数量级，尖端表面的电场很强，将刚刚离开Taylor Cone 的极性分子极化，形成长条形的不稳定极性分子 同时将尖端表面的水分子场蒸发，形成氢离子，氢离子被长条形的极性分子的负端吸附，从而形成了多电荷离子。　　同时可见，当两个极性分子同时出现在Taylor Cone 附近，氢离子被极性大的分子吸附，从而出现了离子抑制现象。　　美国康奈尔大学化学与化学生物学荣誉教授Fred Mclafferty(右)与朱一心先生探讨技术问题　　赛默飞世尔R&D Director Jean-Jacques(右)，与朱一心先生探讨技术问题

2022年7月12日，由天津市色谱研究会主办，南开大学分析科学研究中心和中山大学药学院共同协办，仪器信息网承办的”首届中国结构质谱前沿论坛”在线上盛大开幕。会议旨在促进我国结构质谱领域科研人员的交流与合作，展示我国在结构质谱领域的最新研究成果，探讨为实现我国追赶全球发达国家结构质谱研究水平做出重点支持的方向。会议将举办5期分论坛，首日邀请了中国科学院大连化学物理研究所张玉奎院士、南开大学化学学院朱守非院长、南开大学邵学广教授、南开大学庞代文教授、威斯康星大学李灵军教授、清华大学瑕瑜教授、南开大学李功玉教授、香港理工大学姚钟平教授、中国科学院大连化学物理研究所李海洋研究员、中国科学技术大学黄光明教授、中山大学李惠琳教授、北京大学白玉副教授、宁波大学化学院唐科奇院长、南开大学张新星研究员等多位业内专家参与特邀讨论环节并进行学术进展报告分享。会议吸引了超过3000人次线上观看并参与互动。会议伊始，由中国科学院大连化学物理研究所张玉奎院士、南开大学化学学院朱守非院长分别致开幕辞，南开大学邵学广教授主持会议。学术报告分享前，威斯康星大学李灵军教授、清华大学瑕瑜教授主持了“中国结构质谱发展现状与未来探讨”的开放讨论环节。多位专家学者就“结构质谱定义”“仪器技术与结构质谱研究的关系”等前沿话题进行了热烈的讨论。接下来的学术报告环节，会议共邀请了香港理工大学姚钟平教授、中国科学院大连化学物理研究所李海洋研究员、中国科学技术大学黄光明教授、北京大学白玉副教授、宁波大学材料化学学院唐科奇教授等6位专家进行了精彩的报告分享。《Protein Mapping and Data Storage:When Peptides Meet Mass Spectrometry》香港理工大学 姚钟平教授人类文明的发展史同时也是信息或数据存储技术发展的历史。而现在的时代是一个大数据的时代，每天产生大量的数据，数据增长的速度也越来越快。这些数据通常以数字的形式存储于光电磁装置，不仅需要较大的物理空间，还不能保存很长时间，因此需要开发耐久而且高密度的数据存储新方法。使用分子来存储数据，是解决此问题的一个方案。比起现在广为报道的利用DNA分子结构进行数据存储的DNA存储技术，多肽可供选择的单体更多，包括20种天然氨基酸及其他非天然氨基酸，因而其产生的序列可提供更高的存储密度；而且多肽比现有的存储媒介及DNA耐久性更好，例如在有数百万年历史的古生物样本中，DNA已经完全降解，而多肽及蛋白质仍可被检测到进而进行科学研究。多肽合成工业也已很成熟，可以以较低价格合成各种各样的多肽；过去二十多年蛋白质组学的迅猛发展，带动了相关硬件和软件的日趋完善，现有质谱技术已可在短时间内对很低量的成千上万条多肽进行测序，这些为利用多肽序列存储数据创造了条件。报告主要介绍了姚钟平与合作团队共同开发的新方法，使用多肽和串联质谱（MS/MS）来存储和读取数据。《高分辨离子迁移谱技术及应用》中国科学院大连化学物理研究所 李海洋研究员近年来,随着大气压样品进样、离子源和离子操控等技术的发展,离子迁移谱已从化学战剂、爆炸物和毒品的专用检测技术迅速发展成为一种在分析领域广泛使用的技术。随着检测对象越来越复杂,对离子迁移谱的分析性能提出了更高要求,特别是对超高分辨能力的需求。报告围绕结构质谱学与离子迁移谱IMS、IMS仪器的研发及应用等方面的内容进行了深入介绍。《Direct Mass Technology 在超大分子结构分析中的应用》赛默飞 黄敏博士电荷检测质谱（CDMS）通过同时测量单个离子的质荷比和电荷数，进而计算获得离子质量m。因此，相较于其他类型质谱，CDMS技术的关键是如何准确地测量单个离子的电荷。目前，电荷检测质谱技术多是能够自行开发质谱仪器硬件，或自行改编FTMS软件的专家才能进行这样的实验。基于此2022年的ASMS会议上，赛默飞重磅推出了直接分析质谱技术（DMT），并将其结合在了Orbitrap上，这使得超大分子量的复杂蛋白的直接质谱检测成为了可能。报告重点介绍了赛默飞直接分析质谱技术在超大分子结构分析中的应用情况。《单细胞代谢组：原位质谱新技术及其应用》中国科学技术大学 黄光明教授近年随着分析手段的不断提高，人们越来越意识到细胞具有个体差异性。即使在相同条件下培养的同源细胞，其在形态、基因表达水平以及生长特性上都存在一定的差别。如果能够在细胞层面上对参与生理病理过程的一些关键生物化学成分进行描述，将有助于了解细胞实现可塑性和稳定性的特定机制。单细胞代谢组学为解答这些问题提供了很好的机会，但对于单细胞代谢组学来说，单细胞样品制备、鉴定细胞内代谢产物和数据分析都需要复杂的技术和模型来进行，相关分析方法也面临许多挑战。报告介绍了黄光明课题组针对分析方法面临的挑战，建立的单细胞质谱分析平台，具有可分析单细胞、高通量、可同时获得化学和生物信息等特点，并进一步介绍了其团队针对单细胞代谢物的质谱应用分析进展。《常压离子化质谱新技术及其生物检测新应用》北京大学 白玉副教授常压质谱由于其高通量、敞开环境下取样、基质的耐受性强等特点，为复杂体系高通量、原位分析提供了可能和机遇。报告介绍了白玉课题组基于常压电离质谱开展的研究进展，包括构建了多种新型常压离子源仪器部件，解决了小分子化合物分析的离子源通用性难题，为生物标志物分析奠定基础。不仅如此，其团队也构建了多维度有机质谱流式分析平台，实现了单细胞中蛋白质和代谢物多维分子信息的同时获取，为肿瘤细胞精准分型及肿瘤耐药等研究提供创新性工具。《高分辨离子迁移谱质谱与分子结构解析应用的探究》宁波大学材料化学学院 唐科奇院长/教授离子迁移谱根据其操作原理可分为弱电场离子迁移谱(IMS)和高场非对称离子迁移谱(FAIMS)两大类，它和质谱(MS)的联用有效的克服了单一质谱技术难以测定分子结构的问题。由于离子迁移谱质谱这项复合技术具有同时确定分子成分和结构的能力，目前已被各大国际质谱公司采用并开发出了相应的商用产品，在分析化学，生命科学等多个领域里得到了广泛应用。报告介绍了各类迁移谱技术的发展和机理，并探讨了如何实现超高分辨率离子迁移谱的技术和方法，包括将高场非对称离子迁移谱和弱电场离子迁移谱复合组成二维迁移谱的可行性。首届中国结构质谱系列线上会议的第一期分论坛成功举办，下一期分论坛将于7月19日（周二）13:30-17:30召开，届时敬请关注。点击下方链接报名参会！点击了解会议：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/structuralmass2022.html

布鲁克公司在HUPO和JAIMA会议上推出新一代amaZon speedTM离子阱质谱仪 全新的amaZon speed系列显著提高了离子阱性能、分析能力以及对蛋白质组学和小分子分析的整体性能。 商业资讯于2011年9月6日报道：在瑞士日内瓦的第十届HUPO全球年会(http://www.hupo2011.com)，以及在日本东京的JAIMA会议上(http://www.jaimasis.jp)，布鲁克公司推出了最新的高性能amaZon speed和amaZon speed ETD离子阱质谱仪（ITMS），以满足蛋白组学、研究和应用领域日益增长的需求。在原有基础上再次的显著提高成就了amaZon新一代系列产品无与伦比的离子阱性能。 amaZon speed不仅仅是世界上速度最快的离子阱，更是具备最高质量精度和分辨率的离子阱。amaZon speed所有的扫描模式均提供了显著提高的分辨率：扫描速度最快的XtremeScan (52,000 u/sec)模式，对于双电荷离子提供优于0.5u的高质量分辨率；最大分辨模式(5,200 u/sec)能将质量分辨率控制在远低于0.1u的水平，可以在全扫描方式（质荷比高达3000）下分辨8价离子。amaZon speed在硬件和软件上的另一重要改进使得MS/MS周期达到8Hz。 无论采用自下而上（Bottom-up）还是自上而下（Top-down）的方法，amaZon speed离子质谱仪的杰出性能都为蛋白质组学研究人员配备了无可超越的分析能力。再加上SMARTTM模式的母离子隔离和碎裂，amaZon speed LC/MS/MS 可以通过常规单针进样分析，从1μg E. Coli细胞裂解液中确信鉴定约1300个蛋白。只有最近才推出的那些更加昂贵的大型质谱仪才能进行类似操作。蛋白质组学研究需要相当宽的动态范围，amaZon speed可以实现这一性能。对标准蛋白质混合物的检测结果显示，amaZon speed可以覆盖高达5个数量级的浓度范围。 对于自上而下的应用和翻译后修饰（PTM）分析，amaZon speed ETD延续了布鲁克在ETD/PTR技术方面的领先地位，继续提供最灵敏，强大而可靠的设备。结合布鲁克有创新专利的GlycoQuestTM多聚糖搜索引擎，amazon speed能够轻松实现自动检索多糖结构，从而为蛋白质组学研究中最苛求的学科提供了最理想的仪器。 性能的提升使得amaZon speed同样能够为各类小分子研究工作提供更高质量的数据。灵敏快速的 LC-MS/MS方法能在5分钟内定量分析医疗用药。新型软件可以实现自动的碎片离子指认，用于多级质谱得到的代谢物鉴定和结构分析。amaZon speed 是一个特别耐用的系统，非常适合多用户环境，由布鲁克公司独特的Compass OpenAccess软件支持，提供基于网络的客户服务端的多种自动化解决方案，包括质量控制（QC）、重组蛋白的分子量核查和自动库检索等。直观的图形界面（GUI）流程，结合灵活高通量的特点，使得amaZon speed非常适合于工业、临床、合成和教学实验室的日常应用。 “amaZon speed代表了新一代离子阱质谱仪，是速度和性能方面有完美的结合”，布鲁克离子阱质谱仪产品经理Markus Meyer博士如是说，“基于我们专业的离子阱技术，我们为科研和分析领域带来了经久耐用、物美价廉的全新仪器，旨在应对日益扩大和深入的分子检测挑战。”

仪器信息网讯 近日，沃特世收购了电荷检测质谱仪（CDMS）的早期开发商Megadalton Solutions的技术资产和知识产权，关于交易的财务细节尚未披露。纳米药物代表了细胞和基因治疗领域的下一代药物疗法，但这些大分子无法通过传统的质谱仪进行测量。在此前，Megadalton Solutions一直致力于采用专有的CDMS技术，将质谱分析的精度扩展到纳米级的新分子。Megadalton Solutions由印第安纳大学的Martin Jarrold和David Clemmer教授于2018年创立，沃特世在2020年成为了该公司的战略投资者并在2021年将公司的CDMS技术投入到沃特世Immerse Cambridge创新研发实验室进行进一步的测试和开发。沃特世总裁兼首席执行官Udit Batra博士说：“带有CDMS的大分子质谱为下一代生物制剂（如细胞和基因疗法）的表征、分析和量化提供了重要工具，这是生物制药和生物医学研究客户高度感兴趣的一个领域。由于大分子的复杂性，用常规质谱法对其进行表征非常具有挑战性。我们期待着进一步开发CDMS技术并将其商业化，以帮助客户在细胞和基因治疗药物开发等应用中分析和量化大分子。”Megadalton Solutions首席执行官Martin Jarrold博士则表示：“我们开发了自己的CDMS检测器，将质谱检测的精度引入了复杂生物制剂的分析当中。而现在是公司发展过程中一个激动人心的里程碑，沃特世将推动并继续发展将CDMS用于大分子分析，例如基因疗法中所采用的大分子药物等。”

3月24日，国际著名学术期刊《Nature Communications》以“Atomic-scale study clarifying the role of space-charge layers in a Li-ion-conducting solid electrolyte”为题发表了中国科学技术大学马骋教授的最新研究成果。马骋教授团队通过球差校正电镜的原子尺度观测，研究了空间电荷层对全固态锂电池中离子传输的影响，并发现这一现象的微观机理和过往几十年的认知截然不同。相比于目前的商业化锂离子电池，全固态锂电池具有更好的安全性和更大的能量密度提升空间。在这种电池中，空间电荷层可以产生于各种固-固界面附近；只有深入理解了该现象对离子传输的影响，才有可能有针对性的进行界面优化。在之前的文献报道中，研究者普遍认为空间电荷层对离子迁移的影响只由锂离子的浓度决定：锂离子浓度高则有利于离子迁移，而锂离子浓度低则不利于离子迁移。这一认知存在两个问题。首先，该理论所提及的锂离子浓度波动并未受到实验观测验证。其次，锂离子的浓度改变常常会引起晶格扭曲、相变、锂离子/空位比例变化等一系列同样能显著影响固体中离子传输的因素，因此整体离子传输效率不一定像文献中普遍认为的那样简单随锂离子浓度的升高而升高，而是可能存在很复杂的相互关系。为了透彻的理解空间电荷层对离子传输的实际影响，研究者需要对材料进行原子尺度的直接观测。马骋教授团队发挥了球差校正透射电镜具有原子级分辨率的优势，以Li0.33La0.56TiO3这一经典固态电解质的晶界作为研究对象，揭示了空间电荷层对其离子传输的影响。在文献报道中，研究者普遍认为该材料之所以会具有过大的晶界电阻，是因为空间电荷层在晶界附近形成了锂离子浓度极低的区域，从而限制了离子迁移效率。不同于这一认知，马骋教授团队通过球差校正电镜观测发现晶界附近的锂离子浓度反而高于材料中的平均水平，并且精准确定了这些多余锂离子在晶格中的位置。在此基础上，研究者结合理论计算和电化学测试，发现这种晶体结构能实现相当高效的离子传输，和文献中被普遍接受的假想截然相反。这一发现修正了研究者关于空间电荷层的认知，也为全固态电池的界面优化提供了指导法则。审稿人认为本工作“具有重大新意”（the novelty is substantial），并且认为“（本工作所揭示的）晶界附近细致的原子结构信息对于理解固态电解质的物理性质和性能是必不可少的”（The information on the detailed atomic structures near the grain boundary is essential for understanding the physical properties of the solid electrolyte and the performance）。本论文的第一作者为中国科学技术大学博士生古震琦，共同第一作者为中国科学技术大学博士后马家乐和博士生朱峰，通讯作者为中国科学技术大学马骋教授和李震宇教授。该工作得到了中国科学院先导科技专项培育项目、科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学技术大学重要方向项目培育基金等项目的资助。图1 空间电荷层的锂离子浓度分布、晶体结构和离子迁移效率

碰撞电荷转移反应广泛存在于星际介质、行星大气、等离子体等复杂气相环境中。从分子层面探究电荷转移反应的机理对剖析这些复杂气相环境的物质演化和能量传递过程有重要作用。Ar++N2→Ar+N2+是经典的电荷转移体系，受到广泛的实验和理论研究。然而，不同研究之间无法相互吻合，存在争议。这主要是由于以往实验产物探测分辨率相对较低，反应物离子束同时含有基态Ar+(2P3/2)和激发态Ar+(2P1/2)，实验中难以区分不同自旋-轨道态的Ar+离子对反应产物的贡献。 　　中国科学院化学研究所分子反应动力学实验室高蕻课题组自主设计搭建了一套量子态选择的离子-分子交叉束装置，其能量分辨率达到国际领先水平。研究通过共振增强多光子电离方法制备处于特定自旋-轨道态的Ar+(2P3/2)离子束。实验首次精确地测量了产物N2+离子的振动和转动态分布及其与散射角的相关性(图a、b)。美国新墨西哥大学郭华课题组对该体系开展了全维度trajectory surface hopping计算。计算结果与实验结果达到半定量吻合的程度，首次揭示了该反应两种完全不同的电荷转移机制(图c、d)。一是经典的由长程相互作用决定的Harpoon电荷转移机理，主要发生在N2+(v′=1)产物通道，产生的N2+离子集中在前向散射区域且转动激发较低(图c)；第二种机理在N2+(v′=2)产物通道中起主导作用，而该通道产物主要分布在前向区域却具有很高的转动激发(图d)，这与经典的硬球碰撞模型不符。理论计算表明，这是由两个反应物分子的长程吸引势和短程排斥势之间的微妙平衡引起的硬碰撞辉散射(Hard collision glory scattering)过程，这是科学家首次在电荷转移反应中观测到这种特殊的散射机理。 　　相关研究成果发表《自然-化学》(Nature Chemistry)上。研究工作得到中国科学院、北京市自然科学基金和北京分子科学国家研究中心的支持。该研究由化学所和新墨西哥大学合作完成。(a)产物N2+散射图，(b)理论计算的N2+不同振动能级的转动量子态分布以及N2+的v′ = 1(c)和v′ = 2(d)振动能级的转动激发与散射角的相关性图。

大家好，本周为大家分享一篇发表在Analytical Chemistry上的文章，Ion Mobility-Mass Spectrometry and Collision-Induced Unfolding of Designed Bispecific Antibody Therapeutics1，文章的通讯作者是密歇根大学的Brandon副教授。　　双特异性抗体(bispecific antibodies, bsAbs)是一类重要的新兴疗法，能够同时靶向两种不同的抗原，已被开发作为对某些单克隆抗体疗效有限疾病的治疗手段。尽管bsAbs具有独特的优势，但它的结构较为复杂，需要特殊的制备工艺，“knobs-into-holes”(KiH)是其中一种可以用于制备bsAbs的技术，这种技术通过将knob链CH3结构域表面的特定氨基酸突变为较大氨基酸，将hole链上的突变为较小氨基酸，从而实现“knobs-into-holes”的配对形式，提高不同轻重链在配对时的正确配对率，产生正确的bsAbs。然而，由于抗体治疗药物分子量较大，通常比传统的小分子药物表现出更大的结构复杂性和异质性，对KiH bsAb 高级结构的完整表征对定义bsAb的结构功能关系，以及确保最终治疗的稳定性、有效性和安全性都至关重要。目前已开发的分析方法有很多，但是普遍存在样品消耗量大、数据采集和解析时间较长等缺点。近年来，非变性离子迁移质谱(ion mobility-mass spectrometry, IM-MS)和碰撞诱导去折叠(collision-induced unfolding，CIU)逐渐被证实是用于分析单克隆抗体高级结构的有效方法，能够从存在结构异质性和杂质的几微克样品中表征单抗治疗药物的高级结构。IM可以根据气相蛋白离子的电荷和旋转平均碰撞截面(collision cross sections，CCSs)在毫秒时间尺度上对蛋白进行分离。当与质谱耦合时，可以很容易地将质荷比相同但CCS不同的离子区分开来，而CIU可以使IM-MS同步提供蛋白质结构和构象稳定性信息。CIU根据二硫键、糖基化水平、结构域交换特性等信息来区分差异。　　在这篇文章中，作者描述了定量CIU在bsAbs中的首次应用，扩展了非变性IM-MS和CIU的能力，用于稳定表征KiH bsAb及其亲本knob和hole同型二聚体单抗的高级结构。　　图1 Native、未修饰的knob(蓝色)和hole(橙色)同型二聚体，以及KiH bsAb异型二聚体(绿色)的CIU实验。(A)24+电荷态(左)及其相应重复RMSD基线(右)的平均CIU指纹图谱(n=3)。所有的指纹图谱都显示了白色虚线框所示的三个主要特征。在(B) 5 V、(C) 65 V、(D) 110 V时的标准化TWCCSN2分布。在较低的激活电位下，所有抗体均具有相似的CCS，在较高的加速电位下则存在显著差异。(E)两两的RMSD分析显示，与重复的RMSD基线(虚线)相比，抗体之间的整体高级结构差异。(F)CIU50分析说明了KiH bsAb模型的稳定性如何保持在knob和hole的同型二聚体之间。　　如图1所示，bsAb的稳定性似乎与本文研究的KiH模型的两个亲本同型二聚体单克隆抗体相关。在电压为65V时，KiH bsAb的TWCCSN2分布与亲本knob同型二聚体单抗的分布相似 而在110V时，则与亲本hole同型二聚体单抗的分布相似。并且KiH bsAb的稳定性介于两种亲本同型二聚体单抗的稳定性之间。与指纹图谱中记录的第一次CIU转换相对应的是CIU50-1值，第二次的则是CIU50-2值，从3组样本的数据分析推测，CIU50-1和CIU50-2很可能代表了KiH bsAb和mAb结构中不同结构域的局部稳定性。　　图2 knob和hole的半体CIU数据。(A)16+电荷态的平均CIU指纹图谱(n=3).(B)两两RMSD分析显示，半体之间的高级结构存在显著差异。(C)CIU50分析显示，蛋白质稳定性存在显著差异。　　为了更好地展示KiH bsAb不同结构域的CIU特征，作者记录了同型二聚体单抗IM-MS光谱中16+电荷态的knob和hole半体的CIU数据。从图2A的指纹图谱可以看出，每种结构都包含4种主要的CIU特征，但是图2B的RMSD分析显示两种半体的高级结构之间存在显著差异。CIU50分析进一步表明，在观察到的两次展开过渡中，knob半体明显比hole半体更稳定。作者推测造成这种CIU主要差距的原因可能是Fab结构域的差异。　　图3 Fab和Fc片段的CIU数据。(A)13+电荷态的平均CIU指纹图谱(n=3).(B)两两RMSD分析显示，knob和hole的Fab片段之间存在显著差异。(C)CIU50分析显示，不同片段之间稳定性存在显著差异。　　为了进一步将CIU特征联系到KiH bsAb的结构域当中，作者对木瓜蛋白酶消化后产生的Fab和Fc片段进行了CIU分析。从图3A可以看出，knob和hole的Fab片段都具有3种CIU特征，但是嵌合的Fc片段则具有4种CIU特征。尽管knob和hole的Fab片段具有相似的CIU指纹图谱，但是RMSD分析显示它们之间的高级结构仍然存在较大差异，并且knob的Fab片段稳定性明显高于hole的。至于Fc片段的稳定性则远高于两种Fab片段，可能的原因是重链CH3结构域的强非共价作用以及knobs-into-holes配对的影响。　　图4 去糖基化后的knob、hole同型二聚体和KiH bsAb异型二聚体24+离子(n=3)。(A)比较对照组和去糖基化抗体的RMSD分析显示，高级结构有显著差异。CIU50-1(B)和CIU50-2(C)分析显示抗体去糖基化后表现出显著的不稳定性。(D)对照组和去糖基化抗体之间的CIU50值差异图。　　先前的研究已经证明，CIU对不同水平的单抗糖基化很敏感，其中去糖基化会导致单抗高级结构的不稳定。作者利用高分辨率非变性轨道阱质谱分辨添加PNGaseF前后同型二聚体mAb和KiH bsAb糖型的变化。实验结果显示，KiH bsAb表现出高度糖异质性，包含至少12种不同的糖型。这很可能归因于组装的KiH bsAb中每个独立的knob和hole重链上存在独特的糖基化，进一步增加了其复杂性。　　总而言之，这篇文章展示了IM-MS结合CIU用于建立KiH bsAb及其亲本同型二聚体之间高级结构联系的能力。单独的CCS不足以解决此研究中抗体之间细微的高级结构差异。相比之下，CIU指纹图谱则可以分辨和区分每一个等截面的抗体。这一解释bsAb CIU细节的能力，加上对KiH bsAb稳定性的更深入理解，有可能提供支持KiH bsAb发现和发展的关键信息。　　撰稿：梁梓欣　　编辑：李惠琳　　文章引用：Ion Mobility-Mass Spectrometry and Collision-Induced Unfolding of Designed Bispecific Antibody Therapeutics　　李惠琳课题组网址www.x-mol.com/groups/li_huilin　　参考文献　　Villafuerte-Vega, R. C., Li, H. W., Slaney, T. R., Chennamsetty, N., Chen, G., Tao, L., & Ruotolo, B. T. (2023). Ion Mobility-Mass Spectrometry and Collision-Induced Unfolding of Designed Bispecific Antibody Therapeutics. Analytical Chemistry.

Fig. 1: View of the SuperMaMa laboratory at the University of Vienna. The hanging gold-plated insert is the radiation shield behind which the superconducting nanowire detectors are installed. C: Quantennanophysik @ Universität Wien　　Fig. 2: Counting single proteins with a superconducting nanowire. The background and nanowire are altered in Photoshop with the Generative Fill AI. (Human Insulin PDB:3I40). C: CC BY-ND 4.0 Quantum Nanophysics University of Vienna.　　据奥地利维也纳大学(University of Vienna, Boltzmanngasse, Vienna, Austria.)2023年12月4日提供的消息，由维也纳大学量子物理学家马库斯阿恩特(Markus Arndt)领导的国际研究团队在蛋白质离子检测方面取得突破：超导纳米线探测器凭借其高能量灵敏度，实现了蛋白质离子检测的突破(Quantum physics: Superconducting Nanowires Detect Single Protein Ions)。几乎100%的量子效率，比传统离子探测器在低能量下的探测效率高出1000倍。与传统探测器相比，它们还可以通过冲击能量来区分大分子。这允许更灵敏地检测蛋白质，并提供质谱分析中的附加信息。这项研究的结果于2023年12月1日已经在在《科学进展》(Science Advances)杂志网站发表——Marcel Straus, Armin Shayeghi, Martin F. X. Mauser, Philipp Geyer, Tim Kostersitz, Julia Salapa, Olexandr Dobrovolskiy, Steven Daly, Jan Commandeur, Yong Hua, Valentin Köhler, Marcel Mayor, Jad Benserhir, Claudio Bruschini, Edoardo Charbon, Mario Castaneda, Monique Gevers, Ronan Gourgues, Nima Kalhor, Andreas Fognini, Markus Arndt. Highly sensitive single molecule detection of macromolecule ion beams. Science Advances, 1 Dec 2023, Vol 9, Issue 48. DOI: 10.1126/sciadv.adj2801. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj2801　　参与此项研究的除了来自维也纳大学的研究人员之外，还有来自奥地利科学院(Austrian Academy of Sciences, Boltzmanngasse, Vienna, Austria)、荷兰MSVision(MSVision, Televisieweg 40, 1322 AM Almere, The Netherlands)、荷兰单量子(Single Quantum, Rotterdamseweg 394, 2629 HH, Delft, The Netherlands) 瑞士巴塞尔大学(University of Basel, St. Johannsring 19, CH-4056 Basel, Switzerland)以及瑞士洛桑联邦理工学院(école Polytechnique Fédérale de Lausanne简称EPFL, Rue de la Maladière 71b, CH-2002 Neuchatel, Switzerland)的研究人员。　　大分子的检测、识别和分析在生命科学的许多领域都很有趣，包括蛋白质研究、诊断和分析。质谱法通常用作检测系统即一种通常根据带电粒子(离子)的质荷比分离带电粒子(离子)并测量检测器生成的信号强度的方法。这提供了有关不同类型离子的相对丰度的信息，从而提供了样品组成的信息。然而，传统探测器只能对具有高冲击能量的粒子实现高探测效率和空间分辨率——这一限制现已被使用超导纳米线探测器的国际研究团队克服。　　低能粒子的合力(Joined forces for low energy particles)　　在当前的研究中，由维也纳大学与代尔夫特的单量子、EPFL、MSVision和巴塞尔大学的合作伙伴协调的欧洲联盟首次展示了超导纳米线的使用所谓的四极杆质谱(quadrupole mass spectrometry)中蛋白质束的优秀检测器。待分析样品中的离子被送入四极杆质谱仪并进行过滤。“如果我们现在使用超导纳米线而不是传统探测器，我们甚至可以识别以低动能撞击探测器的粒子，”维也纳大学物理学院量子纳米物理小组(Quantum Nanophysics Group at the Faculty of Physics at the University of Vienna)的项目负责人马库斯阿恩特 (Markus Arndt) 解释道。这是通过纳米线探测器的特殊材料特性(超导性)实现的。　　借助超导技术实现这一目标(Getting there with superconductivity)　　这种检测方法的关键是纳米线在非常低的温度下进入超导状态，在这种状态下它们失去电阻并允许无损电流流动。进入离子对超导纳米线的激发导致返回到正常导电状态(量子跃迁)。在此转变期间纳米线电特性的变化被解释为检测信号。“通过我们使用的纳米线探测器，”第一作者马塞尔 施特劳斯(Marcel Strauß / Marcel Straus)说，“我们利用了从超导到正常导电状态的量子跃迁，因此可以比传统离子探测器性能高出三个数量级。” 事实上，纳米线探测器在极低的冲击能量下具有显著的量子产率-并重新定义了传统探测器的可能性：“此外，配备这种量子传感器的质谱仪不仅可以根据分子的质量到电荷状态来区分分子，还可以根据分子的动能对它们进行分类。这改善了检测并提供了更好的空间分辨率的可能性，”马塞尔施特劳斯说道。纳米线探测器可以在质谱、分子光谱、分子偏转或分子量子干涉测量中找到新的应用，这些领域需要高效率和良好的分辨率，特别是在低冲击能量下。图 2(Fig. 2)是用超导纳米线计数单个蛋白质。　　团队和资金(Team & Funding)　　单量子(Single Quantum)领导超导纳米线探测器的研究，洛桑联邦理工学院的专家提供超冷电子学，MSVISION 是质谱专家，巴塞尔大学的专家负责化学合成和蛋白质功能化。维也纳大学将所有组件与其在量子光学、分子束和超导性方面的专业知识结合在一起。　　本研究得到了戈登和贝蒂摩尔基金会 (Gordon and Betty Moore Foundation: 10771)、欧盟地平线2020框架计划(European Union’s Horizon 2020 Framework Programme: 860713 and 777222)的资助。　　上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。　　Abstract　　The analysis of proteins in the gas phase benefits from detectors that exhibit high efficiency and precise spatial resolution. Although modern secondary electron multipliers already address numerous analytical requirements, additional methods are desired for macromolecules at energies lower than currently used in post-acceleration detection. Previous studies have proven the sensitivity of superconducting detectors to high-energy particles in time-of-flight mass spectrometry. Here, we demonstrate that superconducting nanowire detectors are exceptionally well suited for quadrupole mass spectrometry and exhibit an outstanding quantum yield at low-impact energies. At energies as low as 100 eV, the sensitivity of these detectors surpasses conventional ion detectors by three orders of magnitude, and they offer the possibility to discriminate molecules by their impact energy and charge. We demonstrate three developments with these compact and sensitive devices, the recording of 2D ion beam profiles, photochemistry experiments in the gas phase, and advanced cryogenic electronics to pave the way toward highly integrated detectors.文章来源：科学网 诸平

赛默飞Orbitrap Eclipse三合一超高分辨质谱仪从根本上提高了定量蛋白质组分析的灵敏度、速度和准确性，以及全面定义蛋白质形式和蛋白质复合物的能力。HMRn（高质量范围MSn）、PTCR（质子转移电荷减少）和RTS（实时搜索）的加入是专门设计的功能，极大地提高了质谱识别重要生物分子的能力，并在结构上以前所未有的详细程度对它们进行研究。在保持Orbitrap Fusion Lumos三合一质谱性能的基础上，Eclipse提升了如下主要性能：（1）HMRn（High Mass Range MSn，高质量范围MSn）：MSn多级质谱的分子量范围可达到8,000 Da，包括扩展Orbitrap的m/z 至8,000和LTQ分离母离子m/z至8,000，并具有MSn（n=1~10）能力。比如使用HMRn做NativeOmics，可以用多级质谱鉴定膜蛋白的配体，更好理解蛋白的相互作用。（2）PTCR（Proton Transfer Charge Reduction ，质子转移电荷减少）离子源：全氟菲烷(PFPP) 离子，用于随后双级线性离子阱中的气相离子反应，利用质子转移减少母离子或子离子的多电荷态，使多电荷谱图的质量提高、Top-down组学的解析更容易，可以更好地揭示蛋白隐藏的特征。（3）RTS（Real-time search实时搜索）算法软件：提供了强大的数据库功能，当已鉴定的蛋白和初始数据库匹配一致就标记为不再进行MS3，因此可有效缩短时间，提升1倍通量。在选择已确定的母离子进行 SPS MS3 定量时，可提高定量准确性和TMT实验的蛋白质组覆盖率。（4）双曲面QR5 分段四极杆：增长为25 cm，并扩大直径，提升离子传输效率，并可有限选择分离0.4 Da的母离子。（5）具有50万分辨率，扩展选项后可达到100万分辨率。创新点：Orbitrap Eclipse三合一质谱，在Orbitrap Fusion Lumos系统基础上进一步优化了离子传输系统，能够提供前所未有的分析深度，旨在解决生物学研究中最具挑战性的分析难题。从根本上提高了蛋白质定量分析的灵敏、速度和准确，以及全面定义蛋白质以及复合物的能力。1. 采用QR5双曲面分段四极杆，最小隔离窗口可达0.4Da；2. 改进的双压线性离子阱质量分析器：前部延长的高压阱，实现高效率的捕集、快速冷却和裂解离子，用于改善ETD和PTCR反应控制。3．超快速扫描：Orbitrap最快扫描速度40Hz，离子阱扫描最快速度45Hz。4．新的蛋白质组学定量方法: 实时检索TMT定量方法可实现更快的数据采集，显著提高TMT定量蛋白组学的分析性能；SureQuant定量方法用于快速精确蛋白质组绝对定量。5. 可选配PTCR（质子转移电荷降低）技术：PTCR离子源是EASY-ETD离子源的延伸，产生全氟菲烷（PFPP）离子，通过降低前体离子和/或碎片离子的电荷态以简化对复杂谱图的解析，从而简化复杂的自上而下(top-down)谱图数据。6．选配的高质量范围MSn（HMRn）功能：Orbitrap m/z最大到8000，扩大了线性离子阱隔离的质量范围，可对完整蛋白和蛋白质复合体进行全面的多种碎裂模式MSn表征。赛默飞Orbitrap Eclipse 三合一高分辨质谱仪

2022年，原位质谱和原位检测迈入4.0黄金时代！快捷、灵敏地检出并有效监控有毒有害物质的污染迁徙，或准确、高效定位核心营养及病变成分的分布变化，仍然是全球分析检测人的崇高责任和远大目标。缘由新冠爆发，核酸检测已人尽皆知；更多物种的分析检测，仍属局内人员的专业领地，尚非公众常识。即便是与国计民生的方方面面紧密关联的食品安检或临床检验，因所采用的检验设备异常昂贵或技术储备高企，还普遍停留在高能低效和聚集在大学研究院等象牙塔级别的中心实验室来完成。原位电离质谱（Ambient Ionization Mass Spectrometry，简称 AIMS）技术作为质谱学和分析科学领域的重大变革，近十年来始终引领行业大潮，盘踞头条，在临床检验、生命科学和分析测试各个行业快速下沉，突破传统技术瓶颈，逐步形成行业新趋势和新标准，契合时空多组学发展大势和地标特优大数据开发，推动着质谱快检技术的进步和创新，助力实现应检尽检、早查预警和诊疗前移，大大降低社会运营成本和化学危害风险。“探寻风味密码”、“揭示病理变化”… … AIMS 原位质谱既保持了质谱系统后端质量分析器的灵准特点，又增加了原位电离特有的快与广谱的优势，实现样品的应检快检全检，大数据捕获因而更加精准高效。经十多年积淀，原位质谱分析检测方案已演化为一支最有活力和潜力的分析科学生力军。因其特有的原位、无损、实时、快速、低耗和易上手等优点，原本高门槛的质谱技术为各行业快速熟悉、接纳、和喜爱；应用场景也由初期的刑侦司法理化物证分析，演绎至食药分析、材料表征、商贸检疫、农渔环监、物种识别、风味剖析、烟酒茶检、医药临检、卫检疾控、组学研究、生产质控、成像研究、疾病筛查和手术监控等领域。基于此，华质泰科（华质生物）与仪器信息网将于2022年8月24日联合举办“2022原位质谱网络主题研讨会”，聚焦精准食药检测、风味聚类溯源、生命组学成像和现场环境毒检等国际应用热点场景和原位质谱技术前沿。特邀演讲嘉宾多为一线知名科学家，长期浸润于质谱学前沿和分析应用高地，学术造诣与行业实践高度结合，其成果分享将为国内各行各业深挖检测分析新技术和促进环球产业合作提供重要的窗口和契机。诚挚邀请您莅临这一网络盛会，与同僚共享共鸣，推动实时科学与先进分析检测技术的高水平发展！扫码报名 / 会议网址David D.Y. Chen 陈大勇 教授南京师范大学，加拿大英属哥伦比亚大学主持人简介：David D.Y. Chen 陈大勇，教授，博士生导师，南京师范大学，加拿大英属哥伦比亚大学。本科毕业于厦门大学、博士毕业于艾伯特大学。1993年在艾伯塔大学医学微生物学与传染病学系从事博士后研究。1999年任职加拿大 UBC 至今，2013年起聘任南京师范大学教授。专注于研究分离、纯化、质谱新方法和新技术，开发新装备及其在生物医学中的应用。David D. Y. Chen 是国际上分析化学领域的知名学者，在国际分析化学的权威性杂志上发表研究论文100多篇，被引用3900余次，H-index 为36 (Google Scholar Citations)。先后获得了英国皇家化学会的分析方法奖；加拿大化学会的分析科学 W.A.E. McBryde 奖章；不列颠哥伦比亚大学的最高自然科学和工程学奖-CharlesMcDowell 金奖和加拿大化学会分析化学杰出贡献奖（Maxxam Award）。演讲嘉宾蔡宗苇 教授，香港浸会大学Prof. Zongwei CaiHong Kong Baptist UniversityAmbient Ionization Mass Spectrometry Imaging in Research of Environmental Toxicology大气压电离质谱成像在环境毒理研究中应用简介：蔡宗苇教授1982年毕业于厦门大学化学系，获得理学学士学位，1990年获得德国马尔堡大学博士学位。1991-1993年在美国 Nebraska 大学担任博士后，1994-1996年任研究助理教授。1996-2000年，蔡教授在 GSK 工作，领导一个质谱组，从事药物代谢和药代动力学研究。现任香港浸会大学化学系讲座教授，二噁英分析实验室主任，环境与生物分析国家重点实验室主任。蔡宗苇教授从事质谱化学分析的基础理论及其在环境、生物、药物和痕量有机污染物的应用，目前主要研究与环境污染物相关的人体健康和疾病，已在国际学术刊物上发表论文600多篇。他的研究小组配备了一系列先进的质谱仪，用于药物代谢、蛋白质组学和代谢组学等研究。Brian Musselman 博士美国 IonSense 技术顾问主持人Pulsing Ambient Ionization Mass Detection for High Throughput DART-based Analysis脉冲式原位电离质谱用于高通量 DART 分析简介：Brian D. Musselman 博士，美国 IonSense 技术顾问。质谱发明家、质谱工业资深顾问。曾任 JOEL (美国) 质谱产品、应用、市场部高级经理，AB SCIEX 生物质谱市场高级总监，IonSense 总裁兼首席执行官。曾获 Pittcon’ 97 ESI-TOF 质谱发明银奖，IR100’ 94 台式高分辨 GCMate 质谱发明奖。曾任美国质谱学会 ASMS 副总裁，ALA 委员，ABRF 委员和财经主席。Terry Bates美国康奈尔大学 Gavin Sacks 组SPMESH DART-MS: super-rapid, robust, repeatable, and quantitative analysis of volatile odorants挥发性气味剂的超快、皮实耐用、可重复定量的增强型筛网顶空吸附富集结合 DART 原位质谱分析方法摘要：食品和饮料行业经常对气味挥发物进行针对性的分析。例如，在某些葡萄品种中，3-异丁基-2-甲氧基吡嗪（IBMP，青椒味）可作为葡萄品质的标志；而愈创木酚和甲酚等挥发性酚类可作为葡萄生长在野火附近的“烟味”标志。由于这些气味剂在复杂基质中以痕量水平存在（mg/kg 至 ng/kg），常规分析方法提取复杂，步骤耗时缓慢，且通量较低（单个样品需 15 分钟或更长），不适合在收获期间短时内分析大量样品。为解决这个问题，开发了一种新优化的 SPMESH-DART-MS 方法，用于快速分析多个加州商业葡萄园的酿酒葡萄（赤霞珠，300份样品）中的 IBMP。SPMESH 方法能够达到亚 ng/L （亚 ppb）的检测限，每个样品所需的时间 1 分钟，并且与 SPME-GCMS 显示出良好的相关性 (R2=0.84)。目前正在进行的工作是扩大目标挥发物的检测范围（包括酚类和醛类）。简介：Terry Bates，康奈尔大学 Gavin Sacks 博士实验室博士生，并担任系课程开发委员会、教师高管招聘委员会、康奈尔大学本科研究委员会的博士代表、以及众多本科生和硕士级实验室成员的导师。主要研究分析风味化学，致力于开发新的提取方式和高通量分析方法，对痕量挥发性气味进行法分析，包括对葡萄种群的挥发性化合物分析，鉴定新番茄品系中的异味等。在攻读博士学位之前，Terry 在丹佛大学获得了分子生物学学士学位，并在康奈尔大学获得了化学硕士学位。Gavin Sacks 实验室关注研究收获前后的环境因素对农产品感官特性的影响（风味、颜色），特别是葡萄酒和果汁。该实验室在开发利用快速灵敏的原位质谱新技术和应用于风味化合物的表征分析方面处于领先地位。Benjamin Draper 博士/创始科学家美国 Megadalton Analysis of Gene Therapy Vectors by Charge Detection Mass Spectrometry基因治疗载体的电荷检测质谱分析 CDMS by LESA-MS摘要：质谱已成为表征生物大分子的最有力的分析技术。非变性电喷雾电离（Native ESI）是电离生物药的首选方法，但其对分子量特大的分析物的分析存在瓶颈和局限。因质量异质性，大多数常规质谱仪无法分辨超过100万分子量（Da）的生物大分子的电荷状态。我们提出了一种全新的基于 LESA 的电荷检测质谱（CDMS）技术。CDMS 的质量测定能力远超100万分子量（Da）。因可直接测量单个离子的质荷比及电荷数，生物大分子质量的直接测定便成为了可能。很多超出传统质谱能力的检测需求，可以通过 CDMS 来实现。本文专注于基因治疗载体和从十万到超过几百万分子量的大型寡核苷酸的分析应用。简介：Benjamin Draper 于2018年在印第安纳大学 Martin Jarrold 的领导下完成了他的博士研究工作——电荷检测质谱（CDMS）的开发。作为博士研究工作的一部分，他简化了 CDMS 数据采集和分析，以实现100倍的加速，从而可以进行实时数据分析。这彻底改变了 CDMS，为分析包括下一代疫苗在内的各种高分子量样品打开了窗口。Benjamin 还对灵敏度的提高做出了贡献，使得 CDMS 对百万道尔顿分子量的样品能达到飞摩尔级的灵敏度，并因此大大缩短了测量所需的时间。目前 Benjamin 负责 Megadalton Solution 的分析开发，重点关注 AAV 等基因治疗载体。Ronald Emmons 博士美国托莱多大学Solid Phase Microextraction Hyphenated to Direct Analysis in Real Time: Robust Quantitation in Minutes固相微萃取与实时直接分析 DART 相结合：分秒实现皮实稳定的定量摘要：原位质谱（AIMS）尤其是 DART 技术的出现使得各个领域对更快、更皮实耐用的分析需求日增。此前，人们多着眼于它优秀的快筛定性能力，忽视了其同样卓越的定量表现。定量的主要障碍是如何提高样品均一性、减少离子化基质效应和稳定电离环境。前置固相微萃取（SPME）是规避这些问题的理想选择之一；SPME 可预浓缩分析物，可直接与 DART 源串联。利用改进型、大体积的 SPME-Arrow 和热解吸装置（TDU）对农药和药物定量，富集充分，解吸附彻底，不受现场环境干扰。样品自制备到完成 DART-MS 分析共需3.5分钟，大多数化合物的线性动态范围（LDR）为2.5 - 500 μg/L，日间重复性好（＜10%）。用于分析饮用水和鱼类组织难以降解具有生物链聚集毒性的全氟和多氟烷基（PFAS）化合物的灵敏度达到了优异的 ppt 级别。简介：Emanuela Gionfriddo 博士，美国托莱多大学助理教授。2013年获得意大利卡拉布里大学分析化学博士学位。2014年，在加拿大滑铁卢大学 Pawliszyn 教授团队担任博士后研究员和负责工业重点分析实验室（InFAReL）气相色谱。Gionfrido 博士发表论文50多篇，1项基于 PTFE 的 SPME 涂层专利，托莱多大学 Nina McClelland 博士水化学和环境分析实验室的创始成员之一，被任命为俄亥俄州总检察长 Yost 环境顾问委员会成员。Ronald V. Emmons，美国托莱多大学化学系 Emanuela Gionfriddo 实验室在读博士，主导多个关于 DART-MS 与 SPME 结合的研究项目，有效地预富集和定量环境污染物。研究领域：环境化学、微萃取技术、生物相容性萃取；探索开发不断出现的新型快速分析技术与质谱仪直接耦合方法及应用，使用绿色提取方法分析复杂的生物和环境样品。Laure Menin 博士/平台负责人瑞士联邦理工学院SICRIT Exploris™ Orbitrap setup: a Smart tool for a Mass Spectrometry facility to expand its range of covered applications新一代轨道阱质谱鼻 SICRIT-Exploris: 助力质谱中心提能增效移星换斗的智能装备摘要：瑞士联邦理工（洛桑）（EPFL）化学科学与工程研究所（ISIC MSEAP）的质谱分析平台为瑞士的100多个实验室提供分析测试服务，涵盖了从有机小分子到生物大分子及金属的广泛应用。除最常用的电离技术（ESI、APCI、APPI、MALDI、EI/CI 和 ICP）外，冷喷雾电离（CSI）还允许分析敏感的超分子结构。电子轰击 EI 电离常搭配低分辨率 GC-MS，高分辨率质谱通常搭配电喷雾等（ESI-APCI/APPI-FTMS）；业界不太投资高分辨质谱搭配电子轰击源（EI-HRMS）。我们平台的 Orbitrap 搭配 SICRIT 在线软电离质谱鼻（Plasmion），可直接引入气味儿样品或 GC 馏分，便捷灵敏，分子离子信号完整，指征简单。使用该 SICRIT-Orbitrap 技术已完成300多个用户的样本分析测试服务，部分成果将予以示例和讨论。简介：Laure Menin 1997年获得生物化学、微生物学和细胞生物学博士学位。曾在法国和瑞士的不同公司担任项目经理，如 Entomed SA、Geneprot 从事大规模蛋白质组学领域，Atheris 实验室从事药物发现和有毒动物毒液的肽组学分析。自2008年以来，Laure Menin 一直在管理瑞士联邦理工学院化学科学与工程研究所（ISIC MSEAP）的质谱设备。该平台配备了10套质谱，拥有自上而下蛋白质组学以及蛋白质复合物分析方面的强大专业知识，为 EPFL 研究小组、外部学者以及行业外部客户提供科学支持。Gilles Frache 博士/首席工程师卢森堡科学技术研究所（LIST）Atmospheric Pressure MALDI coupled to Orbitrap(s), principle and applications大气压基质辅助激光解吸电离源耦合轨道阱的原理及应用摘要：近年人们对质谱成像（MSI）的兴趣日增，其生物医学应用也在逐步开发。然而，基于真空 MALDI 的 MSI（基质辅助激光解吸电离质谱成像）在对生物分子辨别的准确性和空间分布的分辨率方面有待提升。本报告主要分享大气压基质辅助激光解吸电离源（AP-MALDI）耦合高分辨轨道阱（Orbitrap）质谱的质谱成像技术（MSI），及其在生物分子辨别的准确度和空间分布定位的分辨率方面的显著优势。首先，AP-MALDI 源偶联最新一代轨道阱高分辨质谱仪（Orbitrap Exploris 480）与其前代相比，在灵敏度上有提升。其次，应用场景涵盖聚合物、多肽、和生物组织切片的脂质成像分布。采用了全自动基质喷涂仪（SunChrom）进行基质喷涂。使用多重软件工具实现了数据可视化与图像解析。两代轨道阱质谱仪的灵敏度确有代差；靶点空间分辨率都达到了10μm甚至更低。该技术在非靶向标志物的质谱成像应用方面，具有高灵敏度、高图像采集速度、及高空间分辨率的发展潜力。AP-MALDI（MassTech）偶联轨道阱高分辨质谱成像技术可成为传统的 MALDI-MS 的替代方案；该项技术具备独特的几分钟内将搭载液相 LC 的轨道阱谱仪（即LC/MS 模式）快速变为为搭载原位成像源的高清高敏质谱成像（即 MSI 模式）的能力。最新一代轨道阱质谱仪性能的提升也为 MSI 技术的发展和应用打开了更加广阔的前景。简介：Gilles Frache 博士，卢森堡科学技术研究所材料研究与技术表征平台首席工程师。化学及分子物理化学硕士、法国梅兹大学博士，博士后。自2008年起，肩负起卢森堡科学技术学院材料研究与技术表征平台的分子分析和质谱成像团队负责人。专注于利用色谱，质谱分析以及利用质谱成像技术在有机材料及生命科学领域的研究。在欧洲建立了 AP/MALDI 质谱成像演示实验室并且利用多种质谱成像技术包括 AP/MALDI-MS 和 TOF SIMS 方法应用于皮肤质谱成像。Peter Verhaert 教授/创始人比利时 ProteoFormiXAP-MALDI MS Histochemistry for disease biomarker discovery in patient samples archived at tissue banks大气压基质辅助激光解析电离 AP/MALDI 组化方法用于自组织银行存档的患者样本中发现疾病生物标志物摘要：直接运用分子成像技术（MSI）在病人或供体材料上发现高度符合医疗需求的疾病候选生物标志物。以福尔马林固定-石蜡包埋（FFPE）组织切片作为样本，在识别生物标志物的同时，标记其在组织切片上的分布位点。类比免疫组化法，可将该成像方法称之为质谱组化法（MSHC）。借助 MSHC，我们研究了世界各地生物样本库中保存的大量的人体健康和疾病组织，其中包括现代医院病理留存样本以及世界著名研究机构的科研样本。通过绘制所有 FFPE 待检生物分子（肽、神经递质、代谢物）的指纹和分布，我们编制了《人体福尔马林固定 - 石蜡包埋生物分子图谱》。该方法优点除了 FFPE 的样品量足够大，其稳定性足够好以外，MSHC 的另一优点是它完全为非靶向和无需标记的技术，可直接将所有的现存组织病理学知识与新颖生物分子信息相关联。所用设备为高分辨质谱（LTQ Orbitrap Velos）偶联高分辨 AP-MALDI (ng) UHR。组织切片 5μm 厚，平铺在常用显微镜载玻片上，以自动喷涂装置喷涂 MALDI 基质如二羟基苯甲酸。利用生物样本库中的人类 "模型 "组织切片来衡量 MSHC 的性能，结果显示 MSHC 可轻松实现 10~20μm 的横向分辨率，分辨率可低至 ~5μm，对生物分子包括神经肽、生物胺和代谢产物的成像，准确度较高。借用 HistoSnap 软件及高性能质谱成像软件平台 Mozaic（瑞士 SpectroSwiss）对各种尚无生物标志物报道的疾患者的活检和尸检样本进行了高达几个 GB 的数据采集和整合，建立了人类下丘脑核神经分泌肽的单细胞分辨率的 MSHC 空间“组学”技术。热忱欢迎意向合作者加入这一“智人生物分子 FFPE 组织图谱”项目。简介：Peter D.E.M. Verhaert，教授兼 ProteoFormiX BV 创始 CEO & CSO（强生创新中心）。1987年，比利时鲁汶大学生物学博士（比较神经生物学）；1988年，加拿大滑铁卢大学生物化学与毒理学博士后；1989-1999年，比利时鲁汶大学比较生理学系研究教授；1998年，比利时 Sabattical Innogenetics NV；2000-2004年，荷兰 Oss Organon NV 高级研究员；2005-2016年，荷兰代尔夫特理工大学生物分析技术与创新肽生物学教授；2017年至今，比利时 Proteformix BV 创始人兼首席执行官。主要从事自上而下蛋白质组学、肽组学和质谱成像（MS 组织化学）及在神经退行性疾病和癌症中的应用，是肽组学和自上而下蛋白质组学的先驱（自2000年起）；欧洲药物蛋白质组学实验室联合创始人和前主席（2000-2005年）；EUPA Open Proteomics 主编（2013-2016）。Jan-Christoph Wolf 博士/CEO德国 Plasmion Recent advances in SICRIT applications from liquid chromatography to Hydrogen-GC在线软电离质谱鼻 SICRIT 最新进展：从偶联液相 LC 到承接氢气 GC 馏分简介：Jan-Christoph Wolf 博士，曾在瑞士苏黎世联邦理工学院 ETH Zurich（2013-2015年，师从 Renato Zenobi 教授）和德国慕尼黑工业大学分析化学系（2010-2013年）从事博士后研究工作，项目有化学战剂现场检测，柴油机微粒过滤器中硝基多环芳烃的形成，柴油机排气中颗粒数的测定，气溶胶化学，仪器方法发展等。目前是德国 Plasmion 联合创始人兼首席执行官，是质谱电离新方法（即原位质谱）领域的领先专家。Rian L Griffiths 博士/研究员诺丁汉大学药学院Probing Interspecies Microbial Metabolites via LESA-MS通过 LESA-MS 探秘微生物代谢助力感染医学诊疗摘要：在医疗、保健、工业和环境设施中普遍存在的多种微生物的生物膜基本已具有抗菌素耐药性。微生物通过产生群体感应信号分子（QSSM）来协调生物行为。通过液质 LC-MS 分析囊性纤维化患者的血浆，已经确定了肺感染的 QSSMs生物标志物。铜绿假单胞菌（PA）有三个群体感应（QS）系统，其中一个就是基于假单胞菌的喹诺酮信号系统（pqs），而先前已有研究证实它会受到金黄色葡萄球菌（SA）和白色念珠菌（CA）的影响。液滴萃取表面分析质谱（LESA-MS）允许快速直接的表面分析，已在 PA、SA 和分枝杆菌的蛋白质和脂类研究中得到应用，而 QSSMs 以及绿脓菌素等代谢产物以前就在唾液中被检到过。所以，本工作旨在探索 PA、SA 和 CA 生物膜中 QSSMs 扩散和分泌的差异以及它们在不同组合中的差异。采用 LESA-MS 可直接对不同微生物的培养基采样，研究代谢产物扩散和分泌，推断出与感染相关的代谢差异，检出了从 PA 扩散而来的烷基喹诺酮（AQ）QSSMs 与主动分泌的毒力因子（绿脓菌素）。通过子离子扫描 MSMS 鉴定了 AQ 的同分异构体，研究了 SA 或 CA 或两者组合培养的 PA 的混合生物膜的外源代谢物。本文展示了 LESA-MS 新方法；设想若代谢产物可无创自唾液获取，那么，通过代谢物的直接原位分析就能快速鉴定感染性病原体，从而快速确定相应的诊疗方案。此探索在临床医学及感染研究方面将有长远的重要意义。简介：Rian Griffiths 2010年毕业于伯明翰大学化学系，获理学硕士学位；在 Josephine Bunch 教授的指导下继续攻读博士学位，研究通过 MALDI-MS 控制复杂生物样品中脂质复合物形成的途径，2015年获伯明翰大学分析化学博士。2014-2018年，在 Helen Cooper 教授的实验室（伯明翰大学生物科学学院），开发了液体萃取表面分析（LESA）质谱法，用于直接分析变性和折叠的完整蛋白，以及来自生物样品如干血斑和薄组织切片的非共价蛋白复合物。2019年，Rian Griffiths 在诺丁汉大学 Morgan Alexander 教授的实验室担任研究员。2019年10月，成为独立的 Anne McLaren 研究员。Griffiths 博士拥有广泛的表面采样质谱和成像经验，包括基质辅助激光解吸/电离（MALDI）、液体萃取表面分析（LESA）、Flowprobe 和二次离子质谱（SIMS）。她的研究包括小分子代谢物、脂质、完整蛋白质和非共价蛋白质复合物的分析。房爽 应用工程师沃特世科技（上海）有限公司 RADIAN ASAP 质谱系统及应用进展介绍摘要：RADIAN ASAP是一款专门用于直接质谱分析的新型质谱系统，大气压固体分析探头（ASAP）结合单四极杆质谱技术，实现快速、简便、低成本的液体和固体分析。简介：房爽，沃特世科技（北京）有限公司应用工程师，负责LC/MS/MS产品技术支持，对方法开发及中药质量标准研究有较丰富的经验。赵燕 博士/研究员中国农科院农业质量标准与检测技术研究所Dr. Yan ZhaoChinese Academy of Agricultural SciencesDirect analysis in real time high-resolution mass spectrometry for authenticity assessment of lamb实时直接分析-高分辨质谱 DART-HRMS 用于羊肉真伪评估摘要：传统的羊肉分析方法耗时、费力、繁琐。我们提出了一种新的基于原位质谱的非靶向代谢组学方法。通过实时直接分析结合四极杆飞行时间质谱（DART-QTOF）和化学计量学研究，有效区分来自不同地区的羔羊。建立了正交偏最小二乘判别分析模型，并用来自四个产地的羔羊样本进行验证。通过将羊肉的内源性分子特征与化学数据库匹配，可快速、方便地分析约 79 种潜在的生物标志物。通过线性判别分析对四组羔羊样本进行聚类，所有潜在标记的原始分类率和交叉验证率分别达到100.0%和82.5%。DART-QTOF 展现出其快速、高通量、高效、重复性和稳定性的优势，完全可以用于羊肉样品的快速真伪评估。简介：赵燕，中国农科院质标所研究员，中国食品科学技术学会食品性与溯源分会理事，中国原子能农学会常务理事。主要从事基于同位素技术的农产品溯源与真实性研究。近年来主持国家自然科学基金、国家国际科技合作专项、国家重点研发计划子课题等。主持国家标准和国家标准样品项目10项、农业行业标准项目4项，主持国防科工局核能开发项目课题1项等。发表论文70余篇，专利授权7项，软件著作权4项，合著英文著作3部；获得省部级奖励7项，包括2021年中国分析测试协会科学技术一等奖、2021年中国农业科学院杰出科技创新奖、2020年北京分析测试科技成果二等奖、2015年中国分析测试协会科学技术青年奖等。担任多家期刊审稿人，2020年《核农学报》稳定同位素溯源专刊召集人及编委。扫码报名8月24日/周三 9:00-17:30报名及会议网址：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/aims2022/

p　　何为非变性质谱?就是选用温和的溶液体系及质谱条件，使蛋白保持在非变性状态下被分析。听到这，有些小伙伴可能会一头雾水：师兄师姐教我处理蛋白质样品的时候，第一步就是要变性啊，怎么现在又不要变性了?/pp　　在通常的蛋白质相关分析中，为了破坏蛋白质的三维立体空间结构，便于酶解等操作，会通过加热或是加入高浓度的变性试剂(如尿素、盐酸胍等)，使蛋白质变性 另外，对于常用的分离手段——反相色谱来讲，其流动相的酸性pH条件与高有机相同样也会使蛋白质变性。当需要对蛋白质中的非共价结合进行研究时，为了避免非共价结合被强烈的变性条件所破坏，则需在非变性的液相-色谱条件下(通常为50mM醋酸铵，pH=7的中性体系)进行研究 另外，对于组成较为复杂的蛋白样品，在非变性条件下分析时，由于体系中质子数减少，所以蛋白电荷态数目也会相应减少，电荷态之间的相互重叠度也会下降，进而减少复杂组分之间的相互影响，从而能够得到复杂蛋白样品中每个组分的分子量信息(图1)。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图1_副本.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/56171fe8-be7c-4cc8-a672-814a9fe87e30.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　strong图1/strong 同一样品分别于变性及非变性条件下进行分子量测定的原始谱图/pp　　目前，strong非变性质谱技术主要应用在两个方面/strong：一是strong生物制药领域/strong，通过打开单克隆抗体链间二硫键后在Cys位点上偶联小分子药物(Cys-ADC)的完整分子量分析，此类药物的链间仅靠非共价力结合，故变性条件下各条链会分离，无法测得其完整状态的分子量 另一应用方向为strong研究蛋白质多聚体/strong，非变性条件下不仅可以保持各个亚基间的非共价相互作用，同时由于中性条件更接近生理状态，得到的结果更具意义。/pp　　现在，非变性质谱与氢氘交换、X-ray衍射、核磁共振、冷冻电镜和cross-linking等技术联合使用、互为补充，已经越来越多的被应用在结构生物学、生物医药等领域的研究中。本期文章将会重点介绍非变性质谱在治疗性生物医药制品完整分子量测定中的研究，下期文章将会侧重介绍非变性质谱用于蛋白复合物的研究进展。/ppspan style="COLOR: #002060"strongOrbitrap超高分辨质谱：非变性质谱研究的理想平台/strong/span/pp　　古人云：工欲善其事，必先利其器。要想研究做得好，趁手工具不可少!针对于非变性质谱研究中的需求，我们在Orbitrap质谱平台上对相关参数进行了优化，包括离子源区脱溶剂能量、质量范围的扩展以及高质荷比离子传输效率的优化等，使Orbitrap在固有的高分辨率、高质量精度及高灵敏度基础上，在非变性质谱领域也能有出色表现。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图2_副本.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/caeec8f3-896f-4e02-a44a-84aae9ecd287.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　　strong图2/strong Orbitrap质谱平台用于非变性质谱分析/pp　　上文中提到，在生物制药领域中，会通过分子工程设计，在单克隆抗体的特定氨基酸上通过化学反应，偶联上小分子治疗药物，通过单克隆抗体的靶向识别功能将小分子药物精确带至病变细胞处并释放，达到精确给药、减少毒副作用的目的，这类药物被称作抗体药物偶联物(Antibody Drug Conjugates，ADCs)。在这类药物中，通过将单抗链间二硫键打开从而在Cys位点上偶联药物的Cys-ADC，由于其链间仅靠非共价力结合，故需在非变性质谱条件下才能对其完整分子量进行测定(图3)。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图3_副本.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/270ff8dd-d5c1-442b-baf1-f287fcb557b9.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　strong　图3/strong Cys-ADC结构示意图/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　图4展示了使用非变性质谱平台对Cys-ADC进行完整分子量测量的结果。由图中不难发现，使用体积排阻色谱(SEC)，可以将单克隆抗体与其他杂质分离开，而Orbitrap质谱平台能够得到基线分离、信噪比高的原始谱图。经数据处理软件解卷积处理后，可见偶联了0/2/4/6/8个小分子药物的簇峰分布，符合Cys-ADC的典型分布特征 解卷积后计算所得该ADC的药物/抗体比值(Drug to Antibody Ratio, DAR)，与之前报道过的DAR值相符。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图4_副本.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/b494de8a-6ac5-42cf-ad12-d84637e32bef.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　　strong图4 /strong使用非变性质谱平台对Cys-ADC进行完整分子量测量。/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　(上)，原始色谱/质谱图 (下)，解卷积后谱图。/pp　　作为对照，在变性条件下也对同一个样品进行了分子量测定(图5)，发现链间的非共价结合在强烈的变性条件下均被破坏，只能观察到部分ADC的分子量信息。该实验进一步说明了在非变性条件下对Cys-ADC进行分子量测定的必要性。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图5_副本.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/46b85220-b769-47dc-b534-f92c93b56cff.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　　strong图5/strong 变性质谱条件下对Cys-ADC进行分子量测量。/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　(上)，原始色谱/质谱图 (下)，解卷积后谱图。/pp　　对于常见的另外一种ADC——Lys-linked ADC，虽然其小分子药物与单克隆抗体是通过共价键相结合，但偶联上小分子药物后，ADC的复杂度大大增加，此时若在非变性条件下进行分子量测定，可以减少信号之间的干扰，得到更加准确的测量结果(图6)。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图6_20170406090915_副本.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/7c9e60f0-f01a-45eb-85eb-f9dceece9c46.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　　▲非变性条件可减少复杂组分间信号重叠/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="非变性2_20170406090518_副本.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/e634be51-bf68-49f2-b7be-e205227a7242.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　　▲非变性条件下Lys-ADC完整分子量测量结果/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　strong图6 /strong使用非变性质谱平台对Lys-ADC进行完整分子量测量。/pp　　strong小结/strong/pp　　本期我们对非变性质谱技术的原理、适用范围进行了介绍，并以Cys-ADC与Lys-ADC样品的完整分子量测量为例展示了该方法的应用，不知道小伙伴们有没有对非变性质谱技术有个初步的了解呢?下期我们将会介绍该技术在蛋白复合物研究中的应用，各位看官走过路过不要错过，我们下期见!/pp　　参考文献/pp　　[1] Dabaene et al., Anal Chem. 2014, Nov 4 86 (21):10674-83./pp /p

你可能很难将小小的纳米发电机和质谱仪关联起来，但聪明的科学家们怎么能放过任何一个解决问题的机会?我们先来一小波关于质谱仪的科普：　　质谱仪主要进行成分和结构分析，可以准确测定物质的分子量以及根据碎片特征进行化合物的结构分析。　　分析时首先要将分子离子化，然后利用离子在电场或磁场中运动的性质，把离子按质荷比大小排列成谱，这就是质谱。然后利用不同离子的质荷比的不同，就能将不同分子分开啦。　　那么问题来了，如何将分子离子化呢?简单的说，可以通过失去或者捕获电荷的方式生产力子，例如：电子发射、质子化或去质子化的方式。　　但是这个步骤并不容易，首先效率很低，非常低，如果利用传统的高压电源，99%的能量是被浪费掉的，那都是钱啊!!!更重要的是，目前所有的离子化方法都无法对离子数量进行精确地控制，也就是说，精度不高。这就尴尬了!　　摩擦纳米发电机有一个很重要的特性，它可以实现固定电荷量的高压输出。也就是说，如果能将它与质谱仪结合，不仅仅能够准确控制离子数量提高精度，设备的耗能也会大大降低，仪器可以小型化，进而应用于航天和军事等领域。　　说起来容易，但解决这个问题，需要国际化的顶尖团队。在佐治亚理工学院、中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和 FacundoFernández 教授共同指导下，李安寅博士和訾云龙博士组成的合作团队，用摩擦纳米发电机(TENG)驱动离子源，实现了离子源在电荷数量、正负极性、信号长短等诸多方面的精确控制，这项工作发表在 Nature Nanotechonlogy 上，思路之巧妙，控制之精确，请看下文!　　首先，他们利用摩擦纳米发电机(TENG)将电喷雾离子化和等离子体放电离子化。由TENG提供的固定电荷量可以实现对离子化过程前所未有的精确控制，可以进行纳库精度(nanoColoumb)的可控离子产生。　　另外样品消耗也大大减小，通过纳米发电机的驱动，离子脉冲的持续时间、频率、带电性都可以得到有效控制，这样就能将样品消耗降到最小。　　与传统高电压技术相比，由于纳米发电机产生的电荷很少，避免了质谱分析中DC高电压下常见的电晕放电现象，首次实现了超高电压(5-9千伏)纳电喷雾(nanoESI)。　　这篇 Nature Nanotechonlogy 对工作进行了非常详细的介绍，以下是简单的图文导读：　　 　　图1. 离子喷雾枪图片　　摩擦纳米发电机所产生的离子源用于分析极其微量的化学和生物样品，其精度可以达到几百个分子。　　 　　图2. 通过 TENG实现离子化示意图。　　a)实现接触-分离式摩擦发电机(CS)的力学图示。　　b) 独立滑动式摩擦发电机(SF)的力学图式。　　黄色：Cu电极层　　蓝色：FEP层( ?uorinatedethylene propylene)　　红色箭头：摩擦发电机电极的移动方向　　脉冲：电子向离子源移动方向(e?,I)　　尖针：纳米电雾发射枪　　垂直方块：用于接受电子束的钢板，电流值可以用皮安电流表测得(图中的“A”)　　c).纳米电子发射枪的暗场图像可以看到摩擦发电机发射的羽毛状电子束，长度单位：1毫米　　d).在等效电路中，TENG用电容器(C1)和其他原件来表示(左虚线框)。nanoESI发射枪等效于电容器(C2)，可以按设定值发射出电荷，用右虚线框表示。发出的电荷(产生的离子)穿过发射枪和质谱仪(或皮安电流表A)之间的间隙。　　另外，CS-TENG电极(a)接在一侧，可以在接触位置重设静电状态，图d中用开关CS表示。　　 　　图3. TENG对纳米电子喷雾的离子化实现精确控制　　a)代表TENGs控制离子束过程VOC -QSC线代表TENGs提供一定电荷后的电压-电荷关系。当纳电喷雾接上时，只有当电压达到特定电压Vonset，电荷才会传递到这个离子源(Cion source)　　接着，大量电荷以电喷雾的离子化形式释放，直到TENG电压降到设定值以下，用绿线Qpulse表示　　b)时间-电荷图描述了单CS-TENG驱动的纳米喷雾发射器的离子化脉冲。四条线是使用了不同电阻的结果( 0 GΩ (黑), 0.5GΩ (蓝),1 GΩ (红) 和 1.25 GΩ (绿))，用于调控电荷。绿线对应一种设定条件，约50%电荷并能变成电子喷雾。　　c)长时或短时的总离子时间记录图 。使用 SF-TENG得到按需产生的高频脉冲: 5 s (黑), 600 ms (蓝), 300 ms (红) and 60 ms (绿)。　　d) 一次实验中交变极性喷雾脉冲(红+绿)的总离子时间记录。in one experiment and 另一实验中校正的单极脉冲(黑)。　　纳米发电机可以帮助质谱仪提高在低浓度下的电喷雾离子源的灵敏度，并将样品的利用率最大化，而且，该纳米发电机已经成功检测各种有机小分子和生物大分子，并达到了可以检测到几百个分子的灵敏度。此外，纳米发电机驱动的交流离子喷雾还可以用于在绝缘表面进行沉积离子材料。　　其实，该研究的意义并非如此，这项突破对摩擦纳米发电机(TENG)也同样具有开创性意义，这是第一次将纳米发电机用于设备仪器中，为以后类似的研究提供了思路。TENG取代了质谱设备上原有的离子喷雾电源，为小型质谱设备实现便携化并在极端条件下(例如军事或航天上)应用提供了可能，为了开展空间实验提供了极大地便利。

大家好，本周为大家分享一篇发表在Accounts of Chemical Research上的综述，Native Mass Spectrometry at the Convergence of Structural Biology and Compositional Proteomics [1]，文章的通讯作者是美国西北大学的Neil L. Kelleher教授。生命活动由一系列生物大分子相互作用驱动，这些相互作用距今已进化了数十亿年。正如乙酰化和磷酸化等共价修饰可以改变蛋白质的功能一样，与金属、小分子和其他蛋白质的非共价相互作用也可以改变蛋白质的功能。然而，传统的蛋白质组学方法会分离非共价相互作用并使蛋白质变性，导致许多蛋白质水平的生物学信息尚未被发现或仅靠推断获取。就在过去的几年中，质谱(MS)技术不断发展，目前已具备维持内源性蛋白复合物完整组成并表征其特征的能力。采用非变性质谱(Native Top-Down MS, nTDMS)激活蛋白复合体，可以释放部分或全部亚基，通过与中性气体或固体表面碰撞，在进一步表征之前分离。亚单位质量、母离子质量和活化亚单位的碎片离子可以拼凑出复合物的精确分子组成，包括蛋白质修饰在内的相互作用也能被阐明，并与人类疾病状态下的功能障碍联系起来。在本综述中，作者详述了nTDMS技术目前的发展和未来在表征更大的生物复合体方面所面临的挑战。目前，nTDMS可以靶向内源性核小体复合物，而病毒颗粒、外泌体和高密度脂蛋白颗粒表征或将在未来几年内得到深度解析。为充分解决这类大小为兆到千兆道尔顿级别的复合物的表征，未来的工作将主要集中于非变性分离、单离子质谱(Single ion mass spectrometry)和新的数据类型。为了实现这一目标，Kelleher教授课题组近年来发展了一系列策略，概括为以下几个方面（1）靶向非变性质谱表征整个核小体（图1）；（2）非靶向蛋白质组学深度解析内源性蛋白质复合物；（3）单分子质谱(Single molecule MS)。其中提到，阻止对非变性蛋白质进行整体表征最大的障碍之一可能是分子量分布于100 kDa到1 MDa的复合物的分辨率较差。而电荷检测MS通过直接测量离子电荷提供大型复合物的分子分布。此外有研究表明，通过对单分辨离子进行centroiding和rebinning，Orbitrap仪器的有效分辨率可以在电荷检测工作流程之上大大提高。在这种被称为“单离子质谱法(Individual Ion Mass Spectrometry, I2MS)”的技术中，可以同时检测数千个单离子，并允许在复杂混合物中分配约500种proteoforms的质量（前提是它们先前已被表征并且在数据库中可查找）。I2MS可用于分析病毒样颗粒和AAVs（图2）。图1. 核小体表征图2. 病毒颗粒检测未来随着技术的发展和创新，nTDMS都将扩展到研究极其稀缺和高度异质的生物复合物，了解蛋白质间的相互作用以及它们是如何出错的（例如错误折叠，在功能失调的化学计量和组成中形成复合物）。这些将不仅为疾病治疗的发展提供信息，还将深化我们在分子水平上对生命的理解。撰稿：张颖编辑：李惠琳原文：Native Mass Spectrometry at the Convergence of Structural Biology and Compositional Proteomics

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

作者：刘如楠 甘晓 来源：中国科学报近日，中国科学院近代物理研究所原子分子结构与动力学实验室研究员张瑞田团队及合作者在高电荷态离子与H原子电荷交换绝对截面研究方面取得进展，相关成果发表在Astrophysical Journal 上。高电荷态离子与H原子电荷交换过程是宇宙弥散软X射线的重要来源之一。当星风、超新星爆炸遗迹以及星系团等高离化态喷流与星际空间中中性原子分子相遇时，会发生电荷交换过程并释放软X射线。星际气体介质中H原子是最主要的成分。因此，高离化态喷流与H原子电荷交换尤为重要，相关过程的截面直接影响这些X射线的发射亮度。张瑞田等与美国橡树岭国家实验室科研人员合作，利用美国橡树岭国家实验室高电荷态离子与H原子合并束实验装置测量了keV/u 到 eV/u 能区N7+、O7+离子与H原子电荷交换绝对截面。张瑞田介绍，研究发现，随着能量降低，总截面呈现先减小然后增大的趋势；表明反应窗逐渐变窄，离子轨迹效应增强。这一测量结果不仅为基本的电荷交换理论提供了基准的电荷交换实验数据，而且将有助于X射线天文观测的准确建模。该工作获得了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项（B类）的支持。美国橡树岭国家实验室高电荷态离子与H原子合并束实验装置 近代物理所供图N7+、O7+离子与H原子电荷交换总截面 近代物理所供图相关论文信息:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac6876

贾伟沃特世科技（上海）有限公司实验中心 PEG修饰蛋白及多肽类药物后，可在不产生毒性、不损害药效的情况下，通过增加蛋白类药物的溶解性、减少免疫原性、增加稳定性、延长体内药物半衰期等功效增强大分子药物的疗效。PEG的这种功效在1970年代后期被发现，到了1990年PEG化修饰的Adagen被美国FDA批准，至今已有若干个PEG修饰的大分子药物上市销售，这些药物在癌症、肝炎、痛风、糖尿病等疾病治疗中为患者带来了福音。 明确PEG修饰位点、确定修饰位点的数量、以及表征PEG的聚合度分布性是PEG化大分子药物运用于临床前以及药品质量监控必须且非常重要的工作。由于PEG的高分子聚合物性质，由PEG修饰后的蛋白及多肽的结构变得极为复杂。在早期对其进行质谱分析，特别是对PEG的聚合度分布性分析方面，多使用MALDI离子源类型的质谱。这是因为MALDI源离子化的样品，所带电荷数较少（单电荷离子居多），因此其质谱图相对简单；而通过ESI源离子化的样品将携带多个电荷，这使离子信号复杂，致使其质谱图谱较难解析。随着LC-ESI技术的发展， 美国Indiana大学的Lihua Huang等学者通过在色谱分析柱后加胺的技术，使样品的ESI离子化时的荷电数适当减少，从而使PEG化样品的ESI图谱得到高效的解析[1]。而MALDI TOF类质谱由于质谱分辨率的限制（目前MALDI TOF分辨率在8万内），面对分子量动辄十几万甚至更高的PEG化蛋白，其可获得的数据质量较差，因而MALDI方法可得到的PEG化蛋白的有效结构信息非常有限。 Lihua Huang等学者进一步开发了ESI Q-TOF分析PEG化蛋白的修饰位点的质谱方法[2]。这种方法包括源内裂解（ISF，In Source Fragmentation）与二级质谱（MS/MS）两个步骤。在第一步ISF过程中，PEG化多肽的PEG部分被裂解而变短；在第二步MS/MS过程中，多肽被打碎产生b、y离子碎片。通过分析携带缩短的PEG链的b、y离子信息，最终得出确切的PEG化修饰位点。ISF与MS/MS为什么可以分别 &ldquo 选择&rdquo 碎裂PEG化多肽的PEG与多肽两个部分呢？推测与PEG化多肽的电荷分布有关。在PEG化多肽的离子化过程中，PEG的醚键附着了大量的H+，并在ISF下完全断裂，而使冗长的P EG链缩短到一两个单位大小。之后的MS/MS过程中，由于缩短的PEG链已无H+附着不再断裂。而多肽在MS/MS中获得了碎裂的机会，并产生携带&ldquo PEG短标签&rdquo 的b、y离子碎片。论文中，研究人员运用此方法成功地分析了IgG4与胰高血糖素的PEG修饰位点。 参考文献(1) Huang L, Gough PC, Defelippis MR. Characterization of Poly(ethylene glycol) and PEGylated Products by LC/MS with Postcolumn Addition of Amines. Anal Chem. 2009, 81, 567-577.(2) Lu X, Gough PC, DeFelippis MR, Huang L. Elucidation of PEGylation site with a combined approach of in-source fragmentation and CID MS/MS. J Am Soc Mass Spectrom. 2010, 21, 810-818

寒冷干燥的冬季，我们在日常生活总会遭到一些现象的“亲切问候”：清早的头发，总是越梳越乱；脱毛衣时，经常能听见人心惶惶的噼里啪啦声；衣服上的灰尘很多，却怎么也拍不掉；触摸门把手、窗户框等金属器物，甚至跟人握手时，手总会感到电击似的刺痛̷̷有时候这些无法逃避的日常事情真是让人烦恼不堪，痛苦不已。 原来这都是静电惹的祸——在我国大部分地区的冬季，由于空气湿度小，化纤衣物、地毯、坐垫等受到摩擦，就会产生静电。如果静电聚集达到一定的电压，人接触时，就会产生“触电”现象。 关于静电的常识你了解多少？ 所谓静电，就是一种宏观上暂时处于静止状态的电荷，当这些电荷聚集在某个物体中或表面上的时候就形成了静电。由于电荷分为正电荷和负电荷两种，所以静电现象也分为正静电和负静电。但无论是哪种静电，当带静电的物体接触零电位的物体或与其有电位差的物体时，都会发生电荷转移，发生放电现象。 在我们的日常生活和工作中，各种原因都会导致静电的产生。最常见的原因是两种材料的接触和分离，比如人的走动，物品的搬运，工具的放置等。典型起电的方法就不同的物体相互摩擦，摩擦产生的电荷在导体上可迅速流失，而在诸如化纤、毛织物等不导电的绝缘体上则不会流失，形成静电。不要小看这些静电，静电荷积聚累积静电压，并产生静电引力，一般来说，这个引力对日常生活并无大碍，但是如果在制药厂或无菌尘的生化实验室等对环境要求苛刻的场所，静电会吸附尘埃导致样品纯度下降，同时干扰相关精密仪器的正常工作，对实验或生产结果造成不良影响。 此外，如果大量的静电荷积聚可造成巨大的静电压——在干燥的季节若穿着化纤衣服和绝缘鞋在绝缘的地面行走，人体身上的静电压可达几千伏甚至几万伏，而橡胶和塑料薄膜行业的静电更是可高达十多万伏。静电高压往往会引起火花放电，同时释放出能量，如果发生在加油站、造纸厂、粮食加工厂等易燃易爆的气体、蒸汽或粉尘存在的场合中，很有可能引发火灾或爆炸，酿成不堪设想的巨大灾祸。 在实验室称量中不得不说的那些事 如前所述，恼人的静电作为一种常见的物理现象，经常会使人抓狂不已，在实验室称量中也不例外。绝大多数情况下，静电会对称量过程本身或实验结果产生不良影响。因此，怎样将静电的影响降至最低，在实验室中具有重要的研究意义。 A. 静电——形影不离的“称量好基友” 通常，在称量物和诸如防风罩或外壳等不与秤盘相接的天平固定部件上会附着静电荷，从而在它们之间形成一个静电场，导致静电干扰力的产生，这很有可能会引起称量值读数的变化，小到毫克，大到克的范围内。对于天平这种精密的称量仪器来说，这显然是不能接受的。 然而，在实际操作中处理或传送样品时，摩擦过程是不可避免的，比如称量物本身的摩擦、称量物在容器或皮重容器上面的摩擦、干燥箱内空气对流时的摩擦、托架上过滤器的摩擦̷̷而发生摩擦的大多数都是如塑料、玻璃、过滤介质、粉末等导电性不高的材料，因而接收的电荷只能极其缓慢地传给外界环境。所以说静电或多或少总是存在的。 在称量时，如果不采用任何除静电的措施，我们除了要测量出错误的绝对称量值以外，更重要的是还要通过较大的称量值偏差和很差的重复性估算出称量结果。由于静电荷之间的相互作用力分为吸引力和排斥力两种，所以称量结果的偏差也有正值和负值之分。如果是吸引力作用，称量物显得比实际上的要轻，排斥力作用则反之。 B. 空气湿度的影响 对于形形色色的电子天平来说，称量材料的静电特性主要取决于居支配地位的空气湿度。之所以干燥的冬季比潮湿的夏季更容易产生静电，正是因为当空气的相对湿度在65~70%以上时，物体表面往往会形成一层极微薄的水膜，使表面电阻率大大降低，静电荷就不易积聚；而如果相对湿度降至45%或更低时，如同在我们所处纬度气候条件下的冬季或空调室内环境，静电荷不容易逸散，就有可能形成高电位。因此保持工作环境的相对湿度是实验室中最简单的预防静电产生的方法。 C. 辅助装置 事实上，空气湿度增大虽然能够降低静电的影响，但是过大的湿度也会导致另外的不良结果，如样品受潮变质。归根结底，通过控制空气湿度来消除静电不是长久之计。随着科学技术的发展，人们通过进行不同的静电与称量试验，尝试了在静电产生过程中进行干预的各种方法，主要都是关注在天平上安装辅助装置的问题。 为了增强空气电离，人们曾经设想了在防风罩里安装一种放射性金属的辐射器，起到对静电荷的中和作用。但是后来考虑到放射性辐射的危险性，再加上设备的高成本，这个计划就胎死腹中；又比如，使用基于电离法的反静电枪，在高压电源电极上进行电晕放电，或通过离子轰击使物体表面中和，并进行强制通风，可有效减少电荷积聚。但是该方法如果操作不当很容易引发触电危险。 另外，还有一些规避静电源的一些办法，比如实验人员禁止穿着化纤外衣，不要使用塑料、玻璃等易产生静电的材料作为容器来装盛样品等。 根除恼人静电，称量无懈可击！ 读到这里，有人肯定要问除静电到底有没有安全省事的好办法啊？别着急，小编马上来给大家开开眼界。 （登陆“腾讯视频”搜索“EX5准微量天平”观看天平除静电实验视频） 视频中的这款天平堪称奥豪斯天平家族里身份最高大上的一款——Explorer准微量天平自动风罩门型号。为实现更加自动化的精准称量，此款天平设计了最大程度减震的自动风罩门，用户无需放下手中的样品，只需在感应器上方轻轻一挥，即可开启风罩门。特别值得一提的是，天平内部自带静电消除器，不断释放正负离子，来平衡被称量样品上的离子，从而消除静电，保证称量的准确性。 那么对于那些不带静电消除器的天平又如何摆脱静电的困扰呢？作为一家百年衡器品牌，奥豪斯早就为您想好啦！看到下面这幅图了吗？它可不是我们的T81电子称重仪表哦，而是奥豪斯专用的独立静电消除器ION-100A，跟我们的电子天平家族可是绝配哦！至于它有什么高端过人之处，快跟随小编一起来瞧瞧吧！A. 直流电晕放电在传统交流电晕放电过程中，单个放电针按一定时间间隔释放单一类型的正离子或负离子。离放电针越近，消除的静电才越多。而ION-100A采用直流电晕放电，两极放电针持续释放1×106/cm3正、负离子来平衡附着于样品上的电荷，且拥有10~40cm的宽泛距离来充分消除静电； B. 无风扇技术传统放电方法，由于设计功能上的局限，需要通过通风设备来吹走样品上附着的电荷，而ION-100A放电针采用无风扇技术，可消除容易上99%的静电，确保样品的完整； C. 结构设计，巧夺天工ION-100A拥有紧凑的机构，无需占用过多的实验台面空间，其高度和角度可根据需要调节到最佳位置。同时放电针持久耐用，可轻松替换，工作时限可达15,000个小时； D. 标配内置，选件伴侣Explorer准微量天平系列的自动门型号标配内置静电消除器，其他系列天平可外接选配此产品。相信您看了下面的视频一定会有更深刻的印象：（登陆“腾讯视频”搜索“天平静电消除器”观看静电消除器实验视频）怎么样，除静电的过程是不是变得安全而又简单？如果您想了解更多相关案例以及奥豪斯天平家族的产品信息，或正在寻求更专业细致的选型指导，请及时联系我们，我们的工程师们将会在第一时间为您提供专业的解答和建议！参考文献：托马斯 佩尔奇 [德国]，王文革. 分析称量时的静电影响[J]. 衡器，2003年第1期