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簡(jiǎn)介

質(zhì)譜成像（Mass Spectrometry Imaging）是一種新型的表面原位分析技術(shù)，它揭示了樣品真正表面或近表面的化學(xué)組成，其信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了簡(jiǎn)單的化學(xué)成分分析，可以用于表征、鑒定待測(cè)樣品表面的化學(xué)成分。較之其他成像技術(shù)，如顯微鏡成像，基于質(zhì)譜的成像方法不局限于特異的一種或者幾種分子，分析物可以以其*初的形態(tài)被檢測(cè)，不需要對(duì)待測(cè)物進(jìn)行標(biāo)記，大大節(jié)省了標(biāo)記所帶來(lái)的技術(shù)和時(shí)間成本。目前主要有三種離子化技術(shù)用于質(zhì)譜成像：基質(zhì)輔助激光解吸電離（MALDI）質(zhì)譜、電噴霧解吸電離（Desorption Electrospray Ionization）質(zhì)譜和二次離子質(zhì)譜（Secondary Ion Mass Spectrometry）技術(shù)，其中MALDI是應(yīng)用*為廣泛的離子化技術(shù)。MALDI通過(guò)引入基質(zhì)分子，使分子與基質(zhì)形成共結(jié)晶，當(dāng)用一定強(qiáng)度的激光照射樣品與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜，基質(zhì)從激光中吸收能量而使分子解吸/電離。MALDI是一種軟電離技術(shù)，待測(cè)分子不易產(chǎn)生碎片，解決了非揮發(fā)性和熱不穩(wěn)定性生物大分子解吸離子化的問(wèn)題，是分析難揮發(fā)的有機(jī)物質(zhì)的重要手段之一。在1994年，德國(guó)吉森大學(xué)（Justus Liebig University Giessen）的Bernhard Spengler教授**將MALDI MS與成像方法結(jié)合用于分析多肽，此后質(zhì)譜成像技術(shù)便受到了廣泛的關(guān)注，不斷的在疾病診斷，病理組織特征，藥物代謝和植物代謝等研究中發(fā)揮著越來(lái)越重要的角色。

一、儀器設(shè)備概況

德國(guó)TransMIT AP-SMALDI 10是由世界知名質(zhì)譜學(xué)家Bernhard Spengler教授研制成功并商品化的常壓基質(zhì)輔助激光解吸電離離子源，是目前MALDI質(zhì)譜成像中分辨率很高的離子源（分辨率高達(dá)到1微米），突破了MALDI質(zhì)譜成像空間分辨有效成像像素限制在50微米的瓶頸。與其他MALDI產(chǎn)品相比，該離子源在提高空間分辨率的同時(shí)保證了質(zhì)譜信號(hào)的靈敏度，是檢測(cè)生物樣品中微量以及痕量成分的重要保障。TransMIT AP-SMALDI10可與超高分辨質(zhì)譜Orbitrap（ThermoFisher Scientific）兼容，可同時(shí)獲得高空間分辨率和高質(zhì)量準(zhǔn)確度和分辨率的二維離子密度圖，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的高分辨質(zhì)譜成像。TransMIT AP-SMALDI10與同領(lǐng)域其他設(shè)備，其具體優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 常壓到中壓的操作環(huán)境，大大簡(jiǎn)化了樣品制備的方法，節(jié)約了成本。傳統(tǒng)的MALDI樣品分析是在真空條件下進(jìn)行，操作要求高，且隨著分析時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)在真空條件下?lián)]發(fā)損失，造成分子離子峰的信號(hào)衰減和成像誤差；

2. 小于5微米的高空間分辨率，能夠可視化生物組織內(nèi)化合物在細(xì)胞水平上的空間分布，并且可用于單細(xì)胞質(zhì)譜成像分析；

3. 采用激光束和離子流的同軸設(shè)計(jì)，大大提高了樣品表面分子離子的產(chǎn)率；

4. 采用激光器，即無(wú)害免控激光器，在使用過(guò)程中對(duì)人體無(wú)任何危險(xiǎn)；

5. 配有專用于高分辨質(zhì)譜成像的數(shù)據(jù)分析軟件；

6. 可與Thermo Scientific Q Exactive系列質(zhì)譜儀兼容，拆裝靈活。

二、儀器設(shè)備應(yīng)用及性能說(shuō)明

高空間分辨率TransMIT AP-SMALDI10離子源問(wèn)世后，已經(jīng)在生命科學(xué)領(lǐng)域展示了自己的優(yōu)勢(shì)，受到了國(guó)際專家和同行的一致認(rèn)可，多項(xiàng)研究成果發(fā)表在Angewandte Chemie，The Plant Journal， Analytical Chemistry，Analytical and Bioanalytical Chemistry，Rapid Communications in Mass Spectrometry， International Journal of Mass Spectrometry等知名期刊上。在了解生物組織特征，病理組織特征，藥物療效及發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物等方面表現(xiàn)突出。現(xiàn)對(duì)TransMIT AP-SMALDI10主要優(yōu)勢(shì)特色做簡(jiǎn)要綜述：

1、 高空間分辨率

高空間分辨率是準(zhǔn)確判斷生物組織內(nèi)化學(xué)物質(zhì)分布的前提條件。以大鼠腦組織中的磷脂分布為例，在100×100 μm²像素下，我們僅可以得到腦組織中磷脂的低分辨輪廓圖。當(dāng)分辨率提高到35 μm時(shí)，圖像清晰度顯著提高，可以準(zhǔn)確識(shí)別腦組織切片中不同功能區(qū)內(nèi)化合物的分布。再次聚焦TransMIT AP-SMALDI10激光束到3 μm，則可以得到更加精細(xì)、無(wú)毛刺的磷脂二維離子密度圖，這樣可以清晰識(shí)別大鼠腦組織中微小部位中的代謝產(chǎn)物分布。3×3μm²二維離子密度圖中紅、藍(lán)、綠分別代表不同的化合物，紅色代表背景離子，藍(lán)色代表phosphatidylcholine（38:1），綠色代表phosphatidylcholine（38:1）。

2、高質(zhì)量準(zhǔn)確度和高質(zhì)譜分辨率

TransMIT AP-SMALDI10的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其基于Orbitrap設(shè)計(jì)的一款離子源。Orbitrap無(wú)疑是近20年來(lái)高分辨質(zhì)譜技術(shù)上*重要的突破，該質(zhì)譜是目前體積*小的高分辨質(zhì)譜儀。Orbitrap分辨率可高達(dá)140000 @ 200 Da，可同時(shí)進(jìn)行定性和定量分析，尤其能夠針對(duì)復(fù)雜基質(zhì)中痕量組分的高靈敏度定量分析。集成了TransMIT AP-SMALDI10的Orbitrap可以為研究者提供超高分辨的二維離子密度圖，解決了質(zhì)譜成像技術(shù)中原位鑒定化合物的難點(diǎn)，全面提高了鑒定分子離子的準(zhǔn)確率和效率。可同時(shí)實(shí)現(xiàn)全掃描和MS/MS掃描，獲得RMS<2ppm的高質(zhì)量準(zhǔn)確度的二維離子密度圖。如圖所示，基于Orbitrap的AP-MALDI質(zhì)譜成像可以分辨質(zhì)量差僅為0.1Da的兩個(gè)化合物。如果使用低分辨質(zhì)譜，將無(wú)法區(qū)分平均質(zhì)量同為m/z 726的兩個(gè)化合物，致使得到的二維離子密度圖（圖d）實(shí)際上是兩種離子信號(hào)疊加的結(jié)果。由此可見(jiàn)，AP-MALDI-Orbitrap技術(shù)結(jié)合了高空間分辨率和高質(zhì)譜分辨率，是一種具有優(yōu)勢(shì)的質(zhì)譜成像技術(shù)。

3、單細(xì)胞質(zhì)譜成像分析

目前單細(xì)胞分析大多依靠顯微鏡技術(shù)，因此需要標(biāo)記細(xì)胞中的分析物，但是細(xì)胞中絕大多數(shù)分子沒(méi)有熒光，這不利于細(xì)胞中未知分子的檢測(cè);其次常用的熒光探針具有一定的波長(zhǎng)寬度，在有限光窗下只能檢測(cè)3-4種分子。單細(xì)胞質(zhì)譜分析因?yàn)榫哂袩o(wú)需標(biāo)記、多組分同時(shí)分析、相對(duì)和jue對(duì)定量、適于代謝組學(xué)和蛋白組分析的特點(diǎn)而受到研究者的青睞。在此基礎(chǔ)上單細(xì)胞質(zhì)譜成像成為了近期新的研究熱點(diǎn)，常用的單細(xì)胞質(zhì)譜成像技術(shù)為二次離子質(zhì)譜儀（SIMS），雖然SIMS的空間分辨率通常高于MALDI，但其質(zhì)量檢測(cè)范圍較小，質(zhì)荷比超過(guò)1000時(shí)靈敏度顯著降低。TransMIT AP-SMALDI10可以提供1-10 μm的高分辨率，同時(shí)彌補(bǔ)了SIMS質(zhì)量檢測(cè)范圍窄和靈敏度低的缺點(diǎn)，成功應(yīng)用于磷脂、多肽以及蛋白質(zhì)等活性物質(zhì)在單細(xì)胞中的空間分布研究。下圖展示了**采用TransMIT AP-SMALDI10獲得的單細(xì)胞中化學(xué)物質(zhì)的二維離子密度圖，使用7 μm的激光束可以成功捕獲單個(gè)HeLa細(xì)胞（圖a）中熒光標(biāo)記物（圖b）和磷脂（圖c和d）的二維空間分布信息。

綜上所述，TransMIT AP-SMALDI10是一款性能優(yōu)異、實(shí)用價(jià)值高的質(zhì)譜成像離子源。整合后的AP-MALDI-Orbitrap在成像空間分辨率、質(zhì)量準(zhǔn)確度及質(zhì)譜采集時(shí)間等方面得到了全面提升，配合其自主研發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件MIRION，更加提高了圖像處理的速度和質(zhì)量。AP-MALDI-Orbitrap在質(zhì)譜成像領(lǐng)域中具有許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必在多學(xué)科交叉領(lǐng)域研究中成為重要的研究工具。