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灵敏度是决定质谱成像检测的关键性能指标

  • 发布日期:2021-01-12      浏览次数:175
    •   质谱成像技术在科学研究、临床病理分析等诸多领域有着巨大的价值,已经成为质谱研究的一大热点,基于MALDI、AP-MALDI、DESI、SIMS等离子源的质谱成像技术飞速发展。对于科研工作者而言,如此多的质谱成像技术,究竟哪一种更适合自己的研究方向,很难搞清楚。本次,我们看一看质谱成像的关键性能之一:检测限(灵敏度)。
        灵敏度是决定质谱仪检测的关键性能指标,它意味着质谱仪少能发现多少离子(通俗地说,就是探测到多少个离子之后能够形成质谱图出峰)。对于质谱成像而言,我们不仅要研究高丰度分子成像,在很多应用中,比如癌症细胞分型研究中,我们还要研究低丰度生物标志物,这就对质谱仪的灵敏度提出了要求。
        决定灵敏度的因素有很多,这里只谈谈比较关键的因素:
        离子化效率
        质谱仪的两大核心结构,一是离子源,作用是将样本气化和电离;一是质量分析器,把质荷比不同的离子分开,并检测到。
        所谓离子化效率就是能够将样本离子化到什么程度。只有将足够多的样本分子离子化,才能更方便地被离子探测器检测到。
        离子源发展至今少说也有上百种,后被市场认可的离子源,离子化效率都比较高。但不同的离子源针对的范围不同。比如MALDI,在有合适基质时,其能保证无论大分子还是小分子,都能实现非常高的离子化效率,这也是MALDI拥有高灵敏度的原因之一。因为原理相似,AP-MALDI的离子化效率也能得到很好的保证,并且在小分子离子化方面尤其出色。而DESI、SIMS等离子源,则在小分子离子化方面优势明显,在大分子方面,离子化能力较MALDI差。
        离子传输效率
        离子源把样本气化和离子化之后,这些离子要想办法导入到质量分析器中。作为内源(真空中)MALDI所生产的离子由于是在质谱仪内真空环境下产生,离子传输效率较高,而外源性离子源,如AP-MALDI、DESI等,在大气环境下生成的离子需要传输入真空环境,往往只有1%以下的离子被传输到质量分析器中,对质谱成像技术的灵敏度产生很大的影响,只能依靠与其相配合的质量分析器的能力弥补。比如,我们常见AP-MALDI连接离子阱质谱仪,能够实现较高的质量分辨率,并且通过较长检测时间实现较高的灵敏度,但会在质谱成像的速率上大打折扣。
        基质(杂质)干扰
        质谱仪是高精密的仪器,它是分离物质的极限,这种极限是基于样品足够干净的基础上的,所以我们常见到色谱-质谱联用等技术,就是先期对样品中的基质去除,然后对相对纯净的目标物进行分离。
        质谱成像中,基质干扰同样会困扰质谱仪本身。质谱成像是对生物组织样本进行原位分析的技术,其样本的净化、提纯等前处理过程较少,意即没有了色谱分离的帮助,因而基质干扰会对质谱成像的灵敏度有较大的影响。一些抗基质干扰能力较弱的质谱仪,比如离子阱质谱,在质谱成像时表现出的抗基质干扰能力会比较差。
        离子探测器
        如果把质谱仪的工作流程看作流水线,离子探测器相当于流水线的后一道关口:质检。只有前面的各个环节做得足够好,质检环节才能轻松些,否则,离子探测器也会无能为力。
        不同类型的质谱仪使用了各自的离子探测器技术,以适配质谱仪流水线。这些离子探测器的工作方式和探测能力,将大大地限制质谱成像的灵敏度。一般而言,普通质谱仪的离子探测器主要为常规分析服务,并没有考虑到质谱成像的特殊需求,如果连接了外接离子源,往往无法达成高性能成像(通俗地说,就是理论上标称的内容,实际上根本看不到)。而内置离子源的质谱仪,如果是专为成像而制作,其会充分考虑质谱成像的需求,匹配适合的离子探测器和数据采集器,从而达到高灵敏探测的效果。比如融智生物的QuanTOF质谱成像系统,创新性地使用了光电混合离子探测器和瞬态数字转换器,从而大幅提升了离子探测器检测离子的灵敏度。
        综上,对于科研工作者而言,找到一台适合自己的质谱成像仪器,不能光看它们的理论极限,而要看仪器能够体现性来的性能。成像质谱要想发挥高性能,并不是一个离子源能决定的,而是质谱仪从离子源到质量分析器,再到数据采集和处理,每个环节都做到,达到整体性能,终才能得到高质量的质谱成像结果。目前,质谱成像发展时间尚短,一些质谱成像部件因为价格便宜、装配灵活,从而适合科研人员快速装备和开展研究。但在将来,质谱成像一定会向高性能整机、成套解决方案的方向发展。
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