iCMS2016第七届质谱网络会议-质谱新技术与生命科学
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11月23日，iCMS质谱新技术（下）和生命科学主题会场报告继续。中科院化学所研究员汪福意、复旦大学教授丁传凡、滨松光谱应用工程师周旭升、珀金埃尔默中国区质谱产品经理周向东、清华大学教授邓海腾、Waters公司高级应用技术工程师郏征伟、中科院生物物理所研究员李岩、中科院上海有机所研究员郭寅龙在线上给出了精彩报告。
仪器信息网网络讲堂与中国化学会质谱分析专业委员会合作举办的第七届质谱网络会议(iConference on Mass Spectrometry，iCMS2016)于2016年11月22日正式开幕。会议为期四天(11月22日-25日)，共设质谱新技术、生命科学、药物、食品、环境、仪器维护及软件操作六个主题会场。质谱新技术主题会场(上)、(中)已于11月22日顺顺利利地进行，清华大学教授林金明、SCIEX应用支持工程师罗继、赛默飞生命科学质谱应用技术部经理陈伟、中国医学科学院副研究员贺玖明、清华大学教授瑕瑜、美资力可仪器应用专家李莉、安捷伦液质应用工程师冉小蓉、中科院成都生物研究所公共实验技术中心主任周燕8位质谱新研发技术应用专家和厂商技术专家分享了质谱新技术相关报告。[质谱新技术主题会场(上)、(中)相关报告链接]
11月23日上午，两位研究和应用专家：中科院化学所研究员汪福意、复旦大学教授丁传凡与两位厂商技术专家：滨松光谱应用工程师周旭升、珀金埃尔默中国区质谱产品经理周向东在质谱新技术主题会场(下)继续分享质谱新技术。
生命科学主题会场在11月23日下午举行，清华大学教授邓海腾、Waters公司高级应用技术工程师郏征伟、中科院生物物理所研究员李岩、中科院上海有机所研究员郭寅龙在线上给出了精彩报告。
中科院化学所研究员汪福意 报告题目：SIMS和激光共聚焦单细胞成像研究金属抗肿瘤药物的分子作用机理
二次离子质谱分为NanoSIMS和ToF-SIMS，汪福意在报告中首先介绍了二者的区别和特点。在价格这一块，ToF-SIMS更便宜，目前应用更广泛。在SIMS的生物研究方面，起初，研究组采用ToF-SIMS研究有机金属钌配合物的细胞分析。通过SIMS细胞表面分析检测到细胞表面的钌分子离子峰分布，而得到的相关质谱信息还不足以说明钌在细胞核中的分布。后来研究组将激光共聚焦显微与ToF-SIMS联用(COIM)，通过可寻址硅片样品板将两部分数据结合比对，成功定位了细胞核和金属在细胞核的分布。汪福意介绍其研究团队开始通过COIM( confocal和ToF-SIMS联用)的组合成像技术探讨研究单细胞内金属抗肿瘤药物的分子作用机制。此前铂药物损伤DNA和蛋白相互识别的研究还没有到单细胞水平，而细胞内也有几率存在这样的特异识别。顺铂与DNA形成交联复合物铂损伤DNA，再经蛋白HMGB1识别形成三元复合物，从而阻止铂损伤的细胞修复，最终能导致细胞凋亡。研究组首先用光学方法定位HMGB1，再用SIMS定位铂结合离子在细胞的位置，观察二者的重叠情况及与DNA的结合情况。研究表明，CIOM成像是研究单细胞内铂损伤DNA-蛋白质之间相互识别的有效方法。
滨松光子公司高级工程师周旭升 报告题目：质谱分析仪的微通道板/真空紫外电离源/电子倍增器
周旭升介绍，目前定量用分析质谱仪90%以上依赖进口，包括TOF在内的国产质谱仪在环保、精准医疗等特殊应用市场具有发展优势。滨松的微通道板以及组件探测器、真空紫外电离光源、电子倍增器三类产品支持国内的质谱研发。在报告中周旭升首先介绍了滨松微通道板(MCP)，通过MCP离子有10000倍左右的增益。如果说MCP是具备探测功能的器件，那么MCP组件(MCP Assembly)就是有独立功能的探测器，其集成了阳极、电压接线、电容等功能器件，直接安装到仪器上就能工作。MCP Assembly能够适用于TOF，测量不同质核比的离子飞过飞行管到达MCP位置的飞行时间，从而定性和定量。不同离子的到达时间信号连续描点就是质谱图。高分辨质谱需要MCP组件的快速响应。滨松的MCP组件HPK加入了Mesh栅网具有三级结构Troid，很适合用于医疗和药物研究的定性高响应速度。针对TOF的特点，滨松有一些列微通道板产品，除了快速时间响应的HPK也有紧凑型和较低成本的产品，适合不同定位的厂商选择。滨松目前的MCP通过改造漏斗型结构增加了MCP的开口率，使得OAR从60%增到90%，明显地增加了CCD像素点。除了MCP和MCP Assembly，周旭升也详细的介绍了滨松真空紫外(VUV)电离源和电子倍增器(EM)的产品特点。
PerkinElmer中国区质谱产品经理周向东 报告题目：PerkinElmer便携式气质联用仪在环境检验测试和突发应急检测中的应用
面对目前现场实时环境检验测试和突发应急检验测试市场的需求，便携式GCMS的应用需求在逐渐增大。周向东介绍说，PerkinElmer Torion T-9是当前世界上最快的便携气质产品，曾在2007年获得R&D创新奖。据介绍，Torion T-9电池可持续供电2.5h，按照每个样品检测5分钟可完成20-30次检测。其主要部件微型低热质(LTM)气相约为手掌大小，与普通GC结构类似，LTM色谱柱具迅速降温能力，GCMS运行时间小于5min。在保证分离性能的情况下，其比常规GCMS分析速度大幅度的提高。Torion T-9另一主要结构特点是其环状离子阱设计，据介绍，环状离子阱比常规离子阱的离子容量高400倍，来提升了定性和定量能力。据介绍，除了GC和MS方面的特点，Torion T-9也从适合便携应用的采样技术增强了仪器的易用性。其专用的SPME可以在一定程度上完成快速现场样品采集，简单易操作方便。针式捕集阱进样系统很适合气体样品和顶空定量分析。为了让现场检测更方面，Torion T-9的操作软件也选择了清晰明了的界面设计，能自动进行化合物判定，也可以外联计算机。另外，周向东也展示了Torion T-9在环境水VOCs、土壤苯系物、爆炸现场、公共安检方面的应用案例。
目前世界上至少已有几十种质谱电离技术，丁传凡在报告中详细的介绍了离子化技术的基础原理。产生离子的物理学原理是质谱的基础原理，即通过离子在电场、磁场中的运动轨迹与其M/Z的物理学相关性原理来分析和测量不同质核比的离子。离子源是产生样品离子的部件，从基础理论上讲，离子源能够从中性分子中“拿走”电荷或“给予”中性分子电荷，使得中性分子成为离子。分子的电离电势是质谱仪器中电子轰击电离(EI源)的基础，分子的电离电势一般在10-15eV左右，几乎所有商业质谱EI源的电子能量都设为70eV，EI源是基于分子电离电势的离子源。分子的亲和势(PA)反应了它获得质子生成质子化离子的能力。在含有大量质子的等离子体中，具有较大PA的分子较易生成质子化离子，因此显示较强的质谱信号。电喷雾电离源(ESI)、DESI、质子转移反应离子源、MALDI、EESI、化学电离等是基于质子亲和势的离子源。通过加上质子而产生样品分子离子的过程都是利用了分子质子亲和势的性质。凡是通过加上电子而产生样品分子离子的过程都是利用了分子电子亲和势大于0的性质。ESI、DESI、MALDI、EESI、电子俘获离子源都是基于电子亲和势的离子源。总之，所有电离方式的离子产生都需要以电离电势、质子亲和势、电子亲和势、电子亲和势或离子亲和势中的一种为基础。
在报告中，邓海腾以综述的形式介绍了目前国内外蛋白组学研究的现状、挑战与未来。蛋白研究领域早些年2D-PAGE和MALDI-MS的方法寻找Biomaker，但找到的蛋白数量非常局限。串联质谱扫描速度的提高过程给蛋白鉴定数目带来了大幅度的提高。随着质谱技术可组学研究的发展，现在每分钟鉴定的蛋白数可比2000年增长几十甚至上百倍。2013年，海外科学家采用高分辨质谱组学分析方法在12h内鉴定7000-8000个蛋白。而目前蛋白鉴定的灵敏度还不够，如在Mann的一篇研究文章中，15万个细胞仅能够鉴定775个蛋白。我国科学家邹汉法团队曾发表磷酸化蛋白组学系统鉴别判定的方法的文章，此技术中pTyr superbinder是关键，该方法鉴定了20000个肽段和10000个pTyr位点。目前蛋白鉴定更多采用SILAC/TMT方法应用在蛋白质组定量, SILAC法能够在一次分析中定量8个样品，TMT法能够定量6个，还在向更多个样品的定量发展。另外，邓海腾介绍了该研究组应用TMT lable技术所做的肾透明细胞癌生物标记物鉴定，共检测到9000多个蛋白。在肾癌中HSP60是低表达，激活AMPK通路，抑制合成代谢。而在脑瘤中，HSP60是高表达，敲低HSP60会抑制蛋白合成。邓海腾还提到，蛋白组学研究非常需要前端色谱分离技术的支持，结构相近的肽段的在色谱中的有效分离对提高sequence coverage非常有帮助，希望色谱技术的发展再给质谱鉴定带来更多突破。
Waters公司高级应用技术工程师郏征伟 报告题目：DESI质谱成像技术在临床研究领域的应用进展
Zoltan Takats在2004年发明了解析电喷雾电离(DESI技术)，DESI很适合用于质谱成像，可分析新鲜样品不需要复杂处理。目前Waters是DESI技术在临床领域的独家生产应用销售企业，对该技术做了很多硬件和软件上的优化，目前已发展到第二代DESI离子源产品。DESI的拆装不需要卸真空，用户十几分钟就可以从ESI换到DESI。配套的HDI高清成像软件能够定义成像区域，进行可视化数据和图像处理。DESI目前能够应用在Waters Synapt G2-Si QTOF淌度平台，提供研究级的成像分析平台。增加多一维分离，能够使目标物的分析更加准确。郏征伟还介绍了DESI成像实验从组织样品制备、质谱分析到组织染色的工作流程，以及其用于病理学研究之后发现生物标志物的应用过程。另外，DESI成像也能给药物代谢研究、司法鉴定、微生物成像等方面带来新的思路。
中科院生物物理所研究员李岩 报告题目：基于多级质谱技术的糖链结构解析研究
由于糖类结构较为复杂且变化多样，糖组学的分析十分艰难。李岩介绍了该研究组通过MALDI源的IT TOF多级质谱进行的一些列糖类分析。研究团队进一步研究之后发现了人体蛋白N糖的多级质谱数据库，并建立了了自动化寡糖数据解析算法。该算法能够区分分支的同分异构体，该团队也一直在该算法的自动化方面继续研究。李岩在报告中介绍了多级质谱数据解析的概念：基于Carbbank(7837)糖数据库，在分析中模拟所有可能性，选择有效洗洗脑量最多的峰进行下一级质谱分析，并使用熵的概念进行经过判断。研究组通过质谱得到的离子类型、峰高等信息通过database search、DeNovo算法做多元化的分析。李岩介绍了研究阶段从做标准品分析到实际生物样品分析的情况。在实际分析中连接位点导致的同分异构体分析、混合物分析方面还存在挑战。
在该报告中郭寅龙介绍了团队研发的三类新型离子化技术。溶剂辅助双喷雾质谱离子源(SAESI)、碳纤维离子化(CFI)和常压火焰离子化技术(AFI)。AFI是目前成本最低的离子源，很适合实际样本的直接分析。其离子源装置由耐高温玻璃样品棒和可控氢火焰源组成，其离子化机理是水和氢离子与M结合生成一价正离子。氢火焰中富有丰富的金属离子，能够扩大待测物检测分析范围。AFI氢火焰温度能调控，辅助气体有氮气、二氧化碳和氦气三种选择，并可实现选择温度的解吸离子化。另外，郭寅龙以驱蚊胺的分析实例说明了AFI的灵敏度，在最低浓度100ng/ml时检出限100pg。AFI在果蔬表面农残分析、药物活性成分快速检测、脂肪酸快速分析等方面有方便快速的优势。
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