生物質譜儀

自1886年Goldstein發明早期質譜儀器常用的離子源，到1942年第一台單聚焦質譜儀商品化，質譜基本上處於理論發展階段。隨後質譜在電離技術和分析技術上的發展和完善，使之很快套用於地質、空間研究、環境化學、有機化學、製藥等多個領域。

基本介紹

• 中文名：生物質譜儀
• 外文名：Biological mass spectrometry

生物質譜儀

自1886年Goldstein發明早期質譜儀器常用的離子源，到1942年第一台單聚焦質譜儀商品化，質譜基本上處於理論發展階段。

套用領域

隨後質譜在電離技術和分析技術上的發展和完善，使之很快套用於地質、空間研究、環境化學、有機化學、製藥等多個領域。然而，即使在電漿解吸（plasma desorption,PD）和快原子轟擊（fast atom bombardment,FAB）兩項軟電離質譜技術出現以後，質譜分析的相對分子質量也只是在幾千左右。真正意義上的變革以80年代中期出現的兩種新的電離技術：電噴霧電離（electrospray ionization,ESI）和基質輔助雷射解吸電離（matrix-assisted laser desorption ionization,MALDI）為代表，這兩種技術所具有的高靈敏度和高質量檢測範圍，使得在fmol （10-15）乃至amole（10-18）水平檢測相對分子質量高達幾十萬的生物大分子成為可能，從而開拓了質譜學一個嶄新的領域——生物質譜，促使質譜技術在生命科學領域獲得廣泛套用和發展。

分類

目前商業化的生物質譜儀，其離子化方式主要是電噴霧電離與基質輔助雷射解吸電離，前者常採用四極桿質量分析器，所構成的儀器稱為電噴霧（四極桿）質譜儀（ESI-MS），後者常用飛行時間作為質量分析器，所構成的儀器稱為基質輔助雷射解吸電離飛行時間質譜儀（MALDI-TOF-MS）。ESI-MS的特點之一是可以和液相色譜、毛細管電泳等現代化的分離手段聯用，從而大大擴展了其在生命科學領域的套用範圍，包括藥物代謝、臨床和法醫學的套用等；MALDI-TOF-MS的特點是對鹽和添加物的耐受能力高，且測樣速度快，操作簡單。此外，可用於生物大分子測定的質譜儀還有離子阱（ion trap,IT）質譜和傅立葉變換離子迴旋共振（Fourier transform ion cyclotron resonance,FTICR）質譜等。而最近面市的最新型的生物質譜儀是液相色譜-電噴霧-四極桿飛行時間串聯質譜儀（LC-ESI-MS-MS）與帶有串聯質譜功能的MALDI-TOF質譜儀，前者是在傳統的電噴霧質譜儀的基礎上採用飛行時間質量分析器代替四極桿質量分析器，大大提高了儀器的解析度、靈敏度和質量範圍，其商品名有Q-TOF和Q-STAR等；後者是在質譜中加入了源後降解（post-source decay,PSD）模式或碰撞誘導解離（collisionally induced dissociation,CID）模式，從而使生物大分子的測序成為可能。

醫學套用

生物質譜可提供快速、易解的多組分的分析方法，且具有靈敏度高、選擇性強、準確性好等特點，其適用範圍遠遠超過放射性免疫檢測和化學檢測範圍，生物質譜在檢驗醫學中主要可用於生物體內的組分序列分析、結構分析、分子量測定和各組分含量測定。

1．核酸檢測的套用：核酸的分子生物學研究已經成為生命化學、分子生物學及醫學領域中最具有活力的研究方向之一。通過現代生物質譜技術，我們不但能夠得到寡聚核苷酸的分子質量，而且能夠通過相關的技術得到它的序列信息。

2．小分子生物標誌物檢測的套用：質譜在檢驗醫學中套用較早、較廣泛的是用核素稀釋GC—MS分析小分子生物標誌物，該方法是很多生物小分子檢測的參考方法，主要分析項目有胺基酸、脂肪酸、有機酸及其衍生物、單糖類、前列腺素、甲狀腺素、膽汁酸、膽固醇和類固醇、生物胺、脂類、碳水化合物、維生素、微量元素等，其中很多項目的方法比較完善，如激素¨ 的檢測和利用串聯質譜法進行新生兒胺基酸、游離肉毒鹼和醯肉鹼的篩查系統_2l3 J，2004年l2月24目美國食品藥品管理局(FDA)還專門制訂了“用串聯質譜法分析新生兒胺基酸、游離肉毒鹼和醯基肉鹼篩選檢測系統”的指導性檔案。生物質譜作為參考方法，在臨床檢驗的量值溯源工作中也發揮著重要作用。由於質譜方法在測量的準確性和可靠性上所具有的巨大優勢，目前很多國際組織或校準品製造商都用質譜法作為參考方法，對一些測定項目的校準品進行定值，如：葡萄糖、尿酸、T4、肌酐等。

3．大分子生物標誌物檢測的套用：大分子生物標誌物按結構可分為蛋白質、糖蛋白和低聚核苷酸。蛋白質是疾病的重要生物標誌物，當異常基因產生異常蛋白質後，臨床實驗室可通過測量代謝物濃度、代謝物組變化、檢測疾病相關異常功能蛋白、結構蛋白或蛋白指紋圖譜 等來提供用於診斷疾病的數據。代謝物組、蛋白質組、基因組分析間的相互作用將是今後幾年我們面臨的主要挑戰與發展機遇。臨床檢驗將通過連續地進行這些分析，先鑑別與疾病有關係的代謝物組，然後通過對蛋白質和(或)DNA的分析驗證鑑別結論，再連同其他臨床信息和實驗室數據，最後確定疾病的嚴重程度，並制定治療策略。腫瘤標誌物的測定是生物質譜技術在臨床檢驗套用中最為突出和有價值的領域，生物質譜技術最有希望成為腫瘤的早期檢測方法。根據生物質譜技術對乳腺癌等l2種腫瘤的血清及尿液檢測結果已證實，其檢測靈敏度82%～99%；診斷特異性為85%～99%，這是一個令人震驚的結果。

4．微生物鑑定的套用：通過每種細菌分離物的生物質譜可得到基於每種細菌惟一的肽模式或指紋圖譜來鑑別細菌，Hsu已用串聯質譜鑑定了沙門菌 J。由於蛋白質在細菌體內的含量較高，生物質譜可常用於細菌屬、種、株的鑑定；而串聯質譜還可針對糖類或脂類的脂肪酸組成進行鑑定；此外，通過對生物樣本進行處理後，串聯質譜也可從單細菌水平發現和確定病原菌及孢子；對特殊脂質成分的分析則可了解樣本中病原菌的活力和潛在感染。

5．藥物分析的套用：質譜在藥物分析中的套用包括：合成藥物組分分析，天然藥物成分分析，肽和蛋白質藥物(包括糖蛋白)胺基酸序列分析，藥物代謝研究和中藥成分分析。在檢驗醫學中套用較多的是治療藥物監測(TDM)，以前藥物檢測主要使用免疫化學技術和高效液相色譜技術。雖然，免疫化學技術簡單易行，但是所測定藥物種類比較少。高效液相色譜技術測定藥物種類雖較多，但定性的可靠性差。然而，液相色譜與質譜(LC．Ms)聯用技術檢測藥物準確、快速，幾乎可以用於所有藥物檢測，如抗癌藥 、免疫抑制劑、抗生素以及心血管藥，LC．MS技術有望成為藥物檢測的最強有力的工具。