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融智智慧 | 创新型光学系统有效提升质谱灵敏度

融智生物
2021.10.19

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临床样本中,很多蛋白标志物的含量比较低,这对于检验仪器的灵敏度是一个巨大的挑战。传统的MALDI-TOF MS由于光学系统结构设计的原因,在灵敏度提升上有很大的局限性。融智生物QuanTOF宽谱定量飞行时间质谱系统,采用创新型的光学系统,对光路进行了重新设计,使得激光能量更集中,离子产生效率更高,可以有效提升质谱仪的灵敏度,对于低丰度蛋白标志物的定量更加游刃有余。




MALDI-TOF MS的仪器结构与工作原理

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS),是基质辅助激光解吸电离(MALDI)这一“软电离”技术与飞行时间质谱(TOF MS)的完美结合,它为生物大分子(蛋白、核酸)的快速和高度可靠检测提供了新手段,同时也为生命科学领域提供了全新的分析方法。目前,MALDI-TOF MS在微生物鉴定、核酸检测等领域应用广泛。

与其他类型的质谱相似,MALDI-TOF MS同样是由进样系统、离子源、质量分析器、离子探测器、数据处理系统等主要部分构成。

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图. MALDI-TOF MS的仪器结构

进样系统进样后,由离子源产生的离子通过脉冲电场加速后获得不同初始速度,然后进入质量分析器(飞行管)以恒定速度飞向离子探测器。离子质量越大,到达探测器器所用时间越长;离子质量越小,到达探测器器所用时间越短,根据这一原理,把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。



传统MALDI-TOF MS面临的挑战

传统的MALDI-TOF MS,主要采用的是N2激光器作为UV光源,其使用寿命较短,由于氮气的消耗需要定期更换;其发射频率较低(20-60Hz),降低了检测速度;N2激光器体积较大,产生的激光光束的直径也较大(>3mm),需要通过光纤进行光束导入,会进一步降低光束能量。

除此之外,在传统的MALDI-TOF MS设计中,为了使激光光路及离子飞行道路不冲突,激光是以一定角度照射到样品靶板上,激光的光斑形成不对称分布,激光能量难以集中,样本离子激发分布发散,每次产生的样本离子量较少,从而导致了仪器整体的灵敏度降低。

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图. 传统MALDI-TOF MS的光路图



全新光学系统大幅提升质谱灵敏度

融智生物QuanTOF新一代宽谱定量飞行时间质谱,对光学系统进行了重新设计,采用5000Hz的半导体激光器,使用寿命长,用于微生物质谱鉴定可以做到终身免更换;频率高,离子产生效率大大增加,检测速度大幅提升,且激光频率软件可控;激光光束直径可达10μm之内。

另外,QuanTOF的激光光束采用了垂直入射的角度,产生的样本离子经过偏转电场后进入飞行管,避免了离子束与光路的冲突。这样的设计使得激光能量相对更集中,离子化发散降低同时效率更高,仪器灵敏度相应得到了提高。

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图. QuanTOF新一代宽谱定量飞行时间质谱光路图

全新的光学系统离子产生效率大大提高,仪器整体灵敏度也得到了大幅提升,目前QuanTOF灵敏度可达20fmol BSA信噪比大于500。

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图. 20fmol BSA,信噪比S/N>500,QuanTOF



结论

QuanTOF的光学系统设计,使得离子产生的初始空间及速度发散减小,激光器产生的能量更加集中地照射到样品靶板上,离子产生效率大幅提升,短时间内产生的离子数量更多,仪器的灵敏度及性能得到大幅提高,可达20fmol BSA信噪比大于500,对于低丰度的蛋白检测更加从容。

创新型光学系统技术白皮书封面
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如需查看技术白皮书原文,请点击文末阅读原文



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关于我们

融智生物科技(青岛)有限公司由资深质谱研发专家创立。秉承 “创新科技,打造生命科学领域的国之重器”的使命,多年深耕质谱技术的研发及其在临床检验和生命科学领域的应用,推出拥有自主知识产权的新一代高通量、高灵敏度飞行时间质谱,引领MALDI-TOF技术进入“宽谱+定量”的新时代。

融智生物现已建成包括微生物鉴定质谱系统、核酸分型质谱系统、蛋白定量质谱系统、成像质谱系统在内的四大质谱类产品管线,并且在病原微生物鉴定、药物基因组学、肿瘤标志物定性定量、高分辨率组织成像等应用领域形成了“四位一体(硬件+软件+数据库+试剂盒)”的完整解决方案,致力于为生命健康领域客户提供精准、快速、稳定的临床诊断质谱平台。融智生物在美国波士顿、中国北京、杭州及青岛拥有超过6000m2的硬件及应用产品研发中心、超过10,000m2的现代化高端质谱仪器及试剂生产基地,以及院士工作站和分子诊断专家工作站等专业智库。
融智生物坚持以客户为中心,怀抱“为客户创造最大价值”的服务理念,建立覆盖全国的技术支持和售后服务网络,为客户提供专业、及时、周到的技术服务。
扎根中国,放眼全球,融智生物将继续以质谱平台与创新型诊断技术为核心,成为生命组学时代临床诊断行业的领航者,为高端生命科学仪器的国产化、提高人类医疗健康水平做出积极的贡献。

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