ICP-MS作为检测元素和同位素的分析设备，具有敏感性高、动态线性范围宽、分析速度快、样本用量少等优点[1]。ICP-MS凭借其巨大的优势，逐渐发展为了元素检测的“金标准”，如今ICP-MS用于临床主要进行基本营养元素及重金属元素的检测，其实ICP-MS用途不仅限于此，除此之外还可用于元素形态价态分析、免疫检测、单细胞检测、颗粒检测分析等。
元素
形态、价态分析
1
Part.1
不同价态、形态呻分析
砷主要以总砷、As（V）（五价无机砷）、As（Ⅲ）（三价无机砷）、DMA（二甲基砷酸盐）、MMA（一甲基砷酸盐）等价态形态的方式存在于环境与生物体内。食品中以有机砷为主，而饮水中主要以 As（V）为主[2]。
研究证实无机砷的毒性最大,甲基化砷的毒性较小,而AsB、AsC和砷糖常被认为是无毒的，生物体内的无机砷和有机砷的浓度与砷中毒患者病情之间存在直接的关系[3]。由于不同形态砷化物的毒性不同，其在人体内的迁移、转化和代谢规律就与其致毒和去毒的机理有关。因此对从事与砷有关的工作人员或砷中毒患者的体液进行砷形态分析都是有必要的。有研究人员进行砷价态形态与砷中毒患者肝肾功、皮肤损害及酶之间的相关性分析，Spearman结果显示砷中毒轻度患者的iAs3与碱性磷酸酶（ALP）之间有统计学上的关联，DMA与谷氨酰转移酶（GGT）、色素缺失和掌跖角化之间有统计学上的关联，MMA 与 ALP、肌酐（CREA）之间有统计学上的关联。中度患者DMA与总蛋白（TP）、CREA之间有统计学上的关联，MMA 与 CREA之间有统计学上的关联，iAs3、DMA、MMA与皮肤症状之间均显示有统计学上的关联。对于砷不同形态、价态的分析可更准确的把握体内元素的含量和状态，对应不同的临床表现症状，精准检测，辅助诊断治疗。ICP-MS联用技术检测元素形态、价态也终将成为临床检测的方向之一。
2
Part.2
不同价态、形态硒分析
硒是一个典型的双功能元素,其生物功能不仅取决于硒的总浓度水平,而且跟硒存在的化学形态以及不同化学形态下硒化物的浓度水平直接相关。硒的不同化学形态对人体的吸收、生物效应、毒性及防癌作用不同。常见的硒形态有硒酸盐(SeVI) 、亚硒酸盐(SeIV) 、硒代蛋氨酸(SeMet)、硒代胱氨酸(SeCys2 )、硒代半胱氨酸(SeCys)和硒代乙硫氨酸(SeEt)等。硒酸盐及亚硒酸盐毒性较大，会导致生物体病变，而硒代蛋氨酸等有机硒则是人类摄取硒元素的主要来源。
硒以硒代半胱氨酸等形式插入到机体蛋白中形成含硒酶或含硒蛋白，从而实现各种必需的生理功能。目前已发现25种硒蛋白，其中GPx（谷胱甘肽过氧化物酶）家族、TrxR（硫氧还蛋白还原酶）家族和DIOs（脱碘酶）家族的研究较为系统。
GPx是机体内GSH系统中重要的H2O2和过氧化物分解酶，能催化氧化型GSSG转变为还原型GSH，进而保护机体免受过氧化物的干扰与损伤。TrxR可还原H2O2、过氧化脂质等过氧化物，亚硒酸盐、硒代胱氨酸、辅酶Q10等，因底物广泛而具备了许多生理功能。DIOs是调节甲状腺素原的另一大族硒蛋白，可将甲状素原转化为有活性的甲状腺素或无活性的反甲状腺素，DIO1对缺硒最为敏感，其缺乏可能会导致甲状腺激素代谢紊乱[4]。
3
Part.3
ICP-MS联用技术
气相色谱-电感耦合等离子体质谱（GC-ICP-MS）
联用技术
气相色谱―质谱联用技术具有分析速度快灵敏准确的优点，其在元素形态分析中的应用越来越广泛，特别是对于易挥发的元素进行形态分析具有一定的优势[5]。
GC的作用是使目标物按分离的先后顺序进入到质谱仪的离子源，且必须使被分析物在从GC传输到ICP-MS时保持气态[6]。温度过低会导致分离的物质冷凝粘附在联机管路中，而管路温度过高又会使分析物的形态发生改变甚至分解，且GC-ICP-MS进行形态分析之前，对于难挥发的目标物需要进行衍生，前处理繁琐。这些问题都限制了GC-ICP-MS在汞、铅等元素在形态分析中的应用[7]。
高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱（HPLC-ICP-MS）
联用技术
在众多与ICP-MS联用的分离技术中，HPLC具有强大的分离能力、分离模式多样、稳定性好、并且与ICP-MS常规雾化器的进样相匹配。HPLC-ICP-MS以其简单的接口、简便的前处理操作、广泛的应用范围、有利于保持待测样品原始形态不变、可以与多检测器串联等优点，成为形态分析中最常用的联用技术之一，常被用于砷、硒、铅、汞等元素的形态分析。
气相色谱-电感耦合等离子体质谱（GC-ICP-MS）
联用技术
在有关使用CE-ICP-MS形态分析的文献中，缓冲液较为复杂，或者需要加入有机添加剂，且需要高浓度的NaOH冲洗毛细管，但这些溶液进入雾化器后对ICP-MS检测不利，这个问题使得联用的接口设计较为复杂[8]，因此联用的接口设计一定程度上限制了CE-ICP-MS 联用的发展。
基于
ICP-MS免疫分析
免疫分析在临床医学检测领域具有重要地位，1959年，Yalow等首先建立了放射免疫分析法，之后人们提出了酶联免疫分析、化学发光免疫分析、时间分辨荧光免疫分析等一系列非放射性免疫分析方法。然而，这些传统的非放射性免疫方法受到光谱重叠等问题的限制，不适合临床上的多组分同时检测。
2001年，有研究者提出了基于电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)检测的免疫分析方法[9]。此后ICP-MS免疫分析得到了快速发展，并且已经被证明可用于小分子、蛋白质、核酸以及单细胞等一系列生物样品的检测。由于ICP-MS直接对标记原子本身进行检测，因此检测不受标记物的光学、电学、电化学、磁性等性质的影响[10]。
1
Part.1
基于ICP-MS单组分免疫分析
免疫反应和ICP-MS检测联用的方式建立了元素标记免疫分析的方法，Zhang等人先后建立了元素标记分析方法，用于检测甲状腺激素[11]、总甲状腺素[12]、以及人IgG抗体[13]，结果稳定，与化学发光法相比具有良好的一致性。Liu等[14,15]通过建立银增强-金纳米粒子标记的方法，达进一步提高检测灵敏度，采用这种方法检测人癌胚抗原CEA，通过信号放大，检出限低至0.03 ng /mL，较之前研究检测灵敏度提高了60倍，如图1。
图1银增强-金纳米粒子标记的基于ICP-MS的免疫分析原理图(左)及与金纳米粒子信号强度对比(右)[14]
2
Part.2
基于ICP-MS多组分免疫分析
Ornatsky等[16]利用Sm3+、Eu3+、Tb3+和纳米金标记建立了4组分同时检测的方法，并研究了人白血病细胞株模型。
Terenghi[17]等建立了一种液相免疫分析， Pr3+、Eu3+、Gd3+、Ho3+、Tb3+斓系元素标记的5种抗体，实现了对于5种肿瘤标志物(甲胎蛋白AFP、人绒毛膜促性腺激素HCG、癌胚抗原CEA、卵巢肿瘤抗原CA125/MUC16、胃癌抗原CA19-9)的同时检测。
3
Part.3
基于ICP-MS的磁球免疫分析
近年来,免疫磁球作为一种高效的捕获、富集和分离技术，广泛应用于对复杂基质中目标待测物的免疫分析中[18]。此外，免疫磁球具有较大的比表面积、较好的稳定性、易于修饰功能性基团以及较快的反应动力学等特点,使其很适合进行快速、灵敏的免疫反应[19]。
体液免疫分析
基于ICP-MS的磁球免疫分析,Zhao等[20]提出了一种利用两个亲和适配体提高特异性，金纳米粒子用于信号扩增，磁球用于快速分离，以及ICP-MS用于超灵敏检测的夹心免疫分析方法，以检测人α凝血酶，并证明该方法具有良好的选择性。
之后,Cho等[21]通过合成了19.8 nm 的TiO2纳米粒子修饰单克隆抗体以标记前列腺特异性抗原PSA，建立了一种新的磁球免疫方法,血清中 PSA的检出限达到了1.16 fg/mL，比当前癌症诊断时测定PSA的水平低了3.44×106倍。
细胞免疫分析
在细胞检测方面,Zhang 等[22]于2014年报道了应用金纳米粒子标记的磁球免疫ICP-MS分析方法检测肿瘤细胞的工作。如图所示,首先以抗CD3抗体修饰的纳米磁珠作为捕获探针从细胞混合物中高效快速分离淋巴T细胞，并以金纳米粒子标记的抗CD2抗体作为ICP-MS检测的标记探针，该工作建立了一种基于细胞表面生物标志物的细胞同时检测方法。
图2基于ICP-MS的磁球免疫分析检测淋巴T细胞[22]
Han等人[23]应用功能化磁性微球作为捕获探针，并应用金属稳定同位素标记,建立了多组分核酸分析方法。应用Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的稳定同位素离子标记实现了在均相溶液中对15种临床疾病(包括癌症、遗传病和病毒性疾病)相关的DNA序列的同时检测，并通过同位素稀释策略建立了两种目标DNA的同时绝对定量。该方法同样适用于免疫多组分的同时检测分析。
总结
近年来,基于ICP-MS的元素形态、价态以及免疫多组分分析方法逐步成熟。与目前临床常规检测方法相比，能够大大减小样本使用量，提高检测效率与灵敏度。结合现有的技术，进行ICP-MS的组合式免疫多组分分析，以满足不同个体对不同指标检测的需求，更好地实现个体化检测。众多研究者十几年来致力于相关研究，具有广阔的应用前景，日后推广到临床常规检验也一定会创造巨大的价值。
英盛
YS EXT 8600MD ICP-MS
英盛生物电感耦合等离子体质谱仪YS EXT 8600MD已于2020年获得二类医疗器械注册证（鲁械注准 20202220321），同时基于此平台研发的多种元素试剂盒涵盖了基本元素、营养元素、重金属元素等方向，可以满足微量元素临床检测和科研项目需求。
参考文献：
[1] 程雅婷,曹正,李水军,沈敏,马志军,韩连书.质谱技术在临床微量元素检测中的应用共识[J].检验医学,2019,34(08):677-681.
[2]Vahter M.Genetic. Polymorphism in the biotransformation of inorganic arsenic and its role in toxicity［J］.Toxicol Lett,2000,112（6）:209－217.
[3] Engstrim KS,Broberg K,Concha G,et al. Genetic polymorphisms influencing arsenic metabolism: evidence from Argentina［J］.Environ Health Perspect,2007,115（7）:599－605.
[4] 董瑞霞.不同硒态小鼠转录组分析及儿茶素EGCG对其抗氧化系统的影响[D]. 安徽农业大学, 2017.
[5] Lambertsson L,Lundberg E,Nilsson M.Applications of enriched stable isotopetracers in combination with isotopedilution GC-ICP-MS to study mercury speciestransformation in sea sediments during insituethylation and determination[J]. Journal of Analycal Spectrometry,2001,1611:1296-1301.
[6] Granadillo I A,Alonso.J. Determination of the speciation of organ lead compounds in air borne particulate matter by gas chromatogrphy-inductively coupled plasma massspectrometry[J. Analytica Chimica Acta,2000,423 (1): 121-129.
[7] Fernandez R G，Bayon M M, Galonso JI, et al. Comparison of different derivaization approaches for mercury speciation in biological tissues by gas chromatography inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Mass Spectrometry，2000，35:639-646.
[8] Joanna S,Patrice P,Alexei M,etal.Speciation analysis for biomolecular complexesof lead in wine by size-exclusion high-performance liquid chromatography-inductivelycoupled plasma mass spectrometry[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,1998，13:749-754.
[9] Zhang C,F Wu,Zhang Y,et al.J.Anal.At.Spectrom.2001.
[10] 孙公伟,洪伟哲,张钰清等. 电感耦合等离子体质谱用于多组分免疫分析研究进展[J]. 分析化学, 2017, 12(v.45):43-51.
[11] Zhang C,WuF B,Zhang Y Y,Wang X,Zhang X R.J.Anal.Alt. Spectrom. 2001，16(12): 1393-1396.
[12] Zhang C,Wu F,Zhang X R.J.Anal.At.Spectrom.2002,17(10): 1304-1307
[13] Zhang C,Zhang ZY,Yu BB,Shi J J,Zhang X R.Anal.Chem.2002,74(1):96-99
[14] Liu R,Liu X,Tang Y,Wu L,Hou X,Lv Y.Anal.Chem.2011,83(6): 2330-2336
[15] Liu R,Zhang Y,Zhang S,Qiu W,Gao Y.Appl.Spectrosc. Rev.2013,49(2): 121-138.
[16] Ornatsky O,Baranov V,Bandura D R,Tanner S D,Dick J. J. Immunol. Methods. 2006,308(1-2): 68-76.
[17] Terenghi M,Elviri L,Careri M,Mangia A,Lobinski R.Anal.Chem. 2009,81(22): 9440-9448
[18] Beveridge J S,Stephens J R,Williams M E.Annu.Rev.Anal.Chem.2011,4: 251-273
[19] Chikaveeraiah B V,Bhide A A,Morgan N Y,Eden H S,Chen X.ACS Nano. 2012,6(8)∶6546-656
[20] Zhao Q,Lu X,Yuan C G,Li X F,Le X C.Anal.Chem.2009,81(17)∶7484-7489
[21] Cho H K,Lim H B.J.Anal.At. Spectrom.2013，28(4): 468-472
[22] Zhang Y,Chen B,He M,Yang B,Zhang J,Hu B.Anal. Chem,2014,86(16): 8082-8089
[23] Han G,Zhang S,Xing Z,Zhang X.Angew.Chem.Int.Ed.,2013,52(5): 1466-1471
供稿：英盛生物市场部
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