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簡介

質譜成像（Mass Spectrometry Imaging）是一種新型的表面原位分析技術，它揭示了樣品真正表面或近表面的化學組成，其信息量遠遠超過了簡單的化學成分分析，可以用于表征、鑒定待測樣品表面的化學成分。較之其他成像技術，如顯微鏡成像，基于質譜的成像方法不局限于特異的一種或者幾種分子，分析物可以以其*初的形態被檢測，不需要對待測物進行標記，大大節省了標記所帶來的技術和時間成本。目前主要有三種離子化技術用于質譜成像：基質輔助激光解吸電離（MALDI）質譜、電噴霧解吸電離（Desorption Electrospray Ionization）質譜和二次離子質譜（Secondary Ion Mass Spectrometry）技術，其中MALDI是應用*為廣泛的離子化技術。MALDI通過引入基質分子，使分子與基質形成共結晶，當用一定強度的激光照射樣品與基質形成的共結晶薄膜，基質從激光中吸收能量而使分子解吸/電離。MALDI是一種軟電離技術，待測分子不易產生碎片，解決了非揮發性和熱不穩定性生物大分子解吸離子化的問題，是分析難揮發的有機物質的重要手段之一。在1994年，德國吉森大學（Justus Liebig University Giessen）的Bernhard Spengler教授**將MALDI MS與成像方法結合用于分析多肽，此后質譜成像技術便受到了廣泛的關注，不斷的在疾病診斷，病理組織特征，藥物代謝和植物代謝等研究中發揮著越來越重要的角色。

一、儀器設備概況

德國TransMIT AP-SMALDI 10是由世界知名質譜學家Bernhard Spengler教授研制成功并商品化的常壓基質輔助激光解吸電離離子源，是目前MALDI質譜成像中分辨率很高的離子源（分辨率高達到1微米），突破了MALDI質譜成像空間分辨有效成像像素限制在50微米的瓶頸。與其他MALDI產品相比，該離子源在提高空間分辨率的同時保證了質譜信號的靈敏度，是檢測生物樣品中微量以及痕量成分的重要保障。TransMIT AP-SMALDI10可與超高分辨質譜Orbitrap（ThermoFisher Scientific）兼容，可同時獲得高空間分辨率和高質量準確度和分辨率的二維離子密度圖，實現了真正意義上的高分辨質譜成像。TransMIT AP-SMALDI10與同領域其他設備，其具體優勢體現在以下幾個方面：

1. 常壓到中壓的操作環境，大大簡化了樣品制備的方法，節約了成本。傳統的MALDI樣品分析是在真空條件下進行，操作要求高，且隨著分析時間的延長，會導致基質在真空條件下揮發損失，造成分子離子峰的信號衰減和成像誤差；

2. 小于5微米的高空間分辨率，能夠可視化生物組織內化合物在細胞水平上的空間分布，并且可用于單細胞質譜成像分析；

3. 采用激光束和離子流的同軸設計，大大提高了樣品表面分子離子的產率；

4. 采用激光器，即無害免控激光器，在使用過程中對人體無任何危險；

5. 配有專用于高分辨質譜成像的數據分析軟件；

6. 可與Thermo Scientific Q Exactive系列質譜儀兼容，拆裝靈活。

二、儀器設備應用及性能說明

高空間分辨率TransMIT AP-SMALDI10離子源問世后，已經在生命科學領域展示了自己的優勢，受到了國際專家和同行的一致認可，多項研究成果發表在Angewandte Chemie，The Plant Journal， Analytical Chemistry，Analytical and Bioanalytical Chemistry，Rapid Communications in Mass Spectrometry， International Journal of Mass Spectrometry等知名期刊上。在了解生物組織特征，病理組織特征，藥物療效及發現生物標志物等方面表現突出。現對TransMIT AP-SMALDI10主要優勢特色做簡要綜述：

1、 高空間分辨率

高空間分辨率是準確判斷生物組織內化學物質分布的前提條件。以大鼠腦組織中的磷脂分布為例，在100×100 μm²像素下，我們僅可以得到腦組織中磷脂的低分辨輪廓圖。當分辨率提高到35 μm時，圖像清晰度顯著提高，可以準確識別腦組織切片中不同功能區內化合物的分布。再次聚焦TransMIT AP-SMALDI10激光束到3 μm，則可以得到更加精細、無毛刺的磷脂二維離子密度圖，這樣可以清晰識別大鼠腦組織中微小部位中的代謝產物分布。3×3μm²二維離子密度圖中紅、藍、綠分別代表不同的化合物，紅色代表背景離子，藍色代表phosphatidylcholine（38:1），綠色代表phosphatidylcholine（38:1）。

2、高質量準確度和高質譜分辨率

TransMIT AP-SMALDI10的另一個優勢是其基于Orbitrap設計的一款離子源。Orbitrap無疑是近20年來高分辨質譜技術上*重要的突破，該質譜是目前體積*小的高分辨質譜儀。Orbitrap分辨率可高達140000 @ 200 Da，可同時進行定性和定量分析，尤其能夠針對復雜基質中痕量組分的高靈敏度定量分析。集成了TransMIT AP-SMALDI10的Orbitrap可以為研究者提供超高分辨的二維離子密度圖，解決了質譜成像技術中原位鑒定化合物的難點，全面提高了鑒定分子離子的準確率和效率。可同時實現全掃描和MS/MS掃描，獲得RMS<2ppm的高質量準確度的二維離子密度圖。如圖所示，基于Orbitrap的AP-MALDI質譜成像可以分辨質量差僅為0.1Da的兩個化合物。如果使用低分辨質譜，將無法區分平均質量同為m/z 726的兩個化合物，致使得到的二維離子密度圖（圖d）實際上是兩種離子信號疊加的結果。由此可見，AP-MALDI-Orbitrap技術結合了高空間分辨率和高質譜分辨率，是一種具有優勢的質譜成像技術。

3、單細胞質譜成像分析

目前單細胞分析大多依靠顯微鏡技術，因此需要標記細胞中的分析物，但是細胞中絕大多數分子沒有熒光，這不利于細胞中未知分子的檢測;其次常用的熒光探針具有一定的波長寬度，在有限光窗下只能檢測3-4種分子。單細胞質譜分析因為具有無需標記、多組分同時分析、相對和jue對定量、適于代謝組學和蛋白組分析的特點而受到研究者的青睞。在此基礎上單細胞質譜成像成為了近期新的研究熱點，常用的單細胞質譜成像技術為二次離子質譜儀（SIMS），雖然SIMS的空間分辨率通常高于MALDI，但其質量檢測范圍較小，質荷比超過1000時靈敏度顯著降低。TransMIT AP-SMALDI10可以提供1-10 μm的高分辨率，同時彌補了SIMS質量檢測范圍窄和靈敏度低的缺點，成功應用于磷脂、多肽以及蛋白質等活性物質在單細胞中的空間分布研究。下圖展示了**采用TransMIT AP-SMALDI10獲得的單細胞中化學物質的二維離子密度圖，使用7 μm的激光束可以成功捕獲單個HeLa細胞（圖a）中熒光標記物（圖b）和磷脂（圖c和d）的二維空間分布信息。

綜上所述，TransMIT AP-SMALDI10是一款性能優異、實用價值高的質譜成像離子源。整合后的AP-MALDI-Orbitrap在成像空間分辨率、質量準確度及質譜采集時間等方面得到了全面提升，配合其自主研發的數據處理軟件MIRION，更加提高了圖像處理的速度和質量。AP-MALDI-Orbitrap在質譜成像領域中具有許多獨特優勢，勢必在多學科交叉領域研究中成為重要的研究工具。