質(zhì)譜技術發(fā)展以及在生物學研究中的應用

質(zhì)譜作為現(xiàn)今在生物研究中的普遍運用的技術，借助快速高效測定復雜生物大分子和小分子的優(yōu)勢，在生物研究中的重要性越來越凸顯。這期我們講一下質(zhì)譜技術發(fā)展以及在生物學研究中的應用。

質(zhì)譜的原理
質(zhì)譜分析技術是通過測定并分析樣品離子的質(zhì)荷比來分析鑒定樣品的一種方法。質(zhì)譜儀大體分為三個部分：離子源，質(zhì)量分析器，檢測器。質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心部件，它決定著質(zhì)譜儀分析的靈敏度，分辨率，生成離子碎片的能力，和準確度等。樣品在被分析前，首先要經(jīng)過電離離子化，使樣品分子帶上一定的電荷。接下來，帶電的離子首先經(jīng)過一段加速電場的驅動，飛行進入分析電場或磁場。由于樣品本身的質(zhì)量和離子化的帶電量不同，樣品離子在分析電場中的運動軌跡也不同，也因此能通過分析離子的運動軌跡將不同的離子區(qū)分開，并且對樣品的信息，純度等特征進行定性和定量的測定。

質(zhì)譜的發(fā)展歷史
第一臺質(zhì)譜儀距今已經(jīng)有90多年的歷史了，由J. J. Thomson發(fā)明制成，主要用于化學實驗中無機元素的測定。隨著質(zhì)譜技術的拓展，隨著計算機技術的發(fā)展，也逐漸被應用于分析更復雜的生物分子，包括氨基酸，蛋白質(zhì)，脂質(zhì)，糖類等。雖然相比顯微鏡等儀器，質(zhì)譜的發(fā)展歷史，和被應用到生物研究的時間短了不少，但是作為一種精準分析鑒定生物分子的手段，質(zhì)譜在生物研究的重要性是不可取代的。

常用質(zhì)譜的類別
生物學研究的對象普遍是復雜大分子，包括了蛋白質(zhì)，核酸，糖類，脂質(zhì)，以及各類小分子。各類生物分子的性質(zhì)也有著很大的差別。因而，應用于生物領域研究的質(zhì)譜儀的種類也有不少，常見的用于生物研究的質(zhì)譜儀有一下幾種：

1. 四級桿質(zhì)譜儀

四級桿質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器是由四根棒狀的電極組成，在兩對電極中間施加交變頻場，設定的頻場只允許一定質(zhì)量的離子通過四級桿到達檢測器，進而對這一區(qū)間的離子進行快速分析。它的特點是儀器結構簡單，掃描速度快，但是分辨率相對較低。
2. 飛行時間質(zhì)譜儀（TOF）

此類型的質(zhì)譜儀測定的離子的質(zhì)核比是通過分析離子在真空飛行管中的飛行時間所推算出的。經(jīng)過不斷改進，TOF質(zhì)譜儀在分辨率和精準度上有很大的提升，準確度在經(jīng)歷后期校正程序后可達到PPM級，檢測的離子質(zhì)量范圍可達到幾十萬。
3. 離子阱質(zhì)譜儀

離子阱質(zhì)譜儀是一種串聯(lián)質(zhì)譜儀，離子阱是質(zhì)譜儀的核心部分，既是碰撞室，又是質(zhì)量分析器。在分析前先將離子聚集儲存，因而離子阱質(zhì)譜儀的優(yōu)勢就在于離子儲存和選擇。
4. 離子回旋共振（ICR）質(zhì)譜儀

離子回旋共振質(zhì)譜儀是根據(jù)離子在磁場中進行回旋運動的特性而設計的。離子回旋共振質(zhì)譜儀是這幾類質(zhì)譜儀中分辨率，準確率較高的儀器，其中Obitrap 便是高精準度質(zhì)譜儀的典型代表。

質(zhì)譜在生物研究的應用

1. 生物代謝小分子的檢測

質(zhì)譜技術在檢測小分子上有著長久的發(fā)展，小分子的測定和分析方法也很成熟。目前質(zhì)譜技術能夠準確的測定多種生物小分子，包括氨基酸、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。
2. 生物大分子的檢測

蛋白質(zhì)，糖類，核酸，以及脂質(zhì)是構成生物體的主要組成部分和生命活動的功能的行駛者。絕大多數(shù)生物研究說到底都是圍繞著這幾類生物大分子展開的。雖然較小分子而言，大分子的質(zhì)譜分析更為復雜，隨著質(zhì)譜技術的快速發(fā)展，這些生物大分子的分析也變的準確和快速。
3. 藥物分析檢測

藥物的成分千差萬別，例如抗體類藥物某個關鍵位點的修飾就可能對藥物的療效造成很大的影響，因此傳統(tǒng)技術的藥物分析在分析生物藥物方面十分困難。 得益于質(zhì)譜技術的高效準確，質(zhì)譜技術常用于分析生物肽和蛋白質(zhì)類等藥物(包括糖蛋白)的氨基酸序列分析。另外，質(zhì)譜也可用于天然藥物，藥物代謝研究和中藥成分分析等。
4. 微生物的鑒定

微生物的物種繁多，由于不同種的微生物遺傳序列的差異，導致細菌蛋白序列也不盡相同。質(zhì)譜正是測定微生物的肽指紋圖譜，再與數(shù)據(jù)庫信息進行比對，從而鑒定微生物的身份。另外，質(zhì)譜也可對某些微生物產(chǎn)生的特定糖類或酯類進行分析，進而鑒定目標微生物。

百泰派克技術平臺

檢測分析平臺：多臺高分辨率質(zhì)譜儀、高效液相色譜、氣相色譜，NMR。

蛋白質(zhì)組分析平臺：Label-free、iTRAQ、SILAC、SWATH、MRM；蛋白質(zhì)定性定量鑒定、蛋白質(zhì)差異分析、發(fā)現(xiàn)疾病標記物、發(fā)現(xiàn)藥物靶標。

代謝組分析平臺：靶向代謝組學、非靶向代謝組學、脂質(zhì)組學分析；通量達1000種代謝分子、代謝通路分析、代謝靶標鑒定。流式細胞多因子檢測平臺：CBA、FlowCytomix；微量樣品需求，分析多種細胞因子。

蛋白質(zhì)從頭測序平臺：Obitrap Fusion Lumos質(zhì)譜儀、PEAKS軟件分析；100%序列測定，精準蛋白、抗體測序。

生物制藥分析平臺：生物藥物鑒定、變異性分析、純度分析。

流式細胞多因子檢測平臺：CBA、FlowCytomix；微量樣品需求，分析多種細胞因子。