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质谱方法(Mass Spectroscope,MS)是通过正确测定蛋白质分子的质量而进行蛋白质分子鉴定、蛋白质分子的修饰和蛋白质分子相互作用的研究。质谱仪通过测定离子化生物分子的质荷比便可得到相关分子的质量。但长期以来,质谱方法仅限于小分子和中等分子的研究,因为要将质谱应用于生物大分子需要将之制备成气相带电分子,然后在真空中物理分解成离子。但如何使蛋白分子经受住离子化过程转成气相带电的离子而又不丧失其结构形状是个难题。20世纪70年代,解吸技术的出现成功地将蛋白分子转化成气相离子。尔后快原子轰击与其紧密相关的溶液基质二次离子质谱法使得具有极性的、热不稳定的蛋白分子可经受住电离过程。但这些方法仅限于10kD以下蛋白分子的研究。80年代电喷雾电离(ESI)和软激光解吸(SLD)电离技术的发展则使得质谱方法应用于高分子量蛋白分子的研究。 电喷雾电离(ESI)原理可按电荷残留模型予以描述,带电液滴蒸发,液滴变小,液滴表面相斥的静电荷密度增大。当液滴蒸发到某一程度,液滴表面的库仑斥力使液滴爆炸。产生的小带电液滴继续此过程。随着液滴的水分子逐渐蒸发,就可获得自由徘徊的质子化和去质子化的蛋白分子。针对电喷雾电离所产生的多电荷状态,Fenn将多电荷状态理解为对分子质量进行多次独立的测量,并基于联立方程解的平均方法,获得对分子质量的正确估量,解决了多电荷离子信息的问题,使蛋白分子质量测量精度获得极大的提高,并于1988年首次成功地测量了分子量为40 kD的蛋白质分子,精确度达到99.99%。
质谱方法(Mass Spectroscope,MS)是通过正确测定蛋白质分子的质量而进行蛋白质分子鉴定、蛋白质分子的修饰和蛋白质分子相互作用的研究。质谱仪通过测定离子化生物分子的质荷比便可得到相关分子的质量。但长期以来,质谱方法仅限于小分子和中等分子的研究,因为要将质谱应用于生物大分子需要将之制备成[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]带电分子,然后在真空中物理分解成离子。但如何使蛋白分子经受住离子化过程转成[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]带电的离子而又不丧失其结构形状是个难题。20世纪70年代,解吸技术的出现成功地将蛋白分子转化成[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]离子。尔后快原子轰击与其紧密相关的溶液基质二次离子质谱法使得具有极性的、热不稳定的蛋白分子可经受住电离过程。但这些方法仅限于10kD以下蛋白分子的研究。80年代电喷雾电离(ESI)和软激光解吸(SLD)电离技术的发展则使得质谱方法应用于高分子量蛋白分子的研究。 GtqA@&5& ueJ_F#y 电喷雾电离(ESI)原理可按电荷残留模型予以描述,带电液滴蒸发,液滴变小,液滴表面相斥的静电荷密度增大。当液滴蒸发到某一程度,液滴表面的库仑斥力使液滴爆炸。产生的小带电液滴继续此过程。随着液滴的水分子逐渐蒸发,就可获得自由徘徊的质子化和去质子化的蛋白分子。针对电喷雾电离所产生的多电荷状态,Fenn将多电荷状态理解为对分子质量进行多次独立的测量,并基于联立方程解的平均方法,获得对分子质量的正确估量,解决了多电荷离子信息的问题,使蛋白分子质量测量精度获得极大的提高,并于1988年首次成功地测量了分子量为40 kD的蛋白质分子,精确度达到99.99%。 {0} Q5 p@=B\A] 软激光解吸(SLD)是指从激光脉冲中获得能量后,样品分子以完整的低电荷分子离子释放,然后由电场加速。运用激光解吸电离蛋白分子时,激光的能量和波长、化学/物理基质的吸收和热传递特性,与基质中分析物的分子结构之间需要作合理的选择调配。Tanaka选用了低能量氮激光和含有胶状颗粒的甘油作基质,成功地测定了高分子量的糜蛋白酶原、梭肤酶-A以及细胞色素。由于Tanaka成功的开创性工作,SLD技术迅速发展。目前占主导的方法是基质辅助激光解吸电离(MALDI)。这一方法是将样品掺入一种低分子量的结晶基质,基质的最大吸收与激光脉冲波长匹配。由于MALDI产生的是低电荷的完整[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]大分子,可用于检测纯度不高的生物分子。MALDI与飞行时间(TOF)联合已经成为鉴别大分子的重要方法,成为鉴定细胞内蛋白组分不可或缺的研究手段。
原标题:英开发出质谱成像技术运用新方法 推动癌组织分析进入数字时代 在癌症研究领域,质谱成像(MSI)是一种非常有前途的技术,但目前该技术的运用还受原始数据预处理、图像精确度及图像识别能力等问题限制。英国帝国理工学院近日发布新闻公报称,该校研究人员开发出一种新方法,可有效解决上述问题。新方法将改变病体组织的检测方式,从而推动癌症组织分析进入数字时代。相关研究成果刊发在最新一期《美国国家科学院院刊》上。 质谱成像技术主要是利用质谱直接扫描生物样品,分析化学成分在细胞或组织中的结构、空间与时间分布信息。这种成像方法不局限于特异的一种或几种蛋白质分子,可在生物组织样本中找到每一种蛋白质分子,并提供它们在组织中空间分布的精确信息。早在几年前,就有科学家提出利用该技术来确定生物组织类型的构想,但却一直没有设计出实用有效的方法。 新方法利用解吸电喷雾电离技术来优化数据预处理,提高图像精确度,并通过提取生物组织特定的分子印记来强化不同生物组织类型的生化特性,以增强图像识别能力。研究人员称,利用新开发的集成生物学信息平台,可将质谱成像技术获得的大量人体组织的具体信息数据,用于构建各种类型的组织数据库。通过多样本分析,并与传统的组织学分析结果进行比较,计算机就可以学习识别不同类型的组织,从而使癌变组织的解析变得相对简单高效。他们将自己设计的工作流程用于直肠结肠癌组织的检测,效果良好。 与标准组织学动辄几周才会得出完整结果的检测手段相比,利用质谱成像技术进行单一检测,仅需几小时即可获得更详尽的信息,不仅会显示组织是否发生癌变,还会显示癌症是哪一种类型和亚型。这些信息对于医生选择最有效的治疗方法十分重要。 研究人员指出,自19世纪后期染色技术用于显示组织结构以来,对组织病理学样本的分析方法鲜有变化。直到今天,染色法依然是医院组织学分析的主流手段,并且变得越来越复杂,耗费也越来越高。而质谱成像技术可能改变组织学的基本范式,科学家将不再根据组织的结构,而是根据它们的化学成分来定义组织类型。将来的检测不再依靠专家的眼睛,而是以海量数据为基础,仅一个检测所得到的信息就远比多个传统组织学检测所得到的更多。他们表示,新研究克服了一些质谱成像技术实际应用所遇到的障碍,将成为创建下一代完全自动化的组织学分析手段的第一步。 总编辑圈点 这是用互联网思维改造传统检测方法的一种尝试,它首先选取了质谱成像方法中最容易快速成像的解吸电喷雾电离技术,实现了数据快速采集;其次,通过将质谱成像得到的结果数字化,建立样本库,提高了数据规模,保证了分析精度;最后,与大数据、云计算等结合,可不断提高检测的准确性,为可靠应用提供保证。新思维已经提高了单个样本的检测精度,我们对它在群体和地区性疾病的检测预防方面也应有所期待。