小編推薦會(huì)議  2019臨床質(zhì)譜與高端醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)發(fā)展論壇

近年來小型質(zhì)譜在國(guó)內(nèi)外受到質(zhì)譜研發(fā)及應(yīng)用專家的廣泛關(guān)注，也不斷有儀器公司推出小型、便攜式質(zhì)譜儀。小型質(zhì)譜在大氣和水體監(jiān)測(cè)、食品安全檢驗(yàn)檢疫、產(chǎn)品源頭質(zhì)量控制、血液中藥品和毒品等物質(zhì)的快檢等領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。為了了解小型質(zhì)譜的發(fā)展方向，近日，儀器信息網(wǎng)編輯就質(zhì)譜小型化的發(fā)展歷程、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用、未來發(fā)展方向等問題對(duì)普渡大學(xué)教授歐陽證進(jìn)行了專訪。歐陽證教授主要從事樣品離子化技術(shù)、質(zhì)譜系統(tǒng)小型化、生物質(zhì)譜分析等研究，在質(zhì)譜小型化技術(shù)研發(fā)方面已經(jīng)有十幾年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，他的研發(fā)成果和對(duì)小型質(zhì)譜的研發(fā)理念一直受到質(zhì)譜界的密切關(guān)注。

從質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用熱點(diǎn)看小型質(zhì)譜的未來

從1997年接觸質(zhì)譜并逐漸開發(fā)質(zhì)譜新方法、新技術(shù)和研發(fā)新儀器，歐陽證對(duì)質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展有著自己的看法。每年的美國(guó)PITTCON展會(huì)和美國(guó)質(zhì)譜年會(huì)(ASMS)他都會(huì)參加，并在過去五年里與Graham R. Cooks教授輪流主持PITTCON展會(huì)的小型質(zhì)譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)。談到近年來較為突出的質(zhì)譜技術(shù)，歐陽證表示，最近兩年革命性的質(zhì)譜新技術(shù)幾乎沒有。說到結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新性強(qiáng)的，還是10年前的Oribitrap技術(shù)和9年前的離子淌渡與臺(tái)式質(zhì)譜的結(jié)合。商用質(zhì)譜儀器技術(shù)總體是仍在向高靈敏度、高分辨、高質(zhì)量數(shù)的方向發(fā)展，但這一趨勢(shì)已延續(xù)數(shù)十年，應(yīng)該有所變化和突破。

歐陽證說，“舉一個(gè)例子，質(zhì)譜在30年之前就進(jìn)入了藥物研究。從應(yīng)用方面看，現(xiàn)在使用質(zhì)譜最多的地方還是藥物代謝的定量，傳統(tǒng)的三重四極桿技術(shù)已經(jīng)把這個(gè)問題解決了，而現(xiàn)在三重四極桿性能的改進(jìn)仍然是商用質(zhì)譜儀器產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)主要方面?！?/p>

這些年質(zhì)譜一直在向推進(jìn)蛋白組學(xué)研究的方向發(fā)展，而由于組學(xué)的復(fù)雜程度之高，對(duì)生物過程的理解及生物標(biāo)記物的尋找不是僅僅靠提高靈敏度、分辨率或質(zhì)量范圍就可以解決的。除了藥物代謝、蛋白質(zhì)組學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全檢測(cè)這些應(yīng)用之外，儀器廠商都在通過現(xiàn)有儀器產(chǎn)品探索新的應(yīng)用方向。生物醫(yī)學(xué)逐漸進(jìn)入了質(zhì)譜研發(fā)科學(xué)家的視線，成為更加前沿的研究方向。

據(jù)歐陽證介紹，現(xiàn)在美國(guó)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)方面發(fā)展很快，相關(guān)會(huì)議，特別是Mass Spectrometry for Clinical application年會(huì)的規(guī)模和關(guān)注人數(shù)都在快速增長(zhǎng)。質(zhì)譜儀器廠商都致力于開發(fā)適用于醫(yī)學(xué)診斷研究和應(yīng)用的儀器，并希望經(jīng)過FDA的認(rèn)證之后進(jìn)入到醫(yī)療分析實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用領(lǐng)域中。

普渡的研究團(tuán)隊(duì)是國(guó)際上較早對(duì)質(zhì)譜小型化技術(shù)進(jìn)行深入研究及全面技術(shù)開發(fā)的團(tuán)隊(duì)，目前也在引領(lǐng)全球小型質(zhì)譜技術(shù)的研發(fā)。近幾年P(guān)ITTCON展會(huì)由歐陽證和Cooks教授主持的小型質(zhì)譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)人氣越來越旺，全球的儀器研發(fā)和應(yīng)用專家對(duì)小儀器的關(guān)注程度也在逐漸升溫。

歐陽證說：“小型化質(zhì)譜的前端甩開復(fù)雜的樣品處理，后端甩開繁重的儀器，對(duì)它的性能定義不再是傳統(tǒng)質(zhì)譜的靈敏度、準(zhǔn)確性和分辨率，而是能不能快速的給普通使用者一個(gè)簡(jiǎn)單的答案?！北銛y、快速、簡(jiǎn)單易用是小型質(zhì)譜的發(fā)展方向。

普渡大學(xué)在原位電離和小型質(zhì)譜這兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域一直領(lǐng)跑，兩者在不同的體系平行發(fā)展。歐陽證認(rèn)為，這樣的發(fā)展模式使這兩項(xiàng)技術(shù)都得到了很好的發(fā)展，但將此兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合在一起是質(zhì)譜小型化的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。

2004年原位電離技術(shù)(Ambient Ionization)問世的時(shí)候，歐陽證就曾表示這項(xiàng)技術(shù)與小型質(zhì)譜的結(jié)合非常關(guān)鍵。小型質(zhì)譜的應(yīng)用要脫離色譜，原位電離能很好地為小型質(zhì)譜服務(wù)?！半m然原位電離技術(shù)與大型質(zhì)譜結(jié)合使用也有很好的效果，但從我的角度看，它與小型質(zhì)譜的結(jié)合更趨于完美，特別是在解決生物醫(yī)療診斷的問題方面?！睔W陽證說。

小型質(zhì)譜已解決復(fù)雜樣品單一成分的快速分析

小型化質(zhì)譜研究之初，大家都在關(guān)注把分析器做小，出現(xiàn)了小型化的離子阱、四極桿及飛行時(shí)間等質(zhì)量分析器。離子阱具有多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜分析功能，其結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化及電場(chǎng)的優(yōu)化曾是這一階段的一個(gè)主要研究方向。然而分析器小型化只是質(zhì)譜小型化的考慮因素之一，質(zhì)譜的進(jìn)樣及真空系統(tǒng)也非常重要。歐陽證介紹說：“分析揮發(fā)性及半揮發(fā)性待測(cè)物的小型質(zhì)譜進(jìn)樣方式一般有兩種：膜進(jìn)樣法、固相微萃取(SPME)類的采樣技術(shù)及采用小型氣相色譜控流的方法?！睔W陽證將這類小型質(zhì)譜定義為第一代(1G)小型質(zhì)譜。

“另外，真空系統(tǒng)小型化對(duì)質(zhì)譜儀整機(jī)的小型化非常關(guān)鍵。”歐陽證強(qiáng)調(diào)。他與Cooks領(lǐng)導(dǎo)的普渡研究團(tuán)隊(duì)于2006年研發(fā)了第一臺(tái)手持式、測(cè)定空氣中的揮發(fā)性物質(zhì)的離子阱質(zhì)譜-Mini 10，并通過引入小型化分子渦流泵及隔膜泵解決了真空系統(tǒng)小型化的問題?，F(xiàn)在很多商業(yè)化便攜式質(zhì)譜的抽真空系統(tǒng)都是以這臺(tái)質(zhì)譜的構(gòu)架為基礎(chǔ)。2008年，采用最新的真空技術(shù)，普渡的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出僅有4kg重的Mini 11。“至此我們已經(jīng)證明質(zhì)譜儀器本身可以做到非常小?！睔W陽證說。

2008年，利用間斷式離子傳輸?shù)募夹g(shù)，在Mini 10及Mini 11小質(zhì)譜上實(shí)現(xiàn)了從常壓到真空的離子傳輸。歐陽證說：“至此，小型質(zhì)譜儀發(fā)展踏入了第二代(2G)時(shí)期。這一代小型質(zhì)譜比第一代在兩個(gè)方面做了較大提升。一是通過常壓離子傳輸接口使得分析非揮發(fā)性化學(xué)及生物樣品成為可能；二是起用原位采樣電離技術(shù)以實(shí)現(xiàn)了血液等生物樣本及食品、藥品等復(fù)雜樣品的直接分析?！钡诙⌒唾|(zhì)譜的標(biāo)志性研發(fā)成果是臺(tái)式質(zhì)譜分析系統(tǒng)Mini 12 (25 kg)和背包型質(zhì)譜Backpack MS(12 kg)。

使樣品在質(zhì)譜儀器外部形成離子傳輸?shù)椒治銎髦袑?duì)于小真空系統(tǒng)來說非常困難。間斷式離子傳輸技術(shù)的發(fā)明使樣品產(chǎn)生的離子在較高氣壓情況下實(shí)現(xiàn)傳輸與貯存，并在低氣壓進(jìn)行離子裂解和質(zhì)量分析，全過程僅需要幾百毫秒。離子阱的結(jié)構(gòu)對(duì)常壓離子傳輸及質(zhì)量分析具有重要影響?！睆牡诙⌒唾|(zhì)譜開始，原位電離與小型質(zhì)譜結(jié)合，進(jìn)樣方式為紙噴霧(Paper Spray)技術(shù)、低溫等離子體離子化(LTPI)技術(shù)等原位電離方法。原位進(jìn)樣不經(jīng)過樣品前處理，所以需要串聯(lián)質(zhì)譜去除復(fù)雜基質(zhì)的化學(xué)噪聲。串聯(lián)質(zhì)譜能將待測(cè)物分離、打碎再分析，顯著地提高了信噪比，還能區(qū)分復(fù)雜待測(cè)物的同分異構(gòu)體。

“根據(jù)直接采樣和分析復(fù)雜化合物的需要，我們選擇發(fā)展能實(shí)現(xiàn)時(shí)間串聯(lián)的離子阱分析器。離子傳輸和分析器電場(chǎng)及氣流場(chǎng)的優(yōu)化技術(shù)非常重要?！痹趪?guó)際上普遍認(rèn)為大型離子阱質(zhì)譜儀發(fā)展已過其黃金時(shí)代的時(shí)候，小型質(zhì)譜給離子阱技術(shù)提供了一個(gè)嶄新的發(fā)展方向。

從臺(tái)式質(zhì)譜儀到第一代及第二代小型質(zhì)譜儀，質(zhì)譜小型化經(jīng)過了一個(gè)由繁入簡(jiǎn)的歷程，產(chǎn)生了一個(gè)全新而又及其簡(jiǎn)化的質(zhì)譜系統(tǒng)儀器平臺(tái)。這樣的平臺(tái)能夠分析揮發(fā)性、非揮發(fā)性化合物以及復(fù)雜生物物質(zhì)。

歐陽證團(tuán)隊(duì)的第二代質(zhì)譜儀設(shè)計(jì)方案被美國(guó)NASA團(tuán)隊(duì)采用，用來設(shè)計(jì)定于2018年發(fā)射的火星地面漫游探測(cè)器ExoMars上的小型質(zhì)譜儀MOMA (Mars Organic Molecule Analyzer)?！氨M管質(zhì)譜儀本身仍保持全程掃描及多級(jí)串聯(lián)等大型質(zhì)譜儀的功能，在研發(fā)中我們把注意力集中在對(duì)整套質(zhì)譜分析過程的簡(jiǎn)約化，以對(duì)單一成分的定性及定量分析為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)無需實(shí)驗(yàn)室前處理技術(shù)的分析過程。這是我們對(duì)第二代小型質(zhì)譜儀的一個(gè)重要期望與目標(biāo)。”據(jù)歐陽證介紹，處于研發(fā)中的第三代(3G)小型質(zhì)譜的應(yīng)用目標(biāo)是在臨床醫(yī)療院應(yīng)用中測(cè)定多組分的生物標(biāo)記物。

生物醫(yī)學(xué)分析、床邊檢測(cè)和手術(shù)指導(dǎo)是小型質(zhì)譜的新應(yīng)用方向

第二代小型質(zhì)譜實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用方向主要分兩大類：一類是量大面廣的單一目標(biāo)化合物檢測(cè)，這類應(yīng)用在食品安全、藥品打假、緝毒、產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面都具有很好的發(fā)展空間，并已在如牛奶中抗生素檢測(cè)、血液中毒品、尼古丁檢測(cè)的具體項(xiàng)目上有成熟的應(yīng)用。對(duì)此歐陽證舉例說：“例如，牛奶中抗生素檢測(cè)需要在奶源處通過簡(jiǎn)單的分析立即獲知是否抗生素超標(biāo)，靈活易用的小型質(zhì)譜正好滿足這一應(yīng)用?！彼€表示，將小型質(zhì)譜用于生物醫(yī)療領(lǐng)域在中國(guó)和美國(guó)都有較好的發(fā)展前景，國(guó)內(nèi)的生物醫(yī)療研究發(fā)展的非?？欤t(yī)療診斷資源也非常豐富。

另一類是精準(zhǔn)醫(yī)療和伴隨診斷，如通過服藥后的血液檢測(cè)得到特定病人的準(zhǔn)確藥物劑量。歐陽證用新藥上市的例子說明了小型質(zhì)譜在精準(zhǔn)醫(yī)療中的作用：“美國(guó)有很多新藥沒有被FDA批準(zhǔn)上市，并不是因?yàn)樗幮Р缓?，而是因?yàn)椴荒軐?duì)于所有人都用一個(gè)劑量。小型質(zhì)譜恰能快速簡(jiǎn)單的解決這個(gè)問題?！?/p>

歐陽證用兩個(gè)目前的生物醫(yī)學(xué)研究案例介紹了新的小型質(zhì)譜的發(fā)展方向：

歐陽證與普渡大學(xué)瑕瑜教授的研究團(tuán)隊(duì)合作，利用Paternò-Büchi反應(yīng)和串聯(lián)離子阱技術(shù)直接分析血液或組織中的脂類，從而確定脂質(zhì)不飽和雙鍵的位置。癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的生物合成路徑不同，其脂質(zhì)不飽和同分異構(gòu)體比例也有標(biāo)志性區(qū)別，從而可以用來區(qū)分正常細(xì)胞與癌細(xì)胞。

另外，歐陽證在哈佛醫(yī)學(xué)院的合作者正在做一項(xiàng)將質(zhì)譜分析用于手術(shù)室診斷的研究。即在手術(shù)室中活體組織檢查(biopsy)方式取樣，再用質(zhì)譜和原位采樣技術(shù)判斷腫瘤的類型以指導(dǎo)手術(shù)。

據(jù)歐陽證介紹，小型質(zhì)譜在以上兩種生物醫(yī)療研究的應(yīng)用方向比大型質(zhì)譜具有不可替代的優(yōu)越性。第二代的小型質(zhì)譜已經(jīng)能夠勝任多種藥物分析和伴隨診斷，第三代的未來小型質(zhì)譜應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹强焖?、?zhǔn)確的生物醫(yī)學(xué)分析、床邊檢測(cè)(POCT)和手術(shù)指導(dǎo)。

在談到小型質(zhì)譜與大型質(zhì)譜的儀器性能比較時(shí)，歐陽證表示目前使用原位采樣電離的小型質(zhì)譜系統(tǒng)能夠分析復(fù)雜樣品中的有機(jī)化合物，其靈敏度與使用色質(zhì)聯(lián)用的大型儀器的差距在10倍以內(nèi)。而且可以通過反應(yīng)(如試劑盒)把靈敏度大幅度增加?！靶⌒唾|(zhì)譜的檢測(cè)靈敏度完全滿足目前食品安全、環(huán)境檢測(cè)、藥品分析等多方面的應(yīng)用?！睔W陽證說：“市場(chǎng)上大型液質(zhì)系統(tǒng)濃度線性范圍在0-105以上，而實(shí)際上單一目標(biāo)待測(cè)物一般不會(huì)超過3個(gè)數(shù)量級(jí)。”他強(qiáng)調(diào)，實(shí)用性的小型質(zhì)譜并不需要盲目追求超寬動(dòng)態(tài)范圍及超高靈敏度。

據(jù)介紹，歐陽證團(tuán)隊(duì)關(guān)注的是目標(biāo)物分析，在第三代可能做到M/Z 990范圍的磷酸磷脂，以后再發(fā)展很可能可以測(cè)定多肽和大蛋白?，F(xiàn)在小型質(zhì)譜受到的關(guān)注越來越多，未來的小型質(zhì)譜將是醫(yī)院、藥店甚至家里都能見到的常用儀器。而其研發(fā)理念是做成實(shí)用性強(qiáng)的工具，不以追求高分辨率、高靈敏度、高質(zhì)量范圍等儀器性能為目標(biāo)。“小型、快速和操作簡(jiǎn)便是我們一直在堅(jiān)持的研發(fā)方向?！笔褂迷环治?、試劑盒反應(yīng)、串聯(lián)質(zhì)譜和簡(jiǎn)便的操作界面是歐陽證團(tuán)隊(duì)打造的專用小質(zhì)譜應(yīng)用平臺(tái)的四大特點(diǎn)。

做研發(fā)靠創(chuàng)新，做產(chǎn)業(yè)化靠市場(chǎng)

小型質(zhì)譜還在發(fā)展，在質(zhì)譜界是創(chuàng)新的技術(shù)。在定義產(chǎn)品的時(shí)候，歐陽證還考慮到了這方面研究平臺(tái)的技術(shù)能力，他說：“全球包括國(guó)內(nèi)有幾個(gè)很好的團(tuán)隊(duì)在做小型質(zhì)譜和原位電離，整個(gè)平臺(tái)的技術(shù)實(shí)力對(duì)產(chǎn)品的影響很大?！弊罱鼩W陽證入選國(guó)家**，加入清華大學(xué)精密儀器系，重點(diǎn)建設(shè)清華大學(xué)質(zhì)譜儀器研究中心，第三代小型質(zhì)譜儀的研究及產(chǎn)業(yè)化也將在該中心進(jìn)行。除此之外，坐落在北京清華科技園的小型質(zhì)譜產(chǎn)業(yè)化公司(清譜科技，PURSPEC Technologies)也已經(jīng)成立。預(yù)計(jì)Mini12將在明年推向市場(chǎng)，后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化研究和生產(chǎn)都將在國(guó)內(nèi)進(jìn)行。目前，清譜科技還在招募市場(chǎng)團(tuán)隊(duì)。

對(duì)于做成果產(chǎn)業(yè)化，歐陽證并非沒有顧忌。他談到：“做科學(xué)研究需要具有前瞻性和發(fā)散性，而做產(chǎn)業(yè)化則需要更貼近市場(chǎng)應(yīng)用。這是兩個(gè)雖然相輔但又相悖的方向?！睔W陽證表示，今后還是會(huì)在科研方面投入更多精力。

同時(shí)，歐陽證希望清華質(zhì)譜儀器研究中心能給“青年**”歸國(guó)的年輕人一個(gè)發(fā)揮的平臺(tái)。希望新的團(tuán)隊(duì)能將清華這個(gè)質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室做實(shí)再做大，也希望能與國(guó)際及國(guó)內(nèi)的優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)的合作繼續(xù)進(jìn)行，出更多的創(chuàng)新成果，發(fā)表高水平文章。

雖然美國(guó)的生物醫(yī)療等領(lǐng)域比國(guó)內(nèi)發(fā)展的更早，但歐陽證看好國(guó)內(nèi)小型質(zhì)譜應(yīng)用市場(chǎng)?！靶⌒唾|(zhì)譜商品是對(duì)傳統(tǒng)質(zhì)譜儀市場(chǎng)的一個(gè)顛覆，但預(yù)期的阻力也不可低估。國(guó)內(nèi)的食品、藥品、環(huán)境領(lǐng)域和快速發(fā)展的醫(yī)療行業(yè)應(yīng)該可以為小儀器提供一個(gè)即時(shí)的市場(chǎng)。當(dāng)然，還需要小質(zhì)譜的技術(shù)的不斷發(fā)展來維護(hù)這個(gè)市場(chǎng)。”在談到國(guó)內(nèi)研發(fā)條件時(shí)，歐陽證說：“中外研發(fā)條件現(xiàn)在已不分伯仲，而我認(rèn)為對(duì)于小質(zhì)譜的發(fā)展，中國(guó)的平臺(tái)要比美國(guó)好。我已經(jīng)不敢說回來是給國(guó)家做貢獻(xiàn)，反倒是國(guó)家給我提供了一個(gè)我非常需要的平臺(tái)?！?/p>

歐陽證還表示：國(guó)內(nèi)現(xiàn)在儀器研發(fā)平臺(tái)發(fā)展的很好，這與國(guó)家對(duì)科學(xué)儀器研發(fā)的支持力度有很大關(guān)系。2004年他通過與中國(guó)計(jì)量院的合作開始參與國(guó)內(nèi)質(zhì)譜儀器研發(fā)，“那個(gè)時(shí)候，任何質(zhì)譜廠商都無法在國(guó)內(nèi)招收到一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)。”歐陽證說。這十年來國(guó)內(nèi)的儀器研發(fā)環(huán)境變化很大，最重要的是培養(yǎng)出了不少優(yōu)秀的人才和團(tuán)隊(duì)。

歐陽證反復(fù)強(qiáng)調(diào)：“創(chuàng)新和人才培養(yǎng)是我們團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)持的理念，沒有這些我們將很難成功?！?生物谷Bioon.com）