扫码下载APP

全国免费咨询热线4006009780
首页
氦质谱检漏仪 气质联用仪 液质联用仪 生物质谱 在线质谱 四极杆质谱仪 更多产品 质谱资讯 质谱百科 技术文档 服务热线:400-600-9780

质谱资讯

当前位置:主页 > 质谱资讯 >

质谱成像手艺概念及质谱成像方式先容

发布时间:2017/11/30 00:00

  现代生物学研究已不再逗留在仅从组织中辨认一种特别的化学成份,或卵白成份上了,我们需要切确的领会这些物资是若何散布,若何组成的,解答这些题目需要更进一步的尝试手艺,好比免疫组化或免疫荧光检测方式,可是这些手艺需要特别的抗体,并且效力低,误差大。

  是以研究职员将眼光转向了质谱手艺上,以质谱为根本的成像方式不局限于特异的一种或几种卵白质份子,可在组织切片中找到每种卵白质份子,并供给这些卵白质份子在组织中的空间散布的切确信息,而事前无需知道所检测卵白的信息,不需要看待测物进行标识表记标帜,阐发物可以其最初的形态被检测,同时可对这些卵白质份子含量进行相对定量,合用于研究生物份子的反映。

  质谱成像(Imaging Mass Spectrometry,IMS)这类最新原位阐发手艺首要是操纵质谱直接扫描生物样品,阐发份子在细胞或组织中的 “布局、空间与时候散布”信息。其根基流程(以质谱阐发生物组织标识表记标帜物为例)见下:

  简单而言,质谱成像手艺就是借助于质谱的方式,再配套上专门的质谱成像软件节制下,利用一台经由过程测定质荷比来阐发生物份子的尺度份子量的质谱仪来完成的。可是跟着这项手艺的不竭成长,也陆续呈现了很多针对各类题目的新手艺。

  最早的质谱成像手艺是基质辅助激光解吸电离(MALDI,matrix assisted laser desorption ionization)质谱份子成像手艺,由范德堡大学(VanderbiltUniversity)的Richard Caprioli等在1997年提出,他们经由过程将MALDI质谱离子扫描手艺与专业图象处置软件连系,直接阐发生物组织切片,发生肆意指定质荷比(m/z)化合物的二维离子密度图,对组织中化合物的构成、相对品貌及散布环境进行高通量、周全、快速的阐发,可经由过程所取得的潜伏的生物标记物的空间散布和方针组织中候选药物的散布信息,来进行生物标记物的发现和化合物的监控。

  正如数字图象包罗三个通道:红、绿、蓝一样(单个亮度界说了每一个像素的色彩),质谱成像也包括了数以千计的通道,每个对应于一个特别的光谱峰值,“你可以经由过程质谱方式从这些像素中取得任何旌旗灯号,然后调剂图象中所需份子像素的相对亮度,最后获得一张份子特异性的成像图。”

  这类方式可用于小份子代谢物、药物化合物、脂质和卵白,并且质谱成像能相对快速的操纵很多份子通道,完全无需特别抗体。下面列出五种进步前辈的质谱成像方式。

  I 挑战高份子量卵白——MALDI质谱份子成像手艺

  在对组织或生物体进行成像,阐发小份子组成的时辰,有一个“拦路虎”老是阻碍尝试的历程,那就是多肽,这些多肽体积十分大,要想对它们进行份子成像几近是不成能的,好比想要研究肿瘤边沿的份子微情况,若是直接成像是不成能取得清楚图象的。

  来自范德堡大学的质谱方式专家Richard Caprioli博士是以发现了基质辅助激光解吸电离(MALDI)质谱份子成像手艺,这项手艺不局限于特异的一种或几种卵白质份子,它可在组织切片中找到每种卵白质份子,并供给这些卵白质份子在组织中的空间散布的切确信息,而事前无需知道所检测卵白的信息,同时可对这些卵白质份子含量进行相对定量。

  MALDI 质谱份子成像是在专门的质谱成像软件节制下,利用一台经由过程测定质荷比来阐发生物份子的尺度份子量的质谱仪来完成的。被用来研究的组织起首颠末冰冻切片来取得极薄的组织片,接着用基质封锁组织切片并将切片置进质谱仪的靶上。经由过程计较机屏幕不雅察样品,操纵MALDI 系统的质谱成像软件,选择拟成像部门,起首界说图象的尺寸,按照尺寸巨细将图象均分为若干点构成的二维点阵,来肯定激光点轰击的间距。激光束经由过程这个光栅图案照耀到靶盘上的组织切片,软件节制起头收集质谱数据,在质谱仪中,激光束对组织切片进行持续的扫描,组织样品在激光束的激起下开释出的份子被质谱仪所判定从而取得样品上每一个点的质荷比(m/ z)信息,然后将各个点的份子量信息转化为照片上的像素点。在每一个点上,所有质谱数据经均匀化处置取得一幅代表该区域内化合物散布环境的完全质谱图。仪器慢慢收集组织切片的质谱数据,最后获得具有空间信息的整套组织切片的质谱数据。如许便可以完成对组织样品的“份子成像”。设定m/ z 的规模,便可肯定该组织区域所含生物份子的种类,并选定峰高或峰面积来代表生物份子的相对品貌。图象中的彩色黑点代表化合物的定位,每一个黑点色彩的深浅与激光在每个点或像素上检测到的旌旗灯号巨细相干。

  经由过程增添单元面积上轰击的激光点数目和像素,研究职员可以取得更多的样品信息,例如采取4000 像素比200 像素可以或许获得更好的样品图象。质谱份子成像手艺是一种半定量或相对定量手艺,图象上色彩深的部门表白有更多的生物份子堆积在组织的这个部门。但是,不成能据此肯定生物份子在组织的分歧部位的现实尽对含量。选择组织图象上的肆意一个黑点,图象都可以或许给出一个质谱谱图或离子谱图,代表在组织的该部位存在这类生物份子,然后与做指纹图谱近似,像做指纹图谱那样,将样品的离子谱图与已知尺度品进行对比,阐发差别,从而进行生物标记物的发现和药物感化的监控。

  Ⅱ 无需样品处置 及时成像——电喷雾电离手艺

  一般质谱成像方式因为体积复杂,重量重,需要冗杂的样品筹办阶段,是以其实不合用于即时成像(bedside applications),好比说要帮忙外科大夫进行及时的肿瘤鸿沟成像监控,那末就要寻觅新的方式了。

  一种称为电喷雾电离手艺(desorption electrospray ionization,DESI)的MS成像手艺解决了这个题目。DESI手艺于2004年初次提出,因为这一方式具有样品无需前处置便可以在常压前提下,从各类载物概况直接阐发固相或凝固相样品等上风而获得了敏捷的成长。

  这类方式的道理是带电液滴蒸发,液滴变小,液滴概况相斥的静电荷密度增大。当液滴蒸发到某一水平,液滴概况的库仑斥力使液滴爆炸。发生的小带电液滴继续此进程。跟着液滴的水份子逐步蒸发,便可取得自由盘桓的质子化和往质子化的卵白份子DESI与别的一种离子源:SIMS(二次离子质谱)有些类似,只是前者能在大气压下流离化,发现这项手艺的普渡大学Cooks博士以为DESI方式实在就是一种抽取方式,即操纵快速带电可溶微粒(好比水或乙腈acetonitrile)进行离子化,然后冲击样品,取得阐发物的方式。

  DESI系列产物最大的上风就在于无需样品处置,一般质谱和高效液相色谱阐发,样品必需颠末特别的分手流程才可以或许进行阐发检测,使得一次样品检测经常需要约一个小时,而DESI系列产物可将固体样品直接送进质谱,溶液被喷射到检测概况,促使样品离子平均散布。采取这一手段的质谱分手进程,只需3分钟摆布便可完成。

  Ⅲ 活体成像——APIR MALDI/LAESI手艺

  领会细胞的内部成份是理解健康细胞分歧于病变细胞的关头。可是直到今朝为止,独一的方式是不雅察单个细胞的内部,然后将其从动物或植物中移除,或改变细胞的保存情况。可是这么做的话,会使细胞产生转变。科学家还不是很清晰一个细胞在病变时与健康细胞的不同,或当它们从一个情况移到另外一个情况中发生的转变。

  来自华盛顿大学Akos Vertes传授但愿能从别的一个方面来进行活细胞无机质谱阐发,在他的一项关于活叶样品中低级和次级代谢产品散布的研究中,研究职员发现叶片中堆集基质很厚,常致使光谱结尾低份子量部门恍惚,并且基质辅助激光解析电离(MALDI)质谱阐发需要在真空中进行,但活体样本在真空中没法存活。

  现实上,MALDI质谱阐发的道理是将阐发物分离在基质份子中并构成晶体,当用激光照耀晶体时,因为基质份子经辐射所接收的能量,致使能量蓄积并敏捷产热,从而使基质晶体升华,导致基质和阐发物膨胀并进进气相。而生物样品也能够直接接收能量的,好比294mm波长的光能激活水中氢氧键。

  是以Vertes等人想到复合两种手艺来解决这一题目。起首他们操纵大气压红外线(an atmospheric pressure infra飞行时间质谱仪red,APIR)MALDI激光直接激活组织中的水份,使样品气化,就像是组织概况产生了细胞巨细的核爆炸,从而取得了离子化气相色谱-质谱联用仪微粒,进进质谱中进行阐发。可是其实不是所有的气化微粒都带电,大部门实际上是不带电的,会被APIR MALDI漏掉。

  为了捕获这些中性粒子,Vertes等人采取了第二种方式:LAESI (laser ablation electrospray ionization,激光烧蚀电喷雾电离),这类方式能捕获大量带电微滴的微粒,然后从头电离化。经由过程对全部样品进行处置,复合这两种方式,就可以笼盖更多的份子,阐发质量更高。

  与一般质谱成像进程分歧,Verte的方式还在成像中增添了高度,从而实现了3D代谢物成像。这项手艺的分辩率是直径10mm,高度30mm,这与生物自然的立体像素相吻合,如许科学家们便可以取得自然构像。

  Ⅳ 3D成像——二次离子质谱手艺

  质谱成像手艺能将基质辅助激光解吸电离质谱的离子扫描与图象重建手艺连系,直接阐发生物组织切片,发生肆意质荷比(m/z)化合物的二维或三维散布图。此中三维成像图是由取得的质谱数据,经由过程质谱数据阐发处置软件主动标峰,并天生该切片的全数峰值列表文件,然后成像软件读取峰值列表文件,给出每一个质荷比在全数质谱图中的射中次数,再按照峰值列表文件对应的点阵坐标绘出该峰的散布图。

  可是一般的质谱成像手艺不克不及对一些携带大份子碎片的化学成份进行成像,来自宾夕法尼亚州州立大学的Nicholas Winograd传授改良了一种称为二次离子质谱(SIMS,secondary ion mass spectrometry)的方式,可以对样品进行完全扫描,三维成像。

  SIMS早在用于生物学研究之前就已利用普遍了,好比阐发集成电路(integrated circuits)中的化学成份,这类质谱手艺是概况阐发的有益东西,能检测出细小区域内的微量成份,具有能进行杂质深度分解和各类元素在微区规模内同位素品貌比的丈量能力。

  这类手艺具有几个长处:速度快(-10,000 spectra per second),亚细胞机关分辩率(-100 nm),和不需要基质。可是别的一方面,分歧于MALDI方式,SIMS方面不是一种“软”手艺,这类方式只能对小份子成像,是以经常需要进行破坏。

  Winograd传授改良了这一方式,他操纵了一种新型SIMS光束(carbon-60 磁性球),这类新光束比传统的SIMS光束对物体的化学毁伤更小。C60同时撞击样品概况,近似于“一阵爆炸”,如许反复的轰击使得研究职员能深切样品,进行三维份子成像,Winograd传授称这个进程是“份子深度成像”(molecular depth profiling)。

  C60的能量与其它的离子束相当,却不达到样品概况以下,如许样品可以持续地被逐层剥离,研究职员便可以获得纵面图形,终究取得三维的份子影象。Winograd传授等人用含有肽的糖溶液将硅的薄片包裹起来并进行SIMS尝试,跟着薄膜逐步被C60剥蚀,可以取得糖和肽的稳态旌旗灯号。终究,薄膜完全剥离后便可以取得硅的旌旗灯号。若是用其它的射线或原子离子取代C60 ,粒子束会快速穿过肽膜而没法供给有关生物份子的信息。是以这类方式具有杰出的空间分辩率,可以或许取得巨噬细胞和星型细胞的细胞特点和阐发物的散布环境。

  这里还要说到一点,SIMS和上一手艺(APIR MALDI/LAESI手艺)都可以对三维成像,但二者也有不同,SIMS方式中,采取高能离子轰击样品,逐出阐发物离子(二级离子),离子再进进质量阐发器。MALDI方式则用激光辐射样品使之离子化,别的SIMS探针可以探测到100nm的深度,能供给纳米级的分辩率,而MALDI可以探测更深,但空间分辩率较低。

  Ⅴ 高活络度 高分辩率——纳米布局启动质谱手艺

  质谱在检测生物份子方面有很大潜力,但现有方式仍存在一些缺点,活络度不敷高和需要基质份子促使阐发对象产生离子化就是此中之二。好比说,需要消融或固定在基质上的方式检测代谢物,较易错判,由于这些代谢物与那些基质经常看上往都一样。别的基于固定物基质的系统也不许可研究职员切确的判定出样品中某一份子到底来自于哪儿。

  来自斯克利普斯研究院的Gary Siuzdak博士发现了一种称为纳米布局启动质谱(nanostructure-initiator mass spectrometry,NIMS)的新手艺,这类手艺能以极高的活络度阐发很是小的区域,从而许可对肽阵列、血液、尿和单个细胞进行阐发,并且还能用于组织成像。

  NIMS操纵了一种特制的概况,这类多孔硅概况上堆积了一种含氟聚合物,这些份子在遭到激光或离子束照耀时会狠恶爆发,这类爆发开释出离子化的阐发物份子,它们被接收到概况上,使其可以或许被检测到。这类方式操纵激光或离子束来从纳米标准的小囊中气化材料,从而降服了一般质谱方式贫乏所需的活络度和需要基质份子促使阐发对象产生离子化的缺点。

  经由过程这类方式可以阐发良多类型的小份子,好比脂质,糖类,和类固醇,固然每种阐发材料需要的含氟聚合物有少量不同,可是这是一种一步法的方式,比MALDI简单多了——后者需要固定组织,并添加基质。

  因为含氟聚合物不克不及很好的离子化,是以会产生轻细的光谱干扰,并且因为离子化进程是“软性”的——就像MALDI,所以NIMS发生的生物份子是整块离子化,而不是片断离子化。不外这类手艺对完全卵白的检测活络度没有MALDI高。

 

 

本站所有产品皆来自以下厂商授权
  • www.labol.cn
在线客服
联系电话
010-86468961-819
17338135791

联系客服微信