生物通报说念： 当代生物学商酌照旧不再停留在仅从组织中识别一种特殊的化学要素，或者卵白要素上了，咱们需要精准的了解这些物资是奈何散布韩国 裸舞，奈何组成的，解答这些问题需要更进一步的践诺工夫，比如免疫组化或免疫荧光检测步伐，然则这些工夫需要特殊的抗体，而且成果低，偏差大。

因此商酌东说念主员将眼神转向了质谱工夫上，以质谱为基础的成像步伐不局限于特异的一种或者几种卵白质分子，可在组织切片中找到每一种卵白质分子，并提供这些卵白质分子在组织中的空间散布的精折服息，而预先无需知说念所检测卵白的信息，不需要对待测物进行象征，分析物不错其领先的格局被检测，同期可对这些卵白质分子含量进行相对定量，适用于商酌生物分子的反映。

质谱成像（Imaging Mass Spectrometry，IMS）这种最新原位分析工夫主淌若应用质谱径直扫描生物样品，分析分子在细胞或组织中的 “结构、空间与时分散布”信息。其基本进程（以质谱分析生物组织象征物为例）见下：

 简便而言，质谱成像工夫即是借助于质谱的步伐，再配套上特意的质谱成像软件收敛下，使用一台通过测定质荷比来分析生物分子的程序分子量的质谱仪来完成的。然则跟着这项工夫的延续发展，也陆续出现了许多针对多样问题的新工夫。

最早的质谱成像工夫是基质扶助激光解吸电离（MALDI，matrix assisted laser desorption ionization）质谱分子成像工夫，由范德堡大学（VanderbiltUniversity）的Richard Caprioli等在1997年提议，他们通过将MALDI质谱离子扫描工夫与专科图像处理软件并吞，径直分析生物组织切片，产生自便指定质荷比（m/z）化合物的二维离子密度图，对组织中化合物的组成、相对丰采及散布情况进行高通量、全面、快速的分析，可通过所取得的潜在的生物象征物的空间散布以及指标组织中候选药物的散布信息，来进行生物象征物的发现和化合物的监控。

正如数字图像包括三个通说念：红，绿，蓝相通（单个亮度界说了每个像素的神志），质谱成像也包含了数以千计的通说念，每一个对应于一个特殊的光谱峰值，“你不错通过质谱步伐从这些像素中取得任何信号，然后调整图像中所需分子像素的相对亮度……临了得到一张分子特异性的成像图。”

这种步伐可用于小分子代谢物，药牺牲合物，脂质和卵白，而且质谱成像能相对快速的应用许多分子通说念，十足无需特殊抗体。自然要了解组织的要素组成，并不仅仅有扫描组织这一种步伐，具体要字据个东说念主的硬件确立，分子特异性，以及辞别率来判断。在这里，生物通概述列出了五种先进的质谱成像步伐，便捷你初步了解质谱成像工夫。

1.挑战高分子量卵白——MALDI质谱分子成像工夫

在对组织或生物体进行成像，分析小分子组成的时候，有一个“拦路虎”老是禁锢践诺的进度，那即是多肽，这些多肽体积十分大，要思对它们进行分子成像确实是不可能的，比如思要商酌肿瘤角落的分子微环境，如果径直成像是不可能取得知道图像的。

来自范德堡大学的质谱步伐巨匠Richard Caprioli博士因此发明了基质扶助激光解吸电离（MALDI）质谱分子成像工夫，这项工夫不局限于特异的一种或者几种卵白质分子，它可在组织切片中找到每一种卵白质分子，并提供这些卵白质分子在组织中的空间散布的精折服息，而预先无需知说念所检测卵白的信息，同期可对这些卵白质分子含量进行相对定量。

商酌东说念主员将东说念主类肾细胞透明细胞癌（clear cell carcinoma）样品放到MALDI靶板（Target plate）上，应用一个结晶体，有机基质物资，通过MALDI激光离散成像这一组织，阅读，挪动平板后再肖似。 应用这种步伐，Caprioli商酌组告成的在东说念主类肾癌样品中发现了，一组只存在于肿瘤组织学角落的卵白，这为证据这些肿瘤为什么概况在手术之后，飞速复发提供了一个分子陈迹。MALDI成像步伐也许是最普通的一种MS成像步伐，而且这亦然惟逐个种能对卵白作图的步伐，首创东说念主Caprioli博士提议，MALDI的上风就在于这种步伐能进行高分子量的分子分析，Caprioli博士就照旧应用这种步伐对300kD的卵白进行了作图。

MAIDI成像工夫相关的产物不少，但主要聚合在几家厂商。比如Labcyte公司，赛默飞世尔科技公司，Bruker Daltonics公司，好意思国应用生物系统公司（ABI，现属于生命科技公司），以及岛津公司。

赛默飞世尔科技公司2008年推出的MALDI LTQ Orbitrap XL系列产物就将MALDI和LTQ Orbitrap相并吞，在一台仪器集合了MALDI源和orbitrap质地分析器各自的上风，使其额皮毛宜应用在卵白质组学和代谢组学规模。

这台机器奥密的在LTQ XL离子阱质谱中引入MALDI，能提供用于消解后的卵白，多肽和翻译后修饰（PTMs）分析所必须的信息量丰富的质谱图，而且通过摈斥样品制备过程简化了好意思满组织， 生物样本和高聚物样本的分析过程。

MALDI LTQ Orbitrap XL系列产物在成像方面的上风主要在于，具有能进行各别分析的多个激光设施，扫描成像辞别率高。另外赛默飞世尔还推出了一款ImageQuest软件，匡助商酌东说念主员不错径直从组织样品网罗数据并自满出MS图像。

MALDI LTQ Orbitrap不错救援：高通量的分析二维凝胶胶内酶切样品，果决卵白；应用碰撞带领裂解（CID），Q值脉冲裂解（PQD)，高能C阱裂解（HCD），产生的肽碎屑信息行为肽段信息的补充；重新测序，iTRAQTM定量，组织图像和小分子物资分析；在MS，MS/MS和MSn数据中，松驰就可结束辞别率大于50，000 FWHM，质地准确度大于2ppm。

普渡大学就引进了这项工夫，他们以为MALDI LTQ Orbitrap XL并吞了MALDI源的矜重性和高通量的才能、LTQ的聪敏度以及Orbitrap的高准确度和辞别率等优点。MALDI LTQ Orbitrap XL相当相宜表征卵白质复合物。经过一级和二级质谱分析和果决后，样品可保留在MALDI靶上，字据第一次分析终端不绝商酌新的感趣味趣味的方面。

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需要指出的是MALDI LTQ Orbitrap主要用于小分子成像，如果需要了解小分子如药物中的散布成像，不错研讨MALDITOF/TOF相关的产物。现在测定小分子的组织成像MALDI-FTMS是最好遴荐，海外一些大的制药公司齐在开展这方面的使命。

另外值得保举的一种MAIDI成像工夫经典产物来自LabCyte公司韩国 裸舞，现在MAIDI成像在样品组织名义点上MALDI溶液，再进行激光照耀，产生该点的质谱，而LabCyte公司推出的Portrait 630反映物多斑不错用于MALDI组织成像的自动象征。

这一工夫的关键点在于曾取得R&D年度更正大奖的Portrait 630 Reagent Multi-Spotter，这种全自动、非战争性、应用声波移液高等精密仪器，能高速的将MALDI matrix与其它试剂移至组织切片或样本上，这个速率不错达到每个spot点样时分不杰出两分钟。何况准确与生动的点对点定位与时分安排，使纠合性化学反映得以进行，并促进晶体变成，得到高品性、高聪敏与高再现之质谱终端。

Multi-Spotter样品支架可搭载不同大小之质谱践诺专用玻璃或金属片，四色CCD影像系统可撷取有染色或无染色之组织样本，使用者能准确的reagent点至正确的位置上，可收敛每个spot的滴数、重複点样的次数、滴数与滴数、cycle与cycle间的时分等。

除此除外，布鲁克公司是最早提供好意思满的MALDI成像所需硬件和软件好意思满处分决策的，而且还有自我研发分娩的ImagePrep基质自动喷雾仪，这种基质的自动设施化喷雾亦然MALDI成像告成的关键之一。MALDI Imaging的始祖Richard Caprioli博士的践诺室就领有两台Bruker的MALDI-TOF，用于发现组织中的卵白多肽生物象征物。

还有AB Sciex公司的5800 MALDI TOF-TOF和4800 Plus MALDI TOF-TOF质谱系统不错作念到从组织名义径直取得高辞别的数据，在统共这个词组织名义莫得不雅察到质地漂移，而且名义电荷效应影响很小。MS/MS践诺不错削弱湮灭0.1~100KDa质地范围的各类型分子。

2.无需样品处理 及时成像——电喷雾电离工夫

一般质谱成像步伐由于体积浩瀚，分量重，需要冗长的样品准备阶段，因此并不适用于即时成像（bedside applications），比如说要匡助外科医师进行及时的肿瘤规模成像监控，那么就要寻找新的步伐了。

一种称为电喷雾电离工夫（desorption electrospray ionization，DESI）的MS成像工夫处分了这个问题。DESI工夫于2004岁首度提议，由于这一步伐具有样品无需前处理就不错在常压条目下，从多样载物名义径直分析固相或凝固相样品等上风而得到了飞速的发展。

这种步伐的旨趣是带电液滴挥发，液滴变小，液滴名义相斥的静电荷密度增大。当液滴挥发到某一程度，液滴名义的库仑斥力使液滴爆炸。产生的小带电液滴不绝此过程。跟着液滴的水分子渐渐挥发，就可取得解放徬徨的质子化和去质子化的卵白分子。

（DESI动画，来自Prosolia Inc）

DESI与另外一种离子源：SIMS（二次离子质谱）有些相似，仅仅前者能在大气压下流离化（另外一种生意化的大气压游离化工夫是JOEL公司的DART），发明这项工夫的普渡大学Cooks博士以为DESI步伐其实即是一种抽取步伐，即应用快速带电可溶微粒（比如水或者乙腈acetonitrile）进行离子化，然后冲击样品，取得分析物的步伐。

这项工夫的专利属于位于好意思国印第安纳州首府印第安纳波利斯的Prosolia Inc，这家公司积极开拓了DESI相关的产物，比如omni spray DESI系列产物，被用于生物、药物分析、法医果决、环境分析、材料分析、安全督察等多个规模。

其中一种便携式型号的物资摄谱仪只好8磅，接纳非侵害表情进行检测，统共这个词过程不到1秒钟，这种非侵害表情使其适用于医疗应用，如扫描疾病早期症状的生物象征，还可用于食物处理行业，在食物出厂前查验细菌混浊。

DESI系列产物最大的上风就在于无需样品处理，一般质谱和高效液相色谱分析，样品必须经过特殊的分离进程才概况进行分析检测，使得一次样品检测频频需要约一个小时，而DESI系列产物可将固体样品径直送入质谱，溶液被喷射到检测名义，促使样品离子均匀散布。接纳这一技能的质谱分离过程，只需3分钟左右即可完成。

恰是由于这一特出的阐扬，Prosolia公司的DESI系列产物照旧被许多大型践诺室购入，还有一些制药公司也默示了浓厚的趣味趣味，比如罗氏就但愿能应用这一工夫增多其抗流感药物Tamiflu的防伪果决。不外要领有这种仪器工夫未低廉，每台仪器毛糙耗资数十万好意思元，Prosolia公司默示改日可能会研制出更低廉，更便携的仪器。

3.活体成像——APIR MALDI/LAESI工夫

了解细胞的里面要素是证据健康细胞不同于病变细胞的关键。然则直到现在为止，惟一的步伐是不雅察单个细胞的里面，然后将其从动物或植物中移除，或者改变细胞的糊口环境。然则这样作念的话，会使细胞发生变化。科学家还不是很明晰一个细胞在病变时与健康细胞的别离，或者当它们从一个环境移到另一个环境中产生的变化。

来自华盛顿大学Akos Vertes素质但愿能从另外一个方面来进行活细胞分析，在他的一项对于活叶样品中低级和次级代谢产物散布的商酌中，商酌东说念主员发现叶片中累积基质很厚，常导致光谱末端低分子量部分暧昧，而且基质扶助激光解析电离（MALDI）质谱分析需要在真空中进行，但活体样本在真空中无法存活。

本色上，MALDI质谱分析的旨趣是将分析物分散在基质分子中并变成晶体，当用激光照耀晶体时，由于基质分子经发射所摄取的能量，导致能量蓄积并飞速产热，从而使基质晶体升华，甚至基质和分析物彭胀并干与气相。而生物样品也不错径直摄取能量的，比如2.94mm波长的光能激流水中氢氧键。因此Vertes等东说念主思到复合两种工夫来处分这一问题。来源他们应用大气压红外线（an atmospheric pressure infrared，APIR）MALDI激光径直激活组织中的水分，使样品气化，就像是组织名义发生了细胞大小的核爆炸，从而取得了离子化微粒，干与质谱中进行分析。然则并不是统共的气化微粒齐带电，大部分其实是不带电的，会被APIR MALDI遗漏。为了捕捉这些中性粒子，Vertes等东说念主接纳了第二种步伐：LAESI (laser ablation electrospray ionization，激光烧蚀电喷雾电离，生物通译)，这种步伐能捕捉多量带电微滴的微粒，然后再行电离化。通过对统共这个词样品进行处理，复合这两种步伐，就能湮灭更多的分子，分析质地更高。与一般质谱成像过程不同，Verte的步伐还在成像中增多了高度，从而结束了3D代谢物成像。这项工夫的辞别率是直径10mm，高度30mm，这与生物自然的立体像素相吻合，这样科学家们就不错取得自然构像。

要思进行APIR MALDI/LAESI分析，来源要领有一台中红外激光器，X/Y/Z轴位传递架（x/y/z translation stage，生物通译），以及一台定制的LAESI光源。

其中中红外激光器可遴荐范围相比广，相比常见的是经典激光器厂商Opotek公司，这家公司是天下首家商用OPO激光器（可调谐激光器）的生成商，其IR-OPO-红外OPO激光器系统具有宽红外光谱湮灭：Mid-IR (2.6－3.45um)，是计较机收敛的一体化OPO激光系统。价钱毛糙在4－6万好意思元之间。另外X/Y/Z轴位传递架不错研讨Thor Labs和理波（Newport）公司的产物，前者能提供配套的激光器装配座和激光器驱动电源和温度收敛器，不错字据激光器的使命电流和功率来遴荐激光器电流源和温度收敛器。后者是着名的光学产物研发制造企业，在生物和生命科学，微电子等规模有着近40年的研发制造训戒。

4.3D成像——二次离子质谱工夫

质谱成像工夫能将基质扶助激光解吸电离质谱的离子扫描与图像重建工夫并吞，径直分析生物组织切片，产生自便质荷比(m/z)化合物的二维或三维散布图。其中三维成像图是由取得的质谱数据，通过质谱数据分析处理软件自动标峰，并生成该切片的一说念峰值列表文献，然后成像软件读取峰值列表文献，给出每个质荷比在一说念质谱图中的射中次数，再字据峰值列表文献对应的点阵坐标绘出该峰的散布图。

然则一般的质谱成像工夫不可对一些佩带大分子碎屑的化学要素进行成像，来自宾夕法尼亚州州立大学的Nicholas Winograd素质改良了一种称为二次离子质谱（SIMS，secondary ion mass spectrometry）的步伐，不错对样品进行好意思满扫描，三维成像。

SIMS早在用于生物学商酌之前就照旧应用平日了，比如分析集成电路（integrated circuits）中的化学要素，这种质谱工夫是名义分析的成心器具，能检测出微小区域内的微量要素，具有能进行杂质深度理解和多样元素在微区范围内同位素丰采比的测量才能。

这种工夫具有几个优点：速率快（－10，000 spectra per second），亚细胞构造辞别率（－100 nm），以及不需要基质。然则另外一方面，不同于MALDI步伐，SIMS方面不是一种“软”工夫，这种步伐只可对小分子成像，因此频频需要进行破碎。

Winograd素质改良了这一步伐，他应用了一种新式SIMS光束（carbon-60 磁性球），这种新光束比传统的SIMS光束对物体的化学毁伤更小。C60同期撞击样品名义，类似于“一阵爆炸”，这样肖似的轰击使得商酌东说念主员能深刻样品，进行三维分子成像，Winograd素质称这个过程是“分子深度成像”（molecular depth profiling，生物通译）。

C60的能量与其它的离子束格外，却不到达样品名义以下，这样样品不错纠合地被逐层剥离，商酌东说念主员就不错得到纵面图形，最终取得三维的分子影像。Winograd素质等东说念主用含有肽的糖溶液将硅的薄片包裹起来并进行SIMS践诺，跟着薄膜渐渐被C60剥蚀，不错取得糖和肽的稳态信号。最终，薄膜十足剥离后就不错取得硅的信号。如果用其它的射线或原子离子代替C60 ，粒子束会快速穿过肽膜而无法提供筹商生物分子的信息。因此这种步伐具有邃密的空间辞别率，概况取得巨噬细胞和星型细胞的细胞特征和分析物的散布情况。

这里还要说到一丝，SIMS和上一工夫（APIR MALDI/LAESI工夫）齐不错对三维成像，但两者也有别离，SIMS步伐中，接纳高能离子轰击样品，逐出分析物离子（二级离子），离子再干与质地分析器。MALDI方规章用激光发射样品使之离子化，另外SIMS探针不错探伤到100nm的深度，能提供纳米级的辞别率，而MALDI不错探伤更深，但空间辞别率较低。

现在购买SIMS仪器毁坏浩瀚，常需要百万好意思元的资金，商酌东说念主员不错遴荐一些践诺室定制SIMS做事，比如上海交通大学分析测试中心。如果需要购买，常见的厂家有法国CAMECA公司，德国Ion Tof公司和英国Millbrook公司。

其中CAMECA公司的Nano SIMS50是一种全新的磁式双聚焦仪器，以探针扫描表情成像，额皮毛宜于超精幽微小区域的同位素 (或元素) 检测，它的特质包括：不错用很高的聪敏度和质地辞别率对小到 50nm 的微小区域进行要素分析 ；不错同期检测5个微量同位素 (元素)，在生物学 、纳米科技等方面取得应用。

而Ion Tof公司的TOF SIMS系列产物中，TOF SIMS IV是较为常用的一种，它成像的表情为扫描成像，在进行深度分析时同期需要两个离子枪，其中一个用来在纵处所溅射刻蚀样品， 另一个用来对新溅射出来的样品的坑底进行飞行时分质谱分析。这一仪器的特色为：质地范围宽( 1－10000amu) ；不错进行名义有机分析，静态SIMS分析；不错进行超薄薄层深度分析。

5.高聪敏度 高辞别率——纳米结构初始质谱工夫

质谱在检测生物分子方面有很大后劲，但现存步伐仍存在一些劣势，聪敏度不够高和需要基质分子促使分析对象发生离子化即是其中之二。比如说，需要溶化或者固定在基质上的步伐检测代谢物，较易错判，因为这些代谢物与那些基质频频看上去齐相通。另外基于固定物基质的系统也不允许商酌东说念主员精准的判断出样品中某一分子到底来自于哪儿。

来自斯克利普斯商酌院的Gary Siuzdak博士发明了一种称为纳米结构初始质谱（nanostructure-initiator mass spectrometry，NIMS）的新工夫，这种工夫能以极高的聪敏度分析相当小的区域，从而允许对肽阵列、血液、尿和单个细胞进行分析，而且还能用于组织成像。

NIMS应用了一种特制的名义，这种多孔硅名义上集合了一种含氟团聚物，这些分子在受到激光或离子束照耀时会利害爆发，这种爆发开释出离子化的分析物分子，它们被摄取到名义上，使其概况被检测到。这种步伐应用激光或离子束来从纳米程序的小囊中气化材料，从而克服了一般质谱步伐空匮所需的聪敏度和需要基质分子促使分析对象发生离子化的劣势。

通过这种步伐不错分析许多类型的小分子，比如脂质，糖类，以及类固醇，诚然每一种分析材料需要的含氟团聚物有少量别离，然则这是一种一步法的步伐，比MALDI简便多了——后者需要固定组织，并添加基质。

由于含氟团聚物不可很好的离子化，因此会发生微细的光谱搅扰，而且由于离子化过程是“软性”的——就像MALDI，是以NIMS产生的生物分子是整块离子化，而不是片断离子化。不外这种工夫对于好意思满卵白的检测聪敏度莫得MALDI高。

现在还莫得NIMS成型的产物，如果要进行相关的践诺，不错遴荐硅片（silicon wafers），以及定制荧光团聚物来DIY践诺，相关耗尽毛糙是1500好意思元，之后每个芯片资本毛糙是6好意思元。

（感谢赛默飞世尔王博士韩国 裸舞，以及布鲁克公司张博士对本文的修改主意）（生物通：张迪）

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