MALDI7090：超高性能極致體驗的新一代MALDITOF／TOF

【導語】在2013年美國質譜大會ASMS上，島津公司推出新一代MALDI 7090型MALDI-TOF/TOF質譜儀，以超高分辨的MS/MS，超高通量，高能CID，靈活高效，在蛋白質組、代謝組學、生物醫藥、質譜成像應用等領域更好的用戶體驗等鮮明特征，獲得生命科學等前沿領域客戶的關注，本屆BCEIA上，MALDI 7090首次在中國驚艷亮相，并在學術報告會上做了精彩報告。會議期間本網編輯采訪到島津公司MALDI事業部經理Brookhouse Ian先生，下面就由Ian博士帶我們一同了解MALDI 7090的前世今生，和激動人心的應用前景……

島津公司MALDI事業部經理 Brookhouse Ian先生

田中耕一的MALDI發明和Kratos公司專業的TOF聯姻

　　正如MALDI和TOF是天生一對的絕配組合一樣，島津公司的MALDI-TOF（MALDI TOF/TOF）研發過程也有一段佳話。

　　眾所周知，獲得2002年諾貝爾化學獎的MALDI技術是島津公司田中耕一（Koichi Tanaka）的發明。Brookhouse Ian先生興致勃勃地談到這段歷史，早在1987年，在第二屆中－日質譜分析聯合討論會上，島津公司的田中耕一首次介紹了MALDI技術；基于此研究，1988年田中耕一團隊為洛杉磯希望城的Terry Lee博士定制了世界上第一臺MALDI質譜，同年，論文發表在Rapid Communications in Mass Spectrometry（質譜快訊）上。

　　1989年，島津公司收購了位于英國曼徹斯特的Kratos公司，該公司在高性能質譜與XPS產品開發上有著悠久的歷史。伴隨Kratos公司的收購并看好MALDI的市場前景，1990年曼徹斯特成為島津新產品系列的研發中心。1991年開始，該中心相繼推出MALDI II型和MALDI III型MALDI-TOF，代表著島津第一批商品化MALDI-TOF的誕生。在接下來的23年里，島津公司又開發了許多MALDI產品，每一代產品都不斷提高性能，為用戶提供新的功能。這包括世界上第一臺高真空MALDI-IT-TOF（基質輔助激光解吸離子源—離子阱—飛行時間質譜）—Axima Resonance、以及今年最新推出的超高性能MALDI-TOF/TOF質譜儀—MALDI-7090。

　　MALDI-7090正是島津日本和英國Kratos兩地研發人員緊密合作的結晶，比如，MALDI源由島津日本設計和生產，MALDI-7090的原型機由島津日本公司設計，曼徹斯特的Kratos公司完成其工程化和生產制造。

7090 MALDI-TOF/TOF：超高性能，增強用戶使用體驗

　　2013年ASMS會議上島津公司隆重推出MALDI新品：7090 MALDI-TOF/TOF。MALDI-7090基于島津20多年的MALDI儀器設計經驗研發而來，代表了MALDI -TOF/TOF儀器最先進的發展水平。

島津7090 MALDI-TOF/TOF質譜儀

　　新產品的特性包括：

　　（1）無與倫比的MS/MS高分辨率：ASDF技術可獲得10,000的MS/MS分辨率

　　（2）高質量準確度

　　（3）超快固態UV激光，并具有獨特的UV激光源自清洗功能

　　（4）真正的2 kHz采集速度，無論在MS還是MS/MS模式下

　　（5）集成可放高達10個靶的托盤

　　（6）Monopulse?高分辨率離子門技術

　　（7）20 KHz的真正He碰撞高能CID（HE-CID）

　　（8）大孔徑離子光學

　　（9）具備低能和高能碎裂模式

　　（10）多用戶軟件操作環境

　　（11）內置安全和審核功能

開發以應用為中心的“MALDI solutions”軟件

　　目前全球的分析人員的需求是一樣的，都希望得到可靠、耐用的高質量質譜儀器。并且隨著他們對生物學問題越發感興趣，除對MALDI質譜性能的關心，他們更期望通過軟件能夠簡單地訪問數據庫進行數據結果的索引和確證。

　　Brookhouse Ian先生介紹說：“當開始設計這款產品時，我們便確定該款產品應當在手動操作模式和完全自動模式下都能夠容易使用；這引導我們開發了一款全新軟件‘MALDI solutions’。”該款軟件設計的理念為“application centric（以應用為中心）”，即系統使幾個聯動的（interlocking）模塊一起工作，提供一個符合用戶實驗或“運用”的解決方案，而不需要考慮那些非相關的復雜設置，用戶操作和獲得結果的整個過程變得更簡單。例如，使用“LC-MALDI”方案，系統將帶領你進入實驗，從定義（或再使用）采集方法到選擇樣品板/點進行采集，直到數據庫搜索報告的生成。當然，如果想最大程度控制儀器，只需簡單地切換到手動數據采集模式，即可實現用戶自定義的數據采集與處理的分析流程。

MALDI 7090 中Application centric（以應用為中心）的軟件

　　Brookhouse Ian也補充說到：“最終，我們還需要聆聽那些在復雜環境下的用戶（比如一個大的分析測試中心）的使用需求，因為對于這些用戶，用戶的授權和數據的安全性非常重要，需圍繞一個安全的SQL數據庫建立整套體系結構，這意味著所有的儀器參數、校準、方法和數據等具有各自的擁有者和操作權限，舉例來說，實驗室管理者可定義和校準某分析方法，可以被其他分析人員應用但不能被他們修改。

　　在各處安裝的儀器都有不同的需求，安全性設置必須非常靈活，可被實驗室管理者配置成符合他們各自需求的方式，包括非常開放的系統配置和控制非常嚴格的系統配置，后者的安全性和審核追溯設置要符合21 CFR 11、GLP和其它類似的法規要求。

復雜使用環境下，實驗室中用戶的授權、數據安全

ASDF—軸空間分布調焦技術：獲得10,000的MS/MS分辨率

　　MALDI-7090質譜儀引入ZL的ASDF (軸向空間分布聚焦)技術，可在MS/MS實驗中獲得超過10,000的分辨率；同時在一次實驗中保留所有的亞穩態衰減離子（metastable decay ions）和高能CID離子。而且，ASDF技術保證檢測的分辨率不會受到激光功率的影響，當在實際樣品分析中，如樣品濃度需要更高的激光功率時，ASDF技術顯得尤為重要，保證樣品分析仍得到以前已優化過的分辨率。

UV激光源清潔系統和高通量進樣

　　此外，MALDI-7090還引入世界上第一個UV激光源清潔系統，用以處理儀器光學器件累積的污染。一般污染都是由樣品和基質的紫外解吸附而引起的，因此最好的清潔光學部件的機理就是UV本身。雖然在概念上非常簡單，卻已經比以前只能通過直接或間接加熱清潔系統的清洗模式上邁進了一大步。此外，一次裝載1或2個樣品靶不能滿足真正的高通量研究， 因此MALDI-7090里包含了10個樣品靶的集成進樣器。

ZL的TrueClean?全自動UV激光源自清洗，高效快速，不需移去源或停真空，可全自動設定清洗周期計劃

　　提及MALDI-7090這些特點和優勢，Brookhouse Ian先生告訴我們：“這是通過島津的ZL和技術保證的。” MALDI-7090含有幾個新的ZL技術。例如ASDF已被授予歐洲和美國ZL，已申請日本與中國的ZL；新的UV激光源清潔系統與電子控制系統部件也處在申請階段。當然，MALDI-7090也沿用了現有島津公司用在Axima Confidence 與 Axima Performance質譜儀上的諸多ZL技術，例如，獨有的彎曲場反射結合的高能碰撞誘導解離（高能CID）技術、MonopulseTM高分辨率離子門技術，以及離子光學部件設計等進一步優化了MALDI-7090系統的性能。

島津MALDI-TOF/TOF上獨有的MonopulseTM高分辨率離子門技術，dual wire

Bradbury-Nielsen 高分辨母離子門，左圖顯示，前級分辨率較差，因此在MS/MS譜中混雜了肽段A和肽段B的MS/MS譜；而右圖利用高分辨率離子門技術，肽段A的MS/MS譜非常“干凈”

高能CID用于脂質分析

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7090 MALDI-TOF/TOF應用

在蛋白質組學、MALDI成像領域發揮廣泛的作用

　　談到蛋白質組學用戶特征和市場趨勢，Brookhopuse Ian先生說到，“相比其它領域如環境、食品或分析濫用毒品，樣品通常分子量較小、樣品體系較簡單；而蛋白質組學市場對儀器的多項性能要求更高，比如，要求的質量范圍非常大，要求能分析從幾百道爾頓的多肽到數千道爾頓的蛋白質；要求能夠分析復雜的翻譯后修飾。另外，為了在MS分析前降低樣品的復雜性，市場出現了如LC-MALDI這樣的進樣方式，這也對儀器系統的數據管理與解釋工具提出更高的要求。從蛋白質組學市場來看，以前藥物研發是小分子分析為主導，而現在藥物研發更關注生物類似物、生物修飾藥，所以新一代的藥物研發，是蛋白質組學的新興市場，有大量的蛋白質組學的分析應用需求。”

　　蛋白質組學和成像是MALDI-7090主要的應用領域。MALDI-7090可用于蛋白質組學的多方面研究：從蛋白質結構、修飾與功能研究，到LC-MALDI“鳥槍”法鑒定，再到自上而下完整蛋白質的測序。MALDI-7090具備真正20kHz的He碰撞高能碰撞誘導裂解（高能CID），在分析翻譯后修飾方面(PTMs)中將發揮很大的作用。

高能CID用于翻譯后修飾分析

　　MALDI成像是一種獨特的應用，提供了在一個平面上觀察分子空間分布的視角，某些樣品還可通過結合MS/MS譜和分子特征開展更進一步的研究，這些應用已廣泛用于腫瘤學、病理學或其他臨床研究中。

　　除此以外，可在手動模式下獲得更多全范圍的MALDI應用，比如：脂質結構分析，高能CID能提供飽和脂肪酸鏈的結構信息，用MALDI分析來表征小分子結構。

主要面對高端市場 靈活高效

　　MALDI-7090質譜儀主要面向高端市場的用戶，比如，從事科學研究的政府實驗室、私人實驗室，以及兼顧學術與產業應用的實驗中心和研究型實驗室。MALDI-7090的設計理念就是：靈活高效，讓用戶在多用戶環境下都能夠易于操作，并獲得優異的分析性能。

　　從儀器角度來看，MALDI-7090具備無與倫比的分析速度、集成10個樣品靶、超高MS/MS分辨率以及真正的高能CID能力。從軟件角度來看，真正的多用戶界面、從任何網絡工作站遠程進入儀器的實驗設置、結果瀏覽與數據分享、以及基于各種精細的解決方案的軟件。

用戶評價：一經推出便得到良好的市場反饋

　　今年6月MALDI-7090一經推出，就獲得了良好的市場正反饋。來自東京大學尖端科學技術研究中心的助理教授河村武石評價道：“MALDI-7090系統具有2KHz的激光速度、超高分辨率的MS/MS性能，在使用LC-MALDI方法研究蛋白復合物和組蛋白修飾的蛋白質組學分析中，MALDI-7090大大提升了我們的分析速度。”

　　來自維也納科技大學的甘特·奧麥爾教授，評論MALDI-7090的高能碰撞誘導裂解及高分辨率MS/MS能力時說到：“要想定位雙鍵位于含脂肪酸的化合物中，而不產生衍生化作用，高能碰撞誘導裂解是唯一方法。例如，化合物是用作食物的植物油中的甘油三脂或者從藏紅花中分離出來的藏紅花素（決定顏色的結構）。如果沒有同位素碎片離子解析，如此高能誘導裂解的結構解析數據分析將會很難。”

　　“今年早些時間，位于美國明尼蘇達州舉辦的ASMS 2013會議，以及位于日本橫濱舉辦的國際質譜年會上，我們一位老用戶已采用MALDI-7090質譜的MS/MS技術成功區分同位素肽段修飾物。直到現在，這些特殊的修飾物（對稱與非對稱二甲基精氨酸）僅能采用Edman 測序或ESI MS來區分。”

　　談及中國客戶，Brookhopuse Ian先生說到，“我想中國客戶和其他國際客戶的需求沒有明顯的差別。我們所有的客戶都希望得到可靠的、耐用的、高質量的儀器。而且，更多的客戶對生物學問題本身更感興趣，而不是質譜細節，他們期望儀器操作簡單，通過軟件能夠容易地訪問數據庫進行索引和確證。開發用戶喜愛的高性能儀器的三個關鍵點是可靠、耐用以及日復一日好用，MALDI-7090無疑是實現這幾大關鍵點的杰作。”

覆蓋從初級到高端的所有MALDI質譜產品

　　島津公司目前可提供一整套完整的MALDI-TOF質譜：從基本的主力系統到超高端的研究儀器，包括：性價比高且耐用的入門級AXIMA Assurance質譜儀，提供可靠MS/MS質譜信息用以鑒定物質結構的AXIMA Confidence系統；以及擁有高能碰撞誘導裂解能力、并能廣泛應用于眾多領域的AXIMA Performance MALDI TOF-TOF質譜儀；此外，AXIMA Resonance是島津獨家提供的MALDI-QIT-TOF質譜儀，此儀器獨特體現了MALDI分析的簡單化以及MSⁿ分析的好處，非常適合于翻譯后修飾的研究與多糖結構鑒定。

　　2013年最新推出的MALDI-7090具備多項最新ZL技術，并融合島津在MALDI質譜上廣泛的專業技術積累，使得MALDI-7090將MALDI TOF-TOF質譜技術性能發揮到極致。

　　當問及MALDI TOF與基于ESI源的TOF類產品相比，有什么不同的定位時，Brookhopuse Ian先生回答說：“MALDI和ESI是大家公認的互補電離方法，每一種技術都有它獨樹一幟的一面。例如MALDI源在質譜成像領域中發揮獨一無二的作用，該技術使得MALDI質譜適用于固體樣品（如組織樣本）、電離的脈沖特性、可在樣品表面進行XY軸移動、在洞察樣本的同時能夠保留被觀測分子的空間分布。此外，相比ESI源，MALDI具有更高的分析速度，MALDI源對常見的鹽/緩沖液的耐受力更強。ESI則能做實現樣品的絕對定量，目前的報道中MALDI可對樣品進行相對定量。

MALDI-TOF市場趨勢：臨床與診斷

　　隨著全球MALDI-TOF的市場趨勢轉向臨床與診斷運用，島津公司和所有其他大型質譜供應商一樣正在適應這種趨勢。島津公司正在努力將MALDI質譜技術成功運用于早期疾病生物標記物發現以及微生物鑒定中，當前一個新興領域正是日益流行的成像質譜技術。對此IBrookhopuse Ian先生非常自豪：“隨著MALDI-7090的推出，島津公司已成為這些新興領域的領導者，這得益于我們無與倫比的分析速度以及分析軟件整體解決方案。我們相信類似的挑戰與要求也正推動著中國市場發展，我們現在正在挑戰較陳舊的MALDI TOF技術，如UltrafleXtreme和ABI 5800。”

　　“除此以外，我們已經開始同OEM合作伙伴生物梅里埃公司展開合作，共同開發MALDI質譜在鑒別微生物樣品中的應用。這也意味著我們所提供好用且耐用的分析儀器，這也是島津的文化精神所在。”Brookhopuse Ian先生補充說到。

島津質譜特色：超快速的UFMS

　　島津公司是分析儀器新技術開發領域的一個領導者。在過去的幾年里，在GCMS、 LCMS和MALDI MS領域引入了多款新型儀器，并命名為“超快速質譜儀”（ultrafast mass spectrometry），簡稱“UFMS”。這些技術都提供較高的靈敏度、精確的數據質量、樣品通量的提高以及廣泛的應用性。Brookhopuse Ian先生自豪的說：“作為我們‘科學卓越’精神的一部分，島津公司通過新儀器的開發與設計，旨在繼續保持質譜界的先驅者地位。”

　　作為一個在科學與計量設備領域有較長歷史的公司，島津公司致力于使其儀器更好用、更耐用，擁有更多研究人員與技術人員使用。有市場就有競爭，對此Brookhopuse Ian先生說：“出現新的競爭者是不可避免的問題，但我們在產品創新和改良上有很長的歷史，我們也有植根于島津人的強烈質量意識。通過與外部廣泛的合作，我們可以獲得科學界最新的技術，我們也有將這些想法轉化為優質產品的經驗。同時我相信一些新競爭者也有一些或所有這些特征，為了保持市場上的領先地位，我們將繼續創新、精益求精。”