質譜成像的可視化

質譜成像技術根據分子質量與電荷比關系可視化顯示出分子發布情況。近日，科學家在科研及工作中發現：該項技術在涉及公共利益專業應用中同樣具有良好應用前景。

凡是需要對組織及特定分析過程進行特殊分析時，質譜成像技術（Imaging MS）均顯示出其強大之處：它允許從空間同—形態層面對組織樣本分子組成成分進行分析。質譜成像新技術擴展了其應用范圍，開辟了分析腫瘤組織的新途徑。在質譜成像技術的研究過程中，被測樣本，例如，病理組織切片，會按照預先選定的網格位置進行質譜分析。隨后，在軟件系統的控制下，所有檢測點的質譜被合成為一副圖片（MS-Image）；該幅圖片顯示了被測組織樣本中各種物質成分的分布情況，能夠對特定位置上出現的特定分子進行形態異常比較。Shimadzu公司新近研發生產的IM Scope Trio（參見圖1）是專門為質譜成像而設計的檢測儀，它與一臺具有光學顯微鏡的高分辨率質譜儀配套工作，可以使質譜成像圖片與顯微照片相互疊加、相互比較，直接鑒別出顯微檢測得到的樣本物質，并能確定它們在樣本組織中的空間分布。

圖1：IM Scope Trio質譜成像系統

具有5μm的分辨率

光學顯微鏡可通過五種不同的波長得到反射光圖片、透射光圖片以及熒光圖片。利用MALDI基質輔助激光解析電離化/飛行時間質譜技術分析物在大氣壓環境中的離子化過程。離子化過程中使用的固體激光器以5～200μm的變動頻率掃描被測樣本，憑借其5μm的質譜圖像分辨率成為該款產品中具有最佳局部分辨率的商用系統。

最后，在集成式離子阱飛行時間質譜儀對離子化分子進行分析過程中，由于高分辨率的質譜儀能夠對MSn質譜分析物進行檢測分析，因此，它可以識別出目標分析物及對目標分析物進行分解并分析其結構。

另外，能夠被監測到的、被分解后的目標分析物片段改善了信噪比，從而輔助提高了靈敏度。由于它具有每秒鐘6像素的數據采集速率，因此，可以在三小時之內生成一副62500像素（250x250）的質譜圖像。在MALDI離子化過程中，被測樣本中的分子在激光束照射下汽化、離子化、最終能夠完成質譜分析。新型質譜分析系統具有的靈活性同樣允許MALDI質譜源替代ESI（電噴霧電離源），也可以對液體樣本進行質譜分析。

多方面應用

IM Scope Trio質譜成像儀具有多方面應用：例如，分析生物特性標志、組織組成成分及它們的代謝物、營養物、植物中營養成分的分布或微觀缺陷分析以及合成材料中的微量污染等。該系統的應用重點是科研領域。

光學照片與質譜成像照片相比較得出如下結論：當被測樣本為家鼠肝臟的切片時，用槲皮素對切片進行處理，能夠發現在許多經濟作物中普遍具有的、有利于人體健康的次生化合物。從質譜成像圖片（圖5A）中可以觀察到：槲皮素似乎是偶然、均勻分布在整個樣本上，當疊加上顯微照片后便可以清楚了解槲皮素分子確切定位及被測肝臟組織結構之間具有何種相互關聯。將疊加后的圖片放大（參見圖5C）就可以清楚了解：所有探測到的槲皮素分子均定位在肝臟組織細胞或細胞壁之間，而不是細胞內部。

反之，若用直徑較大的激光射束照射、檢測分析物質時，在上述情況下便會失去槲皮素分子在細胞間的空間定位信息，也就不可能獲得精確的細胞內間隙及細胞壁間的空間分布情況。

選取特殊的分辨率

圖2：采用多種不同分辨率（10μm、20μm、50μm和100μm）

究竟選用中等還是較高的局部分辨率完全取決于被測樣本。當中等分辨率足以滿足粗大組織結構定位關系檢測分析要求時，它便是細胞層次定位關系檢測分析所需的最高分辨率。該項技術例如，在微觀結構的藥物分布檢測中或藥物代謝物積累的檢測分析中很有幫助。

當檢測分析眼睛視網膜的不同脂類時，可以選用10μm的較高分辨率。將內外視網膜相互分開的視網膜色素上皮細胞在顯微照片上呈一條暗帶（參見圖2）。兩種不同脂類（m/z=798.54和m/z=872.61）的質譜成像圖片（參見圖3）采用多種不同分辨率（10μm、20μm、50μm和100μm）拍攝。最終只有最小分辨率為10μm的質譜成像圖片才能清楚觀察到視網膜色素上皮細胞的輪廓，而在較低分辨率的質譜成像圖片中該輪廓會喪失。

數據分析評判

圖3：三張不同的視網膜脂類質譜成像圖片的疊加

ImagingMS solution軟件是數據采集及數據分析專用軟件，允許將多張質譜成像圖片疊加起來（參見圖3）。質譜成像圖片較高的分辨率允許對三種被測脂類準確分類，例如，磷脂酰膽堿（16:0/22:6），僅在外層視網膜中便可找到，磷脂酰膽堿（18:0/22:6）可以在視網膜內層的視網膜色素上皮細胞上找到，而磷脂酰膽堿（16:0/18:1）還能在視網膜內部區域里發現。

聚類分析（HCA）、感興趣區域分析（ROI）及主要成分分析（PCA）也都是統計數據分析的輔助工具。

可能的基質保護層

質譜儀強大的性能及樣本制備是獲取最高空間分辨率質譜成像圖片的首要條件。離子化所需的化合物通常首先溶解在液體中，然后噴散到被測樣本上。在此過程中，隨時可以將目標樣本溶解到該溶液中并擴散至被測樣本中。這意味著：盡管檢測儀器設備具有很高的空間分辨率但得到的圖片不會具有如此高的分辨率。

為此，日本Shimadzu公司開發了一種能夠產生基質保護層的儀器設備：IM Layer；它能排除分辨率不好的影響并利用升華工藝技術在被測基質部門涂覆了一層非常薄的、具有極小矩陣點晶的保護涂層，從而避免了分析時出現離域電子。

結合IM Layer系統的使用，使得IM Scope質譜成像系統成為樣本制備、顯微光學及高局部分辨率質譜成像圖片，這些圖片的相互疊加以及利用Imaging MS Solution軟件對檢測數據進行分析從而產生整套評價解決方案。

質譜成像

質譜成像中，被測樣本——例如：組織切片——按照預設的物質放置在網格上進行質譜檢測分析。隨后，質譜檢測儀的控制軟件將不同位置處的各個質譜檢查點匯總成一副（質譜成像）圖片；這幅圖片顯示了被測樣本組織中各種物質的分布情況。這就可以對特定位置上出現的特定分子是否有形態異常進行比較了。