scimaX開創磁共振質譜新時代：2千萬分辨，不再消耗液氦

　　談到今年ASMS最超出人們想像的技術，莫過于scimaX磁共振質譜。磁共振質譜在質譜界素有“皇冠”美譽，高達千萬的分辨率讓一切對手望塵莫及，但長期維持液氦等維護要求一直是它的硬傷，讓大多數追求簡單維護、簡便操作的用戶卻步。只有那些“非愛不可”的專家級用戶才能將其攬入懷中。ASMS 2018上布魯克發布了scimaX，只需一個小小氦氣鋼瓶就可以獲得2千萬分辨。展會現場，分析測試百科網采訪到了布魯克·道爾頓MRMS全球事業部部經理Michael Easterling博士，他的詳解將帶我們進入scimaX為質譜界開啟的一扇嶄新之門……

在scimaX前的合影：布魯克·道爾頓MRMS全球事業部經理Michael Easterling博士（左）與分析測試百科網總經理卞利萍（右）

布魯克磁共振質譜的創新歷程

　　scimaX的亮相給了業界一個震驚的結果，但其實這是布魯克在磁共振質譜（又稱MRMS）領域長期技術革新的結果。Easterling首先回顧了布魯克磁共振質譜幾十年來的創新歷程。上世紀70年代初布魯克開始研發FTICR技術，80年代中發布了第一臺商品化的FTMS，2009年，發布了solariX ，2013年隨著ParaCell^TM技術的問世，solariX XR完全突破了現有技術，隨后在2016年推出了solariX 2xR引入了QPD四級檢測技術，2018年推出的scimaX更是一次技術上偉大的突破。

　　ParaCell將分辨率提升了4倍

　　solariX升級為solariX XR完成了創新的第一次飛躍，布魯克引入了革命性的ParaCell（和諧阱）。多年來，磁共振質譜具有非常好的磁場，但電場沒有達到最佳的離子控制，ParaCell在ICR池中實現了和諧的電場，它突破了傳統ICR阱的限制，提供罕見的全范圍離子穩定性，從而使分辨率在數量級上遠高于其它檢測模式。用戶可憑借這樣的儀器性能毫不費力地獲得百萬以上分辨能力，用于同位素精細結構的探測或高度復雜混合物的分析。

　　過去在低分辨質譜圖中，人們可以看到強峰和其周圍的弱峰，但在高分辨質譜圖中無法看到弱峰，當使用了ParaCell，將可看到高分辨率的弱峰。這些弱峰體現了精細同位素結構。這意味著什么呢？由于分子基本上是原子的混合物，質譜儀只是測定分子量，通常無法看到不同的原子組成，所以如果你要獲知元素組成，基本靠猜測，無論是嘗試MS/MS，還是很高的質量準確度，都是靠猜測，并不是很確信。“應用了ParaCell技術的solariX-XR，你可以測定原子信息，因此不必再靠猜測，可以直接確定分子的元素組成。這是ParaCell的極大貢獻。” Easterling表示。

布魯克磁共振質譜獲得的超高分辨率：看到精細的同位素結構

　　solariX XR另一大特點是提升在一定時間內獲得的質譜分辨率。傳統FTMS儀器的缺點是，采集時間縮短，則分辨率降低，因此獲得高分辨率常需要很長時間。solariX XR將產品性能提升，相同采集時間分辨率提高一倍；或者分辨率不變，采集時間縮短一半。solariX XR的分辨率達到了200萬，demo樣機甚至達到400萬。

　　2016年推出的solarix 2xR將paracell的功能進一步釋放，分辨率再次翻倍。所以從2009年到現在，solariX在同樣的分析時間內，分辨率提高了4倍；或者保持相同的分辨率，只需1/4的時間。

　　應對更復雜的基質樣品

　　從solarix 2xR開始，可以直接用流動注射（FIA）方法直接測定復雜的基質樣品。通常，每個質譜都會在前端連接氣相或液相色譜，solarix 2xR可做到不必連接液相色譜，對復雜基體樣本可實現直接進樣的超高分辨率測定。比如，石油和環境樣品非常復雜，又不太適合用液相色譜分離，用直接進樣技術直接在solarix 2xR上進行分離分析是非常理想的。“有時我們會看到一個樣本的譜圖中包含20,000-50,000個質譜峰，因為分辨率很高，我們有能力做到這一點。這也是solarix 2xR相對于其它質譜儀的優勢。”Easterling說。

　　同一臺儀器上實現MALDI和ESI的相互切換

　　solarix 2xR的另一個優點是可以在同一臺機器上完成MALDI和ESI測定。在這臺儀器上安裝了兩個離子源，只需在軟件里點擊按鈕，就可完成MALDI和ESI的切換。“要知道，很多人真的很喜歡MALDI，因為每個點都是獨立的，即使運行一個樣本到下一個樣本，再到下一個樣本，你不必擔心交叉干擾。”Easterling說。

聚焦于復雜混合物分析的scimaX MRMS

scimaX磁共振質譜儀

　　接下來，Easterling介紹了重磅的scimaX，它以更小的占地面積提供超過兩千萬（R> 20,000,000）的質量分辨率，無需任何液態致冷劑。威爾康奈爾醫學院教授Steve Gross說：“布魯克的新型scimaX MRMS系統改變了超高分辨率質譜儀的游戲規則。由于不再使用液體制冷劑降低了運行成本負擔，儀器安裝不再受場地限制而要求對實驗室改造，scimaX可用于任何需要最高質量分辨率的質譜實驗室來解決高影響力的科學問題。”

　　無需液氮液氦 高達2千萬分辨率

　　相比solarix 2xR，scimaX再次提高分辨率到2千萬，質量準確度達600ppb（內標）。

　　布魯克革命性的7特斯拉超導磁體技術是占地面積更小的scimaX MRMS系統的基礎。 這一關鍵創新采用“傳導冷卻（conduction cooled）”技術，不需充液氦，不需排廢氣管線，占地面積大大減少（寬×深×高：3英尺×7.5英尺×6.6英尺），適合于一個標準的實驗室（此文中的合影照片背景就是scimaX）。 “只需一個氦氣鋼瓶，維持儀器里的環境始終充滿氦氣，消耗少于GC/MS對氦氣的消耗。”王克非博士說。

　　過去，惰性氣體排放的管路是超導磁體必須的一部分。它匯集了磁體的所有氣體排放出口，從磁體上端直通磁體，通向建筑外大氣中，作用就是排除廢氣。一旦失超，磁體杜瓦容器中近2000升液氦揮發的全部氦氣（每升液氦可氣化為1.25m³氦氣）將從排氣管路中噴出。為預防可能的失超，必須精細設計排廢氣的管路，儀器基本也只能安裝在實驗大樓的一樓，因為窗戶無法快速排出廢氣。以前廢氣的排放問題導致很多用戶卻步不前。“以前我們在北京裝機的時候，必須要有個排氣的管子，假如客戶沒有把這個裝好，安裝是樁很麻煩的事情。”王克非博士說。現在scimaX不再需要排廢氣的所有管路，對用戶帶來極大的方便，儀器甚至可以安裝在更高樓層。

　　scimaX 標準配置ParaCell 2xR 和AMP檢測技術，如前文所述，這是提供究極分辨率的保證。

　　1秒完成ESI和MALDI源切換 多種碎裂模式

scimaX標準配置ESI和MALDI雙離子源

　　scimaX是一款集成式多功能儀器，能夠與多種離子源兼容，它標準配置ESI源和MALDI源，1秒中內可完成離子源切換。同時具備選擇離子持續累加（CASI）和多種裂解模式如ECD、EID、ETD、CID、EDD、SORI-CID、MALDI-ISD、NETD等。ESI源接口還能與各種可選API源（APPI，APCI，GC-APCI）兼容。

　　FIA進樣大幅降低運行時間 每天可運行200多個樣品

　　和solarix 2xR同樣，scimaX可以直接用流動注射（FIA）方法直接測定復雜的基質樣品。MRMS aXelerate工作流擺脫了LC通量的限制，能夠實現每天分析200多個樣品。以MetaboScape為基礎的處理方法，可以在代謝組學和表型組學研究的復雜樣品中，對數百個已知的代謝物進行分子式的自動標注，并對數以千計的未知代謝物自動生成分子式。

scimaX應用

　　Easterling接下來分享了scimaX的幾大典型應用。

　　代謝組學

　　“之所以首先談到代謝組學，是由于今年有了兼容于代謝組學的多個軟件，可同scimaX配合，直接進樣（FIA）分析樣本，提高樣本通量達200個樣品/天，所有組分可以在質譜中得到分離。例如，scimaX能夠直接進樣分析尿、血液、天然產物、葡萄酒等各種混合體系，僅需要幾分鐘時間，一天能分析200多個樣本。當然你也可以用液相色譜分離分析，但會花更長時間。我們曾運行客戶的臨床樣品做代謝組學，FIA實驗花了6小時，而運行LC-MS則需要120小時。scimaX大幅縮短了運行樣本的時間，非常適合于臨床應用。”Easterling還補充說到，“事實上，色譜分離依賴于化學性質，有些化合物可能沒有保留或難以洗脫，直接進樣測定時還可看到更多LC-MS方法中無法看到的樣品峰。”

直接進樣-scimaX分析尿液，同位素精細結構（IFS）分析直接給出了未知代謝物的分子式，如圖中紅框所示的Glucose（葡萄糖）是使用LCMS流程中未曾看到的代謝物

　　MALDI成像

　　scimaX可用于質量范圍m/z 100-1,500的中小分子的極限MALDI成像。它具備的無與倫比的寬譜帶范圍的超高分辨率和亞ppm質量精度，能夠辨別僅mDa質量差的分子成像，這是同位素精細結構 (IFS) 分析和分子式確認所必需的。

　　Easterling 表示：“MALDI成像對我們是非常重要的市場。當用激光打在組織上時，離子化的是混合物，如脂類、多肽、蛋白、代謝物、小分子等等所有的分子。由于沒有液相分離，過去你無法處理它們；而scimaX可以快速同時處理這些信號。有時，質量信號非常非常接近，當使用30-50萬的分辨率時，你將能在質譜圖中看到所有分離的質譜峰，這樣就可以有效地建立質譜成像圖。由于這是MALDI成像，不需前處理，所以你把樣本送到就可以開始測定。

　　這點對于制藥公司，代謝組學的研究者非常重要。有些研究環境生物修復的研究者用MALDI成像研究植物，現在可以直接看分子在枝干中的分布，更好地觀察基因工程的效果；或者對煙草進行MALDI成像，可以看到農藥、除草劑、終產品中主成分在煙草中的分布。”

　　石油組學和環境檢測

　　scimaX 擁有各種類型且互相兼容的離子源系列，能適應不同性質的分子：ESI 適用于處理堿性和酸性化合物，LDI、APCI 和 APPI 適用于處理極性和非極性化合物。可預測群體特性（、腐蝕、積垢）需要分析樣本的整個化學組成情況。scimaX 數據直接導入化學智能石油組學軟件 (PetroOrg/Composer)，生成可靠的元素組成分子式、傳統石油組學圖表、自動化報告構建等等。

　　scimaX能夠看到復雜混合物中的所有組分。對于海洋船舶來說，加入清潔劑可清潔船底水，但可能又引入了未知的副產物。過去，LC-MS/MS無法測定船底水的所有成分，因為LC-MS/MS常是目標物檢測，現在用scimaX可以解決該問題。

　　此外，scimaX在天然蛋白的研究中也顯示出威力。

為用戶減少實驗時間 易操作

　　Easterling 表示，已經有用戶在scimaX上運行了很多樣品，大多數都是由FIA直接進樣分析，它減少了運行實驗所花費的時間，并且可以運行非常多的樣品，研究者都對此非常興奮。當然，如果對比LC-MS，會得到非常不同的結果，這需要為用戶做進一步的培訓。

　　談到維護，Easterling很有信心：“5年前如果大家認為磁共振質譜維護難是對的，但如今這種說法已經過時。正如我剛才所述，一些問題最早源于技術，如冷卻系統占地面積非常大，周期性地充液氦，占地空間太大，實驗室須為冷卻系統做修改，這些都讓用戶頭痛不已。過去的系統易用性不佳，只能被專家使用。現在，上述問題通通不再存在，即使是一般的技術人員也可以運行scimaX。”

看好中國市場

　　談到中國客戶，Easterling表示：“我認為很多中國用戶正在關注世界其它地區在發生什么，尤其對新技術很關注，這點令很多人都印象深刻。很多我們的關鍵客戶都與中國的研究人員有著密切的合作關系。當中國客戶到國外看到先進的儀器，也會希望使用這項技術。 事實上，中國已有很多磁共振質譜的用戶。總體上，全球和中國的用戶渴望擁有解析復雜混合物的能力，尤其在環境和石油等關鍵應用領域。中國具有非常強大的購買力和溝通能力。”

　　王克非補充說，“中國的國際交流越來越多，我們的一些客戶正是到國外考察后，看到國外的情況，因此回國后購買磁共振質譜。除了上述應用領域，scimaX對大型儀器中心也非常有吸引力，過去運行磁共振質譜還需要培養非常專業的人員，現在一般的技術人員就能操作。過去即使磁共振質譜有一些問題，人們還是購買，足見其過人之處。正如Uben所說，’scimaX正是來解決問題的’。今年ASMS會議上我們收到了很多反饋，很多以前不考慮磁共振質譜的用戶也會說‘好吧，我會考慮購買一臺scimaX’，我們已看到這些需求，儀器的銷售數字將會大幅增長。”

傳承布魯克磁體強項 堅持做磁共振質譜

　　眾所周知，一些做磁共振質譜的廠家后來放棄了該產品線，只有布魯克一直堅持。談到原因，Easterling笑著說，“布魯克是一家做磁體的公司。雖然之前很多公司也曾嘗試做FTMS，但他們不生產磁體，磁體研發必須找其它公司，如果兩家生意模式不匹配就很難繼續。布魯克有完美的模式，公司擁有非常龐大的技術部門， FTMS的研發人員有的來自磁體團隊，有的來自質譜團隊，兩個技術團隊高度協同，使得布魯克的FTMS具有相當的競爭力，如市場上的價格優勢。我們制作電線、線圈、磁體、質譜，所有的部件都是自己生產，我們可以控制所有的研發。”

被訪人簡介

　　Easterling博士于1998年從佐治亞大學獲得博士學位，博士期間完成一項涉及開發和構建一套專有 FTMS 的論文項目，該儀器用合成高分子的內置MALDI源，用于高性能聚合物分析和開展基礎ICR研究。此間，他發表了關于FTMS理論、設計、直接應用的數篇論文。1998年加入IonSpec公司后，Easterling博士負責商業演示，同時在儀器和應用方面發揮作用，創立了ICR技術的相關證明聲明。2000年，他成為美國質譜學會FTMS短期課程的特許講師，持續在ASMS年會期間講授FTMS基礎課程，并為ASMS委員會服務。2001年，Easterling博士加入布魯克.道爾頓公司，領導FTMS產品線的應用部門，同時負責維護和學術及產業界研究員的合作。他現在領導MRMS事業部，全面負責磁共振質譜（MRMS）和成像業務。在包括ASMS美國質譜學會，IMSC國際質譜學會，HUPO人類蛋白質組學組織，美國癌癥學會等國內國際會議上，Easterling博士參與了60個出版物和演講。他現在為國家高磁場實驗室的ICR用戶委員會服務，是多個期刊的審稿人，并廣泛傳播教育人們關于MRMS和 MALDI 成像引人注目的優點，并熱切地與他們合作，整合這一強大和吸引人的技術到他們的現有工作流程中。