體外診斷之質譜技術平臺研究

一、引言

目前臨床質譜檢測技術正處于快速發展的早期階段，正逐步由科研走向臨床。作為一種新興技術，其與早期基因測序有許多相似之處，這也就意味著質譜技術很可能復制基因測序的發展。

首先，從臨床轉換時間上看，國內外發展時間差距不到十年。質譜與早期基因測序一樣，主要應用于科研領域，進入臨床僅十年左右。

其次，從發展前景上看，質譜和基因測序均具有極高的平臺延展性。目前，NGS比較成熟的臨床應用只有NIPT，腫瘤、遺傳病等檢測仍處于積累階段；質譜目前比較成熟的臨床應用包括微生物鑒定和新生兒篩查，維生素、激素等小分子檢測和藥物濃度監控等國內檢測量還少。未來在質譜平臺上有望延伸出更多臨床監測項目。

再其次，從產業鏈上看，質譜與基因檢測都有著“上游儀器寡頭壟斷”的特征。行業內大多數企業通過購買少數品牌的儀器提供相應檢測服務來開展業務，全球基因測序儀主要被Illumina 和Life 壟斷，質譜儀基本被SCIEX、安捷倫等壟斷。

因此，本報告研究重點如下：

（1）質譜技術平臺構成及原理；

（2）質譜技術平臺應用場景及市場規模；

（3）質譜技術市場玩家分析；

（4）質譜技術平臺分類及優缺點分析；

二、 質譜技術原理及應用

2.1質譜技術原理

質譜技術，指的是：將樣本中各組分電離生成不同荷質比的離子，經加速電場的作用，形成離子束，進入質量分析器，利用電場和磁場使發生相反的速度色散——離子束中速度較慢的離子通過電場后偏轉大，速度快的偏轉小；在磁場中離子發生角速度矢量相反的偏轉，即速度慢的離子依然偏轉大，速度快的偏轉小；當兩個場的偏轉作用彼此補償時，它們的軌道便相交于一點。與此同時，在磁場中還能發生質量的分離，這樣就使具有同一質荷比而速度不同的離子聚焦在同一點上，不同質荷比的離子聚焦在不同的點上，將它們分別聚焦而得到質譜圖，從而確定其質量。質量是物質的固有特性之一，不同的物質有不同的質量譜，利用這一特性，質譜可以進行定性分析；同時譜峰強度與化合物含量有關，因此質譜也可以進行定量分析。

質譜儀種類非常多，根據應用范圍不同，其可分為同位素質譜儀、無機質譜儀和有機質譜儀；按分辨本領分為高分辨、中分辨和低分辨質譜儀；根據工作原理不同，分為靜態儀器和動態儀器；根據不同進樣系統、離子源或者質量分析器的組合，質譜分為色譜質譜聯用儀、基質輔助激光解吸飛行時間質譜儀、電感耦合等離子體質譜儀、電噴霧電離質譜等。

圖1：質譜分析原理圖

不同質荷比的離子經質量分析器分開后，抵達檢測器被檢測并被記錄下來，經計算機處理后形成質譜圖，在質譜圖中，橫坐標表示離子的質荷比（m/z）值，從左到右質荷比的值增大，對于帶有單電荷的離子，橫坐標表示的數值即為離子的質量；縱坐標表示離子流的強度，通常用相對強度來表示，即把最強的離子流強度定為100%，其它離子流的強度以其百分數表示，有時也以所有被記錄離子的總離子流強度作為100%，各種離子以其所占的百分數來表示[1]。解析質譜圖需要很強的專業讀圖能力，各大質譜生產企業也會提供相應的質譜數據庫及解析服務。

圖2：質譜圖譜示例

根據相關資料顯示，衡量質譜儀性能的指標主要包括分辨率，質量范圍，靈敏度，質量穩定性、質量精度等。

2.2、質譜儀的基本結構與分類

質譜儀（Mass Spectrometry）一般由進樣系統（Inlet System）、離子源（Ion Source）、質量分析器（Mass Analyzer）、檢測器（Ion Detector）和真空系統（Vacuum System）等部分構成。其中，離子源與質量分析器是質譜儀的技術核心。

圖3：質譜儀基本結構

質量分析器位于離子源和檢測器之間，依據不同的方式將樣品離子按照質荷比m/z 分開。主要包括磁分析器（包括單聚焦和雙聚焦分析器）、離子肼分析器、飛行時間分析器、四極濾質分析器、傅立葉轉化離子回旋共振分析器，以及以上分析器的變形與組合。

按質量分析器分類，目前主要質譜儀類型有：四級桿質譜儀（QMS）、飛行時間質譜儀（TOF）、三重四級桿質譜儀（QqQ）、四級離子阱（QTrap）、線性離子阱（Linear Ion Trap）、四級桿飛行時間串聯質譜（QTOF）、離子阱飛行時間質譜（Trap TOF）、傅立葉變換質譜儀（FT-ICR-MS）等。