基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)研究中的一項重要工具。歷史上，大多數(shù)蛋白質(zhì)組學(xué)方法在分析新樣本時，幾乎沒有關(guān)于樣本內(nèi)容的驗證經(jīng)驗。每次實驗都像是首次“發(fā)現(xiàn)”樣本中的肽和蛋白質(zhì)。成功的衡量指標(biāo)通常是樣本中可以檢測到的蛋白質(zhì)或肽的數(shù)量。
盡管靶向蛋白質(zhì)組學(xué)顯示出巨大的潛力，但由于分析物數(shù)量與測量的靈敏度和精度之間的權(quán)衡，能夠測量的肽數(shù)量受到了限制。為了增加可以測量的靶標(biāo)數(shù)量，數(shù)據(jù)非依耐采集(DIA)作為一種替代方法出現(xiàn)，在預(yù)定義的質(zhì)量范圍內(nèi)采集相對寬的MS/MS隔離窗口。這種采集方法有意地在每個MS/MS圖譜中采樣盡量多的肽段，減少了每個周期所需的掃描數(shù)量。然而，這種方法犧牲了選擇性和動態(tài)范圍。
Stellar質(zhì)譜儀作為賽默飛質(zhì)譜蛋白組學(xué)解決方案的全新成員，在靶向蛋白定量分析方面有著無與倫比的強大性能。相比于現(xiàn)有的質(zhì)譜靶向蛋白定量技術(shù)，Stellar質(zhì)譜儀可以提升接近5倍的定量肽段數(shù)目，以及10倍的靈敏度提升。這真正顛覆人們對于靶向質(zhì)譜分析在臨床實驗室中應(yīng)用的認(rèn)知。那究竟是什么樣的儀器設(shè)計使得Stellar質(zhì)譜儀能夠在靶向定量領(lǐng)域脫穎而出，本文將從儀器硬件設(shè)計的角度來討論Stellar定量性能背后的關(guān)鍵技術(shù)。
多極離子通道(ICRM, ion concentrating routing multipole)
ICRM技術(shù)是Stellar質(zhì)譜儀中的關(guān)鍵組件，主要用于提高離子的聚集和傳輸效率，從而提升質(zhì)譜分析的靈敏度和速度。
結(jié)構(gòu)和功能
• ICRM位于四極桿之后，線性離子阱之前。ICRM是一個彎曲的碰撞池，主要有兩個功能?？捎糜谶M(jìn)行高能碰撞碎裂(HCD)，以及母離子/子離子的捕獲累積。ICRM的累積和捕獲功能是提升儀器離子利用率的關(guān)鍵，同時也是二級譜圖信號提升的關(guān)鍵。
• 進(jìn)入ICRM中的離子數(shù)量通過動態(tài)自動增益控制(AGC)和離子包同步管理，實現(xiàn)離子包的最佳濃度和檢測。AGC動態(tài)調(diào)整離子積累時間，確保離子包的濃度在檢測前達(dá)到最佳狀態(tài)。
工作原理
離子傳輸和捕獲：ICRM接收來自高壓線性離子阱的離子包，這些離子包在ICRM中進(jìn)行集中和傳輸。離子包在ICRM中被動態(tài)AGC控制的時間內(nèi)集中，然后傳輸?shù)礁邏壕€性離子阱進(jìn)行碰撞冷卻。
碎裂和檢測：在ICRM中，離子可以進(jìn)行光束型碎裂(HCD)或捕獲后進(jìn)行進(jìn)一步的碎裂(如MS3)。HCD碎裂后的離子會被加速返回ICRM進(jìn)行MS3碎裂，然后將MS3產(chǎn)物離子傳輸回高壓線性離子阱進(jìn)行冷卻和檢測。
性能特點：
高效離子利用：ICRM的設(shè)計能夠最大化離子的利用率，通過減少離子的損失來提高檢測靈敏度。
快速數(shù)據(jù)采集：ICRM與雙壓線性離子阱的結(jié)合，使得質(zhì)譜儀能夠以高數(shù)據(jù)采集速度進(jìn)行高動態(tài)范圍的MSn采集。
多樣化的碎裂選項：ICRM支持高能碰撞解離(HCD)和碰撞誘導(dǎo)解離(CID)，提供了靈活的碎裂選項，適用于不同類型的化合物分析。
相比于傳統(tǒng)的離子阱以及三重四極桿質(zhì)譜儀，Stellar質(zhì)譜儀的最大差異之處在于多極離子通道(ICRM, ion concentrating routing multipole)的引入。
HCD碎裂產(chǎn)生的碎片離子傳輸?shù)骄€性離子阱中的高壓離子阱模塊進(jìn)行冷卻。與此同時，ICRM開始接收累積下一組由四極桿隔離的離子。此時，儀器中存在兩組同時并行的離子包。一組存在于ICRM中，一組存在于高壓線性離子阱中。之后，高壓線性阱中的離子送入低壓線性離子阱檢測，而ICRM中累積的離子則傳輸?shù)礁邏弘x子阱中進(jìn)行冷卻。ICRM開始繼續(xù)接收下一波到達(dá)的由四極桿分離的離子。
因此，在Stellar質(zhì)譜儀中進(jìn)行二級質(zhì)譜實驗時，在四極桿隔離之后的部分，離子包的捕獲、傳輸和檢測在整個儀器中可以同時并行處理兩個獨立的離子包，這樣的設(shè)計極大的提升了儀器二級譜圖的采集效率，同時AGC設(shè)定的存在，又提升了二級質(zhì)譜的靈敏度。
通過ICRM單元的AGC離子控制累積以及同步雙離子包管理，Stellar質(zhì)譜儀的硬件和性能得到了改進(jìn)，在多目標(biāo)物同時定量分析(如靶向蛋白組學(xué))時，在極高的掃描速率下，依然可以提供高靈敏度，高動態(tài)范圍的二級質(zhì)譜。
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