質(zhì)譜成像科普：關(guān)于成像速率作為質(zhì)譜最年輕的應(yīng)用之一，質(zhì)譜成像技術(shù)在科學(xué)研究、臨床病理分析等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，已經(jīng)成為質(zhì)譜研究的一大熱點，基于MALDI、AP-MALDI、DESI、SIMS等離子源的質(zhì)譜成像技術(shù)飛速發(fā)展。對于科研工作者而言，如此多的質(zhì)譜成像技術(shù)，究竟哪一種更適合自己的研究方向，很難搞清楚。本次，我們看一看質(zhì)譜成像的關(guān)鍵性能之一成像速率。目前的質(zhì)譜成像技術(shù)都是把樣本上的一個個像素點陸續(xù)離子化形成質(zhì)譜峰圖再通過軟件重構(gòu)圖像形成質(zhì)譜成像結(jié)果。這種點掃描的成像方式，如果成像速率過低，完成一張切片的成像過程需要十?dāng)?shù)個小時。無論是科研研究還是臨床病理分析等實際應(yīng)用，這么慢的成像速率都是無法忍受的。更重要的是如果一張切片成像需要近一天時間，生物組織及基質(zhì)分子的揮發(fā)、變質(zhì)等問題都會影響整體成像結(jié)果。因此，成像速率是質(zhì)譜成像重要的瓶頸，尤其制約了質(zhì)譜成像展開臨床應(yīng)用。那么，影響質(zhì)譜成像速率的因素有哪些呢？血糟群檢疆素acell瞄*&cellMiliflbi-^ruunr血糟群檢疆素acell瞄*&cellMiliflbi-^ruunr^lucj^cri-T?d;C-pciptld^-bluePancreitic『廈同馴源-胰島單細(xì)胞.單激光/像素10pirnsinglelasershot/pixel@200pixel/sec胰島單細(xì)胞成像結(jié)果，成像速率：200像素/秒關(guān)鍵之一：掃描速率對于質(zhì)譜成像而言的掃描速率，通俗地說，是獲得一張質(zhì)譜圖的速率。它一般取決于以下三個因素。激光頻率如前所述，質(zhì)譜成像是點掃描方式成像。因此，對于激光解吸（LD）離子源來說，激光頻率是質(zhì)譜成像速率提升的前提。以MALDI成像為例，早期的質(zhì)譜成像采用了50Hz的氮氣激光器，且不說氮氣激光器做質(zhì)譜成像是很奢侈的事（氮氣激光器掃描壽命短，而質(zhì)譜成像需要高密集掃描，更換激光器成本昂貴）,50Hz意味著每秒鐘只能完成50次離子化過程，最高可形成50個掃描點。一般一張質(zhì)譜圖需要上百萬個掃描點，用氮氣激光器掃描一張切片，至少需要6小時以上。隨著高性能激光器的出現(xiàn)，MALDI離子源的激光頻率首先有了質(zhì)的飛躍。目前商品化的成像質(zhì)譜中，往往采用了2,000Hz甚至更高頻率的激光器。融智生物的QuanTOF成像質(zhì)譜則配備了5,000-10,000Hz的激光器，以保證有更高的激光頻率。二維移動平臺高速成像還需要能高速移動、步長精準(zhǔn)的二維移動平臺的支持。目前，很多普通質(zhì)譜儀并未考慮到質(zhì)譜成像的需求，使用了普通的二維移動平臺，步長往往在微米級甚至更高，也無法高速移動，因而會阻礙高速成像。融智生物QuanTOF采用的高速二維移動平臺可達(dá)到步長50nm，在如此小的步長下，實現(xiàn)高速移動，有力地支持了高速率質(zhì)譜成像的需求。數(shù)據(jù)采集在解決了激光頻率和高速、高精準(zhǔn)二維移動平臺的問題之后，還要解決高激光頻率帶來的海量數(shù)據(jù)采集問題。再高的激光頻率、再快的移動平臺，沒有足夠速率的信號采集及儲存能力，都無法提高最終質(zhì)譜成像速率，這需要高速數(shù)據(jù)采集部件以及數(shù)據(jù)采集軟件的相互配合。另外，現(xiàn)有的第三方成像軟件往往只能滿足較低速率采集的成像數(shù)據(jù)處理工作，對于高速掃描帶來的海量數(shù)據(jù)就無能為力了。關(guān)鍵之二：靈敏度僅僅提升掃描速率，只是提升質(zhì)譜成像速率的開始。高速、高空間分辨率掃描時，能夠電離的離子將大幅減少，如果在其后的離子傳輸、離子探測過程中不加以彌補(bǔ)，則質(zhì)譜儀的靈敏度將大幅下降，尤其影響低豐度目標(biāo)物的成像結(jié)果。傳統(tǒng)的化學(xué)分析中，質(zhì)譜儀的掃描速率已經(jīng)夠用，因此后端的配合流程不會為高速成像專門設(shè)計，所以一些科研人員在采購?fù)饨与x子源做質(zhì)譜成像時，會發(fā)現(xiàn)對低豐度目標(biāo)物無法采集到信號。靈敏度問題不僅體現(xiàn)于外接離子源中，對于內(nèi)接離子源質(zhì)譜儀，在高速掃描時，也面臨靈敏度不足的問題。提升掃描速率，使用10,000Hz的激光器，在工程化方面不是難題，但如此高頻率掃描所帶來的離子采集量下降影響到靈敏度不足的問題，卻難以克服。因此，只能犧牲成像速率，以保證成像質(zhì)量。這也就是為什么一些內(nèi)接離子源的成像質(zhì)譜雖然采用了10,000Hz激光器，但成像速率最高仍然只有50像素/秒。綜上所述，高速質(zhì)譜成像的實現(xiàn)是一項系統(tǒng)性工程，要從掃描速率、儀器靈敏度以及方法學(xué)等方面入手，軟硬件之間相互配合，相互支持。僅僅提高激光頻率或二維移動平臺移動速度或數(shù)據(jù)采集速度，抑或是提升儀器靈敏度等，都無法實現(xiàn)高速質(zhì)譜成像。2018年6月，融智生物宣布實現(xiàn)了業(yè)界最高的質(zhì)譜成像素率，成像速率達(dá)到500像素/秒。通過對系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化、調(diào)整，以及軟件配合，截至目前，融智生物已達(dá)成1,000像素/秒的成像速率。采集100萬張質(zhì)譜圖，只需要十多分鐘。質(zhì)譜成像目