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Orbitrap Exploris 240质谱仪

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赛默飞液质联用仪, 该系统继续扩展新一代 Orbitrap Exploris系列产品,改善并提高了大量关键的光学离子部件和仪器设计解决方案。......

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一. Exploris 240的性能参数和蛋白质组学应用概览


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Exploris 240的性能特点

Exploris 240是四极杆和超高场Orbitrap的串联质谱,分辨率最高可达240,000,扫描速度高达22Hz,在蛋白质分析的功能上支持APD(Advanced Peak detection)算法;R 45000用于TMT 11plexTMTpro(16plex)的分析;兼容FAIMS Pro离子淌度接口;支持DDA, DIA, PRM, t-SIM多种扫描模式;通过Biopharma option的扩展m/z 至8000用于完整蛋白分析;Easy IC的实时内标校正模式使质量轴稳定在1ppm


产品特点

• 超高场 Orbitrap 分析器

• 质量范围 m/z 40-6000

• 质量精度内标<1ppm,外标 <3ppm,Easy IC 实时内标校正

• 最高分辨率 > 240,000

• 扫描速度高达 22 Hz

• 扫描模式:FS, t-SIM, DDA TopN, DDA TopTime, DIA, t-MS2 (PRM), AIF

• 高级扫描模式:AcquireX,  APD, TMT @ 45k

• 选配:FAIMS Pro,Biopharma option


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Exploris 240应用于蛋白质组学分析的设计理念

Exploris 240质谱平台上融合了赛默飞在蛋白质组学积累的最先进技术和工作流程,通过打包的方式呈现给用户。Exploris 240可以开展基于DDA的蛋白质鉴定和定量流程,基于DIA的定量流程,TMT的定量流程,基于PRM的靶向蛋白定量流程,这些工作流程都以方法模板的形式内嵌在质谱方法中,操作人员只需要针对特定的实验设计选择对应的方法即可。同时Exploris 240延续了Exploris 480稳定的硬件设计,可以无间断分析临床大队列样本




二.  Exploris 240蛋白质组学工作流程


1

深度、快速蛋白质组覆盖

赛默飞全球组学应用开发团队对不加FAIMS Pro的4台Exploris 240进行蛋白鉴定数目测试(1µg Hela酶切肽段,60分钟梯度),4台Exploris 240蛋白鉴定数目均在5300个蛋白以上(图3),显示出仪器间具有很好的重现性。

Exploris 240在1 µg Hela酶切肽段, 60 min LC gradient, Top 20 method, ES803色谱柱,不加FAIMS Pro的情况下肽段和蛋白鉴定数目



Exploris 240加载了FAIMS Pro 后,蛋白质组的覆盖深度进一步提高,蛋白鉴定数目可提高25%1小时梯度,1µg Hela酶切肽段中蛋白鉴定数超过了6000个蛋白。

Exploris 240在1 µg Hela酶切肽段, 60 min LC gradient, Top 20 method, ES803色谱柱,不加装FAIMS Pro,FAIMS单电压CV (-45V), FAIMS双电压 (-50/70V)的条件下肽段和蛋白鉴定数目



接着对不同梯度的200ng Hela进行蛋白鉴定深度测试,30分钟可鉴定3432个蛋白,60分钟可鉴定5064个蛋白,90分钟可鉴定5986个蛋白,120分钟可鉴定6335个蛋白。

Exploris 240在200ng Hela酶切肽段, 不同色谱梯度, Top 20 method,Ionopticks 25cm column,FAIMS双电压(-50/70V)的条件下肽段和蛋白鉴定数目



继续对不同浓度的Hela酶切肽段进行测试,Hela的浓度范围从10ng到1000ng,跨越3个数量级,在每个浓度下Exploris 240均能获得惊人的蛋白鉴定数。即使在10ng低浓度的上样量的情况下,Exploris 240仍然能够鉴定1600个蛋白

 Exploris 240在不同浓度HeLa digest,90min色谱梯度,FAIMS Pro 2 CV (-50/-70), Ionopticks 25cm column, Proteome Discoverer™ 2.4 Mspep谱图库检索,1%FDR的肽段和蛋白鉴定数目



需要注意的是,FAIMS Pro在多肽分离上具有完全正交性,如图7所示,200ng Hela 30min梯度-50V和-70V鉴定到的肽段中只有3%的肽段是重复鉴定的。

200ng Hela, 30min梯度CV -50V和-70V的肽段的Overlap图,只有3%肽段重复鉴定



此外,针对很多蛋白质科学平台老师日常工作中常见的IP蛋白鉴定样品,Exploris 240可以将IP样品分析的时间缩短至30分钟。免疫富集AKT/mTOR通路中12个蛋白的样品在30分钟梯度内就可以鉴定到超过1600个蛋白,大大缩短了分析的周期。



免疫富集 AKT/mTOR通路的12个蛋白,进行蛋白酶切,使用15min和30min梯度蛋白质鉴定



2

深度、精确蛋白质定量

定量蛋白质组学是蛋白质分析的必备手段,Exploris 240可实现非标记定量(图9),DIA定量,TMT定量(图10)和PRM靶标定量(图11)4种模式,满足定量蛋白质组学分析的多种需求。Exploris 240源于Orbitrap的定量技术,定量性能可达amol级别灵敏度,并实现 5个数量级的线性范围。

图9. Exploris 240非标记定量性能。两种蛋白质混合物的精确非标记定量。酵母蛋白消化液以1:10,1:5,1:2的比例加入到200 ng Pierce HeLa消化液标准品的背景中。在Orbitrap Exploris 240 质谱上对两种蛋白混合物进行分析,然后在Proteome Discoverer™2.4软件中使用Minora feature detector 模块进行LFQ数据处理




A) 在带有FAIMS Pro接口的Orbitrap Exploris 240 质谱上使用两种补偿电压(-50和-70 CV),对500ng TMT 11plex 标记的酵母消化标准品进行60分钟梯度的定量分析。该标准样本为用户提供了一个工具,用于不同仪器测量TMT方法的准确性、精密度和蛋白质组深度的考察。B)所示的是FDR卡值为1%以下的蛋白质和多肽的定量数量。C)所有重复的无干扰指数均达到75%。



Pull-down AKT/mTOR通路的12个蛋白,加入AKT/mTOR SureQuant kit轻标和重标肽段,含有30个高纯度的重标和轻标肽段,进行PRM定量分析。83%肽段CV<10%,可达5个数量级的动态范围。



3

应用于临床大队列分析

蛋白组大队列分析是很多临床和转化医学实验室的诉求,Exploris 240继承了Exploris 480稳定和易用的硬件设计,真正做到不停歇的蛋白组分析。今年赛默飞精准医学中心开发了快速蛋白质组分析流程,自动化的样品前处理每天可以处理500个样本,高通量的LC-MS分析可以实现60个样品/天的通量。

自动化的样品前处理酶切方法每天可以处理500个样本,1台Exploris 240可以实现60样品/天的分析速度,分析1000个样品只需要18天的机时。同时不同Exploris 240质谱之间数据结果具有高度一致性,实现多台质谱同时分析。



Exploris 240可以加配FAIMS Pro离子淌度接口,质谱分析中,FAIMS Pro只选择特定的肽段离子进入质谱,阻挡了很多干扰物离子,大大缩短仪器的维护周期,用户只需要定期对FAIMS Pro进行维护即可,而维护FAIMS Pro只需要短短半个小时的时间。赛默飞全球应用开发团队比较了在清洗FAIMS Pro前后,TMT标记的蛋白鉴定数目和IFI指数几乎一致,用户无需担心维护FAIMS Pro会导致实验重现性的差异。

FAIMS Source Pro易于安装和维护,同时支持气相分离,并通过去除污染物提高了仪器的可靠性。在清洗FAIMS Pro前后,蛋白的鉴定数目和共隔离指数一致。




总结

Exploris 240是赛默飞蛋白质组学领域继Exploris 480之后的又一集大成之作,融合了赛默飞最尖端的蛋白质分析技术,将蛋白质组学的应用方法模板化,方便用户使用;同时在蛋白鉴定数,定量性能上有优异的表现,且充分考虑了大队列蛋白质组分析中仪器稳定性的问题可以预见Exploris 240必将成为蛋白质组分析不可或缺的主力成员。


参考招标参数:

中国科学院深圳先进技术研究院高效液相色谱质谱采购项目  招标编号:OITC-G210350893


1. 应用范围和要求

主要用于杂质鉴定、代谢物鉴定、研究与疾病有关的标记物和代谢组学、脂质组学、小分子和生物大分子的相互作用、   天然产物结构分析等领域。


2. 性能指标

一、质谱离子源部分

#1.配备独立的可加热电喷雾离子源ESI及独立的大气压化学离子源APCI,ESI与APCI源切换快速方便,若为ESI和APCI的复合源,必须提供单独一套APCI离子源,以弥补复合源APCI离子源灵敏度不足的缺点;

2.喷针采用60度可调喷雾设计,前后,左右,上下可调,正对废液出口。雾化后,废产物直接进入废液出口,确保离子源腔体洁净;

3.具有雾化气和辅助雾化气,进一步提高雾化效率和稳定性,具有强的雾化效果抗污染能力;

4.可加热ESI源,离子源加热温度最高可达550℃,不分流的情况下采用纯水作为溶剂,流速为1uL-1000uL/min;APCI流速为50uL-1000uL/min;

5.全自动注射泵实现质谱直接进样,自动调谐和校正,可通过软件自动切换模式;

6.质谱配置软件具备实时监控并反馈喷雾稳定性功能;

7.具有自动内标校正源,无需外接校正液可实现自动实时校正质量轴;

二、质谱离子传输部分

#1.离子传输系统必须配有金属离子传输管加真空锁定设计(不能采用锥孔结构设计),保护分子涡轮泵,减少真空负担;离子传输管必须为全金属设计,可重复使用,如为其他材质,必须加配20根传输管为备件保证仪器正常使用;

2.离子传输管独立加热,最高温度可达400℃,进一步提高去溶剂效果和确保离子传输系统抗污染能力;

#3.具有真空隔断阀设计,在移去、清洗离子传输部件时,不需破坏真空, 待机时不需要消耗氮气;

#4. 采用分段式双曲面四极杆,分辨率可到0.4 Da;隔离窗口宽度从0.4 Da-1200 Da范围内可调;

三、质谱质量分析器部分

*1. 质量分析器:采用四极杆与静电场轨道阱串联的组合,或四极杆与飞行时间串联的组合;若为四极杆与飞行时间串联的组合,则必需配备离子淌度功能;

2. 质量范围:40-6000m/z,要求四极杆部分为金属钼双曲面,其选择性达到小于0.4Da;

#3. 仪器分辨率:可达到240,000 FWHM  ( m/z≤200);≥5档可调;

#4. 要求能在质谱上实现基线分离 (液相分离色谱峰不属于质谱分离)恶霜林(Oxadixyl, M+H : 279.13393)及邻苯二甲酸二丁酯(DBP, M+H : 279.15908)(投标时提供证明文件);

5. 前级四极杆母离子选择:前级四极杆为三段式金属钼共轭双曲面四极杆,高分辨母离子选择≤0.4Da ;提供超高的离子传输效率和方形的离子传输窗口,对窗口两边的离子歧视效应降到最低;

#6. 高分辨质谱采集速率:最高22 Hz;分辨率≥120,000 FWHM时,不少于3张/秒。

#7. 质量轴稳定性:设备经过一次校正后不再校正且不使用内标情况下, 100fg利血平连续48个小时内重复进样(至少每小时1个点,不少于48个数据点),m/z 609质量精确度≤3 ppm;

#8. 一次进样可同时获得正负离子的检测结果,正负离子的切换速度:小于1秒,要求设备在进行快速切换(分辨率正/负都在60,000 FWHM)连续运行2小时,质量轴的稳定性<3ppm;即用0.5ppb氯霉素和0.5ppb克伦特罗混合溶液作为测试液,蠕动泵连续进样2小时,正负快速扫描同时监测氯霉素和克伦特罗分子离子峰,两者质量稳定性偏差小于3ppm

#9. 灵敏度(分辨率必须保持在120,000 FWHM或以上);若灵敏度水平不能完全满足要求,则必须加配一套高端三重四极杆液质以弥补灵敏度的不足(该项指标为验收指标)

全扫描Full Scan (m/z 100-900)灵敏度:50fg 利血平进样, S/N优于500:1;

选择离子扫描SIM灵敏度:50fg 利血平柱上进样 S/N优于1000:1; 

选择二级离子扫描MS/MS灵敏度:50fg 利血平进样 S/N优于1000:1

#10. 提高仪器分辨率时,设备的灵敏度基本保持不降低;采用利血平标品100fg进样,ESI+模式下,分辨率分别为30000和60000时,其他仪器参数维持不变的前提下,主峰的信号强度值相差不超过8%。

#11. 线性动态范围:分辨率设定为不小于60,000 FWHM时,以利血平或者泰勒菌素为目标物进行全扫描,质量窗口≤3ppm,,线性范围≥105,(6个浓度点,分别为1ppt、10ppt、100ppt、1ppb、10ppb和100ppb作为一条标准曲线),且标准曲线每点的偏差值≤10%;投标时提供证明文件;

12. 扫描模式:高分辨全扫描MS和高分辨二级扫描MS/MS、高分辨选择离子扫描SIM、高分辨全子离子碎裂扫描(AIF)、高分辨正负离子切换扫描、高分辨全扫描依赖的二级离子扫描、高分辨目标选择离子依赖的二级离子扫描、高分辨中性丢失扫描

*13. 检测器:若采用轨道阱无损检测器,则配置一套检测器即可;若采用微通道板(MCP)、电子倍增器或光电倍增器等消耗性检测器,则除原机配置外,需加配同种型号检测器至少7套,以满足用户10年内的正常使用需求。

四、液相色谱部分

1. 采用二元高压混合泵

2. 流量范围:0 ~8mL/min,步进0.001 mL/min。

3. 最大压力:100Mpa或以上

4. 流量准确度:<0.1%

5. 流量精密度:<0.05%

6. 泵清洗系统:带柱塞杆及密封圈自动清洗系统,同时监测泵头微漏,提示维护信息

#7. 自动进样器进样位数:2mL进样瓶≥200位

8. 进样体积:0.01-100μL,增量0.1 uL 

9. 进样体积准确度:0.5%

10. 交叉污染:0.004%

11. 样品盘温度范围:4-40℃,具备制冷和加热功能

12. 柱温箱温控范围:5-105℃

13. 温度准确度:±0.5℃

14. 温度稳定性:±0.1℃

15. 二极管阵列检测器,波长范围:190 到680 nm

16. 波长准确度:±1nm

17. 通道数:10+3D

18. 基线噪音:<±3μAU at 230 nm

19. 采用同一品牌的液相LC与质谱MS/MS,维护使用更方便

五、软件系统

1.色谱、质谱控制及液质联用操作软件:自动采集与数据处理,自动调节仪器参数,控制液相色谱仪的泵、自动进样器等部件,调节质谱仪的参数,实现液质联用的队列分析,具有多种定性、定量数据处理功能(可进行大规模定量数据的批处理),包括元素组成计算、自建谱图库、同位素分布计算、内标/外标定量等

2. 组学数据分析及未知物鉴定专业软件:通过整合更全面的统计学算法、直接关联代谢物 MS 及 MSMS 数据库与谱库鉴定、提供多种灵活的工作流程便于不同层次的分析需求,进而真正实现从数据到结构到通路的高效分析

3. 调试培训服务

1.至少一次现场免费培训

2.满足24小时热线服务

4 其他要求

1.系统使用说明书及培训文档

2.订单确认后1个月内需要提供设备的安装条件



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