分析测试百科网 > 行业资讯 > 厂商文章

小融开讲啦丨第四期成像质谱之空间分辨率

融智生物科技（青岛）有限公司

2020.1.17

说到成像质谱

就不得不提到分辨率这个概念

就像我们选择照相机

必须要考虑像素一样~

所以，本期我们来聊聊

质谱成像之空间分辨率

小编：小融，质谱在用于成像时，有两个“分辨率”概念，一是“质量分辨率”，另一是“空间分辨率”。这两者分别是什么意思呢？

小融：前者是所有质谱仪都具备的重要性能参数，质量分辨率决定了质谱仪区分出两个质量相近离子的质量最小差。而后者则是质谱成像中使用的概念，指成像最小像素的直径大小。

小编：那为什么空间分辨率这么重要？

小融：因为在成像质谱中，空间分辨率就像显微镜的放大倍数，它决定了我们能看到的最小空间。在分子成像中，会越来越多地研究基于细胞，甚至细胞不同部位的分子分布情况，因而突破成像质谱的空间分辨率极限尤为重要。

空间分辨率的极限

各种成像技术中，SIMS(二次离子质谱)能够达到最高的空间分辨率（100nm），但这种成像方式电离能量大，产生的离子容易断裂产生碎片，只适合进行小分子成像，而生命科学研究的主体是大分子成像，因此SIMS使用并不普及。

基于DESI（解吸电喷雾电离）的质谱成像，难以控制喷雾面积，因此这种技术的空间分辨率较低，一般多在几十微米以上。

理AP-MALDI 、MALDI）空间分辨率的物理极限大约为激光波长的一半。以355nm的氮气激光器为例，其理论空间分辨率最小可达175nm左右。但这只是理论水平，要想把激光斑点缩到这么小，不仅要对激光的光路系统进行复杂的工程改造，还要保证在如此小的激光斑点下实现样品离子化，这是极其困难的事。所以，目前已经商品化的仪器中，一般只能做到5微米的激光光斑直径。融智生物基于新一代宽谱定量飞行时间质谱技术，目前已经实现了商品化仪器最高5微米的空间分辨率，并已经在原理装置中实现了1微米的空间分辨率。

分辨率为10μm的成像质谱图

激光扫描电离空间分辨率的限制因素有哪些

成像质谱的应用主体集中于生命科学领域，生命科学领域主要进行生物分子成像研究，因此，基于激光扫描电离的软电离方式更适用于成像质谱，这也是当前最主流的成像质谱技术。在此，我们着重讨论限制激光扫描电离的空间分辨率因素。考虑到成像质谱软件往往可以通用化，因此本文不讨论质谱成像软件对空间分辨率的影响。

1）扫描光斑大小

激光扫描光斑是决定成像质谱空间分辨率的基础。基于激光扫描电离的成像质谱技术主要有MALDI和AP-MALDI两种，这两种技术理论上都可以使激光光斑大小调至更小，比如，在工程化方面，都可以做到1微米激光光斑。

2）灵敏度

当激光光斑变小之后，激光每次照射的样本面积也变小，对质谱仪整体的灵敏度就提出了严苛的要求。因此，即使实现了激光光斑面积足够小，如此小的激光光斑面积是否能够使足够的样本离子化，是否能够被离子探测器识别，都是限制实质空间分辨率的重要因素。

AP-MALDI与MALDI离子源的主要区别是在于离子源所处的位置。AP-MALDI是外接离子源，它可以任意连接在各种质量分析器上，实现成像质谱，足够灵活，但这种常压外接离子源在离子向高真空传输过程中会丢失大量离子，即使使用了离子漏斗技术，也只有不到1%的离子能够进入质量分析器，因而大大影响了其灵敏度。当激光光斑变小时，灵敏度问题会更加突出。因此，要想使用这种常压离子源实现高空间分辨率的成像，在实际上非常困难。

3）二维移动平台

基于激光扫描电离的质谱成像，需要二维移动平台的配合。在质谱仪中，激光路径一般是固定不动的，移动的是二维移动平台。在成像质谱中，高速率、高精准的二维移动平台控制才可能形成机械上的高空间分辨率的成像效果。举个例子：假如我们用5微米的激光光斑，但二维移动平台的移动步长（每移动一次的精度）只有10微米，则最终的成像质谱结果也只能达到10微米，甚至更低。

4）离子探测器和数据采集效率

离子源解决的是成像质谱的原位离子化问题，而要想完成成像，这些离子必须被精准、快速识别，这就涉及到离子探测器探测能力和数据采集效率的问题，即所谓的占空比。不同的质量分析器原理不同，数据采集效率也不一样，占空比也就不同，外源性离子源，比如AP-MALDI输出的离子是否能够达到离子源所标称的空间分辨率，还需要与其对接的质量分析器的数据采集相配合。在与各种质量分析器的组合中，仅仅一个离子源的扫描速度与空间分辨能力并不能解决全部问题。

小融讲质谱