简化分析流程,突破空间维度

传统分析方法需要先进行样品提取及前处理,再进行色谱质谱分析,步骤繁琐,耗时长,而且无法得到成分在样品空间上的真实分布信息。 沃特世拥有众多独特的离子源技术,可以从空间与时间维度,攻克传统分析方法瓶颈。

 

| DESI 解吸电喷雾电离 |

DESI( 解吸电喷雾电离) 质谱成像技术,自问世以来,以其不用样品前处理、无需标记、无需基质喷涂、对样品可无损检测等优点,已逐渐成为天然产物空间组学的核心技术。该技术目前已成功应用于如中药研究、植物科学、微生物研究等各领域。

DESI 原理示意:喷雾溶剂连接于毛细管上,施加一定的高电压,在氮气的辅助下形成带电喷雾液滴,轰击样品表面,带电溶剂与待分析物同时发生解吸和电离( 电荷转移),去溶剂化后,沿着传输毛细管进入质谱。

DESI 技术由于拓展了研究的空间维度,因此可为天然产物复杂体系研究带来新的研究思路。

■ 空间维度直接揭示biomarker

以往的组学寻找差异成分,需要依靠峰面积比ratio 值。 如果ratio 值差异不大, 则很难找到生物标志物。 而DESI 技术,可以在空间图像上直观地找出差异成分。

如下图所示,利用DESI 质谱成像,我们可以直观地看到人参皂苷Re 在人参、西洋参和三七中的差异分布。 (Guangfei Wei, et al. Journal of Ginseng Research. 2019)

■ 空间维度上的成分鉴定数据库

以往的天然产物鉴定,需要依靠分子式、加合离子、同位素分布、子离子信息等进行确证。 利用DESI技术,我们可以建立天然产物空间信息数据库,结合天然产物空间分布数据,从空间维度上对天然产物进行进一步确证。

■ 实时动态分析
DESI 技术由于无损检测等优势,可以实现样品的实时分析,获得动态变化信息。 如下图,利用DESI技术,我们可对粘细菌捕食大肠杆菌过程中,代谢物在时间和空间的动态变化进行实时监控,从而揭示相关机制。 (Berkley M Ellis, et al. 66th Annual Conference for the American Society of MassSpectrometry. 2018.)

■ 高通量检测
DESI 技术,可实现样品的高通量快速检测,数秒即可完成样品采集。例如,传统方法分析中药样品,尤其是复方样品,由于成分复杂,通常在质控分析时需要较长的色谱分离时间,影响检测通量。 DESI 技术可对复方中多组复杂、 难以定性的成分,进行定性及半定量高通量分析,获得数据信息量远大于常规液相方法,可用于中药复方的快速质量控制。 ( 孙博等,中药实验方剂学杂志,2019)

■ 三维空间分析
DESI 技术, 可以将空间信息从2D 拓展至3D, 从而在更高维度, 直观揭示样品成分完整的空间信息。

■ 联用技术拓展
DESI 技术还可以与其他技术联用,在空间维度上解锁更多深层信息。 如和高分辨质谱提供的离子淌度、 SONAR 等特色功能联用,可以增加信息发现量,实现定性信息的高通量采集。 与分子网络相结合,可以对样品进行深度挖掘,探索未知信息。

 

| DESI 与MALDI 双源全谱图质谱成像系统 |
天然产物研究中涉及的成分多样,包含大分子和小分子等不同类型,因此在不同应用时需要不同的技术对成分进行完整覆盖。沃特世质谱成像方案不但拥有DESI 技术,也拥有MALDI (基质辅助激光解吸电离) 技术。 双源全谱图质谱成像系统,可以在质谱成像研究时对成分进行完整覆盖。 并且DESI 分析为无损分析,样品经DESI 分析后可再进行MALDI 分析,从而提供更多维的样品信息。

 

| REIMS 快速蒸发电离质谱 |
REIMS ( 快速蒸发电离质谱) 是一种创新性的手持式采样技术,通过从样品表面产生信息丰富的蒸汽而实现样品引入的一种电离系统。

REIMS 与高分辨飞行时间质谱仪结合,无需额外的样品制备和色谱分离,仅需几秒钟,即可完成样品信息的数据采集。 并且,其可以实现活体检测,可对如植物叶片、细菌菌落等直接进行分析。 该技术已成功被用于中药、病理组织、微生物、植物科学、食品环境等不同领域的分析。 REIMS 与不同软件联用,可实现不同的工作流程。 如与Progenesis QI 软件联用,可以进行生物标志物的发现; 与LiveID软件联用,可以进行样品的快速实时鉴定。

 

| DART-QDa |
DART-QDa 质谱 , 结合了 DART 离子源( Direct Analysis in Real Time,实时直接分析) 与 QDa 质谱的优势,无需样品前处理及色谱分离,即可直接对样品分析。 结合LiveID 软件,即可实现样品的实时判别分析。

DART-QDa 采样方式灵活,可对不同形态( 固、液、气等) 的样品进行快速直接分析。 并且体积小巧,可做车载现场移动分析。

DART-QDa 可用于中药、食品等领域的品种产地区分、真伪鉴别等。 如下图所示,DART-QDa 结合LiveID 软件,在药材不经粉碎的前提下,即可直接快速区分不同品种的肉桂药材,并且从质谱图中可直接找出不同品种肉桂的主要差异成分( 肉桂醛和香豆素) 。

DART-QDa 也可用于天然产物合成反应监控,以及违法掺假的快速判别。 如下图所示,DART-QDa 可对维生素C 合成反应进行直接分析监控。

 

| CAMAG-QDa |
薄层色谱作为天然产物分析常用的手段,被广泛应用于中药质量控制、天然产物分离及合成等领域。但是常规技术手段难以对薄层色谱上的斑点进行直接快速鉴定,如果将斑点抠出再溶解进行仪器分析,则步骤繁琐且耗时。

CAMAG-QDa 技术融合了CAMAG 薄层色谱检测接口,以及QDa 检测器,可以对薄层色谱上的斑点直接进行快速鉴定,无需复杂转移提取过程。

 

应用案例

■ 中药

  • 中药组学
  1. DESI 空间代谢组学与转录组学揭示西洋参与三七根中人参皂苷分布(Wei, Guangfei, et al. Journal of Ginseng Research, 2019.)
  • 中药质量控制
  1. REIMS 对沙棘的产地和/ 或品种进行快速鉴别(张朝晖等, 基于快速蒸发电离质谱技术鉴别沙棘产地和/ 或品种的方法与流程。)
  2. DART-QDa 快速判别掺伪肉桂(Renata Jandova, et al. Waters Application Note.)
  3. CAMAG-QDa 快速鉴定确证大麻植物及制品中成分(Waters Application Note.)
  • 中药成分代谢物鉴定
  1. DESI 进行代谢物DMPK 研究(Waters Application Note.)

■ 植物

  • 植物成分空间定位表征
  1. DESI 对菜豆种子中植物激素空间定位表征(Enomoto, Hirofumi, et al. Scientific reports, 2017.)
  • 植物抗逆
  1. DESI 质谱成像研究鳗草对抗微生物污染的化学防御(Papazian, Stefano, et al. Scientific reports, 2019.)
  • 植物疾病与保护
  1. REIMS 快速分析病毒感染植株的代谢状况(Richard Schä_er, et al. Waters Application Note.)
  • 农林作物品质研究
  1. DESI 成像技术进行水稻中营养代谢物空间分析(Suganya, Arunan, et al. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2019.)

■ 微生物

  • 微生物代谢物快速分析
  1. REIMS 快速分析囊肿性纤维化与非囊肿性纤维化病人绿脓杆菌代谢物的差异(Phelps, David L., et al. British Journal of Cancer, 2018.)

  • 微生物快速鉴定及筛选

  1. DESI 技术实时监控筛选微生物合成反应(Yan, Cunyu, et al. Journal of the American Chemical Society, 2017.)
  2. REIMS 快速鉴定临床微生物(Strittmatter, Nicole, et al. Analytical Chemistry , 2014.)

  • 微生物与人体疾病及营养研究
  1. REIMS 快速分析粪便中的肠道菌群与内源性代谢物(Cameron, Simon J S, et al. Analytical Chemistry, 2019.)
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