我国分析学科基金委的庄乾坤老师提出分析方法追求的“3S+3A”原则,即:灵敏度Sensitivity、选择性Selectivity、速度Speed、准确度Accuracy、自动化Automation、可用性Application。
从为分析方法提供的仪器来说,质谱在上述3S+3A领域是6项全能。质谱的灵敏度已从pg级甚至扩展到ag级。质谱的选择性就更是无与伦比,不仅是广谱的,而且是选择的,它依靠m/z来区分被测物,对所有能离子化的分子都有响应,而且每一个不同的m/z都能被区分。质谱的速度也很令人满意,每秒能采集几张甚至几万张谱图,完全满足绝大多数分析的需求。
准确度来说,质谱在定量方面的性能已有目共睹。自动化方面,质谱是唯一一种信息量极其丰富(m/z,还有多级碎片的m/z),又能和前端GC、LC、甚至前处理设备无缝对接的spectroscopy(核磁和红外拉曼等,在这方面还很痛苦),所以实现前处理-分离-检测的自动化不在话下。可用性方面,质谱的应用已经扩展到各种领域,几乎很难再找到不能使用质谱的应用领域。
因此,质谱这么受仪器界追捧,大家就不奇怪了。而且,并没有像什么测序的市场一样,1-2家独大,质谱市场是百花齐放,共同不断创新。
本文将借今年各公司的一些动作,来简单剖析2015的质谱产业界新动向。
一、面向应用推整套方案
2015年美国质谱年会在美国圣路易斯市举行,全球顶级的质谱公司纷纷选择在年会上,推出他们的新的设计理念。此次年会,不同于以往的新品宣传,此次会议,各大公司更注重在以往仪器的基础上设计的新的工作流技术和为用户设计的解决方案。在2015年早期的Pittcon会议上,这种“主推解决方案,而不是产品”的方式,已经成为了新的苗头。
NexeraUCOnlineSFE-SFC-MSSystem(LCMS-8050作为检测器)
2015年Pittcon岛津推出NexeraUCOnlineSFE-SFC-MS,并获得了Pittcon金奖。这是一款把超临界流体SFC、前处理和质谱集成的解决方案。NexeraUC极大方便用户对多组分进行同时分析,从样品的前处理、到样品分离、再到样品分析,所有步骤均可在线自动化,适用于食品中农药残留检测,或对疾病标记物的研究探索。该系统以超临界流体CO2作为流动相,可最多同时放置48个样品,通过自动萃取单元进行前处理、通过色谱进行分离以及通过质谱(三重四极杆)进行检测。以食品中农药残留的分析为例,仅仅在预处理阶段,该系统就可将传统方法需要的35分钟缩短至5分钟。
全谱图分子影像系统
沃特世在今年Pittcon推出了全谱图分子影像系统,新型全谱图分子影像系统以沃特世SYNAPT®G2-Si质谱仪为基础,是首套能够帮助科学家们在一个质谱平台上结合离子淌度分离(IMS)、基质辅助激光解吸电离(MALDI)和直接电喷雾解吸电离(DESI)操作的系统。它的成像功能将帮助科研实验室以更高的分析特异性精确定位组织样品中的大分子和小分子分布。从成像实验中获取的信息可用于测定细胞和组织中的分子分布,这将为癌症、心血管疾病以及神经退行性疾病的研究提供极大帮助。通过MS影像,研究人员还可根据分子组成对不同的组织类型进行鉴定。
Sciex公司的Lipidyzer™脂质组学平台
“现在仅仅是推出新品是不够的,”Sciex公司的学术和临床研究业务部的主任AaronHudson这样说到。“要想让质谱能够更广泛被应用,就必须将质谱写进解决方案中,以让客户在不知不觉中使用它。很多的客户根本不管它到底是质谱还是一杯酒,他们只想让它干活。”
根据这样的指导思想Sciex公司和Metabolon公司合作推出了Lipidyzer脂质组学平台,为脂质组学提供了集成解决方案。这个平台包括新开发的样品制备试剂盒、分离技术、质谱技术、软件、服务和数据分析。基于Sciex的5500QTRAP,此系统使用多重反应来监测脂质的常规定量,这将会使得非专家领域的用户也可以得到高水平的专家意见。
Sciex公司的BioBA生物分析完整解决方案
同时,SCIEX还推出了BioBA方案,BioBA解决方案包括前处理试剂盒,全自动的样品处理系统,一台具备优异分辨率的液相色谱,一台高灵敏度的三重四极杆质谱系统,及其符合生物分析工业标准的软件。该解决方案同时推出多个已知生物药的分析方法,同时还可以得到SCIEX公司生物分析专业人员进一步的技术支持。BioBA解决方案是一个综合解决方案,可以让所有进行生物药分析的客户从小分子分析法研究无缝转移到生物大分子分析。
"BioBA方案是为所有正在经历从小分子药物向生物药物生物分析转变的科学家所提供的完整解决方案。"SCIEX公司制药部门高级总监JoeFox说,"这套解决方案可以让科学家在面临生物药物生物分析挑战时,拥有和在做小分子生物分析时同样的自信,并且还能节省时间、提高效率。
Bruker公司基于rapifleXMALDI-TOF质谱新品的MALDITissuetyper解决方案
Bruker也在ASMS上宣布推出基于rapifleXMALDI-TOF质谱系统的最新解决方案MALDITissuetyper,是一套新的解剖病理学研究成像系统。rapifleX同时也是一款新产品,该系统解决了以前很多质谱成像的瓶颈问题,大大改善了速度、通量、易用性、坚固性和空间分辨率。它采用布鲁克专有的smartbeam™3D激光,相比传统的MALDI-TOF系统可以提高20倍的工作速度。Smartbeam3D激光提供一个快速移动的激光束,它与MALDI靶台的移动同步。此外,结合10千赫的激光重复频率,这种构架真正意义上实现了高通量,同时增加了MALDI成像的像素尺寸和靶向组织增加的灵活性。根据样品尺寸,典型的组织切片可以在大约30分钟内成像。小型组织切片几分钟便可成像。
布鲁克公司MALDIPharmaPulse™解决方案,帮助制药公司实现高通量筛选
在同一时间,布鲁克还宣布一项旨在帮助制药企业实现药物高通量筛选(HTS)的解决方案,其具有较低的成本和更高的特异性。新的MALDIPharmaPulse™解决方案结合了速度、灵敏度、易用性于一身的的布鲁克皮实耐用的MALDI-TOF系统(autoflex™speedMALDITOF),并集成了业界领先的、由麻省Woburn的HighResBiosolutions公司提供的HTS高通量筛选机器人和自动化软件。
BrukerMALDIBiotyper
另外,Bruker为自己在临床诊断领域以获得欧/美/中牌照的、已售出数千套的MALDIBiotyper微生物质谱,增加了分枝杆菌库,具有149种不同的分支杆菌种类,显著提高了识别的速度和准确性。数据库内的数百种样品是来自世界各地九个国家二十四个实验室提供的特征临床分枝杆菌菌株。
Waters带有iKnife采样功能的REIMS研究系统
ASMS上,Waters又推出一款带有iKnife采样功能的REIMS研究系统,这是收购了MediMass后推出的新品。该系统结合了直接获取样品信息的电离系统与高性能飞行时间质谱仪,可以实现强大、直观的分析。研究系统无需额外的样品制备和色谱分离操作,可为食品、微生物学和组织分析等学科的研究人员带来近瞬时的数据采集体验。
使用沃特世配备iKnife采样系统的REIMS研究系统后,研究人员可以快速、方便地区分样品,准确鉴定样品间的差别特征,更加深入地了解所研究的化学生物体系。在REIMS系统中,研究人员可对样品进行直接快速加热,形成蒸气,这些蒸气中包含着丰富的样品化学信息。随后可将这些蒸气直接引入质谱仪(Xevo®G2-XSQTof或SYNAPT®G2-SiHDMS),通过飞行时间质谱仪分析蒸气中的化合物。
赛默飞食品中农药残留的LC-MS的解决方案PesticideExplorerCollection
赛默飞公司在2015ASMS上,推出了食品中农药残留的LC-MS的解决方案PesticideExplorerCollection,目的是通过改善或者是通过三重四极杆或高分辨精确质量进行农药分析。这套解决方案包括液相色谱和质谱系统、赛默飞的QuEChERS样品提取试剂盒、HPLC柱和赛默飞的TraceFinder软件。StandardQuantitation包括了赛默飞的TSQEndura三重四极杆质谱;而PremierQuantitation包提供了赛默飞的TSQQuantiva三重四极杆质谱。此解决方案能快速、方便地检测农残。
说完了国外公司,说说国内公司吧。
中国制造质谱时间不长,成功的产品很多是解决方案型的,这里就不只谈2015年的新品了。
1、禾信的PM2.5在线源解析质谱监测系统SPA-MS05系列,以及SPIMS100挥发性有机物(VOCs)在线污染源识别质谱系统。
禾信的PM2.5在线源解析质谱监测系统SPA-MS05系列
SPIMS1000挥发性有机物(VOCs)在线污染源识别质谱系统
这两款质谱都是以飞行时间质谱TOF为底子,但其中结合了在线采样和特殊的离子化方式以及软件。其中PM2.5在线源解析质谱监测系统SPA-MS05系列还集成了物理颗粒度测试的能力,以及污染物来源解析的功能。SPIMS100集成了VOC来源解析的功能,并结合气象学的风向等参数,帮助判定和定位污染物的来源地(比如是由哪家排放的VOC)。天津化学危险品库爆炸后,禾信的工作人员开着监测车带着几款SPIMS和SPAMS,已经驻扎在现场监测,并为环保部门随时提供数据支持。
毫不夸张地说,SPA-MS05和SPIMS100,就像布鲁克的MALDIBiotyper一样,已经为客户提供了更集成的解决方案,样品进入,就告诉你结果。
2、普析继推出单级四极杆GC-MS之后,专注于推出“水质有机污染物GC/MS分析专家系统-VOC版”解决方案,可惜的是,没有为这套解决方案专门起一个名字。
3、收购了厦门质谱的天瑞仪器,在今年推出了用于微生物鉴定的MALDI-TOF解决方案microTyperMS高通量微生物快速鉴定系统。
天瑞仪器/厦门质谱的microTyperMS高通量微生物快速鉴定系统
microTyperMS高通量微生物快速鉴定系统,通过MALDI-TOFMS质谱仪测得待测微生物的蛋白质指纹谱图(PMF),然后将这些指纹谱图与微生物标准指纹图谱进行匹配检索,从而完成对微生物快速准确的鉴定。与常规的形态学分析和分子生物学鉴定方法相比,具有速度快、鉴定准确和成本低廉等绝对优势,可用于临床微生物(包括细菌和真菌)的高通量快速鉴定、疾控中心的微生物传染病原的鉴定与监测、海关进出口商品的检验检疫、食品生产中的微生物检测和工业、农业和环境中的细菌监测等领域。
客户最终要的是完整的解决方案,这其中必然包括:仪器硬件、软件和数据库、配套的试剂、方法、甚至是最终的结果和来源或趋势分析。这就要求仪器硬件生产厂家改变思路,不再只依靠提升硬件性能,而是花很多人力和财力在配套的方面,并力求让客户获得结果的过程变得更简单。
提供完整的解决方案,是2015年质谱国际产业界最重要的一个动向。
在产品的命名方面,厂家如果真的把解决方案看得很重要,像自己的亲生孩子,那就给孩子一个生动好记的名字吧。有名字的比没有名字的,相对来说一定更容易获得用户的认可。
二、新产品
赛默飞的QExactiveGC
今年Pittcon期间,赛默飞推出QExactiveGC,它是Orbitrap的GC-MS/MS款,分辨率高达10万,质量范围到3,000Da,采集速度最高为12张谱图/秒。看起来,这款产品是为了应对Agilent的7200BQ-TOF和PerkinElmer的AxioniQTGC-MS/MS,是向GC-MS/MS的超级玩家提供的产品。
JMS-T200GCAccuTOF-GCx
Pittcon上,日本电子推出了两款产品,一个是JMS-T200GCAccuTOF-GCx,这是一款二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪,采用JEOL第四代(不过前几代我们也不了解)气相色谱/飞行时间质谱系统,在分辨率、准确度和灵敏度上较前代都有改进,同时保留上一代产品强大的功能和灵活性。据官方网站显示,AccuTOF-GCx的分辨率大于10,000,质量准确度<1mDa,检测限IDL是16fg八氟萘;不过相对于全二维气质联用最强调的TOF谱图采集速度,以及后续的谱图解析软件,JEOL没有给出任何说明。在GC×GC方面,采用了Zoex的热调制器技术。该款仪器有个JEOL一贯的特色是,不仅可配GC-MS常用的EI和CI源和直接进样杆,还可配FI(场电离)和FD(场解吸)源,并提供EI/FI/FD的复合源,可以满足一些特殊的应用。
AccuTOF-DART4G
日本电子的另一款新品是AccuTOF-DART4G,主要特点就是把AccuTOFLC-plus4G的主机和DART实时离子化源紧密结合成一套系统,这得益于DART的发明人之一Cody博士在JEOL工作。DART于2003年在美国JEOL实验室中发明,在2005年获得Pittcon金奖,DART目前发展到第五代产品,包括ID-CUBE、DARTOS、DART-SVP三个型号。不过DART后来走红,大多是将接口开放,让实验室客户自由接在自己已有的质谱上,把DART和AccuTOF捆绑成一个产品,到底有何卖点?
Agilent的6545Q-TOF质谱系统
Agilent于今年4月推出6545Q-TOF中端仪器。新的中端系统在硬件和软件上均有提升,使其在食品安全、环境检测、法医毒理学和药品等领域进行小分子化合物痕量分析时更加可靠、更易应用。小分子分析的灵敏度较前代仪器提高了5倍,1pg利血平S/N>500:1,分辨率最高达45,000,采集速度MS/MS最高为30张谱图/秒,MS模式为50张谱图/秒。
沃特世:VionIMSQTof
沃特世推出VionIMSQTof,带有离子淌度的Q-TOF质谱。VionIMSQTof具有新型几何构造,包含XSIonOptics和QuanTof2检测系统,能够收集和处理每个离子的CCS(碰撞截面积)数据,集50,000质量数分辨率、高灵敏度、低于1ppm的质量准确度和加强的定量性能于一身。
赛默飞:FusionLumosTribrid
在Orbitrap推出10年庆典之际,赛默飞在今年ASMS推出更高性能的FusionLumosTribrid,继续升级至50万分辨率,20Hz采集速度,灵敏度足以与三重四极杆媲美。
岛津:8060三重四极杆LC-MS/MS
岛津在今年ASMS推出8060三重四极杆LC-MS/MS。由于采用了UFQarray离子导向技术使得离子生产和信号强度提高,灵敏度更高,比LCMS-8050提高3-5倍灵敏度。同时8060沿袭了岛津一贯强调的成功卖点“超快”并继续发扬光大,30,000u/s的数据采集扫描速度和5毫秒的极性切换时间。
6470三重四极杆LC-MS/MS,7800ICP-MS
安捷伦在ASMS推出了6470三重四极杆LC-MS/MS和7800ICP-MS。6470比6460体积缩小30%,比6495少一个iFunnel,内置喷射流离子聚焦(JetStream)技术的灵敏度是传统电喷雾电离的5倍,仪器检出限IDL可达4fg,在现场可升级为6495。至此,安捷伦三重四极杆主要产品线为6420、6460、6470、6495。7800ICP-MS提供了宽广的动态范围,卓越的基质耐受性和卓越的干扰消除能力,可预置解决方案,简化方法的开发和运行。
耶拿:PlasmaQuant@MSICP-MS
耶拿获得Varian卖给Bruker,Bruker再卖出的ICP-MS后,于今年6月推出PlasmaQuant@MSICP-MS,宣传的卖点是:高灵敏度,省氩气(最小8升/分钟),10个数量级的线性动态范围。对比布鲁克时期的auroraElite,宣传上最大的不同是省氩气;当然外观从蓝色变成了红色;不过,一直无法找到详细的、包括灵敏度在内的参数。对于耶拿的考验也很大:公司一直强调“万能”的连续光源原子吸收,甚至可替代ICP和ICP-MS,但近两年连续推出ICP和ICP-MS,自身以前的拳头产品和现在的全产品线该如何重新定位?另一大考验是,扭转一个ICP-MS市场上长期没有做好的产品在人们心目中的地位,非常难。最后一个考验是,岛津要推出ICP-MS,中国的很多厂商都要推出ICP-MS,市场竞争会更加残酷。
据悉,在今年10月的BCEIA上,中国的多家公司将会推出多款质谱新品,包括:三重四极杆的液质联用仪,和ICP-MS。质谱既然是投入巨大人力物力财力的产品,希望各公司推出时也有正式的新闻发布稿,甚至是召开新闻发布会,给产品的诞生一个更醒目、更耀眼的开始。
三、企业之间合作增多大公司之间直接贴牌
各企业都有自己的核心技术,有强项也有弱项。如何利用别人的强项来弥补自己的弱项呢?那么,合作就是一个不错的选择。
据分析测试百科网的记者观察,现在大公司之间有个非常有趣的现象,即大公司之间互相贴牌,哪怕贴牌的公司是竞争对手。SCIEX的液相色谱贴牌岛津,变成了SCIEXExionLC_AC系统,连产品外观都根据SCIEX的特点重新设计,那么SCIEX和岛津就从竞争又走向了合作。同时,Waters也把自己的Alliance贴牌给了PerkinElmer,并变成PerkinElmer的绿色。这是今年非常有趣的一个现象。
SCIEXExionLC_AC系统
PerkinElmerAltus系列,左为从Alliance贴牌的AltusHPLCA10,右为从ACQUITYH-Class贴牌的AltusUPLCA30
其实想想也能明白,各公司都是专一家之长,现在市场上各种解决方案越来越多,用户都恨不得你直接去帮他们做实验,所以一套完整的解决方案可以让用户省了好多心,一套完整的LC-MS不仅外观美观,用户使用时也更加放心。
其实这种大公司之间的合作在今年还有不少,今年3月份SCIEX公司与MassConsortium——聚焦于质谱软件的公司,签订了XCMSplus软件的独家经销商和销售权的协议。XCMSplus软件是MassConsortium的XCMS在线云版本,由美国斯克利普斯研究所开发的用于代谢组学数据分析的解决方案。拥有高速、高分辨的SCIEX质谱和XCMSplus软件的快速采集功能将是天作之合。
同年5月,SCIEX公司宣布与NewObjective公司就其纳流喷雾技术建立分销合作关系。这是一种数字化控制的纳喷雾离子源,在进行痕量的生物样品分析时,该离子源能最大限度地提高LC-MS分析的灵敏度和重现性,并易于操控。
6月份ASMS上,SCIEX公司和Metabolon公司合作推出了Lipidyzer™技术平台。SCIEX公司提供分析仪器,而Metabolon公司则是提供了数据分析软件,可以从生物学和疾病模型角度对数据进行可视化分析。
安捷伦在2015年4月,与ScionInstruments共同宣布了一项气相色谱仪器控制协议。这项互换协议使客户可自由使用任一家公司的色谱数据系统操作这两家制造商的仪器。
2015年6月,Waters宣布与安捷伦科技达成合作协议,公司也将会交换产品控制,协议中安捷伦可实施控制Waters在OpenLab色谱数据系统的仪器,Waters也可实施控制安捷伦授权软件的液相色谱仪器。
大公司之间通过合作,可以更大化地服务客户;同时各公司可以更聚焦于自己的擅长领域,节省资源;提供整体的联用解决方案,也提高了产品的市场竞争力。对于用户来说,如果从一个厂家购买,购买和服务都能跟上,各个组件都有更好的性能,系统外观更有“一体化”的感觉,何乐而不为呢?
四、大公司竞相推出“云平台”
在如今的大数据时代,各实验室之间数据的存储、挖掘、运用和共享越来越重要。使用云平台,实验室研究人员就可以使用互联网浏览器快速访问所有的数据,包括全球范围任何一个角落的数据。使用云平台,用户不仅可以实现数据的共享,还可以相互分享实验条件和设置方法,为每个操作人员提供统一的实验标准和流程。
2014年10月,SCIEX和Illumina联合宣布双方将针对OneOmics™项目开展独家合作,将基于SWATH™的新一代蛋白质组学(NGP)和新一代测序(NGS)工具在云计算环境中结合使用。SCIEX的SWATH™蛋白质组学云工具套件应用将托管于BaseSpace中。通过本次合作,BaseSpace将成为基因组学和蛋白质组学“大数据”的唯一存储地点。利用快速安全而流畅的复杂多组学数据集分析,该解决方案将有助于推动生物标志发现,协助癌症、糖尿病、老年痴呆症和心脏病等疾病的研究。
2015年6月,赛默飞在ASMS2015推出了一个云计算平台,其可支持蛋白质组学数据,以补充现有的数据模块Sanger测序和定量聚合酶链反应(定量PCR)。基于新模块的ProteinCenter软件是一个综合的蛋白质数据库。通过该软件,研究人员可以共享同行实验室的相关研究,它使科学家获得了有意义的生物信息学数据集。
五、小公司创新总是遭遇瓶颈
从国外市场来看,质谱的小公司层出不穷,所有产品均有创新;不然在国外激烈竞争的市场上,几乎无法生存。但小公司也有痛苦,比如很多厂家表示,大公司财力充足,新产品一推出就配套多台(比如十余套)DEMO机,给各个重点用户试用。这进一步造成小公司的创新产品很难推广。为支持小公司的创新,笔者将专门再写一篇综述,只写小公司的产品。
六、掀起质谱公司之间的收购狂潮
2015年,是质谱界收购大丰收的一年,各大公司纷纷瞅准时机向自己的目标企业进发。让人惊喜的案子是:两家中国质谱公司成功收购了国外的质谱公司。
非常巧的是,这三起收购都发生在今年的6月份,非常抢眼。质谱现已成为仪器行业香饽饽,谁拥有核心技术谁就能在市场上占据一席之地。自然,那些拥有核心技术,但是经济又有困难的小公司就成为了其他公司的‘眼中钉’。
照今年的收购情况来看,让我们在欣赏到国外质谱新技术的同时,也期待中国在质谱界的崛起吧。
原标题:2015年质谱产业界新动向