新型质谱技术可以改变微小样本分析

质谱分析是一种强大的技术，它允许科学家通过测量组成物质的微小颗粒的质量来分解和识别几乎任何物质的组成成分。然而，它有一个很大的局限性——大约99%的测量样本通常在分析开始之前就丢失了。

这种损失率阻碍了该技术的潜力。它降低了准确性和灵敏度，浪费了资源，并使样品制备变得复杂，从而可能导致额外的错误。不过，这种情况可能不会持续太久。

布朗大学的一个研究小组开发出了一种用于转移质谱仪分析的离子的新方法，大大减少了样品的损失，使几乎所有样品都保持完整。

领导这项研究的布朗大学物理学博士生尼古拉斯·德拉克曼(NicholasDrachman)说：“用于质谱分析的离子生成传统技术称为电喷雾电离，基本上是将一根非常锋利的针放在质谱仪前面，用电场撞，喷出一股带电液滴，这些液滴最终干燥产生裸离子，然后从空气中进入质谱仪。”

“从根本上讲，这是一个将样品喷洒到各处以产生这些离子的过程，只有一小部分离子进入质谱仪的真空中进行分析。我们的方法跳过了所有这些步骤。”

这项被称为纳米孔离子源的进展克服了科学界长期以来的僵局，并有可能彻底改变质谱技术。布朗团队在《自然通讯》杂志上描述了这一创新。

关键在于研究人员开发的一种微型毛细管，其开口直径约为30纳米，大约比人类头发的宽度小1,000倍。相比之下，电喷雾中使用的传统针头的开口直径约为20微米，比布朗大学开发的大约大600倍。

新型纳米管还具有独特的能力，可以将溶解在水中的离子直接转移到质谱仪的真空中，而不是产生必须干燥后才能获取离子的液滴喷雾。

此外，传统质谱仪在分析过程中通常会随离子吸入大量气体，因此需要多级真空泵来吸入离子。研究人员表示，这项新突破意味着气体无需抽出，因为不会被吸入。

“我们不是将其放在质谱仪前面并产生这种液滴喷雾，而是直接将其放入质谱仪中，跳过了这种混乱的喷雾、干燥和真空过程，”德拉克曼说。“通过直接在真空中产生离子，它大大降低了泵送要求，这将大大简化质谱仪的复杂硬件。”

布朗团队受到DNA纳米孔测序的启发，并设想将他们的想法商业化，供蛋白质研究人员广泛使用，包括实现长期追求的每次对蛋白质的一个氨基酸进行测序的目标。

布朗大学物理学教授、论文作者德里克·斯坦(DerekStein)说：“质谱法是研究蛋白质的最佳方法，因为蛋白质由具有各种不同化学和物理特性的氨基酸组成，所以质谱法可以根据离子的质量高度准确地区分蛋白质。”

“过去二十年，蛋白质组学没有像基因组学那样取得进展，因此人们一直渴望一种能够改善蛋白质分析的技术。通过解决样本丢失问题，应该可以实现这些更灵敏的分析，例如逐个按顺序对蛋白质分子中的氨基酸进行测序。这是激励我们工作的不切实际的想法。”

该团队花了10年时间研究这种新方法。他们首先定制设计了自己的质谱仪，可以将独特的离子源置于真空中，而传统设计中离子源与设备分离并置于露天。

该团队通过使用特殊的机器加热中间的玻璃管，然后小心地将其拉开，在尖端形成一个肉眼看不见的极小的开口，从而构建了传输装置的关键部件。

在这一过程中，反复试验发挥了重要作用，他们常常会花费数周的时间努力使毛细管尖端的所有部件能够一致地运转，而毛细管尖端太小，无法用肉眼检查。

“有几周我们不知道是不是上帝诅咒了我们——一切都停止了，”斯坦说。“其他几周，一切都很顺利。”

团队的坚持得到了回报。他们成功证明，采用新转移方法进行的离子分析与使用传统方法进行的检测结果相符，但样品损失少得多，从而提供了一种更高效、更准确的微小颗粒分析方法。

“我们需要让蛋白质组学领域的人们相信，我们可以生成与传统电喷雾生成的相同类型的离子，而且我们可以用这种不同的、我们相信更好的方法来做到这一点，”德拉克曼说。

论文中描述的分析是对该方法概念的证明。接下来，研究人员的目标是充分发挥纳米孔离子源的潜力。

“我们需要证明这可以改善蛋白质组学分析的工作流程，”德拉克曼说。“我们希望将其提升到一个新的水平，并使其能够改善整个领域研究人员的科学研究。