[发明专利]特征物质的检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及特征物质的定性与定量分析领域，尤其涉及特征物质的检测系统及方法。

背景技术

质谱分析方法是将物质粒子(原子、分子)电离成离子，并通过适当的稳定或变化的电场或磁场将它们按空间位置、时间先后等实现质荷比分离，并检测其强度来作定性、定量分析的分析方法。由于其直接测量的本质和高灵敏、高分辨、高通量和高适用性的特性，使得质谱仪和质谱分析技术在现代科学技术中举足轻重。随着生命科学、环境科学、医药科学、纳米材料等学科的发展，以及食品安全、国家安全、国际反恐的需要，质谱仪已成为增长速度飞快的分析仪器之一。尤其是色谱/质谱联用技术和仪器的出现，因其对复杂基体的高分离功能和检测的高灵敏度，更是在上述各领域倍受青睐，甚至不可或缺。

对于复杂基体的检测分析，其分析流程是：样品前处理、色谱分离、质谱分析检测、数据处理。其中，样品前处理占大部分工作量，操作环节多、而且非常复杂。不同分析目的，前处理操作不同，但通常包括：取样、称量、均匀化、粗分离、提纯、浓缩等步骤。复杂的前处理很容易对被测物产生污染、流失、改性等阻碍真实、精确反映分析检测结果的影响。

利用新兴质谱技术在无需任何样品前处理的情况下对复杂基体的样品的成像则是当前研究的前沿和热点之一。

自1997年美国范德堡大学(Vanderbilt University)的Richard Caprioli等首次提出MALDI质谱分子成像技术以来，质谱成像技术作为质谱技术中的一个新领域迅速发展，质谱成像技术就广泛用于样品表面直接质谱分析，特别是生物组织表面直接分析，用于蛋白组学、代谢组学、脂类组学、药代动力学等领域研究。

质谱成像分析的流程是：将被用来研究的样品置于质谱仪的靶上或样品台上，按照预先定义好的样品扫描范围、样品扫描方式、采样点扫描时间间隔和空间间隔，移动样品台，对样品中的采样点(微区)进行离子化，离子化后的离子进入质谱仪，采集质谱数据信息，如此逐步采集样品中扫描范围内的其他采样点，最后得到具有空间信息的整个样品的质谱数据，这样就可以完成对样品的“分子成像”，该分子成像图是3维图，每个点的x，y与其实际样品中采样点的对应，相对位置一样，z轴为m/z轴，表示该点化合物信息。

设定离子m/z的范围，即可确定该样品区域所含分子的种类，并选定峰高或者峰面积来代表分子的相对丰度。图像中的彩色斑点代表化合物的定位，每个斑点颜色的深浅与该点上检测到的某离子信号大小相关。通过增加单位面积上离子化样品点数量和像素，可以获得更多的样品信息，例如采用4000像素比200像素能够得到更好的样品图像。质谱分子成像技术是一种半定量或相对定量技术，图像上颜色深的部分表明有更多的生物分子聚集在样品的这个部分。然而，不可能据此确定分子在样品的不同部位的实际绝对含量。选择组织图像上的任意一个斑点，图像都能够给出一个质谱谱图或者离子谱图，代表在样品的该部位存在这种分子，然后与做指纹图谱类似，像做指纹图谱那样，将样品的离子谱图与已知标准品进行对照，分析差异，从而进行生物标志物的发现和药物作用的监控。

质谱成像技术所获得的“分子成像”是伪图像，该伪图像是直接由质谱数据和预先定义每个质谱数据的虚拟空间相对位置所获得，仅大体代表相对空间位置，不能真正代表被分析样品的实际空间信息，也不能准确建立样品的实际被分析样品点与质谱数据间一一对应的关系，同时质谱成像技术不能解决样品被分析前已被污染的问题，只能解决由于免去一些复杂前处理再污染的问题。

而且由于质谱成像分析信息丰富，所以从质谱成像数据中提取特征物质(某m/z特征离子，样品上特有的、扫描样品的其他位置所没有，或明显较少的离子)好像大海捞针，非常艰难。

由于直接在伪图像上选感兴趣的区域，存在不精确的问题，给后续的计算带来了严重的误差，造成了误判和漏判的概率较大。

对于复杂样品中未知物分析，特别是特征物质的分析，光学成像分析只能解决物质的形态、不能确定物质是什么的问题。常规的质谱分析能够解决物质是什么的问题，但不能给出各物质在样品上分布的信息，同时带来了复杂的样品前处理问题。最新的质谱成像分析能够一定程度上减少(前处理的步骤越少、被污染的机会就越少)样品复杂前处理对被测物的影响，可以给出已知的被检测物在样品上分布的信息，但不能确定哪些样品在分析前已经被污染了，更不能确定质谱成像上样品点与实际被分析样品点的精确联系，更不能确定哪些物质是样品上特有的，哪些是背景信息，也不能给出所有未知的特征物质有哪些、分别是什么、以及相对含量和样品上空间分布信息，甚至不能准确、精确绘制感兴趣的区域。