布魯克timsTOF Pro高分辨捕集離子淌度飛行時間質(zhì)譜儀的技術(shù)特點與應(yīng)用綜述

布魯克(Bruker)公司的timsTOF Pro是一款革命性的高分辨捕集離子淌度飛行時間質(zhì)譜儀，將平行累積連續(xù)碎裂(PASEF)技術(shù)與捕獲離子遷移譜(TIMS)技術(shù)完美結(jié)合，開創(chuàng)了四維組學(xué)分析的新紀(jì)元。該儀器在蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越性能，以下將從技術(shù)原理、性能優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域三個方面進行全面介紹。

技術(shù)原理與創(chuàng)新設(shè)計

timsTOF Pro的核心創(chuàng)新在于其獨特的捕獲離子遷移譜(TIMS)技術(shù)。TIMS技術(shù)通過在離子漏斗中施加電場和氣流，使離子根據(jù)其碰撞截面(CCS)進行分離，同時實現(xiàn)離子聚焦和富集。與傳統(tǒng)漂移管離子遷移譜相比，TIMS技術(shù)具有更高的離子利用率和分離效率，可實現(xiàn)100%的離子利用率。

儀器采用雙TIMS分析器設(shè)計，前端的TIMS用于離子捕獲和CCS值測定，后端的TIMS用于離子聚焦和釋放。這種設(shè)計使得離子遷移分離與質(zhì)量分析可以獨立優(yōu)化，顯著提高了分析靈敏度和分辨率。儀器還配備了高精度飛行時間質(zhì)量分析器，質(zhì)量分辨率可達(dá)60,000 FWHM，質(zhì)量精度<1ppm RMS。

PASEF(平行累積連續(xù)碎裂)技術(shù)是timsTOF Pro的另一大創(chuàng)新。該技術(shù)通過在TIMS分離的同時進行連續(xù)的MS/MS掃描，實現(xiàn)了近乎100%的前體離子利用率和超高的掃描速度(最高可達(dá)200Hz)。相比傳統(tǒng)DDA數(shù)據(jù)依賴采集模式，PASEF技術(shù)可將蛋白質(zhì)鑒定數(shù)量提高2-3倍。

卓越的性能參數(shù)

timsTOF Pro在靈敏度、通量和CCS測定精度方面設(shè)立了新標(biāo)準(zhǔn)。在蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用中，100ng HeLa細(xì)胞裂解液1小時LC-MS/MS分析可鑒定超過6,000種蛋白質(zhì)，低至10amol的肽段仍可被高置信度檢測。動態(tài)范圍超過5個數(shù)量級，適用于血漿、組織等復(fù)雜樣本的高深度覆蓋分析。

掃描速度方面，timsTOF Pro在PASEF模式下可實現(xiàn)每秒100-200張MS/MS譜圖采集，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)Orbitrap質(zhì)譜儀。這種超高速掃描能力使其特別適合超高效液相色譜(UHPLC)分離，常規(guī)梯度(如15-90分鐘)下可獲得更高的肽段和蛋白鑒定數(shù)量。

離子遷移譜分辨率是timsTOF Pro的另一突出優(yōu)勢。在優(yōu)化的條件下，1/K0分辨率可達(dá)200-250，能夠區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的同分異構(gòu)體。CCS值測定精度優(yōu)于0.5%，為化合物鑒定提供了額外的正交維度。

定量性能方面，timsTOF Pro支持diaPASEF數(shù)據(jù)非依賴采集和DDA-PASEF數(shù)據(jù)依賴采集兩種模式。diaPASEF模式下，4D特征(保留時間、質(zhì)荷比、CCS值和離子強度)可顯著提高定量的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，特別適合大規(guī)模臨床樣本分析。

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

timsTOF Pro憑借其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，在多個科學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出強大應(yīng)用價值。在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中，單次實驗可鑒定超過10,000種蛋白質(zhì)，支持低豐度靶標(biāo)(檢測限低至amol級)的精準(zhǔn)定性定量。對于翻譯后修飾研究，可對磷酸化、糖基化等修飾位點進行高靈敏度定位。

在代謝組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域，timsTOF Pro的CCS測定能力使其能夠區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的代謝物和脂質(zhì)同分異構(gòu)體，顯著提高化合物鑒定的準(zhǔn)確性。結(jié)合PASEF技術(shù)的高通量特性，可在單次分析中檢測數(shù)千種代謝物或脂質(zhì)分子。

在臨床研究和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中，timsTOF Pro的高通量和重現(xiàn)性使其成為生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)的理想工具。4D特征(保留時間、質(zhì)荷比、CCS值和離子強度)可顯著降低復(fù)雜生物樣本(如血漿、尿液)的基質(zhì)干擾，提高低豐度生物標(biāo)志物的檢測靈敏度。

此外，該儀器在小分子藥物研發(fā)、環(huán)境污染物分析、食品安全檢測等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。CCS值作為化合物的固有物理化學(xué)性質(zhì)，為未知化合物的鑒定提供了額外的正交證據(jù)，顯著提高了分析結(jié)果的可靠性。

智能化與用戶體驗

timsTOF Pro強調(diào)智能化操作與工作流程優(yōu)化。Bruker提供完整的解決方案，包括方法開發(fā)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析軟件。儀器控制軟件具有直觀的用戶界面，預(yù)設(shè)了多種應(yīng)用模板，用戶可根據(jù)需求快速建立分析方法。

數(shù)據(jù)分析方面，Bruker提供了專門針對timsTOF Pro數(shù)據(jù)開發(fā)的軟件工具，如用于蛋白質(zhì)組學(xué)的MaxQuant(PASEF模塊)、用于代謝組學(xué)的MetaboScape(TIMS模塊)等。這些軟件能夠充分利用4D數(shù)據(jù)特征，實現(xiàn)更準(zhǔn)確的化合物鑒定和定量。

儀器還支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷，可通過網(wǎng)絡(luò)實時查看儀器狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集情況，提高實驗室運行效率。自動化方法開發(fā)和批處理功能進一步簡化了大規(guī)模樣本分析的工作流程。

綜上所述，布魯克timsTOF Pro高分辨捕集離子淌度飛行時間質(zhì)譜儀憑借其創(chuàng)新的TIMS-PASEF技術(shù)、卓越的性能參數(shù)和廣泛的應(yīng)用范圍，為現(xiàn)代組學(xué)研究提供了強有力的分析工具。其四維分析能力和超高靈敏度特點，將助力科學(xué)家在生命科學(xué)研究中獲得更深入、更全面的實驗結(jié)果。