体外诊断之质谱技术平台研究

一、引言

目前临床质谱检测技术正处于快速发展的早期阶段，正逐步由科研走向临床。作为一种新兴技术，其与早期基因测序有许多相似之处，这也就意味着质谱技术很可能复制基因测序的发展。

首先，从临床转换时间上看，国内外发展时间差距不到十年。质谱与早期基因测序一样，主要应用于科研领域，进入临床仅十年左右。

其次，从发展前景上看，质谱和基因测序均具有极高的平台延展性。目前，NGS比较成熟的临床应用只有NIPT，肿瘤、遗传病等检测仍处于积累阶段；质谱目前比较成熟的临床应用包括微生物鉴定和新生儿筛查，维生素、激素等小分子检测和药物浓度监控等国内检测量还少。未来在质谱平台上有望延伸出更多临床监测项目。

再其次，从产业链上看，质谱与基因检测都有着“上游仪器寡头垄断”的特征。行业内大多数企业通过购买少数品牌的仪器提供相应检测服务来开展业务，全球基因测序仪主要被Illumina 和Life 垄断，质谱仪基本被SCIEX、安捷伦等垄断。

因此，本报告研究重点如下：

（1）质谱技术平台构成及原理；

（2）质谱技术平台应用场景及市场规模；

（3）质谱技术市场玩家分析；

（4）质谱技术平台分类及优缺点分析；

二、 质谱技术原理及应用

2.1质谱技术原理

质谱技术，指的是：将样本中各组分电离生成不同荷质比的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器，利用电场和磁场使发生相反的速度色散——离子束中速度较慢的离子通过电场后偏转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当两个场的偏转作用彼此补偿时，它们的轨道便相交于一点。与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离子聚焦在不同的点上，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。质量是物质的固有特性之一，不同的物质有不同的质量谱，利用这一特性，质谱可以进行定性分析；同时谱峰强度与化合物含量有关，因此质谱也可以进行定量分析。

质谱仪种类非常多，根据应用范围不同，其可分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪；根据工作原理不同，分为静态仪器和动态仪器；根据不同进样系统、离子源或者质量分析器的组合，质谱分为色谱质谱联用仪、基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、电喷雾电离质谱等。

图1：质谱分析原理图

不同质荷比的离子经质量分析器分开后，抵达检测器被检测并被记录下来，经计算机处理后形成质谱图，在质谱图中，横坐标表示离子的质荷比（m/z）值，从左到右质荷比的值增大，对于带有单电荷的离子，横坐标表示的数值即为离子的质量；纵坐标表示离子流的强度，通常用相对强度来表示，即把最强的离子流强度定为100%，其它离子流的强度以其百分数表示，有时也以所有被记录离子的总离子流强度作为100%，各种离子以其所占的百分数来表示[1]。解析质谱图需要很强的专业读图能力，各大质谱生产企业也会提供相应的质谱数据库及解析服务。

图2：质谱图谱示例

根据相关资料显示，衡量质谱仪性能的指标主要包括分辨率，质量范围，灵敏度，质量稳定性、质量精度等。

2.2、质谱仪的基本结构与分类

质谱仪（Mass Spectrometry）一般由进样系统（Inlet System）、离子源（Ion Source）、质量分析器（Mass Analyzer）、检测器（Ion Detector）和真空系统（Vacuum System）等部分构成。其中，离子源与质量分析器是质谱仪的技术核心。

图3：质谱仪基本结构

质量分析器位于离子源和检测器之间，依据不同的方式将样品离子按照质荷比m/z 分开。主要包括磁分析器（包括单聚焦和双聚焦分析器）、离子肼分析器、飞行时间分析器、四极滤质分析器、傅立叶转化离子回旋共振分析器，以及以上分析器的变形与组合。

按质量分析器分类，目前主要质谱仪类型有：四级杆质谱仪（QMS）、飞行时间质谱仪（TOF）、三重四级杆质谱仪（QqQ）、四级离子阱（QTrap）、线性离子阱（Linear Ion Trap）、四级杆飞行时间串联质谱（QTOF）、离子阱飞行时间质谱（Trap TOF）、傅立叶变换质谱仪（FT-ICR-MS）等。