质谱成像的可视化

质谱成像技术根据分子质量与电荷比关系可视化显示出分子发布情况。近日，科学家在科研及工作中发现：该项技术在涉及公共利益专业应用中同样具有良好应用前景。

凡是需要对组织及特定分析过程进行特殊分析时，质谱成像技术（Imaging MS）均显示出其强大之处：它允许从空间同—形态层面对组织样本分子组成成分进行分析。质谱成像新技术扩展了其应用范围，开辟了分析肿瘤组织的新途径。在质谱成像技术的研究过程中，被测样本，例如，病理组织切片，会按照预先选定的网格位置进行质谱分析。随后，在软件系统的控制下，所有检测点的质谱被合成为一副图片（MS-Image）；该幅图片显示了被测组织样本中各种物质成分的分布情况，能够对特定位置上出现的特定分子进行形态异常比较。Shimadzu公司新近研发生产的IM Scope Trio（参见图1）是专门为质谱成像而设计的检测仪，它与一台具有光学显微镜的高分辨率质谱仪配套工作，可以使质谱成像图片与显微照片相互叠加、相互比较，直接鉴别出显微检测得到的样本物质，并能确定它们在样本组织中的空间分布。

图1：IM Scope Trio质谱成像系统

具有5μm的分辨率

光学显微镜可通过五种不同的波长得到反射光图片、透射光图片以及荧光图片。利用MALDI基质辅助激光解析电离化/飞行时间质谱技术分析物在大气压环境中的离子化过程。离子化过程中使用的固体激光器以5～200μm的变动频率扫描被测样本，凭借其5μm的质谱图像分辨率成为该款产品中具有最佳局部分辨率的商用系统。

最后，在集成式离子阱飞行时间质谱仪对离子化分子进行分析过程中，由于高分辨率的质谱仪能够对MSn质谱分析物进行检测分析，因此，它可以识别出目标分析物及对目标分析物进行分解并分析其结构。

另外，能够被监测到的、被分解后的目标分析物片段改善了信噪比，从而辅助提高了灵敏度。由于它具有每秒钟6像素的数据采集速率，因此，可以在三小时之内生成一副62500像素（250x250）的质谱图像。在MALDI离子化过程中，被测样本中的分子在激光束照射下汽化、离子化、最终能够完成质谱分析。新型质谱分析系统具有的灵活性同样允许MALDI质谱源替代ESI（电喷雾电离源），也可以对液体样本进行质谱分析。

多方面应用

IM Scope Trio质谱成像仪具有多方面应用：例如，分析生物特性标志、组织组成成分及它们的代谢物、营养物、植物中营养成分的分布或微观缺陷分析以及合成材料中的微量污染等。该系统的应用重点是科研领域。

光学照片与质谱成像照片相比较得出如下结论：当被测样本为家鼠肝脏的切片时，用槲皮素对切片进行处理，能够发现在许多经济作物中普遍具有的、有利于人体健康的次生化合物。从质谱成像图片（图5A）中可以观察到：槲皮素似乎是偶然、均匀分布在整个样本上，当叠加上显微照片后便可以清楚了解槲皮素分子确切定位及被测肝脏组织结构之间具有何种相互关联。将叠加后的图片放大（参见图5C）就可以清楚了解：所有探测到的槲皮素分子均定位在肝脏组织细胞或细胞壁之间，而不是细胞内部。

反之，若用直径较大的激光射束照射、检测分析物质时，在上述情况下便会失去槲皮素分子在细胞间的空间定位信息，也就不可能获得精确的细胞内间隙及细胞壁间的空间分布情况。

选取特殊的分辨率

图2：采用多种不同分辨率（10μm、20μm、50μm和100μm）

究竟选用中等还是较高的局部分辨率完全取决于被测样本。当中等分辨率足以满足粗大组织结构定位关系检测分析要求时，它便是细胞层次定位关系检测分析所需的最高分辨率。该项技术例如，在微观结构的药物分布检测中或药物代谢物积累的检测分析中很有帮助。

当检测分析眼睛视网膜的不同脂类时，可以选用10μm的较高分辨率。将内外视网膜相互分开的视网膜色素上皮细胞在显微照片上呈一条暗带（参见图2）。两种不同脂类（m/z=798.54和m/z=872.61）的质谱成像图片（参见图3）采用多种不同分辨率（10μm、20μm、50μm和100μm）拍摄。最终只有最小分辨率为10μm的质谱成像图片才能清楚观察到视网膜色素上皮细胞的轮廓，而在较低分辨率的质谱成像图片中该轮廓会丧失。

数据分析评判

图3：三张不同的视网膜脂类质谱成像图片的叠加

ImagingMS solution软件是数据采集及数据分析专用软件，允许将多张质谱成像图片叠加起来（参见图3）。质谱成像图片较高的分辨率允许对三种被测脂类准确分类，例如，磷脂酰胆碱（16:0/22:6），仅在外层视网膜中便可找到，磷脂酰胆碱（18:0/22:6）可以在视网膜内层的视网膜色素上皮细胞上找到，而磷脂酰胆碱（16:0/18:1）还能在视网膜内部区域里发现。

聚类分析（HCA）、感兴趣区域分析（ROI）及主要成分分析（PCA）也都是统计数据分析的辅助工具。

可能的基质保护层

质谱仪强大的性能及样本制备是获取最高空间分辨率质谱成像图片的首要条件。离子化所需的化合物通常首先溶解在液体中，然后喷散到被测样本上。在此过程中，随时可以将目标样本溶解到该溶液中并扩散至被测样本中。这意味着：尽管检测仪器设备具有很高的空间分辨率但得到的图片不会具有如此高的分辨率。

为此，日本Shimadzu公司开发了一种能够产生基质保护层的仪器设备：IM Layer；它能排除分辨率不好的影响并利用升华工艺技术在被测基质部门涂覆了一层非常薄的、具有极小矩阵点晶的保护涂层，从而避免了分析时出现离域电子。

结合IM Layer系统的使用，使得IM Scope质谱成像系统成为样本制备、显微光学及高局部分辨率质谱成像图片，这些图片的相互叠加以及利用Imaging MS Solution软件对检测数据进行分析从而产生整套评价解决方案。

质谱成像

质谱成像中，被测样本——例如：组织切片——按照预设的物质放置在网格上进行质谱检测分析。随后，质谱检测仪的控制软件将不同位置处的各个质谱检查点汇总成一副（质谱成像）图片；这幅图片显示了被测样本组织中各种物质的分布情况。这就可以对特定位置上出现的特定分子是否有形态异常进行比较了。