从45分钟到10分钟检测的秘密，QuanID微生物质谱系统是如何做到的？

自从新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情爆发以来，医院、疾控等抗疫一线单位对抗疫相关设备的需求量大大增加。在品类众多的设备中，微生物质谱占据了一席之地，其可用于细菌、真菌等感染性病原体的快速鉴定，有助于临床对于感染性疾病的诊断。

与传统的表型鉴定及分子生物学技术相比，MALDI-TOF MS被微生物鉴定领域广泛接受的原因主要在于快速、准确、成本低廉以及数据库可不断更新完善，从而可以提高临床微生物尤其是微需氧菌、厌氧菌、分枝杆菌及真菌等难培养微生物的鉴定效率。

实现微生物的快速鉴定不仅能够为医生提供快速准确的病原体诊断，对病人做出及时恰当的处理，同时对有效指导抗生素的使用以及防止医院院感的发生及扩散也有重要的意义。对仪器而言，更快的检测速度意味着更高的通量，可以有效降低使用成本。

正因为如此，各微生物质谱研发厂家也均将鉴定速度作为自己产品的核心指标之一。然而，受限于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）仪器技术不同发展阶段，目前国内外各微生物质谱厂家所提供的微生物质谱产品，鉴定速度平均在96个样本45分钟左右。

与之对应，融智生物基于QuanTOF新一代宽谱定量飞行时间质谱平台开发出的QuanID微生物质谱系统，10分钟即可完成96个样本的全检测流程，从而使得检测效率得以大幅度提高。

QuanID微生物质谱系统

 MALDI-TOF MS技术用于微生物鉴定的实质就是检测具有属、种或亚型特异性的生物标志的质量信号，主要是微生物菌体内高丰度、表达稳定和进化保守的核糖体蛋白。

MALDI-TOF MS仪器主要由基质辅助激光解吸离子源(MALDI)和飞行时间质量检测器(TOF)两部分组成。MALDI的原理是用一定强度的激光照射样本与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量而汽化，并迅速降解，使样本分解吸附，基质和样本之间发生电荷转移从而使样本分子发生电离；TOF的原理是带有电荷的样本分子在电场作用下加速飞过飞行管道，因为离子的质荷比与离子的飞行时间呈正比，所以不同质量的离子因达到检测器的飞行时间不同而被检测，以离子峰为纵坐标、离子质荷比为横坐标形成特征性的质量图谱。将不同种属微生物经MALDI-TOF MS分析所形成的质量图谱与数据库中的参考图谱进行比较，从而实现对目标微生物种或菌株的区分和鉴定。

MALDI-TOF MS检测原理示意图

从离子的产生角度，相比于其他仪器所采用的50Hz氮气激光器，QuanID微生物质谱系统采用新型半导体激光器，激发频率高达5,000 Hz，光斑直径最小仅为5μm，使得离子产生的效率提高至少50倍以上，并进一步提高了谱图的分辨率和灵敏度。

然而，仅仅提升激发频率是不够的，如果没有快速、精密的机械系统的配合，每次击发都重复打在一个点，所获取的数据是重复且没有用的。QuanID采用全新高精度、快速、低死体积二维移动控制平台来解决这一问题。步进电机移动精度高达1μm，可密切配合激光器的高频和小光斑扫射，从而更快速产生数据。

在离子传输方面，QuanID系统所基于的QuanTOF新一代宽谱定量飞行时间质谱平台具有自主知识产权的同步聚焦离子传输技术和靶板接地技术，可以有效消除目前的延迟提取技术所造成的速度和空间不能同步聚焦缺陷，一次性获取样本宽质量范围的全谱图，并且具有较高的重现性，从而有效提升了离子传输效率，无需设置多个校准点，提高了靶板的利用效率。

离子速度和空间同步聚焦

在解决了离子产生及传输的问题之后，还要解决由此带来的海量数据采集问题，这需要高速数据采集部件以及数据采集软件的相互配合。QuanID采用了基于开关电容技术的瞬态数字转换器，具有不低于1.25 GS/sec的数字转换速率，可快速对产生的谱图进行存储和运算。

检测器工作原理

传统的微生物数据库建库方式为使用质谱仪采集经过形态学或基因组学确认的已知微生物核糖体蛋白特征峰信息，并形成数据库。在建库过程中对蛋白特征峰的选择和比对使其检索效率受限。QuanID改变了传统的建库流程，独特的数据算法使得其对微生物的鉴定同时结合了基因组学和蛋白组学，而不是仅仅依靠特征蛋白峰的海量匹配检索，使其数据库检索效率总体大大提高。

总之，要想提升微生物鉴定速度，必须是一个整体性的提升，每一部件之间相互配合、相互影响，仅一个单独部件的性能提升并不一定会带来系统整体性能的提升。将高频半导体激光器、二维精密移动控制平台、全新高速瞬态数字转换器等硬件技术与靶板接地、同步聚焦、高效数据库检索算法等软件结合在一起，是QuanID的鉴定速度得以大幅度提升的秘密。