转载：硬核科普 | 敞开式电离质谱（API-MS）的临床检测应用

EESI的特点

EESI的应用

实时直接分析

实时直接分析( direct analysis in real-time mass spectrometry，DART)是另一种通用的AIMS技术，它可以从样品表面直接解吸的同时电离 (切片、生物体液、活生物体等)，然后进行质谱检测。

DART离子源中放电产生激发态的气态原子(如亚稳态氦)，使周围(大气)气体电离，并通过离子分子反应最终使被分析物电离。由于DART可以在开放环境中用于原生状态(固体、液体和气体)样品的分析，该技术有望广泛应用于临床和药理分析或作为POCT设备。

与DESI基于喷雾萃取的机制不同，DART利用等离子体产生离子。因此，DART技术具有与大气压力化学电离(APCI)相似的特性。（小编注：DART是化学电离、光电离等多种电离机制复合的气态化电离途径，与传统电喷雾ESI、DESI或EESI响应物质有一定差异，两者产生的质谱信息有一定的互补性）。在DART中，被激发的氦气流被用来产生亚稳态物质，随后与分析物发生反应形成气态离子。解吸温度、放电能量、气体流量和电极与物体之间的距离等因素都会影响DART的电离效率。DART具有一定的电离非极性分子的能力，而非极性分子在常规的DESI分析中较难电离。DART通常适用质量范围是50到1200 Da。

由于DART对不同种类的分子具有良好的适用性，它已被应用于不同样品的质谱分析，包括人血浆、奶粉、中草药等。就人血清而言，酪氨酸是血液中含量最丰富的氨基酸之一，被用作人体健康的一项指标。据报道，利用DART技术成功准确地检测和定量了酪氨酸（小编注：刘淑莹课题组通过对尿液和干血斑中氨基酸含量测定，建立新生儿氨基酸尿症筛查方法）。血清样品分析前不需要任何预处理。除了特异性化学物质的靶向分析外，还进行了人血清的非靶向筛选。血清或其他体液的代谢组学指纹图谱可以反映身体健康状况，也可以作为异常状况或疾病的潜在指标（小编注：有文献报道，通过DART产生的广谱的离子信息，结合生物信息学分析，可以预测乳腺癌和卵巢癌，并对临床阶段准确分型）。

氦气的温度是一个重要的影响因素。不同质量范围内的离子信号对温度调节的响应不一致，因此氦气的温度通常会针对感兴趣的分子进行优化。衍生化也是使得复杂混合物中目标化合物信号提升到可检测水平的一种可行方法。例如，2010年Zhou等人的研究表明，通过应用单、二、三甲基硅烷衍生化，血清中的化合物变得更容易挥发，更容易与DART电极产生的前体离子发生反应，使用这种方法，分析物信号强度增加了15倍，并且只有能够与衍生化试剂发生反应的分析物强度才会增加。这种有针对性的策略提供了一种从质谱图谱中获得更多生化信息的方法。

快速蒸发电离质谱

快速蒸发电离质谱(Rapid evaporative ionization mass spectrometry，REIMS or iKnife)是AIMS的又一突破。

在REIMS中，通常将一个加热的电手术探针应用到组织上，产生气态离子(通常是脂离子)的烟雾，随后通过柔性管和文丘里空气喷射泵将其转移到质谱仪中。这使得REIMS能够实时地为我们提供体内和体外的诊断信息。这种将REIMS技术与电手术技术相结合用于组织诊断也被称为智能刀(iKnife)。iKnife可以帮助外科医生在术中确定肿瘤切缘，同时也可以用于肿瘤消融。

iKnife在区分癌症和正常组织方面的突破性成功，为其很快在癌症手术中的临床应用提供了一个强大的平台。研究者在实验室中分析了302名患者的各种组织样本，得到了1624个癌症和1309个非癌症数据库条目。该技术随后被转移到手术室，收集了总共81个切除过程中的数据。采用多元统计方法对质谱数据进行分析，包括主成分分析和线性判别分析，并实现了一种识别算法。REIMS方法能准确区分不同的组织学和组织病理学组织类型。术中通过REIMS进行的组织识别与术后组织学诊断的符合率为100%(全部81例)。质谱反映了不同肿瘤类型之间的脂质特征，以及原发性和转移性肿瘤之间的关系。除了实时诊断信息外，还提供了关于不同肿瘤生物化学的额外信息，这些信息可能在癌症中具有机制重要性。在测试iKnife时，外科医生无法看到它的读数结果。研究人员希望进行一项临床试验，看看让外科医生使用iKnife的分析是否能改善患者的预后。

这项技术的发明者Takats表示，他相信他的发明可以应用于广泛的癌症手术程序。他还认为，除了癌症诊断之外，它还有可能识别其他特征，比如血液供应不足的组织或组织中存在的细菌类型。

MasSpec Pen

MasSpec Pen是一种手持3d打印笔，由三个端口组成:水滴进入端口，中央端口用于气体输送，出口端口用于将含有生化样品的混合水滴输送到质谱仪。

一旦笔尖与组织接触几秒钟，水滴就可以从组织中提取并转移生物分子到质谱仪中。每次使用后，MasSpec Pen都通过快速和自动清洗冲洗或更换一次性笔尖进行清洁。在MasSpec Pen分析后，通过安装商用加热ESI源对质谱来进行污染评估，结果证明除质谱中常见的本底峰外，未见脂质污染。

传统的组织病理组织诊断方法是劳动和时间密集的，并会延误诊断和治疗过程中的决策。研究者使用MasSpec Pen对20个人类癌症薄组织切片和253个人类患者组织样本进行体外分子分析，包括来自乳腺、肺、甲状腺和卵巢的正常和癌变组织。质谱显示了丰富的分子图谱，包含多种潜在的癌症生物标志物，经鉴定包含代谢物、脂质和蛋白质。使用机器学习算法和组织学验证的分子数据库构建的统计分类器可以预测癌症，具有高敏感性(96.4%)、特异性(96.2%)和总体准确性(96.3%)，以及预测甲状腺良恶性肿瘤和肺癌的不同组织学亚型。这项技术能够在呈现混合组织的肿瘤边缘区域进行准确诊断。同时，研究者证明了MasSpec Pen适用于在荷瘤小鼠手术时进行体内癌症诊断，而不会对动物造成任何可观察到的组织损伤。这项研究结果证明，MasSpec Pen有可能作为一种体外和体内癌症诊断的临床和术中技术。