隨著生命科學(xué)和分析科學(xué)研究不斷向復(fù)雜樣品、痕量分析和高通量方向發(fā)展，研究人員面臨的挑戰(zhàn)已不僅僅是檢測到目標化合物，更需要在復(fù)雜基質(zhì)中實現(xiàn)低豐度組分的可靠發(fā)現(xiàn)、準確鑒定和精準定量。從代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)到環(huán)境污染物篩查、藥物代謝研究以及蛋白質(zhì)組學(xué)，越來越多的應(yīng)用場景要求質(zhì)譜平臺同時具備高靈敏度、寬動態(tài)范圍和很強的結(jié)構(gòu)解析能力。
Thermo Scientific™ Orbitrap™ Excedion™ Hybrid Mass Spectrometer 正是在這一背景下推出的新一代高分辨質(zhì)譜平臺。該系統(tǒng)基于先進的 Orbitrap 高分辨率、高質(zhì)量準確度(HRAM)技術(shù)，通過優(yōu)化離子傳輸系統(tǒng)、引入增強動態(tài)范圍(Enhanced Dynamic Range，eDR)掃描模式，并結(jié)合智能化數(shù)據(jù)采集與分析軟件，實現(xiàn)從發(fā)現(xiàn)研究到定量分析的全面性能提升。其不僅能夠提高低豐度化合物的檢測能力，還能夠在復(fù)雜樣品中獲得更完整、更可靠的結(jié)構(gòu)信息，為多領(lǐng)域研究提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)支持。
Orbitrap Excedion的更新與應(yīng)用優(yōu)勢
搭載新一代 Thermo Scientific™ OptaMax™ Plus 離子源，并兼容 OptiSpray™ 離子源及 Thermo Scientific™ FAIMS Pro Duo 接口，滿足多樣化應(yīng)用需求。
配備電動力學(xué)離子漏斗(Electrodynamic Ion Funnel, EDIF)，針對易降解化合物進行優(yōu)化，實現(xiàn)更高的離子傳輸效率和檢測靈敏度。
增強動態(tài)范圍(eDR)全掃描技術(shù)，在單次掃描中實現(xiàn)高達 5 個數(shù)量級的動態(tài)范圍，幫助同時檢測高豐度和低豐度組分。
完整蛋白分析模式支持低壓、標準和高壓三種壓力條件，可根據(jù)天然態(tài)(Native)或變性條件(Denaturing)自動選擇和切換，實現(xiàn)最佳分析性能。
寡核苷酸分析模式同樣支持多種壓力條件，可針對寡核苷酸、siRNA、ASO 及 mRNA 等樣品進行優(yōu)化，提高分析靈敏度和數(shù)據(jù)質(zhì)量。
代謝組學(xué)應(yīng)用：提升低豐度代謝物發(fā)現(xiàn)能力
在非靶向代謝組學(xué)研究中，代謝物覆蓋度和鑒定置信度直接決定研究結(jié)果的深度與可靠性。利用NIST SRM1950標準血漿樣品進行評估時，研究人員采用AcquireX™深度掃描工作流程結(jié)合eDR模式進行分析。結(jié)果顯示，MS1層面的代謝物覆蓋度提升超過300%，而基于mzCloud譜圖庫的高置信度代謝物鑒定數(shù)量提升約70%。這表明eDR不僅能夠發(fā)現(xiàn)更多代謝物特征峰，更重要的是能夠幫助研究人員獲得更多可靠鑒定的代謝物。
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臨床樣品分析中常見的EDTA抗凝劑也為代謝組學(xué)研究帶來了挑戰(zhàn)。由于EDTA離子信號強，往往會壓制其他低豐度代謝物的檢測。在EDTA血漿樣品中，Leu/Ile、CAR(2:0)和Thr-Asp等重要代謝物的信號容易受到影響。啟用eDR后，這些代謝物的信噪比提高約3至5倍，顯著增強了低豐度代謝物的檢測能力，為生物標志物發(fā)現(xiàn)提供更可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
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此外，在NIST血漿樣品中分析S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)時，傳統(tǒng)全掃描模式下由于信號不足，SAH無法進入AcquireX包含列表，因此無法獲得后續(xù)MS/MS鑒定。而在eDR模式下，SAH成功進入包含列表并獲得高質(zhì)量mzCloud譜庫匹配結(jié)果。這一案例充分說明，eDR能夠有效降低復(fù)雜基質(zhì)中低豐度代謝物被遺漏的風(fēng)險。
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脂質(zhì)組學(xué)應(yīng)用：兼顧覆蓋度與結(jié)構(gòu)解析能力
脂質(zhì)組學(xué)研究同樣受益于Orbitrap Excedion的高靈敏度和寬動態(tài)范圍性能。在牛肝臟脂質(zhì)提取物分析中，研究人員采用25分鐘液相梯度、AcquireX智能采集以及LipidSearch軟件進行脂質(zhì)鑒定。結(jié)果顯示，相較于Orbitrap Exploris 240，Orbitrap Excedion獲得的脂質(zhì)鑒定數(shù)量提升約57%。
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在單細胞脂質(zhì)組學(xué)研究中，Orbitrap Excedion展現(xiàn)出更明顯的優(yōu)勢。以兔腎臟RK1細胞系單細胞樣品為例，在納流液相條件下采用正負離子極性切換模式進行分析。結(jié)果顯示，單獨使用正離子模式可鑒定約350種脂質(zhì)，負離子模式可鑒定約190種脂質(zhì)，而正負離子切換模式則可鑒定約540種脂質(zhì)，總覆蓋度提升約33%。更重要的是，正離子模式主要提供脂質(zhì)類別信息，而負離子模式能夠提供脂肪酸鏈結(jié)構(gòu)信息，兩者結(jié)合顯著提高了脂質(zhì)結(jié)構(gòu)鑒定的準確性和可信度。
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環(huán)境污染物分析：增強未知污染物發(fā)現(xiàn)能力
環(huán)境與食品安全研究越來越依賴非靶向篩查技術(shù)來發(fā)現(xiàn)未知污染物和新興污染物。以全氟和多氟烷基化合物(PFAS)分析為例，研究人員對三種水成膜泡沫滅火劑(AFFF)樣品進行了比較研究。結(jié)合eDR模式、AcquireX工作流程和Compound Discoverer 軟件后，化合物檢出數(shù)量由1824個增加至8741個，MS/MS覆蓋度由1685個增加至6764個，整體提升接近5倍。
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更高的檢出率進一步轉(zhuǎn)化為更高的鑒定率。與傳統(tǒng)Full Scan模式相比，eDR模式獲得了更多PFAS診斷碎片、更豐富的mzCloud譜圖庫匹配結(jié)果以及更多基于預(yù)測數(shù)據(jù)庫的匹配信息。其中，PFAS 中性丟失篩查數(shù)量由611增加至1611，顯著增強了未知PFAS及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)能力。
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在食品安全領(lǐng)域，研究人員以韭蔥樣品中的甲氨基阿維菌素B1a(Emamectin B1a)為例進行了驗證。該化合物濃度僅為10 ppb，在復(fù)雜食品基質(zhì)中屬于典型的痕量分析目標。啟用eDR后，其信噪比提升約28倍，充分體現(xiàn)了Orbitrap Excedion在痕量污染物檢測中的優(yōu)勢。
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藥物代謝與DMPK應(yīng)用：支持復(fù)雜藥物分子的研究
隨著多肽藥物、寡核苷酸藥物以及偶聯(lián)藥物的發(fā)展，藥物代謝與藥代動力學(xué)(DMPK)研究對質(zhì)譜平臺提出了更高要求。以長效GLP-1受體激動劑司美格魯肽(Semaglutide)為例，該藥物具有復(fù)雜的多肽骨架和脂質(zhì)修飾結(jié)構(gòu)，其體內(nèi)代謝物豐度低、結(jié)構(gòu)相似度高，分析難度較大。
在小型豬體內(nèi)研究中，Orbitrap Excedion結(jié)合eDR模式能夠在給藥后60分鐘即準確檢測到低豐度代謝物，并獲得更完整的同位素分布、更準確的電荷態(tài)判定以及更高的信噪比。相比傳統(tǒng)全掃描模式，eDR顯著提高了體內(nèi)痕量代謝物的發(fā)現(xiàn)能力。
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在多肽藥物定量方面，Orbitrap Excedion利用高分辨率HCD tMS²定量策略對司美格魯肽和利拉魯肽進行了分析。在復(fù)雜人血漿基質(zhì)中，其定量下限(LOQ)達到0.05 ng/mL，相較于Orbitrap Exploris 240提升約5倍靈敏度。同時，HRAM tMS²方法無需復(fù)雜的MRM方法開發(fā)，顯著提高了方法建立效率和靈活性。
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對于反義寡核苷酸(ASO)藥物分析，以福米韋生(Fomivirsen)和諾西那生(Nusinersen)為代表的研究表明，通過多個特征碎片離子累加定量，可實現(xiàn)100 pg/mL的定量下限，并在三個數(shù)量級線性范圍內(nèi)保持優(yōu)異的準確度和精密度。這一性能對于寡核苷酸藥物研發(fā)和生物分析具有重要意義。
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蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用：實現(xiàn)深度覆蓋與精準定量
蛋白質(zhì)組學(xué)研究對質(zhì)譜平臺的要求不僅包括深度覆蓋，還包括高通量和高重復(fù)性。Orbitrap Excedion結(jié)合Vanquish Neo液相系統(tǒng)和μPAC Neo Plus色譜柱構(gòu)建Velocity DIA工作流程，在500 ng蛋白上樣量條件下，最高可實現(xiàn)約11,900個蛋白的鑒定，展現(xiàn)出優(yōu)異的深度蛋白質(zhì)組分析能力。
與此同時，該平臺支持從12 Samples Per Day(SPD)到96 SPD的多種分析通量模式。在96 SPD高通量條件下，仍可獲得超過5500個蛋白的鑒定結(jié)果，實現(xiàn)分析深度與樣品通量之間的良好平衡。
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在無標記定量(LFQ)實驗中，針對Human、Yeast和E. coli三種蛋白組混合樣品進行評估，結(jié)果顯示蛋白定量誤差(Log? Ratio Error)低于0.10，蛋白CV維持在3%至6%之間。這一結(jié)果表明，Orbitrap Excedion不僅能夠?qū)崿F(xiàn)深度蛋白覆蓋，同時具備優(yōu)異的定量準確性和重現(xiàn)性，非常適合大規(guī)模隊列研究和多組學(xué)整合分析。
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總結(jié)
Orbitrap Excedion并非僅僅是一臺靈敏度更高的新一代Orbitrap質(zhì)譜儀，其真正價值在于通過全新的離子傳輸設(shè)計和增強動態(tài)范圍(eDR)技術(shù)，顯著提升復(fù)雜樣品中低豐度化合物的檢測、鑒定和定量能力。從代謝組學(xué)中的生物標志物發(fā)現(xiàn)，到單細胞脂質(zhì)組學(xué)、PFAS非靶向篩查、多肽與寡核苷酸藥物分析，再到高通量DIA蛋白質(zhì)組學(xué)研究，Orbitrap Excedion均展現(xiàn)出更高的靈敏度、更寬的動態(tài)范圍以及更深入的分析覆蓋能力。對于需要在復(fù)雜樣品中獲得高置信度結(jié)果的研究人員而言，Orbitrap Excedion正在為下一代多組學(xué)研究和先進分析應(yīng)用提供更加可靠的技術(shù)支撐。
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