微生物质谱仪检测原理
质谱法学习报告
《质谱法》学习报告摘要质谱（分析）法作为近代科学一种重要的分析方法正在越来越多的领域彰显它不可或缺的地位。
而在近几十年生命科学也开始蓬勃发展。
二者就此发生了融合，互相影响。
本文在简介质谱（分析）法的同时，重点阐述其在生命科学领域的重要作用。
关键词质谱法原理、装置、操作、质谱法与生命科学一、质谱法的原理质谱（分析）法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。
主要利用电磁学原理，使带电样品的离子按质合比进行分离。
具体过程为：离子电离后经加速进入磁场中，其动能与加速电压及所带电荷数有关。
具有不同速率的带电粒子进入质谱分析仪器的电磁场中，根据所选择的分离方式，最终实现各种离子按质合比进行分离。
[1]二、质谱法采用的仪器1.原理利用运动离子在电场和磁场中偏转原理设计，用于进行质谱分析的仪器称为质谱计或质谱仪。
前者指用电子学方法检测离子，而后者指离子被聚焦在照相底板上进行检测。
质谱仪可以分成三个部分：离子化器、质量分析器与侦测器。
其基本原理是使试样中的成分在离子化器中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场或磁场使不同质荷比的离子在空间上或时间上分离，或是透过过滤的方式，将它们分别聚焦到侦测器而得到质谱图，从而获得质量与浓度(或分压)相关的图谱。
2.分类[2]（1）分类标准：应用角度①有机质谱仪（用途最广）气相色谱-质谱联用仪液相色谱-质谱联用仪其他有机质谱仪，主要有：基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪，傅立叶变换质谱仪②无机质谱仪火花源双聚焦质谱仪。
电感耦合等离子体质谱仪二次离子质谱仪辉光放电质谱仪③生物质谱分析生物质谱分析（Biological mass spectrometry）是以质谱分析技术用于精确测量生物大分子，如蛋白质，核苷酸和糖类等的分子量，并提供分子结构信息。
对存在于生命复杂体系中的微量或痕量小分子生物活性物质进行定性或定量分析。
病原微生物检测实验原理及流程介绍
华大
DNA纳米球：DNB技术是将基因组DNA首先经过片段化处理，再加上接头序列，并环化成单链环化DNA，随后使用PCR-Free 的滚环扩增技术将单链环化DNA扩增2-3个数量级，所产生的扩增产物为DNA纳米球。
测序-原理
华大
数据质控
表单各项
相关要求解释与要求
备注
样本
样本名称，包括NF及临床样本
敏感性和特异性差、并不是所有病原微生物都有相应抗体、有窗口期、假阳性高。
核酸检测（PCR）
简单、快速、价格低、可定量检测、准确性高。
依赖主观假设、检测已知的微生物、需要引物扩增，但引物并不总是可靠、只能检测微生物基因组的很小部分。
质谱法
过程简单、特异性和准确性高、可进行高通量分析。
基于已培养的阳性菌落，依赖培养、只能检测细菌和真菌约1000种已知微生物、部分病原体不能鉴定到种、只能定性不能定量。
感染人群多新发罕见感染源不断涌现
诊断方法找不到病原/患者等不到诊断结果
经验性用药加剧细菌耐药无药可医、不治而亡
[1]Troeger C, et al, The Lancet Infectious Diseases, 2018. [2]William OC, et al, Nature Reviews Microbiology,2017
优点：理论上能检测全部已知和未知病原体（一网打尽);缺点：灵敏度受宿主背景干扰；
病原宏基因检测（mNGS）-检测流程
1
0.5h
样本前处理+去宿主+破壁
g+DNB
8h
测序
2-3h
病原宏基因检测（mNGS）-去宿主
差异裂解法：利用人源细胞与微生物细胞结构差异，选择性的裂解宿主细胞，利用核酸酶酶解掉释放出来的宿主DNA，最后进行病原体DNA的富集纯化；
cytof流式质谱
Cytof流式质谱技术一、引言Cytof（Cyclic Voltammetry Flow Cytometry）流式质谱技术是一种新型的生物医学分析技术，结合了流式细胞仪和质谱仪的优点，可以快速、高灵敏度地检测细胞内多参数指标。
这种技术可以应用于免疫学、分子生物学、医学诊断等多个领域，为研究细胞功能、疾病诊断和治疗提供了重要的工具。
二、Cytof流式质谱技术原理Cytof技术基于电化学分析原理，通过测量细胞在特定的电压或电流条件下释放的电子数，来确定细胞的表面分子表达水平。
在流式细胞仪中，细胞被引入到质谱仪中，通过电场作用将细胞电离成带电粒子，带电粒子在电场中加速通过管道到达检测器。
每个细胞表面的分子会电离产生带电粒子，通过测量带电粒子的数量，可以确定细胞表面分子的表达水平。
三、Cytof流式质谱技术应用1.免疫学研究：Cytof技术可以用于研究免疫细胞的表面分子表达水平，如T细胞、B细胞、NK细胞等。
通过比较不同细胞类型的表面分子表达水平，可以了解免疫细胞的活化状态、功能特征等。
2.分子生物学研究：Cytof技术可以用于研究基因表达调控、信号转导等分子生物学过程。
通过测量细胞内特定分子的表达水平，可以了解细胞的功能状态和疾病发生发展过程中的分子机制。
3.医学诊断：Cytof技术可以用于疾病诊断和治疗监测。
例如，在癌症诊断中，可以通过测量肿瘤细胞的表面分子表达水平来判断癌症类型和病情进展情况。
此外，Cytof技术还可以用于检测细菌、病毒等微生物的感染情况。
四、Cytof流式质谱技术优势1.高灵敏度：Cytof技术具有高灵敏度，可以检测低浓度的细胞表面分子表达水平。
2.多参数检测：Cytof技术可以同时检测多个细胞表面分子的表达水平，提供更全面的细胞信息。
3.快速：Cytof技术的分析速度较快，可以在短时间内完成大量细胞的检测和分析。
4.非侵入性：Cytof技术不需要对细胞进行破坏或标记，对细胞的活性影响较小。
质谱技术在微生物鉴定和检测中的应用
《质谱技术在微生物鉴定和检测中的应用》摘要：质谱技术（Mass Spectrometry， MS）是一种根据离子产生的质量图谱来确定样品中分子组成的分析技术。
质谱法不仅可以对传统的目标分析物进行定性和定量分析，还可以用于细菌的快速准确鉴定。
基质辅助激光解吸电离飞行时间（Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization-Time of Flight， MALDI-TOF）质谱仪由于能快速准确地鉴定革兰氏阴性菌和阳性菌的种类，因此是生物学中最常用的质谱仪之一。
质谱法鉴定微生物是以鉴定每个物种的特征光谱为基础的，然后与仪器内的大型数据库进行匹配。
本综述阐述了细菌鉴定面临的挑战和机遇，特别是在微生物学领域中使用MALDI-TOF MS来鉴定微生物和分析抗菌药敏感性。
关键词：质谱技术;MALDI-TOF;特征光谱;细菌鉴定;抗菌药敏感试验质谱（MS）法通过分析电离分子的质荷比（m/z）来对分子进行定性定量分析。
质谱仪扫描的特征图谱可以确定样品内不同分子的组成，并且能够直接分析任何可电离的生物分子。
FENN[1]和TANAKA[2]在MS的基础上，分别建立了电喷雾电离（Electrospray Ionization，ESI）技术和基质辅助激光解吸电离（Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization，MALDI）技术。
MALDI最大的优势在于不需要复杂的预分析，就可以直接对样品与化学基质混合后产生的离子进行分析。
离子飞行时间（TOF）是指用探测器精确测量离子到达飞行管末端所花费的时间。
基质辅助激光解吸电离飞行时间（MALDI-TOF）质谱技术是将MALDI技术和TOF技术整合在一起的一种技术。
自从关于MALDI-TOF技术的构想诞生以来，因其快速、高通量、低成本和高效的优点，该技术已经彻底改变了微生物实验室中鉴定微生物的方法。
MALDI-TOF MS的主要优点之一是节省时间，因为细菌鉴定不再需要经过24～48 h，只需不到一小时即可完成。
IVD MBT基本原理与流程
21
步骤 4: 结果报告
步骤 4: 结果报告
probable genus identification
鉴定到属的水平
not reliable identification
没有可信的鉴定结果
Symbols Color ( +++ ) green ( ++ ) green
( + ) yellow
(-)
red
IVD MALDI Biotyper 系统标配软件
ribosomal Protein m/z
5000
RL36
4364,33
6315.49 6254.64
5380.64
RS32
5095,82
RL34
5380,39
RL33meth.
6255,39
4000
RL32
6315,19
RL30
6410,60
RL35
7157,74
RL29
7273,45
3000
RL31
• z：离子所带电荷;
m：离子质量
• v：离子飞行速度;
L：飞行管道长度
• t：离子飞行时间;
c：常数
三、MALDI Biotyper工作流程
MALDI Biotyper 工作流程
样品制备
添加基质 室温干燥
采集谱图
菌种鉴定
步骤 1:样品制备
直接涂抹法 (direct transfer ) 单一菌种 (Pure culture)
基质辅助激光解吸电离 飞行时间 质谱仪
MALDI工作原理
MALDI 样品制备：
质谱
广泛的人群： 老人、儿童、 病人、 亚健康人群、 更年 期女性、 神经衰弱或亢奋 者、 生活压力大的学生 和 职场精英
市场需求
现有检测分三个项目检测，只能为基本营养及代谢提供评 估 质谱除一次性检测50种全谱氨基酸外，还能提供疾病评估 依据
3
药物浓度监测
治疗药物检测的临床意义
哪些情况需要监测TDM呢？
体内不能合成，或每天合成的量不能满足身体的需要，
必须要从食物中获取正常合理饮食理论正确但很难做到， 且围产期妇女、孩子等由于阶段不同营养需求不同；
人体每天仅需微量，参与维持机体正常生
理功能，当机体缺乏时，将会表现出缺乏症
在体内不提供能量，不参与机体组织的构成，
主要参与机体代谢的调节
维 生 素 缺 乏 导 致 的 疾 病
质谱的优势
免疫法
质谱法检测（ LC-MS/MS）
VD_160725-1-serum-014 Sm (Mn, 1x1)
100
3.72
MRM of 4 Channels ES+ 401.302 > 383.315 (25OH-Vitamin D3) 6.33e3
%
4.06 0.92 1.09 0 -0.00 0.50 1.00 1.50 1.731.96 2.00 2.49
VA缺乏导致的干眼病
VD缺乏导致的佝偻病
VC缺乏导致的感染
VB9缺乏导致神经管缺陷
VB2缺乏导致的舌炎
VB1缺乏导致的脚气病
VE缺乏导致的皮肤干燥
VK缺乏导致的凝血障碍
维生素的生理功能
维生素A
类别
维生素 B1
名称
维生素 B2
维生素 B9
维生素 D
发酵尾气质谱仪
发酵尾气质谱仪
发酵尾气质谱仪（Fermentation Off-Gas Mass Spectrometer）是一种用于分析发酵过程中产生的尾气成分的仪器。
在微生物发酵过程中，微生物会产生各种代谢产物和废气，这些废气中的成分可以提供有关发酵过程的重要信息。
发酵尾气质谱仪通过将尾气样品引入质谱仪中进行分析，可以准确测量和识别尾气中的各种气体成分。
发酵尾气质谱仪通常采用质谱技术，即利用质谱仪对样品中的分子进行离子化和分离，然后通过检测离子的质量和相对丰度来确定样品中的成分。
该仪器可以检测多种气体成分，如二氧化碳、氧气、氮气、甲烷、乙醇等，同时还可以测量它们的浓度和变化趋势。
发酵尾气质谱仪在食品、制药、化工等领域的发酵过程监控和优化中具有重要应用价值。
通过实时监测尾气成分，可以了解发酵过程中微生物代谢活动的情况，帮助调整和优化发酵条件，提高产品质量和产量。
同时，该仪器还可以用于研究微生物代谢途径、发酵动力学等方面的科学研
究。
总之，发酵尾气质谱仪是一种用于分析发酵过程中产生的尾气成分的仪器，可以提供有关发酵过程的重要信息，对发酵过程的监控和优化具有重要应用价值。
微生物快速检测技术
细胞生物传感器
利用微生物细胞与传感器表面的特异 性受体结合，引起传感器电信号的变 化，从而实现对微生物的快速检测。
免疫生物传感器
将特异性抗体固定在传感器表面，通 过待测样品中微生物与抗体的结合， 引起传感器电信号的变化，进而实现 微生物的快速检测。
其他方法
流式细胞术
利用流式细胞仪对单个微生物细 胞进行快速检测和分类。该技术 具有高通量、高灵敏度和多参数
应用领域
该技术已广泛应用于食品安全、环境监测、医疗卫生等领 域，为保障公众健康和生态环境安全发挥了重要作用。
挑战与问题
尽管微生物快速检测技术取得了显著进展，但仍面临一些 挑战和问题，如检测方法的标准化、检测设备的便携性、 检测结果的准确性等。
对未来发展的展望与建议
加强技术创新
继续加大研发力度，推 动微生物快速检测技术 的创新和发展，提高检 测方法的灵敏度和特异 性，降低检测成本和时 间。
成本效益
传统检测方法成本较低，但耗时较长；快速检测 技术虽然成本较高，但能够缩短检测周期，提高 检测效率。在实际应用中，需要根据具体需求和 条件选择合适的检测方法。
05
微生物快速检测技术的发展趋势 与挑战
发展趋势分析
多元化检测方法
01
随着科技的进步，微生物快速检测技术正朝着多元化方向发展
，包括免疫学、分子生物学、生物传感器等多种方法。
实时荧光定量PCR
在PCR反应体系中加入荧光基团，实时监测荧光信号的变 化，实现微生物核酸的定量检测。该技术具有操作简便、 快速准确的优点。
基因芯片技术
将大量特异性寡核苷酸固定在芯片上，通过与待测样品中 微生物核酸的杂交反应，实现对多种微生物的同时检测。
生物传感器方法
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微生物质谱仪检测原理
微生物质谱仪是利用质谱技术对微生物进行检测的仪器。
其原理是首先将微生物样品进行离子化，然后通过质谱仪分析离子的质量和数量，进而确定微生物样品的成分和组分。
具体来说，微生物质谱仪通常使用MALDI-TOF 质谱技术（基质辅助激光解吸电离时间飞行质谱），即先将微生物样品涂在一个基质上，然后用激光将基质加热离子化，生成离子化的微生物分子。
这些离子会在一个带有质量分选器的管道中被加速和分离，根据它们质量-电荷比的不同在不同位置被聚焦，最后落在检测器上产生电荷信号，从而确定微生物样品的质量和数量。
使用微生物质谱仪检测微生物可以快速、精准地进行分类识别和鉴定，节省了时间和成本，受到广泛应用。