邁入六月，在第73屆 ASMS大會上，賽默飛發(fā)布了今年的新產(chǎn)品系列，其中 Thermo Scientific™ Orbitrap™ Astral™ Zoom 質(zhì)譜儀是2023 年發(fā)布的Orbitrap™ Astral™ 質(zhì)譜儀的全新升級。Zoom 這個詞可以有多種組合，zoom in 放大細(xì)節(jié)，zoom out 觀察宇宙，zoom faster 更快掃描，賦于儀器更多的可能性。接下來，跟隨我們來探究zoom視角下的Orbitrap Astral 質(zhì)譜儀的升級性能，一起 “循此旅，覓星辰”。
更快的掃描速度：最高 270 Hz MS2 掃描
更高的靈敏度：新增 Bent trap pre-accumulation 預(yù)累積；新增 Low input 應(yīng)用模式
更高的分辨率：100,000 分辨率
更寬的動態(tài)范圍：eDR 模式實(shí)現(xiàn)五個數(shù)量級的譜圖內(nèi)動態(tài)范圍
更靈活的方案：Hybrid DIA；增強(qiáng)的譜圖處理方法；BioPharma 選項(xiàng)中，完整蛋白分析擴(kuò)展至Astral MS2 采集
那性能提升帶來的收益如何呢？
我們接著往下看。
兩年前的 Astral質(zhì)譜儀將蛋白組學(xué)通量拉升至8min，8000+ 蛋白質(zhì)鑒定，實(shí)現(xiàn)一天 180 個樣品分析(180SPD)。Astral zoom 進(jìn)一步升級至 4.8 min，8000+ 蛋白質(zhì)鑒定，實(shí)現(xiàn)一天 300 個樣品分析(300SPD)(圖1)。
圖1，Orbitrap Astral 和 Orbitrap Astral Zoom 在 180 SPD 和300 SPD 時的蛋白組覆蓋深度
提高整體分析的通量，就需要縮短每張掃描所需的時間，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀加強(qiáng)了儀器控制，縮短了延遲時間(圖2)，有利于縮短單次掃描時間，提高通量。但如何在通量提高的同時保持蛋白組覆蓋深度，就要提到 pre-accumulation 預(yù)累積的這個功能了。
圖2，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀掃描的時序圖
為了充分利用掃描與掃描之間的間隔時間，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀中新增了 Bent trap 的pre-accumulation 預(yù)累積，可并行進(jìn)行離子累積，保持有效離子累積時間不損失，在通量提高的同時保持高的蛋白組覆蓋深度。當(dāng)然，方法設(shè)置是靈活的，也可以選擇在掃描速度不變的情況下，提高有效離子累積時間，從而幫助蛋白組學(xué)覆蓋深度的提高(圖3)。
圖3，Pre-accumulation 使用前后，掃描速度和有效離子累積時間的變化
除了上文提到的更高掃描速度及pre-accumulation預(yù)累積功能可有效提高分析覆蓋度之外，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀中新增了 Enhanced Dynamic Range (eDR) 模式，同樣對此有助益。eDR模式下，質(zhì)量范圍被分成多個 wSIM 窗口，使用 multiplex 的方式獲得兩張后臺子掃描并最終獲得一張 Orbitrap 譜圖。對比標(biāo)準(zhǔn)模式和 eDR 模式，由圖 4 可知，eDR 模式下，原本低豐度的離子信噪比提升，所識別的譜峰數(shù)增加，從而實(shí)現(xiàn)單張譜圖動態(tài)范圍的有效提高。該模式適用于分析動態(tài)范圍大的蛋白組樣本，例如血漿樣本，尤其是未處理的血漿。
圖 4，未處理的血漿樣本在標(biāo)準(zhǔn)模式和 eDR 模式下的 MS1 譜圖
優(yōu)化后，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀分析未處理血漿樣本所得的蛋白組覆蓋深度得到了突破提升，24 SPD 時可鑒定約 1300 個蛋白，富集后的血漿樣本 24 SPD 時可鑒定約 7500 個蛋白(圖5)。
圖 5， Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀分析未處理和富集血漿的蛋白組鑒定結(jié)果
當(dāng)然，更深的覆蓋度不止體現(xiàn)在蛋白組學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，在小分子領(lǐng)域同樣可觀察到。Orbitrap Astral 平臺中，可使用同時定性定量分析(simultaneous quantitation and discovery，SQUAD)方法，在一次進(jìn)樣中結(jié)合完成非靶標(biāo)的定性流程(Orbitrap MS1，DDA Astral MS2)和靶標(biāo)定量(Astral MS2)流程。在 NIST SRM 1950 血漿中摻入重標(biāo)氨基酸進(jìn)行 SQUAD 分析，由于儀器掃描速度和靈敏度的提升，定性流程中，Orbitrap Astral Zoom 的MS1 和 MS2 鑒定的化合物數(shù)目相比 Orbitrap Astral，分別提升了 36% 和 31%(圖 6)。
圖6，SQUAD 方法在不同平臺分析 NIST SRM 1950 血漿所得的化合物鑒定數(shù)對比
Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀新增了 low input 應(yīng)用模式，對比標(biāo)準(zhǔn)模式，單離子檢測概率提高 10%。單細(xì)胞蛋白組應(yīng)用中，可在 250 pg Hela 肽段中鑒定 6500+ 蛋白，三次分析 CV 值小于 6%；單個 HEK293F 細(xì)胞中平均鑒定約 5800 個蛋白(圖 7)。其它低上樣量樣本的分析同樣可使用該模式，包括免疫多肽分析，單細(xì)胞空間蛋白組分析等。
圖 7，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀分析不同上樣量的 Hela 肽段及單個 HEK293F 細(xì)胞的鑒定結(jié)果(分析中不使用譜圖庫)
除了非標(biāo)定量的單細(xì)胞蛋白組流程之外，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀還可進(jìn)行基于 TMT 標(biāo)記的單細(xì)胞蛋白組流程。Astral 質(zhì)量分析器中的轉(zhuǎn)向棱鏡通過控制離子的振蕩循環(huán)次數(shù)，延長非對稱軌跡的長度，將 Astral 的分辨率提升至100,000(圖 8)，可允許使用 TMTpro 32/35 標(biāo)試劑進(jìn)行標(biāo)記分析流程，進(jìn)一步提高分析通量。
圖8，TMT HR 模式時，Astral 分辨率提升至100,000，m/z 138
精準(zhǔn)定量對分析生物樣本豐度變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性十分重要。圖9展示了三個蛋白組的混合樣品(人，酵母，大腸桿菌肽段)中，從 pg 到 ng 總上樣量的 LFQ HR-DIA 分析中的定量準(zhǔn)確性和精確性，可見所有上樣量中均可實(shí)現(xiàn)高定量性能。
圖9，三個蛋白組的混合樣品(人，酵母，大腸桿菌肽段)，總上樣量 100 pg 到 500 ng 時的定量性能
另外，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀還新增了 HybridDIA 方法，在進(jìn)行 DIA 采集的同時進(jìn)行特定靶標(biāo)的 MS2 采集，其靶標(biāo)采集策略類似 surequant 模式，可智能觸發(fā)目標(biāo)肽段的采集，并有效提高靶標(biāo)肽段的分析靈敏度。
與 Orbitrap Astral 平臺相比，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀可實(shí)現(xiàn)更快的階梯能量碎裂，相關(guān)的主要應(yīng)用包括糖基化肽段分析，化學(xué)交聯(lián)肽段分析，以及未知小分子結(jié)構(gòu)鑒定等，可提高鑒定深度，以及鑒定的可信度。
圖10，糖肽分析中，對比不同碎裂模式時的鑒定及打分值
圖10 中對比了不同能量模式下，小鼠腦組織的糖肽分析結(jié)果。雖然兩種模式得到的糖肽位點(diǎn)和糖肽數(shù)量類似，但是階梯能量碎裂模式對應(yīng)的打分值更高，可信度更高。
在另一個場景下，使用階梯能量碎裂進(jìn)行大腸桿菌核糖體蛋白的交聯(lián)分析，結(jié)果如下圖11所示。對比其它兩個平臺，Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀所得的交聯(lián)肽段及對應(yīng)的譜圖數(shù)都實(shí)現(xiàn)了提升。
圖11，大腸桿菌核糖體蛋白使用 DSSO 交聯(lián)后，不同平臺所得的鑒定結(jié)果
Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀選配了生物制藥選項(xiàng)后，不僅與 Orbitrap Astral 相同，質(zhì)量范圍可從6000 擴(kuò)展到 8000，進(jìn)行變性和非變性條件下的完整蛋白分析；還可以在 Astral 中完成 ms2 掃描，進(jìn)行 top-down，middle-down 分析(圖 12)。
圖12，Astral 質(zhì)量分析器可進(jìn)行蛋白的topdown 分析，以 CAII 為例
基于 Orbitrap Astral 平臺的高掃描速度高分辨率高靈敏度等性能特點(diǎn)，以及新模式、新方法的加入，賦于 Orbitrap Astral Zoom 質(zhì)譜儀更多的可能性，也期待在后續(xù)的文章中和大家分享更多的細(xì)節(jié)和新的應(yīng)用可能性。
6月18日，讓我們一起以“質(zhì)啟新程——點(diǎn)亮發(fā)現(xiàn)之光”為躍遷引擎，攜5大顛覆性產(chǎn)品組合，開啟一場星際技術(shù)播種計(jì)劃！
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