分享至
聲音專欄|Run FAST 迅捷的Echo MS系統（1）
Run FAST | 迅捷的Echo? MS系統（1）
Hey，大家好，我是您的質譜應用專家劉婷，來自SCIEX中國市場部，負責高級解決方案的開發與支持。16年的一線應用經驗，讓我深感到質譜應用信息共享的重要性。無論是質譜前沿技術，還是常用技術的深入應用，都希望在我的這個專欄中能和大家分享。“婷視角，看分析”希望拓寬您的視野，進入美妙的的質譜應用世界。
01
大家好，我們又見面了。上兩期內容，我們談到了兩個新產品：OptiFlow? Turbo V 離子源和SCIEX Triple Quad? 5500+ LC-MS/MS 系統 – QTRAP? Ready。其中，OptiFlow? Turbo V 離子源的設計特點主要是：方便易用，如：微升流速和納升流速間的快速切換，無需調試噴針位置，等等；其有3個應用特點：提高靈敏度、長期噴霧穩定性和正負切換穩定性。另一款新產品SCIEX Triple Quad? 5500+ LC-MS/MS 系統 – QTRAP? Ready，主要沿用了SCIEX Triple Quad?? 6500+系統的2個革新硬件技術：雙聚焦QJet?離子導向技術和高能打拿極檢測器，獲得了更優異的離子捕獲和傳輸能力，實現了5 ms正負切換速度和6個數量級的線性范圍。2020年6月2日，SCIEX 舉辦了2020年度系列新品發布會。正式面向全球客戶同步發布：超高檢測通量分析的Echo? MS系統。
本期內容主要介紹Echo? MS系統的研發背景和工作原理。Echo MS系統的創新性在于：它不用連接液相色譜系統（LC）就可進行穩定定量分析，將質譜儀從作為液相色譜檢測器的角色中分離出來，使質譜檢測不再受限于色譜分離時間限制，真正意義上做到了超高通量分析[1]。
02
Echo MS系統能達到的超高通量，又是怎樣的要求呢？實際上，上世紀90年代末，為了提高藥物發現的效率，制藥公司會使用組合化學和高通量篩選等新型技術，這也導致了藥物公司對高通量技術的新要求——將通量從每天數百個樣本擴展到每天超過100,000個樣本。
為了解決通量問題，2008年，SCIEX和美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Lab)簽署的一項合作研究“ 開放端口接口(Open Port Interface, OPI)技術系統”的協議。近幾年，SCIEX與Labcyte公司聯合進行了一項使用OPI的聲波激發進樣（Acoustic Droplet Ejection，ADE） 試驗，實驗結果令人滿意，檢測通量可達每天100, 000個樣本。而后，該系統被轉移到康涅狄格州格羅頓(Groton, CT)的輝瑞公司(Pfizer)進行實際樣品測試。輝瑞公司成功的將這項技術應用在體外藥物篩查、血漿動力學(plasma- based pharmacokinetics)、酶動力學和納米合成產物等方面研究，同時加速了該項技術的商業化進程[2]。在2019年, SCIEX成功將商品化的Echo MS系統推向市場。
03
了解了Echo
MS系統的研發背景，再來看看Echo MS系統的組成和工作原理。Echo MS系統是聲波激發與質譜耦合技術(Acoustic Ejection
Mass Spectrometry，AEMS)的商品名， 該技術有時也叫做聲波激發-開放端口接口-質譜儀（Acoustic Droplet
Ejection - Open Port Interface - Mass Spectrometry， ADE-OPI-MS）。Echo
MS系統包括3個部分：ADE系統，OPI和電噴霧電離源質譜儀（ESI- MS）（圖1）[3]。?
圖1. Echo MS系統實物圖
??????? ADE：聲波激發進樣技術
??????? OPI：開放端口接口
??????? ESI-MS：基于電噴霧電離的質譜系統
ADE系統主要起樣品進樣作用，可以兼容96-, 384- 和 1536- 樣品孔板。它是一種非接觸性采樣技術，通過聲波激發作用，血漿或其他體液樣品的液面表面能穩定產生2.5 nL液滴，然后該液滴被吸入OPI系統（圖2）[4] 。ADE系統有兩個優勢：一是能穩定產生2.5 nL的樣品液滴，從而保證了進樣的穩定性；二是聲波激發的采樣速度極快，和質譜儀聯用后，采樣速度高達每秒三個樣品；這樣快速的采樣速度，每天可達200,000多個樣品的檢測通量。
OPI系統主要起樣品傳輸和稀釋作用，外部的低壓泵為OPI系統持續提供0.2-0.5 mL/min穩定流速的溶劑流入（圖2），不但可以對吸入的樣品小液滴進行在線稀釋，而且提供了自我清洗功能，這就解決了樣品前處理問題和系統交叉污染問題。最終，低壓泵提供的溶劑帶著2.5 nL樣品進入ESI源離子化區域，進行脫溶劑和離子化作用。
圖2. ADE-OPI-MS系統簡易示意圖：樣品在ADE系統聲波激發作用下，液體表面穩定產生2.5 nL小液滴，該小液滴進入OPI系統；低壓泵持續提供穩定流速（0.2-0.5 mL/min）溶劑流入OPI系統, 并將該小液滴帶到ESI離子化區域進行離子化，最后進入質譜；由于低壓泵持續提供溶劑流入OPI系統，從而解決了樣品前處理問題和系統交叉污染問題。（摘自文獻5）
ESI-MS系統為SCIEX Triple Quad? 6500+ 系統，提供優異的靈敏度、穩定性和6個數量級的線性范圍。對于質譜儀而言，未經前處理的樣品，直接進樣，會有嚴重的基質效應么？實驗結果表明：由于聲波激發進樣的進樣量僅為2.5 nL， 且在OPI系統中有亞-mL/min級別的溶劑在線稀釋，Echo MS系統并未發現強基質效應（圖3）。
圖3. 不同溶劑和前處理的維拉帕米血漿標準曲線: 4 nM – 20 μM展示：血漿樣本直接進樣，和標準品對比，其基質效應很弱。
要滿足工業化的通量測試需求， Echo MS系統需要解決多個難題。如何將樣品快速傳送到質譜系統？如何保證每次進樣量的穩定性？如何避免系統的交叉污染？如何避免基質效應？ADE技術、OPI技術和SCIEX Triple Quad? 6500+ 系統的理想結合使得這些難題一一解決。目前，Echo? MS系統已被多家國際藥企所使用，助力藥物的快速研發。
了解了Echo? MS系統的研發背景和工作原理， 我們來做一下總結：
Echo? MS系統屬于聲波激發與質譜耦合技術（AEMS），包括負責進樣的ADE系統，起噴頭作用的OPI系統和ESI-MS三個部分；
Echo? MS系統的創新型在于，無需樣品前處理，滿足工業化超高通量要求的檢測系統， 可輕松實現每天100,000個樣品的檢測需求；
Echo? MS系統不但實現了超高通量，同時解決了高通量要求下的多個難題，保證了進樣穩定性、避免系統交叉污染和基質效應。
本期的主要內容，就到這里了。下期內容，我們將用具體數據介紹Echo? MS系統的性能數據和現有成熟應用。謝謝大家的收聽，我們下期再見。?
參考文獻：
1. Christine Fandozzi, et al.2019 White Paper on Recent Issues in Bioanalysis: Chromatographic Assays (Part 1 – Innovation in Small Molecules and Oligonucleotides & Mass Spectrometric Method Development Strategies for Large Molecule Bioanalysis[J]. Bioanalysis(2019)11(22),2029–2048.
2. Hui Zhang . Acoustic dispensing-mass spectrometry: the next high throughput bioanalytical platform for early drug discovery[J]. Bioanalysis(2017)9(21),1619–1621.
3. Tom Covey, Chang Liu. Innovations in Quantitation – Breaking the Throughput Sound Barrier With Echo? MS.Webinar [W/OL].2019.12.03. https://www.technologynetworks.com/tn/webinars/innovations-in-quantitation-breaking-the-throughput-sound-barrier-with-echo-ms-326821
4. Chang Liu, et al. A High Throughput Mass Spectrometry Plate Reader: Acoustic Droplet Ejection to an Open-Port Probe Sampling Interface. 2018 ASMS poster.
5. Chang Liu, et al.Acoustic-Droplet-Ejection to the Open-Port Probe Sampling Interface of MS (ADE-OPP-MS) - the Automated High-Throughput Bioanalysis Platform for Drug Discovery. 2019 ASMS poster.
