质谱技术在检验医学领域的应用讲课资料

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1、质谱技术在检验医学领域的应用 质谱技术简介 无机质谱技术平台及应用 有机质谱技术平台及应用 概要 质谱的基本概念 质谱是什么 特殊的天平 称量离子的质量质谱能做什么 定性 化学物的结构定量 混合物的组成领域 化学 生物学 医学 药学 环境物理 地质 能源等 质谱的基本概念 质谱分析是先将物质离子化 再按离子的质荷比将其分离 然后测量各种离子的谱峰强度而实现分析目的的一种分析方法 质量是物质的固有特性之一 不同的物质有不同的质量谱 质谱 利用这一特性 可以进行定性分析 谱峰强度又与它代表的化合物含量有关 利用这一点 可以进行定量分析 发展史 1919年 英国科学家弗朗西斯 阿斯顿制成第一台质谱仪

2、 早期的质谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析 20世纪40年代以后开始用于有机物分析 60年代出现了气相色谱 质谱联用仪 成为了有机物分析的重要仪器 80年代末又出现了一些新的质谱技术 如比较成熟的液相色谱 质谱联用仪 感应耦合等离子体质谱仪等 目前质谱分析法已广泛应用于医学 材料 环境 地质 能源 药物 生命科学 化学等各个领域 质谱分析方法已广泛应用于临床检验 国内一些大医院已应用到了相关检测工作 如北京二炮总医院 免疫抑制剂药物浓度监测 氨基酸营养状况评价等 广州市妇婴医院 新生儿疾病筛查 上海市新华医院儿科研究所 遗传代谢病检测 上海市徐汇区中心医院 药物浓度监测等 香港玛丽医

3、院 代谢性疾病检测 香港北区医院 免疫抑制剂药物浓度监测 尿液游离皮质醇 等 国外很多医学独立实验室 如美国的Quest ARUP 日本的BML已经成功运用质谱法开展了诸多检测项目 Quest 内分泌系列共开展项目186项 其中用色谱法检测的有GC GC MS6项 LC10项 LC MS MS35项 ARUP 408项 其中GC GC MS191项 LC LC MS176项 LC MS MS41项 国内外应用现状 质谱仪 依据待分析物的不同 质谱仪又分为 无机质谱有机质谱 无机质谱技术平台及应用 无机质谱技术 火花源双聚焦质谱仪电感耦合等离子体质谱仪 ICP MS 二次离子质谱仪 SIMS 电

4、感耦合等离子体质谱仪 ICP MS ICP MS 电感耦合等离子体质谱仪一种利用ICP产生的离子进行质谱分析 从而完成元素定性和定量分析的检测仪器ICP 电感耦合等离子体 InductivelyCoupledPlasma 高温离子源 温度约 MS 质谱仪 MassSpectrometer 四级杆扫描质谱仪 质量范围从2到260amu Li到U 快速顺序扫描实现所有元素分离 使用双模式进行离子检测 Agilent7900ICP MS HPLC 四级杆质谱 流动相 进样器 预柱 HPLC 色谱柱 雾化器 雾化腔 泵 炬管 样品锥 监测器 待测粒子的流向 ICP MS原理图 分子 原子 离子 气溶胶

5、 粒子 吸收过程 发射过程 雾化过程 去溶过程 蒸发过程 原子化 电离过程 Massanalyzer 固体样品 液体样品 样品蒸发 解离 原子化 电离等过程 ICP MS分析过程 Page18 环境 49 饮用水 海水 环境水资源食品 卫生防疫 商检等土壤 污泥 固体废物生产过程QA QC 质量控制烟草 酒类质量控制 鉴别真伪等Hg As Pb Sn等的价态形态分析 半导体 33 高纯金属 电极 高纯试剂 酸 碱 有机 Si晶片的超痕量杂质光刻胶和清洗剂 医药及生理分析6 头发 全血 血清 尿样 生物组织等医药研究 药品质量控制药理药效等的生物过程研究 地质学 2 金属材料 合金等土壤 矿石

6、沉积物同位素比的研究激光熔蚀直接分析固体样品 核工业 5 核燃料的分析放射性同位素的分析初级冷却水的污染分析 化工 石化等 4 R DQA QC 法医 公安等 1 射击残留物分析特征材料的定性来源分析毒性分析 检验医学领域应用 主要应用于临床样本 血液 尿液 毛发 组织等 的元素分析 如 Pb Se Hg Cd Mg Fe Ca Zn Cu Mn等 科研样品元素分析 元素检测的需要 ICP MS技术优势 ICP MS是目前发展最快的痕量元素分析技术分析元素覆盖面广 可达73种元素 分析速度快 样品停留时间仅几毫秒 检出限低 多数元素检出限为ppb ppt级 线性范围宽 可达9个数量级 谱图干扰

7、少 原子量相差1可以分离 可进行同位素分析可与多种进样技术联用 色谱 激光烧蚀等 仪器成本高安装条件苛刻技术人员要求高 与原吸技术比较 指标AASICP MS检出限ppmppb ppt线性范围2 39 干扰较多较少速度慢快元素覆盖范围窄广多元素同时分析NOYES样品需求量uLuL仪器成本 运行成本 分析元素广 D L range 1ppt1 100ppt0 1 1ppb 极低检出限 线性范围宽 9个数量级的动态线性范围 有机质谱技术平台及应用 色谱法是一种分离方法 它利用物质在两相中分配系数 或吸附系数 的微小差异产生了很大的效果 使各组份分离 以达到分离 分析及测定一些物质的目的 什么是色谱

8、 气相色谱仪 液相色谱仪 色谱分析仪 色谱 质谱联用 色谱的高分离性能 质谱的高鉴别特点 串联质谱仪气相色谱 质谱仪 LC MS MS GS MS 质谱联用仪 蛋白组学代谢组学个性化医学疾病诊断药物临床试验和新药研发 主要应用 旨在研究比较细胞在不同生理或病理条件下蛋白质表达的异同 对相关蛋白质进行分类和鉴定 更重要的是蛋白质组学的研究要分析蛋白质间相互作用和蛋白质的功能 旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式 其内容包括蛋白质的定性鉴定 定量检测 细胞内定位 相互作用研究等 最终揭示蛋白质功能 因此是基因组DNA序列与基因功能之间的桥梁通过蛋白质组学的研究 找到更多具有医学实际意义的蛋

9、白标志物 用以帮助疾病的诊断 分期 危险性预测以及药物作用靶点因此 蛋白质组学研究的数据与基因组学数据的整合 将会在基因组研究中发挥重要作用 同时 该研究也促进了分子诊断的发展 如寻找药物的靶分子 蛋白组学 代谢组学的研究就是运用一系列分析化学手段 如色谱 质谱 核磁共振 光谱等 通过分析生物体液 组织中的内源性代谢产物谱的变化来研究整体的生物学状况和基因功能调节 作为系统生物学的重要组成部分 代谢组学已经成为继基因组学 转录组学 蛋白质组学之后兴起的一个新的组学研究热点 与基因组学 蛋白质组学相比 代谢组学研究的是已经发生的改变 而前两者研究的是可能发生的改变 因此在这个意义上说 代谢组学更

10、接近于临床 代谢组学 个体化用药 就是药物治疗 因人而异 量体裁衣 充分考虑每个病人的个人因素 现在 合理用药被公认为是个体化给药的核心 而合理用药则需要通过药物基因组学和治疗药物监测等手段来实现 药物基因组学主要研究遗传因素对药物效应的影响 确定药物作用的靶点 研究从表型到基因型的药物反应的个体多样性 即将基因的多态性与药物效应的个体多样性紧密联系在了一起 而患者用药后 体内的药物浓度必须达到稳定浓度时才能获得其治疗效果 而很多药物的有效治疗浓度与中毒浓度之间差距很小 不同个体对药物的吸收和代谢差异很大 因此 需要定期检测血药浓度 既要达到治疗效果 又要防止药物中毒 这就是治疗药物监测的概念

11、 质谱技术用于血药浓度监测 具有专属性强 准确度高 重现性好 灵敏度高 成本低等优点 个体化用药 遗传代谢病检测系列内分泌系列神经递质类长链 极长链脂肪酸 疾病诊断 LC MS MS血氨基酸和酰基肉碱的检测 可一滴血一次实验检测数十种氨基酸 酰基肉碱谱 共计106项指标 综合判断40余种遗传代谢病 包括氨基酸代谢病 有机酸血症 脂肪酸氧化缺陷疾病 GC MS尿液有机酸检测 一次性检测132项指标 可辅助检测40余种遗传代谢病 主要为有机酸血症 也包括氨基酸代谢病及脂肪酸氧化缺陷病 遗传代谢病系列 社会 提高人口素质 造福于患者医院 提高医生诊治水平 提高医院知名度 扩大影响 解决纠纷新生儿 患

12、者及家庭 避免或减少伤残儿减轻家庭及个人负担 遗传代谢病检测 意义 类固醇激素在体内代谢过程非常复杂 因此大部分需通过其代谢产物进行测定 而所检测的生物样本均具有复杂的基体干扰 且个体基质具有差异 浓度范围跨度大 有些内分泌诊断标志物浓度跨度约有10个数量级 因此需要灵敏度高 选择性强的方法 可以在很多其他内源性物质的存在下准确分析目标物 与传统检测方法相比 串联质谱技术可以很好地满足以上要求 内分泌系列 传统方法高效液相色谱法竞争蛋白结合法手动放射免疫法现行方法自动免疫分析法高效液相色谱 串联质谱法 维生素系列 VD 特异性要求准确测定25OHD2和25OHD3两种形式的含量基质干扰血清中含

13、有大量的高亲和力结合蛋白系统之间的标准化灵敏度 需要达到ng mL级样品用量 维生素D检测 技术难点 串联质谱 前景应用 肿瘤标记物的早期痕量分析心血管疾病标记物的早期痕量检出传染病学痕量应用 全国市场网络 服务全国6000多家医疗机构 其中三甲医院200多家 二甲医院2000多家 仅广东省内服务客户近1000家 CRO 卫生检验 科研等服务相关多元化 广州 金域服务网络 病理检测中心血液病检测中心感染性疾病检测中心妇女健康检测中心个性化检测中心优生优育检测中心内分泌疾病检测中心 以临床为导向的检测中心 流式细胞分析技术平台免疫组化技术平台荧光原位杂交分析技术平台细胞与分子遗传检测技术平台分子

14、诊断检测技术平台均相酶免疫反应检测技术平台 EMIT 质谱 色谱检测技术平台 高新技术平台 金域质谱平台 高效液相色谱 串联质谱仪气相色谱质谱仪API3200 5台Agilent5975C 1台API4000 1台岛津2010UItra 6台API5500 1台Agilent5977A 1台MPX LC MS MS 5台Agilent6460 单通道 2台电感耦合等离子体质谱仪Agilent6495 1台Agilent7500a 1台超高效液相色谱仪Agilent7700 x 6台Agilent1290UPLC 4台Agilent7900 3台ThermoX2 1台 业务模块 业务模块 主要应用项目 GC MS平台 尿液有机酸项目 132个指标 45种疾病 如甲基丙胺酸 苯丙酮尿症 极长链脂肪酸 不饱和脂肪酸项目等 LC MS MS 血遗传代谢病项目 106个指标 45种疾病VD项目 D2 D3尿游离皮质醇 4天出报告 药物浓度 环孢霉素 普乐可复UHPLC VA VEICP MS 全血微量元素半定量 全定量 尿液微量元素半定量 全定量 科研项目等