与Astral面对面｜赛默飞高分辨质谱新品中国首展

仪器信息网讯 2023年6月质谱界盛会不断，前有美国质谱年会（ASMS），后有中国质谱学术大会（CMSC）盛大重启，这种时刻，各家质谱厂商都卯足了劲展示最新的技术、产品和应用。相信最近几天，大家都被赛默飞基于全新质量分析器的Orbitrap^TM Astral^TM高分辨质谱仪霸屏了。6月5日美国ASMS上“新鲜出炉”的Orbitrap Astral高分辨质谱仪，6月10日在杭州召开的中国质谱学术大会现场便能一窥“庐山真面”，且不说这是赛默飞在Orbitrap之后推出的又一创新的质量分析器，光是全球同步发布，中国首台落户诺禾致源等消息就已足够吸引眼球。

那么Astral质量分析器的原理是什么？Orbitrap和Astral的组合，能解决哪些痛点？Orbitrap Astral高分辨质谱仪最适合的应用场景有哪些？本文将为你答疑解惑。

在对于生命体的理解中，作为生命活动的最终执行者，蛋白质的重要性不言而喻。蛋白组学能够触达的领域横跨研究发现、转化研究、药物临床研究和诊断应用多个维度，能够将医药有机的串联起来。蛋白组学的市场有多大？各个调研机构都有自己的观点，其中身处其中的玩家更是春江水暖鸭先知，Olink认为这是一个研究领域190亿美元、诊断领域160亿美元，合计350亿美元的大市场。而Somalogic则认为，蛋白组学的市场可能高达900亿美元。

作为分析蛋白质的金标准——质谱技术，头部质谱厂商均孵化着自己的“看家本领”，并在不断改善提升。由于蛋白质分析的复杂性，质谱技术应用于蛋白质组学分析也有明确的三大提升方向:更高的检测通量（将检测的能力提升至上万个样品的大队列的水平）、更高的蛋白组覆盖度（每次检测中都能够得到所分析样品更高的蛋白鉴定深度，从而鉴定与定量更多感兴趣的蛋白）、更高的灵敏度（在极低量的样品中如单细胞样品中即可获得最大蛋白组覆盖度的能力）。

赛默飞此次推出的Orbitrap Astral高分辨质谱仪就是为解决上述蛋白质组学分析瓶颈的创新产品，其最适合的应用场景有：1. 高灵敏度检测与Astral非对称轨道无损质量分析器低样品上样，包括单细胞实验；2.精准的非标定量(LFQ)和串联质量标签(TMT)的定量分析；3.在更广泛的动态范围可用于生物制药选择天然蛋白复合物的综合分析。

Orbitrap Astral高分辨质谱仪中国首展现场

Astral是何方神圣？

Astral是赛默飞推出的全新非对称轨道无损质量分析器，作为一个组合词，其英文名称为Asymmetric Track Lossless (Astral)  analyzer，代表着非对称、轨道、无损。Astral结合了Orbitrap的静电场，时间和空间离子聚焦功能，近乎无损的离子传输轨道30米；自动增益控制AGC累积离子，高动态范围的双模检测器；以及200Hz的扫描速度，纳秒级脉冲离子检测等功能于一体，质量分辨率可达80000（m/z=524），m/z=130也可达到50000以上的分辨率。

Astral非对称轨道无损质量分析器的内部结构图

离子在双压离子处理器（Ion Processor），以高达200 Hz 的速度捕获和碎裂离子，之后通过AGC控制离子有序的进入注入光学器件 （Injection Optics）中，注入光学器件是具有时间相关电位的能量控制电极组合，可以精确对齐离子束以减少能量扩散，提高灵敏度。离子经过加速后进入由非对称离子镜（Asymmetric Ion Mirror）和离子箔 (Ion Foil) 围成的静电场区域内，离子沿着非对称离子镜的方向进行震荡，并折返回到高动态范围的双模检测器（High Dynamic Range Detector）中进行检测。非对称离子镜及离子箔可以在时间和空间上将离子在震荡过程中能量分散降到最低，更好的聚焦离子，从而近乎无损的传输离子以提高分辨率和灵敏度。

目前DIA技术已成为蛋白质组学领域最火的技术之一。众所周知，隔离窗口宽度直接影响了选择性和检测的动态范围，因此在实际的应用中，需要平衡隔离窗口、扫描速度、定性的选择性以及定量准确性之间的关系。科学家们曾经设想，有朝一日如果以DDA的技术实现DIA的分析，那么蛋白质组学的分析将更上一层楼，这个设想现在可以在Orbitrap Astral高分辨质谱仪上实现。Orbitrap Astral高分辨质谱仪的一级扫描采用Orbitrap，通常以24万的分辨率来进行，鉴于Astral非对称轨道无损质量分析器200HZ的扫描速度，DIA的分析隔离窗口可以窄到2 Da，从而提高选择性，提升定性定量的准确度。

赛默飞Orbitrap Astral高分辨质谱仪崭新技术背后的灵感源于重新定义药物发现与转化研究的可能性，更高通量、更深覆盖、更高灵敏度的精准定量分析推动蛋白质组学在药物发现与转化研究方面进一步发挥作用。

解决蛋白组学应用的多个痛点

Orbitrap 静电场轨道阱质量分析器、四极杆质量分析器与Astral 非对称轨道无损质量分析器结合，在组学数据深度挖掘上提供了颠覆性的解决方案，让过去需要30多个小时深度覆盖12000蛋白的工作，只需要单针进样1小时分析就能完成，同时向单细胞领域、血液分析领域做出了令国内外专家震惊的数据规模。这大大突破了目前蛋白质组学的分析瓶颈，为物种蛋白质组全覆盖做好了坚实的准备。

1. 高通量快速检测：Orbitrap Astral高分辨质谱仪能够在一天内分析 180 个样品，而且每个样品可以定量 8000 多个蛋白质组。单日可定量分析 140 多万个蛋白质组数据点，高通量进样循环只需 8 分钟。（目前质谱仪的单日最大检测通量为48个样品）

2. 蛋白组覆盖度广：Orbitrap Astral高分辨质谱仪采用自下而上的蛋白质组学研究方法来分析人类细胞裂解物。如果一次进样，可以在一个小时内定量分析 12000 个蛋白质；如果多次进样，可以在 4.5 小时内定量分析 15000 个蛋白质。这些方法几乎可以覆盖完整的蛋白质组，降低了遗漏重要目标蛋白质的可能性。

3. 更高灵敏度：生物学的复杂性和异质性需要定量分析较少数量的细胞群或单个细胞。蛋白质组的动态范围很广，可以定量分析拷贝数极低的蛋白质。Orbitrap Astral 高分辨质谱仪可以定量分析等量单细胞样品中的 5000 多种蛋白质，并且针对大队列样品，只需数百个拷贝即可准确定量蛋白质。

中国首台Astral，落户诺禾致源

6月10日的新品发布会上，诺禾致源作为全球首批、中国首家成功引进Orbitrap Astral高分辨质谱仪。

目前诺禾致源的质谱平台已经积累了各种样本类型的检测服务及生物信息学分析经验，未来，其希望引领蛋白质组学新风向，争取早日取得DIA、Label-free、TMT等多个蛋白定量技术在蛋白质组检测深度、检测灵敏度及检测通量等方面的突破。

Orbitrap Astral高分辨质谱仪具有多项优异性能，让我们期待其为蛋白组学带来更多惊喜。