布魯克timsTOF Pro高分辨捕集離子淌度飛行時間質譜儀的技術特點與應用綜述

布魯克(Bruker)公司的timsTOF Pro是一款革命性的高分辨捕集離子淌度飛行時間質譜儀，將平行累積連續碎裂(PASEF)技術與捕獲離子遷移譜(TIMS)技術完美結合，開創了四維組學分析的新紀元。該儀器在蛋白質組學、代謝組學、脂質組學等領域展現出卓越性能，以下將從技術原理、性能優勢和應用領域三個方面進行全面介紹。

技術原理與創新設計

timsTOF Pro的核心創新在于其獨特的捕獲離子遷移譜(TIMS)技術。TIMS技術通過在離子漏斗中施加電場和氣流，使離子根據其碰撞截面(CCS)進行分離，同時實現離子聚焦和富集。與傳統漂移管離子遷移譜相比，TIMS技術具有更高的離子利用率和分離效率，可實現100%的離子利用率。

儀器采用雙TIMS分析器設計，前端的TIMS用于離子捕獲和CCS值測定，后端的TIMS用于離子聚焦和釋放。這種設計使得離子遷移分離與質量分析可以獨立優化，顯著提高了分析靈敏度和分辨率。儀器還配備了高精度飛行時間質量分析器，質量分辨率可達60,000 FWHM，質量精度<1ppm RMS。

PASEF(平行累積連續碎裂)技術是timsTOF Pro的另一大創新。該技術通過在TIMS分離的同時進行連續的MS/MS掃描，實現了近乎100%的前體離子利用率和超高的掃描速度(最高可達200Hz)。相比傳統DDA數據依賴采集模式，PASEF技術可將蛋白質鑒定數量提高2-3倍。

卓越的性能參數

timsTOF Pro在靈敏度、通量和CCS測定精度方面設立了新標準。在蛋白質組學應用中，100ng HeLa細胞裂解液1小時LC-MS/MS分析可鑒定超過6,000種蛋白質，低至10amol的肽段仍可被高置信度檢測。動態范圍超過5個數量級，適用于血漿、組織等復雜樣本的高深度覆蓋分析。

掃描速度方面，timsTOF Pro在PASEF模式下可實現每秒100-200張MS/MS譜圖采集，遠高于傳統Orbitrap質譜儀。這種超高速掃描能力使其特別適合超高效液相色譜(UHPLC)分離，常規梯度(如15-90分鐘)下可獲得更高的肽段和蛋白鑒定數量。

離子遷移譜分辨率是timsTOF Pro的另一突出優勢。在優化的條件下，1/K0分辨率可達200-250，能夠區分結構相似的同分異構體。CCS值測定精度優于0.5%，為化合物鑒定提供了額外的正交維度。

定量性能方面，timsTOF Pro支持diaPASEF數據非依賴采集和DDA-PASEF數據依賴采集兩種模式。diaPASEF模式下，4D特征(保留時間、質荷比、CCS值和離子強度)可顯著提高定量的準確性和重現性，特別適合大規模臨床樣本分析。

廣泛的應用領域

timsTOF Pro憑借其獨特的技術優勢，在多個科學領域展現出強大應用價值。在蛋白質組學研究中，單次實驗可鑒定超過10,000種蛋白質，支持低豐度靶標(檢測限低至amol級)的精準定性定量。對于翻譯后修飾研究，可對磷酸化、糖基化等修飾位點進行高靈敏度定位。

在代謝組學和脂質組學領域，timsTOF Pro的CCS測定能力使其能夠區分結構相似的代謝物和脂質同分異構體，顯著提高化合物鑒定的準確性。結合PASEF技術的高通量特性，可在單次分析中檢測數千種代謝物或脂質分子。

在臨床研究和轉化醫學中，timsTOF Pro的高通量和重現性使其成為生物標志物發現的理想工具。4D特征(保留時間、質荷比、CCS值和離子強度)可顯著降低復雜生物樣本(如血漿、尿液)的基質干擾，提高低豐度生物標志物的檢測靈敏度。

此外，該儀器在小分子藥物研發、環境污染物分析、食品安全檢測等領域也有廣泛應用。CCS值作為化合物的固有物理化學性質，為未知化合物的鑒定提供了額外的正交證據，顯著提高了分析結果的可靠性。

智能化與用戶體驗

timsTOF Pro強調智能化操作與工作流程優化。Bruker提供完整的解決方案，包括方法開發、數據采集和數據分析軟件。儀器控制軟件具有直觀的用戶界面，預設了多種應用模板，用戶可根據需求快速建立分析方法。

數據分析方面，Bruker提供了專門針對timsTOF Pro數據開發的軟件工具，如用于蛋白質組學的MaxQuant(PASEF模塊)、用于代謝組學的MetaboScape(TIMS模塊)等。這些軟件能夠充分利用4D數據特征，實現更準確的化合物鑒定和定量。

儀器還支持遠程監控和故障診斷，可通過網絡實時查看儀器狀態和數據采集情況，提高實驗室運行效率。自動化方法開發和批處理功能進一步簡化了大規模樣本分析的工作流程。

綜上所述，布魯克timsTOF Pro高分辨捕集離子淌度飛行時間質譜儀憑借其創新的TIMS-PASEF技術、卓越的性能參數和廣泛的應用范圍，為現代組學研究提供了強有力的分析工具。其四維分析能力和超高靈敏度特點，將助力科學家在生命科學研究中獲得更深入、更全面的實驗結果。