賽默飛Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜儀全面解析

Orbitrap Exploris 480是賽默飛世爾科技(Thermo Fisher Scientific)推出的新一代組合型超高分辨質(zhì)譜系統(tǒng)，代表了當前Orbitrap技術(shù)的最新發(fā)展水平。這款儀器專為高通量生物制藥研究和學術(shù)實驗室設(shè)計，通過創(chuàng)新的硬件架構(gòu)和智能軟件系統(tǒng)，為蛋白質(zhì)組學、代謝組學以及生物制藥表征等領(lǐng)域提供了分析能力。以下將從技術(shù)特點、性能優(yōu)勢、應用場景等多個維度對這一質(zhì)譜儀進行詳細介紹。

儀器概述與設(shè)計理念

Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜儀是賽默飛在2019年美國質(zhì)譜年會(ASMS)上推出的革命性質(zhì)譜產(chǎn)品，旨在滿足轉(zhuǎn)化醫(yī)學和生物制藥領(lǐng)域?qū)?strong>高通量、高精度蛋白質(zhì)分析的迫切需求。作為Q Exactive HF-X的升級機型，它在保持Orbitrap超高分辨率特性的同時，體積縮減為前代產(chǎn)品的一半，大大節(jié)省了實驗室空間。

這款儀器的設(shè)計理念聚焦于三個核心：性能極限、操作簡易和穩(wěn)定耐用。它采用了賽默飛新一代通用架構(gòu)，整合了成熟技術(shù)與創(chuàng)新功能，通過智能驅(qū)動的分析框架，使研究科學家能夠更廣泛地應用質(zhì)譜技術(shù)進行蛋白質(zhì)鑒定、定量分析和結(jié)構(gòu)表征。其緊湊的臺式設(shè)計特別適合空間有限的實驗室環(huán)境，而增強的穩(wěn)定性和易維護性則確保了長時間運行的可靠性。

Orbitrap Exploris 480的推出標志著質(zhì)譜技術(shù)向"智能化"和"大眾化"方向發(fā)展，使更多分子生物學家和生物化學家能夠輕松獲得專業(yè)級的質(zhì)譜分析結(jié)果。儀器通過預設(shè)實驗模板和直觀的拖放式界面，大大降低了操作門檻，讓研究人員可以將精力集中在科學問題而非儀器操作上。

核心技術(shù)參數(shù)與硬件創(chuàng)新

Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜儀擁有一系列令人印象深刻的技術(shù)參數(shù)，這些參數(shù)共同構(gòu)成了分析性能基礎(chǔ)：

• 分辨率：最高可達480,000@m/z 200（低速掃描模式下），能夠清晰分辨質(zhì)量差異極小的分子。

  
  

• 質(zhì)量范圍：標準模式下為m/z 40-6000，通過選配Biopharma選項可擴展至m/z 8000，適合大分子藥物如抗體和抗體偶聯(lián)藥物(ADC)的分析。

  
  

• 掃描速度：高達40Hz（分辨率設(shè)為7500時），顯著提高了高通量實驗的效率。

  
  

• 質(zhì)量精度：外標校正下<1ppm，內(nèi)標校正下<3ppm，為高置信度鑒定提供了保障。

  
  

• 靈敏度：可檢測低至amol級(10^-18摩爾)的肽段，信噪比(S/N)>10，對單細胞蛋白質(zhì)組學等前沿研究至關(guān)重要。

  
  

在硬件方面，Orbitrap Exploris 480進行了多項創(chuàng)新設(shè)計：

1. 離子傳輸系統(tǒng)：采用改進型主動離子傳輸系統(tǒng)(AABG)和分段式四極桿，配合rod switching功能，大幅提升了抗污染能力和儀器耐久性。測試表明，即使持續(xù)進樣高達2000μg全細胞蛋白質(zhì)酶解產(chǎn)物，也未出現(xiàn)明顯的蛋白質(zhì)鑒定數(shù)量降低。

   
   

2. 離子源選項：標配OptaMax NG離子源，可兼容FAIMS Pro接口，也可選配EASY-IC內(nèi)標校正系統(tǒng)和Biopharma選項，滿足不同應用場景需求。

   
   

3. 真空系統(tǒng)：采用六級泵送技術(shù)的單渦輪泵設(shè)計，減少了運動部件，降低了能耗和噪音，同時保持了優(yōu)異的真空性能。

   
   

4. 檢測系統(tǒng)：新型高場Orbitrap質(zhì)量分析器將分辨率和采集速度提高了一倍，而線性離子阱支持快速MS/MS掃描(TurboTMT64模式)，提高了低豐度離子檢測效率。

   
   

突破性性能特點

Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜儀具備多項突破性性能特點，使其在同類產(chǎn)品中脫穎而出：

超高分辨率與靈敏度

搭載480,000分辨率Orbitrap質(zhì)量分析器(m/z 200)，支持單次實驗鑒定超過10,000種蛋白質(zhì)，可檢測低至amol級的痕量分子。通過FAIMS Pro離子淌度多維分離技術(shù)，顯著降低復雜基質(zhì)干擾，信噪比提升10倍，特別適用于血液、組織等復雜生物樣本的深度分析。

精準定量能力

儀器支持TurboTMT 11-plex標記和Label-free非標記定量技術(shù)，動態(tài)范圍超過5000:1，可實現(xiàn)多組間差異蛋白的高精度定量。SureQuant靶向定量流程簡化了PRM方法設(shè)置，無需預設(shè)保留時間，有效解決了復雜樣本檢測中的缺失值問題。

寬質(zhì)量范圍與高效掃描

質(zhì)量范圍覆蓋40-6000m/z，滿足大分子藥物(如抗體、ADC)的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性分析需求。40Hz超快掃描速率(分辨率7500)結(jié)合智能實時采樣策略，顯著提升了高通量實驗效率。

模塊化設(shè)計與工業(yè)級穩(wěn)定性

儀器體積較前代縮小50%，兼容EASY-IC內(nèi)標校正技術(shù)(質(zhì)量偏差<1ppm)，確保長期穩(wěn)定性。分段式四極桿和HCD碰撞池支持高能量碎裂，特別適合磷酸化、泛素化等翻譯后修飾的精準定位。

智能數(shù)據(jù)采集與易用性

Orbitrap Exploris 480引入了多項智能數(shù)據(jù)采集技術(shù)：

• Precursor Fit Filter算法減少共流出離子干擾，避免掩蓋蛋白質(zhì)豐度的真實差異，確保獲得的MS/MS質(zhì)量。

  
  

• TurboTMT智能采集基于新型ΦSDM光譜處理，提高基線解析TMT報告離子同位素的分辨率，加快TMT實驗的質(zhì)譜采集。

  
  

• BoxCar DIA技術(shù)改善肽檢測的動態(tài)范圍，提高數(shù)據(jù)非依賴性采集(DIA)的覆蓋深度。

  
  

儀器采用Thermo Fisher TNG (The Next Generation)軟件界面風格，在數(shù)據(jù)采集軟件Xcalibur中預置了豐富的針對具體應用的方法模板，大多數(shù)用戶只需直接調(diào)用模板即可實現(xiàn)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集。

典型應用領(lǐng)域

Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜儀憑借其性能，在多個前沿研究領(lǐng)域展現(xiàn)出強大應用價值：

蛋白質(zhì)組學深度覆蓋

單次實驗可鑒定超過10,000種蛋白質(zhì)，支持低豐度靶標(檢測限低至amol級)的精準定性定量。例如，利用TMTpro 16-plex標記結(jié)合Orbitrap Exploris 480，已實現(xiàn)單細胞水平(約10個細胞)的蛋白質(zhì)組分析，鑒定超過2,000種蛋白質(zhì)，為腫瘤異質(zhì)性研究提供了有力工具。

翻譯后修飾解析

對磷酸化、泛素化等關(guān)鍵修飾位點進行高靈敏度定位，揭示蛋白質(zhì)功能調(diào)控機制。在一項新冠病毒研究中，通過磷酸化蛋白質(zhì)組學分析奧密克戎感染的宿主細胞，發(fā)現(xiàn)病毒調(diào)控JAK-STAT通路的關(guān)鍵磷酸化位點。

多組學定量研究

通過TurboTMT 11-plex標記技術(shù)或非標記(Label-free)方法，實現(xiàn)多組間差異蛋白的高精度定量分析。儀器支持從探索性到靶向定量的全流程工作流程，為系統(tǒng)生物學研究提供全面數(shù)據(jù)支持。

生物制藥表征

精確分析抗體、ADC藥物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及修飾異質(zhì)性，為藥物開發(fā)提供質(zhì)控支持。在一項ADC藥物研究中，成功表征了藥物-抗體比(DAR)的分布及降解產(chǎn)物。

臨床轉(zhuǎn)化應用

從血液、組織等樣本中挖掘痕量生物標志物，推動疾病機制研究與精準醫(yī)療發(fā)展。其高靈敏度、高穩(wěn)定性和高通量特點特別適合大規(guī)模臨床樣本篩查。

此外，Orbitrap Exploris 480還可應用于環(huán)境污染物檢測、食品安全分析等領(lǐng)域，其高靈敏度和選擇性能夠準確測定樣品中微量化合物。

創(chuàng)新技術(shù)與工作流程

Orbitrap Exploris 480引入了多項創(chuàng)新技術(shù)和工作流程，顯著提升了質(zhì)譜分析的效率和可靠性：

FAIMS Pro離子淌度接口

這一可選配的新一代離子遷移技術(shù)通過氣相分餾提高分析性能，改善目標化合物類別的選擇性。無論色譜流速或上樣量如何，F(xiàn)AIMS Pro都能降低譜圖復雜性并提高目標分析物的信噪比，從而獲得更高的樣品覆蓋度和數(shù)據(jù)可信度。研究表明，F(xiàn)AIMS Pro接口可以將蛋白質(zhì)組學覆蓋率提高20%。

EASY-IC內(nèi)標校正系統(tǒng)

這一免維護的二次離子源將調(diào)節(jié)數(shù)量的校正離子輸送到MS中，實時微調(diào)儀器的m/z校準，糾正因溫度波動和掃描間變化導致的未補償誤差。EASY-IC可將質(zhì)荷比(m/z)質(zhì)量精度提高到1ppm以下至少五天，確保結(jié)果符合嚴格標準。

SureQuant靶向定量工作流程

這是一種數(shù)據(jù)感知型定量掃描模式，利用內(nèi)標動態(tài)調(diào)整掃描參數(shù)，自動、實時地靶向蛋白組分析的數(shù)據(jù)質(zhì)量。SureQuant方法大規(guī)模靶標分析的空白，具有的定量性能，且靶標檢測獨立于保留時間(RT)計劃，可實現(xiàn)可靠、穩(wěn)健的靶標定量。

TurboTMT定量技術(shù)

基于新型ΦSDM光譜處理的TurboTMT智能采集提高了基線解析TMT報告離子同位素的分辨率，并加快TMT實驗的質(zhì)譜采集，從而提高可定量肽的通量和可靠性。這一技術(shù)使得Orbitrap Exploris 480在多重蛋白質(zhì)組分析中能夠提供同類優(yōu)良的TMT定量結(jié)果。

智能數(shù)據(jù)采集模式

儀器支持多種*的掃描模式：

• 數(shù)據(jù)依賴性采集(DDA)：自動選擇前N個峰進行MS/MS分析

  
  

• 數(shù)據(jù)非依賴性采集(DIA)：全掃描模式，適合靶向定量

  
  

• 實時數(shù)據(jù)庫搜索：在采集時匹配數(shù)據(jù)庫，提高通量

  
  

這些創(chuàng)新技術(shù)共同構(gòu)成了Orbitrap Exploris 480的智能驅(qū)動分析框架，使研究人員能夠從復雜樣品中提取更多有價值的信息。

軟件生態(tài)系統(tǒng)與用戶體驗

Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜儀配備了強大的軟件生態(tài)系統(tǒng)，大大提升了用戶體驗和數(shù)據(jù)解析能力：

通用方法編輯器

提供直觀的方法編程界面，包含大量預定義且可編輯的模板，如糖基化、代謝物、肽ID、肽定量、PTM、高級TMT、SureQuant方法等。用戶可通過簡單的拖放操作快速創(chuàng)建并直觀顯示自己的實驗方案，大大降低了方法開發(fā)門檻。

Thermo Scientific Almanac

基于網(wǎng)絡(luò)的應用程序，允許用戶實時查看儀器操作和數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，接收運行狀態(tài)通知。這一功能為科學家提供了實驗室系統(tǒng)使用的可視性，無論他們身在何處。

專業(yè)分析軟件包

• Proteome Discoverer：全面的蛋白質(zhì)組學分析平臺，支持從原始數(shù)據(jù)到生物學解釋的全流程分析

  
  

• Compound Discoverer：非靶向代謝組學分析解決方案，支持代謝物鑒定和通路分析

  
  

• Chromeleon：高效的LC-MS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，簡化數(shù)據(jù)存儲和檢索流程

  
  

統(tǒng)一的操作體驗

Orbitrap Exploris 480的使用者將體驗到與賽默飛三合一高分辨質(zhì)譜(Orbitrap Fusion)儀器共享的通用方法編程接口和離子源的便利。這種一致性簡化了實驗室內(nèi)部的知識轉(zhuǎn)移和人員培訓，降低了多平臺實驗室的運行成本。

自助服務能力

儀器設(shè)計注重易維護性，易于訪問重要的系統(tǒng)組件進行維護。耐用的設(shè)計最大限度地減少了對性能相關(guān)維護的需求，從而提高了正常運行時間和樣品通量。

市場定位與總結(jié)

Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜儀的市場定位為研究級質(zhì)譜系統(tǒng)，主要面向：

• 大型學術(shù)研究機構(gòu)的核心設(shè)施

  
  

• 生物制藥企業(yè)的研發(fā)和質(zhì)量控制部門

  
  

• 專業(yè)臨床研究中心的轉(zhuǎn)化醫(yī)學平臺

  
  

• 政府監(jiān)管機構(gòu)的參考實驗室

  
  

其報價區(qū)間為500萬-1000萬人民幣，具體價格取決于配置選項。雖然價格不菲，但其的性能和穩(wěn)定性為研究提供了可靠保障。

與傳統(tǒng)質(zhì)譜儀相比，Orbitrap Exploris 480的主要競爭優(yōu)勢在于：

1. 更小的占地面積：體積僅為前代Q Exactive的一半，節(jié)省了寶貴的實驗室空間。

   
   

2. 更長的正常運行時間：耐用的設(shè)計和增強的自助服務能力減少了停機時間。

   
   

3. 更高的通量：40Hz的掃描速度和智能數(shù)據(jù)采集策略加快了研究進程。

   
   

4. 更廣泛的應用范圍：從蛋白質(zhì)組學到生物制藥表征，覆蓋了現(xiàn)代生命科學研究的多個前沿領(lǐng)域。

   
   

總結(jié)而言，賽默飛Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜儀代表了當前臺式高分辨質(zhì)譜技術(shù)，通過創(chuàng)新的硬件設(shè)計、智能化的軟件系統(tǒng)和豐富的工作流程，為現(xiàn)代生命科學研究提供了強大工具。其"讓天才之路更簡單"的設(shè)計理念，正在使專業(yè)級的質(zhì)譜分析變得更加普及和高效，推動著蛋白質(zhì)科學、轉(zhuǎn)化醫(yī)學和生物制藥研究的快速發(fā)展。