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突破百年瓶頸！科研團隊研發新型質譜儀 可同時分析十億個分子
2026年03月26日 15:28:32
來源：化工儀器網 作者：珙桐 點擊量：216
美國洛克菲勒大學科學家團隊在《科學進展》(Science Advances)雜志上發表研究成果，成功研發出名為“MultiQ-IT”的新型質譜儀原型。
近日，美國洛克菲勒大學科學家團隊在《科學進展》(Science Advances)雜志上發表研究成果，成功研發出名為“MultiQ-IT”的新型質譜儀原型。該設備打破傳統質譜儀串行分析的局限，可同時冷卻、捕獲、過濾并操控多達十億個分子，容量較傳統儀器提升1000倍，信噪比提高100倍，為質譜技術的革命性升級提供了全新藍圖，有望推動其在基因組學、蛋白質組學等領域實現突破性應用。
相關論文：A nature-inspired ion trap for parallel manipulation of ions on a massive scale
作為生物學、化學領域最核心的分析工具之一，質譜儀主要用于鑒定樣品中分子的種類與數量，廣泛應用于生物醫學、藥物研發、單細胞分析等多個領域。然而，自1913年問世以來，傳統質譜儀始終存在一個核心瓶頸——采用串行分析模式，一次僅能處理一兩種或少數幾種分子，不僅效率低下、檢測成本偏高，還常常導致那些稀有卻具有關鍵生物學意義的分子“漏網”，難以滿足復雜樣本(如單細胞)的全面分析需求。
此次研發的MultiQ-IT質譜儀原型，其核心靈感源于自然界的智慧——團隊對細胞核孔復合物的長期研究發現，細胞并非依賴單個通道完成分子運輸，而是通過數百個微小通道并行處理任務，這一機制為儀器設計提供了關鍵啟發。研究團隊由Andrew N. Krutchinsky和Brian T. Chait領銜，他們設計了一種全新的立方體離子捕獲室，取代了傳統質譜儀的核心部件，其內壁布滿數百個可獨立控制的小型開口，這些開口由立方陣列排布的小型四極桿構成，形成多個離子進出通道。
與傳統儀器逐一分析離子的模式不同，MultiQ-IT的工作原理更具創新性：在捕獲室內，離子通過與殘留氣體分子的多次碰撞減速，隨后隨機擴散并進入不同的微型通道，從而實現多個離子群體的同時過濾、存儲與操控。為驗證技術可行性，研究團隊將最初的6個開口逐步擴展至1000多個，并進行了系統測試，結果表明，單個離子輸入流可被高效分割為多個并行流，實現同步分析。
實驗數據顯示，在486端口的原型版本中，MultiQ-IT可同時容納高達100億個電荷，容量約為傳統離子阱的1000倍；更值得關注的是，該設備通過獨特的電壓壁壘設計，讓豐度較高的背景分子“主動泄漏”，同時保留稀有、富含信息的目標分子，使系統信噪比提升100倍，成功檢測到以往無法捕捉的低豐度蛋白質信號，為解析大型蛋白質復合物的三維結構提供了全新可能。此外，該裝置還具備實時電荷鑒別、并行離子束分離功能，離子通量較現有商用質譜儀提升三個數量級，且可與現有商用質譜儀兼容，易于集成擴展。
研究團隊表示，MultiQ-IT的研發理念與并行計算、大規模并行DNA測序的變革邏輯一致——通過并行化處理突破技術瓶頸，有望像這兩項技術一樣，徹底變革分析科學領域。目前，該設備仍處于原型階段，但其展現出的卓越性能，已為下一代高通量質譜儀的研發指明了方向。未來，隨著技術的進一步優化和商業化落地，它將在單細胞蛋白質組學、代謝組學、藥物研發等領域開辟新的應用前景，幫助科學家更精準地解析分子世界的奧秘，加速相關領域的研究進程。
資料來源：Science Advances、科技日報
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