SWATH(Sequential Window Acquisition of all THeoretical Mass Spectra)是瑞士苏黎世联邦理工学院的Ruedi Aebersold 博士及其团队与AB-SCIEX联合推出的一项全新的质谱技术。它的基本原理是:依靠4个杆间电场的变化来选择离子。图1中,第一个四级杆Q1选择一定质荷比的离子,第二个四级杆Q2作为碰撞室,诱导碎片化反应,而后在质量飞行器TOF中扫描碎片离子。
SWATH 采集技术是一项突破性技术,它让分析人员只需一次分析,就能同时对样品中几乎所有可检测的化合物进行全面鉴定和定量分析 (MS/MSALL)。SWATH技术如今已广泛用于蛋白质组学研究,现在还可以为食品检测、环境分析、药物开发、疾病诊治、法医检测等其他领域的分析提供极大优势。
食品检测方面,可利用SWATH技术调查食品成分和产品是否符合质量和安全要求。根据要求,某些食品(例如婴儿食品)中的农药残留不得超过 10 µg/kg,而水果或蔬菜等食品通常含有大量活性成分,可能很难进行分析。使用传统的 LC-MS/MS 方法分析食品等复杂基质时,鉴定中可能会漏掉重要的微量残留物。SWATH 采集技术可以完整调查到样品中存在的每一种可检测化学污染物,同时还能迅速、可靠地检测到通常被样品中的主要化合物掩盖的微量化合物。
环境监测工作者的主要任务是鉴定水质、大气等样品中的各种有害化学物质。水质分析的难点在于物质浓度可能极低(在每升几纳克的范围内),而且单个样品可能包含数百种污染物。SWATH 技术可收集所有可检测峰的超高质量 MS 和 MS/MS,从而对样品中的化合物进行迅速、可靠的鉴定和定量分析。
开发生物治疗药物的过程中,宿主细胞蛋白质的表征和定量是一个重要阶段。即使经过严格的净化过程,最终产品中也可能出现少量宿主细胞蛋白质。传统的分析方法(如 ELISA)无法全面检测事先未知的 HCP(宿主细胞蛋白质)污染物,而依赖标准信息的 LC-MS 方法不具备以可重现方式检测微量肽的灵敏度。相比之下,SWATH 采集技术是一种全面的检测方法,可检测样品中极微量的肽,从而让研究人员能够生成对药物开发研究至关重要的可重现数据。
在疾病诊治方面,有研究者运用SWATH定量质谱技术比较研究了膝骨关节炎(KOA)、类风湿性关节炎(RA)以及半月板损伤患者关节滑液蛋白质谱的差异。结果表明,差异蛋白主要来源于细胞外基质、细胞膜、细胞质、分泌颗粒、脂蛋白复合物等成分;分子功能主要为酶活性、酶抑制剂活性、结合、转运和调节活性等;主要参与对创伤的急性炎症反应、补体的活化、免疫应答、对刺激的反应、细胞凋亡的调控、内稳态的维持等生物过程。寻找并初步明确KOA关节滑液中的特异性生物学标志,为该病的早期诊治、疗效监测和预后评估提供了可靠的、精准灵敏的参考指标。
对于法医检测,涉及对大量生物基质(如血液)中的药物进行筛查和定量。这项检测要求可靠的硬件、可重现的结果和高度灵敏的分析技术。SWATH 技术可通过一次进样收集全面的 MS 数据和 MS/MS 数据,从而建立法医样品的数字档案。这样可以实现样品的重复解析,而且不需要重复进行物理分析,也不需要花费大量资金和精力储存样品,还能节省时间。这种全面的解决方案还可以提供作为“呈堂证供”的高质量结果。
从传统蛋白质组学工作流程到 SCIEX 获得**的 SWATH 采集技术的过渡,已为蛋白质组学试验带来变革,让研究人员能够在超大型样品组之间稳定高效地采集所有数据。随着科学技术的发展,SWATH 采集技术以其定量分析的高准确性及重复性,将为更多研究领域带来新的变革。
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