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突破百年瓶颈！科研团队研发新型质谱仪 可同时分析十亿个分子
2026年03月26日 15:28:32
来源：化工仪器网 作者：珙桐 点击量：4681
美国洛克菲勒大学科学家团队在《科学进展》(Science Advances)杂志上发表研究成果，成功研发出名为“MultiQ-IT”的新型质谱仪原型。
近日，美国洛克菲勒大学科学家团队在《科学进展》(Science Advances)杂志上发表研究成果，成功研发出名为“MultiQ-IT”的新型质谱仪原型。该设备打破传统质谱仪串行分析的局限，可同时冷却、捕获、过滤并操控多达十亿个分子，容量较传统仪器提升1000倍，信噪比提高100倍，为质谱技术的革命性升级提供了全新蓝图，有望推动其在基因组学、蛋白质组学等领域实现突破性应用。
相关论文：A nature-inspired ion trap for parallel manipulation of ions on a massive scale
作为生物学、化学领域最核心的分析工具之一，质谱仪主要用于鉴定样品中分子的种类与数量，广泛应用于生物医学、药物研发、单细胞分析等多个领域。然而，自1913年问世以来，传统质谱仪始终存在一个核心瓶颈——采用串行分析模式，一次仅能处理一两种或少数几种分子，不仅效率低下、检测成本偏高，还常常导致那些稀有却具有关键生物学意义的分子“漏网”，难以满足复杂样本(如单细胞)的全面分析需求。
此次研发的MultiQ-IT质谱仪原型，其核心灵感源于自然界的智慧——团队对细胞核孔复合物的长期研究发现，细胞并非依赖单个通道完成分子运输，而是通过数百个微小通道并行处理任务，这一机制为仪器设计提供了关键启发。研究团队由Andrew N. Krutchinsky和Brian T. Chait领衔，他们设计了一种全新的立方体离子捕获室，取代了传统质谱仪的核心部件，其内壁布满数百个可独立控制的小型开口，这些开口由立方阵列排布的小型四极杆构成，形成多个离子进出通道。
与传统仪器逐一分析离子的模式不同，MultiQ-IT的工作原理更具创新性：在捕获室内，离子通过与残留气体分子的多次碰撞减速，随后随机扩散并进入不同的微型通道，从而实现多个离子群体的同时过滤、存储与操控。为验证技术可行性，研究团队将最初的6个开口逐步扩展至1000多个，并进行了系统测试，结果表明，单个离子输入流可被高效分割为多个并行流，实现同步分析。
实验数据显示，在486端口的原型版本中，MultiQ-IT可同时容纳高达100亿个电荷，容量约为传统离子阱的1000倍；更值得关注的是，该设备通过独特的电压壁垒设计，让丰度较高的背景分子“主动泄漏”，同时保留稀有、富含信息的目标分子，使系统信噪比提升100倍，成功检测到以往无法捕捉的低丰度蛋白质信号，为解析大型蛋白质复合物的三维结构提供了全新可能。此外，该装置还具备实时电荷鉴别、并行离子束分离功能，离子通量较现有商用质谱仪提升三个数量级，且可与现有商用质谱仪兼容，易于集成扩展。
研究团队表示，MultiQ-IT的研发理念与并行计算、大规模并行DNA测序的变革逻辑一致——通过并行化处理突破技术瓶颈，有望像这两项技术一样，彻底变革分析科学领域。目前，该设备仍处于原型阶段，但其展现出的卓越性能，已为下一代高通量质谱仪的研发指明了方向。未来，随着技术的进一步优化和商业化落地，它将在单细胞蛋白质组学、代谢组学、药物研发等领域开辟新的应用前景，帮助科学家更精准地解析分子世界的奥秘，加速相关领域的研究进程。
资料来源：Science Advances、科技日报
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