基于人工神经网络的生物组织质谱成像分类与识别方法

生物组织质谱成像技术不仅能够展示组织的生物分子信息,而且能直观地显示分子空间分布,是当今生物质谱的研究热点.如何对生物组织质谱成像的数据进行基于生物分子的有效分类与识别是该领域关注的重要问题,特别对于病变组织与其邻近非病变组织的区分与识别和生物组织功能区域的划分与鉴定具有重要的意义.本研究开发出一种新的分类与识别方法.其流程是,首先进行质谱成像数据预处理,应用无监督的自组织特征映射网络区分组织样品区与非组织区域,提取组织区域的质谱数据,应用有监督的学习向量量化网络对已知类别数据进行学习训练,建立模型;应用模型对未知样品进行识别.应用本方法对6个膀胱癌患者的膀胱癌变组织与邻近非癌变组织的质谱成像数据进行分类与识别,结果显示,癌变组织判错率低于23.38％,而非癌变组织判错率低于9.08％,表现出较高的准确度;对3片邻近的小鼠大脑切片质谱成像数据进行白质与灰质区域划分,将中间的1片用于训练,两边的2片用于验证,结果显示,自组织特征映射网络的分类结果与学习向量量化网络的预测结果不一致率低于4％.本方法基于生物分子的质谱成像组织区域分类与识别,具有较高准确度和操作简便等优点,在临床医学研究领域有大规模的应用潜能.     

基于非负分解方法的质谱成像数据特征提取

质谱成像技术能够在同一个实验里无需标记手段而获得样品表面的分子信息及其分布信息,是当前质谱分析的热点.其分析所得数据量大且复杂,使其特征难以提取.多元统计分析方法,特别是主成分分析法已应用于质谱成像数据的压缩和特征提取.然而由于主成分分析常产生负的数据结果,其意义难以解释且不易分解为单一的特征.本研究开发出一种基于非负分解的质谱成像数据提取方法,能够提取单一的分子特征及其在样品上的分布特征,并将多个单一的特征分布通过红、绿、蓝三色叠加显示,获得轮廓直观的综合特征分布.应用本方法对小鼠脑组织切片质谱成像数据进行分析,可直观分解出灰质区域、白质区域和背景区域,相对主成分分析方法更直观且易于解释.应用本方法对在同一个样品靶上的人膀胱癌变组织和其相邻非癌变组织切片质谱成像数据进行分析,癌变与非癌变组织间差异清晰直观.本研究设计的质谱成像软件可由http://www.msimaging.net获取.     

基于保留时间和质荷比匹配的液相色谱-质谱联用技术用于非标记肽段的差异分析

建立了一种无需化学标记的,基于纳升级毛细管液相色谱-电喷雾离子阱质谱联用技术和质谱数据处理的肽段差异分析方法。本方法采用定量差异分析与肽序列鉴定分析分别进行的策略,首先对样品进行质谱全扫描的液质全谱式分析,在全扫描质谱数据中提取肽特征点信息,通过保留时间和质荷比参数匹配不同样品中的共有肽特征点,比较其相对峰强度有无差异。最后对样品中存在丰度差异的肽特征点进行选择性二级质谱分析和序列鉴定,从而实现复杂样品中肽段的差异比较分析。以血浆蛋白酶解混合物为实验对象,考察了本方法用于肽段相对定量分析的重现性以及浓度信号响应曲线等。结果表明:提取的肽特征点峰强度相对标准偏差的中值<22%,肽段离子强度动态范围达3个数量级,在5～1000fmol范围内对肽段定量具有良好线性关系。本方法可用于不同条件样品中具有倍数差异的内源性肽的比较分析。     

超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱分析不同加工何首乌中差异化学成分

建立了超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF-MS)结合多元统计分析技术对不同加工何首乌中化学成分差异的分析方法。何首乌样品采用甲醇在室温下超声提取后,采用UPLC-QTOF-MS进行分析,对采集的图谱通过峰匹配、峰对齐、滤噪处理等进行特征峰提取,然后用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)对数据进行分析。结果显示,不同加工何首乌样品间的化学组成存在显著性差异;根据一级质谱精确质荷比和二级质谱碎片信息,结合软件数据库搜索及相关文献进行成分鉴定,初步筛选并鉴定出33种不同加工何首乌间差异显著的化学成分,其中15种为共有差异化学成分,并呈现出不同的变化规律。研究结果可为揭示不同加工方法对何首乌代谢产物差异性的影响规律提供依据。     

解析电喷雾电离质谱成像技术在口红类化妆品物证检验中的应用北大核心CSCD

目前法庭科学物证检验中对化妆品类物证的研究较少,检测手段多以色谱检测为主,样品前处理过程复杂,且难以进行准确定性.据此,以口红类化妆品为例,提出了适合口红成分分析的解析电喷雾电离质谱成像检测方法,并用于检测30种不同品牌口红样品,根据正、负离子模式下得到的准分子离子及碎片离子质荷比,对比不同档次口红成分和质谱数据的差异,初步建立适用于刑事技术的口红质谱信息数据库.该方法重复性好、定性能力强,无需复杂的样品前处理即可对口红中的主要成分进行快速定性检测,一方面可应用于口红产品的真伪鉴别,另一方面可对实际案件中口红残留物证进行比对检验,从而为刻画嫌疑人及确定侦查方向提供思路.     

反相高效液相色谱法测定蟾酥中的3种蟾毒内酯

建立了一种基于毛细管反相液相色谱-串联质谱联用技术和质谱峰强度数据处理的肽段鉴定和相对定量分析方法。该方法无需对样品中的肽进行化学标记,在对样品进行反相色谱分离和串联质谱分析后,将二级质谱扫描数据进行蛋白质数据库搜索,获得所鉴定肽段的序列、保留时间、质荷比、带电荷数等定性信息;再以此为定位依据,在全扫描质谱数据中提取该肽段对应的离子峰并以该离子峰的峰强度作为定量信息,从而实现对不同样品中的共有肽段进行差异比较分析。以标准蛋白酶解混合肽段为实验对象,以肽段相对强度的相对标准偏差为指标,考察了该方法用于肽段相对定量分析的重现性、检测动态范围以及浓度标准曲线等,为将该方法用于生物样品中内源性肽的差异分析奠定了基础。。     

毛细管反相液相色谱-串联质谱用于肽的鉴定和相对定量分析

建立了一种基于毛细管反相液相色谱-串联质谱联用技术和质谱峰强度数据处理的肽段鉴定和相对定量分析方法。该方法无需对样品中的肽进行化学标记,在对样品进行反相色谱分离和串联质谱分析后,将二级质谱扫描数据进行蛋白质数据库搜索,获得所鉴定肽段的序列、保留时间、质荷比、带电荷数等定性信息;再以此为定位依据,在全扫描质谱数据中提取该肽段对应的离子峰并以该离子峰的峰强度作为定量信息,从而实现对不同样品中的共有肽段进行差异比较分析。以标准蛋白酶解混合肽段为实验对象,以肽段相对强度的相对标准偏差为指标,考察了该方法用于肽段相对定量分析的重现性、检测动态范围以及浓度标准曲线等,为将该方法用于生物样品中内源性肽的差异分析奠定了基础。     

DART-Q-Exactive快速分析案件可疑物中新精神活性物质

使用实时直接分析离子源串联四极杆和轨道阱杂交高分辨质谱仪,对来源于实际案件中的可疑植物碎末进行分析。分析取样量小于2 mg,可疑植物碎末的一级质谱主峰质荷比范围为m/z 384.1695~384.1699,全离子裂解后得到质荷比m/z 324.15,253.08和m/z 109.04的3个主要碎片离子。通过精确分子量检索与模拟碎裂实验,推断可疑植物碎末中含有AMBFUBINACA成分,并经气相色谱-质谱联用技术确证。通过模拟添加样品考察方法灵敏度及重现性,方法检出限为0.1μg/mg。     

离子淌度质谱技术及其应用研究进展

离子迁移谱是一种以气相离子在电场和气流共同作用下发生迁移时的淌度来表征化合物的技术。离子淌度质谱提供了新一维度的离子淌度分离和测量信息,除按照质荷比区分离子外,还可根据离子尺寸和形状进行分离。其与色谱技术联用,可获取包括保留时间、迁移时间、质荷比和响应强度在内的四维数据,在提高传统质谱数据准确性和特异性的同时,还可计算离子的碰撞横截面积,从而获得样品的结构信息。该文综述了近年来离子淌度质谱技术在公共安全、毒品检测、食品安全、环境监测、药物分析以及生物大分子等领域的研究进展,并对该技术的应用前景和发展趋势进行了展望,以期为相关领域的科技人员提供理论支持和技术参考。     

直观推导式演进特征投影算法-气相色谱-质谱联用测定烟叶中挥发性组分

应用气相色谱-质谱法及直观推导式演进特征投影(HELP)算法测定了烟叶中的挥发性组分.取经干燥及粉碎的烟叶样品用加速溶剂萃取法在160℃用乙醇提取15 min,所得提取液经吹氮蒸缩至1.5 mL,取1μL进样分析,采用DB-5MS毛细管柱进行分离.质谱分析采用电子轰击离子源,在质荷比(m/z)30～500范围内进行扫描...     

应用非同质荷比规则提高蛋白质组学检索结果的可信度和灵敏度

如何筛选合理的数据库匹配结果对于基于质谱的蛋白质组学研究至关重要。但是目前,基于打分体系和反转数据库的筛选方法都无法有效的避免假阳性和假阴性匹配的存在。因此,本文提出了一种系统的搜索策略: 非同质荷比检索规则 (INMZS)。在该策略中,所有匹配结果都需要检查相关匹配质荷比的分享程度,只有那些相关质荷比均为专有匹配时,蛋白质才会被作为可信结果保留,策略还采用迭代搜索方法以提高鉴定低丰度组分的灵敏度。最终,所有的匹配结果由诱饵数据库方法进行评估以得到最终结果列表。INMZS策略在标准蛋白质混合物和大规模人肝蛋白质组数据上进行了模拟及应用,结果显示,INMZS规则和诱饵数据库评估方法的结和可以有效的保证蛋白质组学数据匹配的可信度及灵敏度,可以广泛适用于基于二维凝胶电泳及非shotgun技术的蛋白组学研究中。     

共振光散射探针法测定壁画胶结材料中蛋白质含量

用酸性铬蓝K(ACBK)为共振光散射探针,对壁画含不同颜料的胶结材料中的蛋白质含量进行了定量测定在pit3．96乙酸-乙酸钠缓冲溶液条件下,在λ=345nm处,以生血清白蛋白(BSA)为标准样品绘制工作曲线测定敦煌壁画中含不同颜料的胶结材料中蛋白质结果分别为：白色颜料1．5361μg／mg;绿色颜料1．5714μg／mg：蓝色颜料1．6801μg／mg;棕色颜料1．8756μg／mg和红色颜料3．2673μg／mg．对BSA测定的线性范围为0．13～10．88μg／L。该方法简单、快速、灵敏度高,平行测定的相对标准偏差(RSD)为3．8％,蛋白质的加标回收率为95％～107％。     

罗红霉素及其代谢物的电喷雾离子阱质谱研究

采用电喷雾离子阱质谱法对人尿样中的罗红霉素及其10种代谢物进行了结构鉴定,利用质谱解析软件对其质谱裂解途径进行分析,发现它们的(+)ESI-MS²和(+)ESI-MS³质谱分别生成脱红霉糖和脱氨基糖碎片,并可见脱去C₉位含氮烷基侧链和一系列质荷比相差18的脱水碎片离子,这些特征可用于罗红霉素及其结构类似物的体内代谢转化研究.     

敞开式质谱成像方法的组织样品稳定性研究

以添加镇静催眠候选新药N6-羟苄腺嘌呤核苷[N6-(4-hydroxybenzyl)adenine riboside,NHBA]的组织匀浆切片作为考察对象,对空气动力辅助离子化质谱成像系统(Air Flow Assisted Ionization Mass Spectrometry Imaging,AFAI-MSI)的关键参数进行考察与优化,以保证最佳条件进行样品检测。在此基础上,对预处理的整体大鼠组织切片进行平行的连续两次质谱成像分析,考察了其内源性代谢物在成像分析过程中是否发生变化。通过对采集数据中关键质谱峰的筛选等处理步骤,并采用可视化的主成分分析(PCA)方法,开展了组织样品内源性代谢物的稳定性分析,最终验证了采用该样品前处理和质谱成像方法,能够保证组织切片样品中内源性代谢物的稳定性,为质谱成像分析结果提供了可靠依据。     

《分析化学》第36卷总目录

特约来稿芯片毛细管电泳集成电化学检测装置和4种碳纤维电极的比较研究程寒吴剑虹陈荣生黄卫华王宗礼程介克(1)(1)生物组织质谱成像方法的建立及其在微波辐射后大鼠海马组织的蛋白组分析中的应用刘念刘锋许彬高亚兵李向红魏开华张学敏杨松成(421)(4)基于保留时间和质荷比匹配的     

化学计量学方法用于蛋白质组学质谱数据的特征筛选

提出了一种基于偏最小二乘判别分析和F-score的特征筛选方法,并将其用于蛋白质组学质谱数据分析。方法主要包含3个步骤:(1)用LIMPIC算法对原始数据进行预处理;(2)计算每个变量的F-score值并将所有变量按F-score值降底的顺序排列;(3)采用偏最小二乘判别分析交互检验按前向选择法选择最佳变量子集。用本方法对一组卵巢癌数据进行分析,最终从原始的15154个质荷比变量中选择了12个特征变量作为潜在生物标记物,它们在训练集上交叉检验的特异性和灵敏度分别为98.36%和98.15%,在独立测试集上的特异性和灵敏度分别为96.67%和100%。用筛选出的变量作PCA所得的结果显示这些变量能够较好地将样本分类,说明能够反映出样本的类别信息。所提出的方法可用于蛋白质组学质谱数据的特征筛选及样本分类。     

气相色谱-质谱法鉴定二氯丁烷异构体

利用气相色谱-质谱联用仪测试样品得到质谱图，按各峰强度及基峰质荷比等信息对化合物图谱进行解析，确定醚-三氯化铝体系中二氯丁烷异构体的结构。该法综合利用大型分析仪器分析同分异构体，较之利用标准品的传统方法更加省时、省力。     

傅立叶变换离子回旋共振质谱法对赤灵芝的化学成分鉴定和指纹图谱研究

建立了基于傅立叶变换离子回旋共振超高分辨质谱(FTICR-MS)的赤灵芝化学成分鉴定和指纹图谱分析方法,并应用于不同产地赤灵芝样品的来源区分。样品采用50%甲醇进行回流提取后,以流动注射的进样方式进行直接质谱分析。以ESI离子源在负离子模式下进行检测,质荷比扫描范围为100～1 000 Da。采用精确分子量测定和碰撞诱导解离实验进行化学成分鉴定,通过与文献进行比对,共鉴定出63种化学成分(1种萜烯醛、3种糖、4种三萜醇、6种有机酸和49种三萜酸类成分)。采用聚类分析和主成分分析(PCA)对所获得的质谱指纹图谱进行统计学分析,在95%的置信区间下,多个批次不同产地的赤灵芝样品得到了较好的来源区分。研究结果表明该方法可实现赤灵芝的直接、快速、高效分析和指纹图谱研究,在中药分析领域有着广阔的应用前景。     

化学衍生用于代谢物异构体质谱分析

内源性代谢物是机体生命活动的中间体和终产物,对其进行定性和定量分析在生命科学研究中具有重要意义。质谱能够同时提供化合物的定性和定量信息,已经成为一种通用的内源性代谢物分析技术。由于质谱是通过检测离子质荷比获取化合物组成信息,区分生物体内复杂多样代谢物同分异构体仍然是质谱分析亟待解决的难题之一。化学衍生通过放大同分异构体理化性质差异,能够增强质谱检测的灵敏度和特异性。本文介绍了化学衍生用于代谢物异构体质谱检测的研究进展,对用于脂质、糖类和手性氨基酸等精细结构异构体的化学衍生质谱分析方法及应用进行了综述。特别强调了微液滴化学反应加速在衍生化质谱分析中的发展,其有望成为代谢物实时原位衍生化检测的新方法。此外,将生物组织原位衍生化与质谱成像分析技术相结合,对于研究低丰度、非极性和异构体代谢物的空间分布及其功能具有重要价值。     

质谱成像技术及其在乳腺癌研究中的应用

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤,其发病率在世界范围内呈现上升趋势,是威胁女性健康的重要疾病之一。随着现代医学技术的快速发展,早期有效的诊断和筛查方法能够改善乳腺癌患者生存率和提高其生活质量。由于乳腺癌肿瘤具有非常显著的异质性,这对于诊断和筛查带来了较大困难,亟须在肿瘤演进时间信息中,继续引入生物分子的空间信息,从而对其异质性、肿瘤微环境等进行准确的追踪。质谱成像技术,可在免标记的前提下利用离子质荷比的特性发现生物组织中的各种分子,并研究这些分子的时间和空间信息,对其进行准确的定性、定量和空间定位。目前,通过质谱成像技术可直接获取药物及其代谢物、内源性代谢物、脂质、多肽和蛋白质等在组织中的空间分布信息,为肿瘤分子分型诊断和确认以及相关抗肿瘤药物的筛选提供了新的思路和研究方向。该综述以乳腺癌相关的生物样品制备和研究进展为主要内容,从小分子样本、大分子样本、石蜡包埋样本、基质喷涂方式、常用离子源等方面阐述质谱成像中样本制备的重要性以及样品制备过程中存在的难点问题。同时,以细胞模型、动物模型和临床肿瘤标本为研究对象,汇总了质谱成像技术在乳腺癌方面的应用进展,并进行了展望,为开展癌症精准分型研究和药物药效的快速筛查提供了重要依据。