质谱在中国的发展与机遇和国际技术创新与市场格局

中国教育装备采购网2012-07-24 15:10围观3026次我要分享

  质谱在中国的发展

  据不完全统计,2011年中国进口的各类质谱仪的数量达6000余台。然而如此庞大的市场上却鲜有中国厂家的身影,技术上的差距是主要原因。据北京东西分析仪器有限公司总工程师李选培先生介绍,“我国质谱仪的发展始于1959年,当时苏联援助筹建北京分析仪器厂(简称北分厂),而其主导产品就是质谱计,当时北分厂总共生产了数十台磁式质谱。1965年以后的十来年,由于文化大革命,与质谱相关的生产科研全部陷于停顿状态,而此时,世界上质谱技术的发展异常活跃,特别是色质联用技术进入到了一个崭新的时代。改革开放以后,我国开始从国外引进相关技术,但通过引进发现,当时我们的差距实在是太大了。从此以后,大量的国外质谱产品开始涌入中国。”

  2006年,中国仪器界值得铭记的一年,这一年,东西分析推出国产首台商用四极杆气质联用仪GC-MS3100,打破了中国在实验室质谱仪市场上近三十年的沉寂,由此吹响了中国质谱再出发的号角。随后,普析通用、舜宇恒平、聚光科技、禾信、毅新兴业、天瑞仪器等一批国内厂商也先后加入到中国质谱队伍中,产品种类也从单四极杆拓展到离子阱、飞行时间质谱,从实验室台式质谱拓展到在线、车载、便携式质谱。(详细情况见表一)

  表一:国内质谱制造商及其产品

公司名称
类型
型号
上市时间
东西分析
单四级杆气质联用仪
GC-MS3100
2006年
普析通用
单四极杆气质联用仪
M6
2009年
舜宇恒平
在线过程质谱仪
SHP8400pms
2009年
聚光科技
便携式气质联用仪
Mars-400
2010年
禾信
气溶胶飞行时间质谱仪
SPAMS 05
2010年
东西分析
车载式气质联用仪
GC-MS3110
2010年
聚光科技
台式离子阱气质联用仪
Mars-6100
2011年
毅新兴业
(与英国科学仪器公司合作)
液体芯片飞行时间质谱仪
Clin-TOF
2011年
天瑞仪器
单四极杆气质联用仪
GC-MS 6800
2012年
天瑞仪器
单四极杆液质联用仪
LC-MS 1000
2012年
天瑞仪器
ICP-MS 2000
2012年

  在表一所列的国产质谱产品中,东西分析的GC-MS3100、聚光科技的Mars-400、禾信的SPAMS 05等产品具有里程碑的意义。GC-MS3100标志着中国质谱的再次出发,并且由于她的推出,国外仪器公司的相关产品不得不降低价格;据东西分析项目经理苏岩松先生介绍,目前该产品已经销售了30-40台。Mars-400是我国首台便携式离子阱气质联用仪,她的出现打破了国外公司在该市场长期垄断的局面,并且在BCEIA 2011上Mars-400获得了BCEIA金奖。SPAMS 05是周振博士历经六年研发推出的质谱产品,独特的应用市场使其成为世界上该类质谱产品唯一两家供应商之一,并且该产品已为禾信带来了千万元的销售额。

  中国质谱发展的机遇

  当然在中国庞大的质谱市场中,目前中国厂商的声音还很弱小,在对中国大陆、美国、中国台湾、中国香港四地华人质谱学会理事长的访谈中,四位均表示,中国质谱还有很长的路要走,要做好打“持久战”的准备,“突出重围”还需时日。不过我们欣喜地看到越来越多的国产厂商将目光投向了质谱,计划加入中国质谱大军;并且国家也对质谱有了更多关注,在2011年启动的《国家重大科学仪器设备开发专项》中,涉及质谱的项目达8项,已披露的资助金额约达3.3亿元人民币(详细情况见表二)。因此,我们有理由对中国质谱的再次突围充满信心。

  表二:国家重大科学仪器设备开发专项2011年部分质谱立项项目

序号
项目名称
牵头单位
经费
1
新型高分辨杂化质谱仪器的研制与应用开发
昆山禾信质谱技术有限公司
6581万元
2
基于质谱技术的全组分痕量重金属分析仪器开发和应用示范项目
中国环境监测总站
5449万元
3
同位素地质学专用TOF-SIMS科学仪器
中国地质科学院地质所北京离子探针中心
7400万元
4
三重四极杆串联质谱系统的研制及其在痕量有机物分析中的应用
国家环境分析测试中心
4155万元
5
精确操控离子反应质谱科学装置的研制及应用研究
中国计量科学研究院
 
6
ICP痕量分析仪器的研制与应用
北京纳克分析仪器有限公司
9381万元

  国内外质谱继续创新

  众所周知,离子源是质谱的核心部件之一,它很大程度上决定了质谱的灵敏度。2002年,两项诞生于上世纪80年代的软电离—电喷雾电离源(ESI)和基质辅助激光解析电离源(MALDI)技术—分享了当年的诺贝尔化学奖,其革命性在于使得生物大分子的质谱分析成为可能,随之质谱也被应用到更广阔的领域中。

  近几年,一些厂商围绕经典的电喷雾电离技术做了一些改进及创新。如美国Advion BioSciences公司2002年推出了基于纳米芯片技术的全自动纳升电喷雾离子源TriVersa NanoMate®。据NanoMate®发明人Jack Henion教授介绍,“NanoMate®集馏分收集和芯片电喷雾技术于一体,把质谱和液相技术结合在一起,可为分析复杂样品提供更多的信息,特别适合蛋白质鉴定、药物分析、代谢组学、脂质组学等涉及复杂基质和分析物的研究。”

  布鲁克2011年推出的Captive Spray电喷雾离子源,该离子源技术来自布鲁克2011年收购的Michrom Bioresources公司。据布鲁克蒲海博士介绍,“Captive Spray技术的关键点是气体流量聚焦技术,无需喷嘴调节装置,即可获得纳升喷雾灵敏度;同时,Captive Spray技术可直接使用空气,喷雾稳定,重现性好,是蛋白质鉴定和定量的理想分析技术。”

  在这方面,中国厂商也有突破。2010年底才创立的好创生物于2011年就推出了封闭式可调气氛电喷雾离子源,好创生物董事长朱一心先生说,“ESI很大的缺点就是无法屏蔽周围气氛的干扰,全封闭的概念就是由此而生的。该技术是通过对电喷雾离子源电离气氛进行控制,产生了场致蒸发氢离子、极性分子在高电场中的极化和静电吸附的组合现象,该技术具有比传统电喷雾离子源更加广泛应用领域和更高的性能。”

  此外,直接分析离子源是质谱离子源近年来的又一主要创新。据台湾质谱学会理事长谢建台教授介绍,“可以在非真空状态下检测离子是质谱的一个发展趋势。目前,只有离子源可以置于大气状态下。”2002年,普渡大学R. Graham Cooks教授首次推出直接分析离子源DESI,随后很多科学家也加入到直接分析离子源研发中,其中也包括中国科学家,如清华大学张新荣教授、东华理工大学陈焕文教授等,而直接分析离子源种类也拓展至DART、DBDI、EESI、DCBI、ELDI和ASAP等。

  在这些技术中,目前商品化最成功的是DART离子源。DART离子源2005年由JEOL和IonSense联合将其商品化;同年,该产品获得Pittcon撰稿人金奖和R&D100创新大奖。据IonSense总裁兼首席执行官Brian Musselman博士介绍,“目前,DART离子源已经发展到第四代产品ID CUBE™,其更加小型化、操作简便,运营成本更低。”

  2012年Pittcon撰稿人铜奖产品Protea Biosciences公司的LAESI DP-1000系统也是一款直接分析离子源。LAESI(激光烧蚀电喷雾)采用聚焦的红外激光束产生一个小体积的非电离材料,这个材料被电喷雾电离,并用质谱分析。据北卡罗来纳州大学质谱专家Gary L. Glish介绍,“其他商业化的大气电离源没有使用激光这一步,该方法简化了非挥发性和热不稳定化合物的分析,并可改善成像能力。”

  此外,R. Graham Cooks教授团队新近研发的QuantIon 离子源又是一款新的直接分析离子源。据普渡大学欧阳正助理教授介绍,“QuantIon是一种纸喷雾电离源,其可以满足生物液体样本快速直接分析的需求,无需进行样品前处理。”

  质谱市场未来格局

  十年前,质谱供应商的数量还屈指可数,而今天,随着分析物质的日益复杂,质谱的需求也日益增长,庞大的市场吸引着越来越多的厂商加入到质谱供应商行列,可以预见未来质谱市场的格局将是“群雄激战”。

  目前在质谱市场上,主流的供应商有赛默飞世尔、安捷伦、沃特世、布鲁克、AB SCIEX、岛津、PerkinElmer等,而三重四极杆质谱及Q-TOF质谱是各类质谱中应用较为广泛,需求量较大的类型,同时其市场竞争也最为激烈。此外,赛默飞世尔的Orbitrap质谱、AB SCIEX的QTRAP质谱、岛津的IT-TOF质谱是三家厂家在市场上独一无二的产品。

  上文提及的七家中国本土质谱供应商都是在2006年之后加入的,并且近几年,也有几家国外公司通过研发或收购加入到质谱市场或拓展到新类型质谱市场中(详细情况见表三)。

  表三:部分新近加入质谱细分市场的国外公司

公司名称
类型
型号
进入时间
岛津
三重四极杆液质
LCMS-8030
2010年
PerkinElmer
单四极杆液质
(源自AOB技术)
FlexarTM SQ 300 MS
2010年
PerkinElmer
飞行时间质谱
(源自AOB技术)
AxION 2 TOF-MS
2011年
力可
飞行时间质谱
CitiusTM  LC-HRT和Pegasus® GC-HRT
2011年
布鲁克
单四极杆气质
(源自瓦里安技术)
SCION SQ
2011年
布鲁克
三重四极杆气质
(源自瓦里安技术)
SCION TQ
2011年
布鲁克
电感耦合等离子体质谱
(源自瓦里安技术)
aurora M90 ICP-MS
2011年

  2010年以前,岛津并没有三重四极杆液质产品,正是看到了三重四极杆液质市场巨大商机,岛津推出了LCMS-8030。岛津美国分公司生命科学市场总经理Scott A. Kuzdzal 先生认为,“在很短的时间内,三重四极杆质谱的需求将会呈现爆炸式增长,在各类质谱市场中成为份额最大的一部分,并且三重四极杆质谱的市场竞争不论是在全球还是在中国都将加剧,应用领域也将持续扩大,例如临床领域等;很多质谱厂商的重点也会放在UHPLC和三重四极杆质谱上。2012年,岛津在ASMS(美国质谱年会)上一气推出三款三重四极杆质谱产品GCMS-TQ8030、LCMS-8040及LCMS-8080。

  PerkinElmer和布鲁克也正是看到质谱细分市场的机会通过收购进入到质谱市场新领域。2009年,PerkinElmer收购了ESI发明人John B. Fenn教授创建的AOB公司(Analytica of Branford),随后在2010年推出了PerkinElmer首款液质产品FlexarTM SQ 300 MS,2011年又推出了飞行时间质谱仪AxION 2 TOF-MS。而此前,PerkinElmer只有无机质谱产品ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)。

  而布鲁克多年来一直专注于高端质谱市场,2010年因安捷伦收购瓦里安的反垄断限制,布鲁克收购了瓦里安三重四极杆气质联用、气相色谱及电感耦合等离子体质谱三条产品线,由此也进入到气质联用及ICP-MS市场,并于2011年先后推出aurora M90 ICP-MS,及气质联用仪SCION SQ、SCION TQ,而其三重四极杆气质联用仪SCION TQ新近获得了2012年Pittcon撰稿人银奖。布鲁克•道尔顿公司执行副总裁Ian Sanders博士表示,“Q-TOF和TOF/TOF肯定是我们主要发展的产品,另外我们收购原瓦里安三条产品线以及Michrom Bioresources之后,我们在气相三重四极杆质谱方面的实力大大增强,三重四极杆液质也是我们研发的重点。”

  最后要提及的新近加入者是力可公司。众所周知,力可公司是元素分析仪器的领先者,但在Pittcon 2011上,力可公司却因质谱产品“大放异彩”,力可公司的飞行时间液质联用仪CitiusTMLC-HRT获得了当年度的Pittcon撰稿人金奖。据力可公司亚太及非洲区域副总裁庄皓谨先生介绍,“力可的多反射通道技术(Folded Flight Path,FFPTM)可以实现离子在LC-HRT质谱中经过64次反射之后,离子的损失一般不超过40%,从而达到了很高分辨率。”

  对于力可公司未来质谱发展战略,庄皓谨先生说到,“我们认为未来在分离领域的需求将会有较大的增长,所以我们加强在色谱、飞行时间质谱、四极杆质谱以及MS/MS方面的投入。在下一个3-5年,我们会有更多新的质谱类产品推出。但是我们暂不发展目前竞争比较激烈的产品,比如Q-TOF等,我们的产品有自己特色和市场定位,所以目前只发展TOF类产品。”

来源:仪器信息网

相关阅读