国人独创！研院开发带着走的质谱仪 即时量测分子、细胞的重量

电脑、手机越来越精致，现在连「分子的体重计」──质谱仪（Mass Spectrometer），也更轻巧多工！中研院基因体研究中心陈仲瑄院士和林俊利研究技师推出新一代「可携式多游离源生物质谱仪」，不仅变小、变轻，还可带出实验室，随时随地检测多种小分子及细胞；其质量侦测范围，更能达到一般商业质谱仪的1百亿倍。

此国人自研自制的质谱技术，透过普及化，将可望应用于毒品快筛及环境检测。这项技术于本（2020）年5月22日发表于Analyst期刊、并被选为封面论文。

由于不同分子有着不同的分子量（即质量、重量），科学家可借由质谱仪测出的分子量，来辨识分子的身分及其组成结构。然而，质谱仪往往要价不菲，且体积庞大，中研院的质谱研究团队长期钻研更普及的质谱技术，终于在国家前瞻计划的支援下取得创新成果。

林俊利解释，质谱仪的构造通常包含三大部份：质量分析器（mass analyzer）、离子侦测器（detector）及离子源（ion source）。新一代的质谱仪一一改良，将质谱仪的体积缩小为传统质谱仪的十分之一以下，但它的功能更强、更灵敏！

首先，团队选择用离子阱（ion trap）作为质量分析器。由于离子阱是透过测量分子的带电量来推算分子的质量，因此降低对真空度的严格要求。舍弃掉超真空帮浦、改采微型涡轮帮浦后，不仅降低对实验室的依赖，也大幅缩小质谱仪的体积。

然而，离子阱多以电压扫描(voltage scan)方式获得图谱，在一般电压下，量测质量的极限是106道尔顿（Dalton, Da3）。团队用自有专利RF频率扫描线性技术，不增加电压，改调整频率，也能得到图谱，且量测范围一举提高到1015 Da。此外，团队也与本院物理研究所朱明礼研究技师合作，采用其设计的离子侦测器，提高了离子捕获能力及传输速度。

林俊利强调，此款新质谱仪还能一机多用。一般质谱仪大多仅针对单一用途配置一个特定的离子源，但本次机型可配备四种离子源，分别适用于液体、固体、气体及细胞的样本，包含：电喷洒离子化（electrospray ionization, ESI）、基质辅助雷射脱附离子化（matrix-assisted laser desorption / ionization, MALDI）、电子电离（electron ionization, EI）及雷射诱导声波脱附法（laser induced acousticdesorption/ionization, LIAD）。因此，此质谱仪连巨分子也能攻克，最大可量测到数百万道尔顿的糖蛋白分子，成为分析蛋白质与胜（月太）的最佳工具。

这台可携式多游离源生物质谱仪除了在中研院院基因体研究中心的实验室建置，并已技术移转给厂商。其中关键技术也取得台湾、美国等地专利，可望衍生更多元的应用。近期，团队已开发出微型液相层析仪质谱仪，增加常见的液层分析，让质谱仪的功能更加完备。

研究团队也持续开发可携式质谱仪的周边应用。主要的任务之一，是希望借此处理毒品泛滥的问题。透过这部可携式质谱仪，第一线的警力及执法人员可以在现场采集样品后即时快筛，毋须费时将检体送至其他实验室。目前，已实验证实此质谱仪可辨别出尿液中安非他命、海洛因等常见毒品的分子量。

基因体中心表示，生命科学的兴起，让大众对于身旁危及生命安全的事物更加警惕，从食品安全到环境污染等议题，都揭示了科学检测的重要性。质谱仪的发明已近百年，未来可望为日常生活带来平价多功能的检测方法，以及即时即地测量的新选择。