Новый прототип масс-спектрометра обрабатывает миллиарды молекул одновременно

Исследователи из Университета Рокфеллера представили прототип масс-спектрометра MultiQ-IT, способный охлаждать, удерживать, фильтровать и направлять более миллиарда ионов одновременно. Это в тысячи раз больше, чем могут обработать современные приборы, что значительно повышает динамический диапазон и отношение сигнал/шум.

Традиционная масс-спектрометрия, хотя и является ключевым методом в биологии, обычно анализирует молекулы последовательно или очень небольшими группами. Это ограничивает возможность обнаружения редких, но важных молекул в сложных образцах, например, при изучении протеома или метаболома отдельной клетки.

Что произвело революцию в секвенировании ДНК? Не изменение базовой химии, а возможность проводить множество химических реакций параллельно, — говорит Брайан Т. Чейт, руководитель лаборатории. — То же самое произошло в вычислениях с GPU. И именно это мы пытаемся сделать с масс-спектрометрией.

Концепция нового устройства была вдохновлена работой клеточных ядерных пор, которые распределяют молекулярный трафик по множеству мелких отверстий. Прототип представляет собой кубическую ионную ловушку с сотнями управляемых электричеством отверстий. Ионы, попадая внутрь, сталкиваются с молекулами газа, замедляются и могут сортироваться, удерживаться и направляться несколькими параллельными потоками.

Версия с 486 отверстиями может удерживать до десяти миллиардов зарядов одновременно. Система также улучшает обнаружение, позволяя обычным фоновым молекулам уходить, а более редким и биологически важным (с множественным зарядом) — оставаться. Это повышает отношение сигнал/шум в 100 раз.

Наименее распространенные вещи могут быть важнее, чем более распространенные, — отмечает старший научный сотрудник Эндрю Кручински.

На данный момент MultiQ-IT — это доказательство концепции, а не готовый коммерческий продукт. Исследователи видят в нём основу для создания будущих инструментов, которые могут произвести революцию в биомедицинских исследованиях и разработке лекарств, подобно тому, как это сделали GPU в вычислениях.