《Journal of Chromatography B》：Portable mass spectrometry systems for point-of-care testing: technologies, applications, and clinical implementation
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便携式质谱技术通过微型化、离子化技术创新（如DAPI、RIT、DESI、DART）及简化样本前处理，显著提升床边检验（POCT）效率，尤其适用于资源有限地区，缩短诊断时间达74分钟以上，拓展至法医、临床监测等场景。
布鲁克斯·B·庞德（Brooks B. Pond）|麦迪逊·霍斯金斯（Madison Hoskins）|海莉·霍利斯（Hailey Hollis）|斯泰西·布朗（Stacy Brown）
美国东田纳西州立大学比尔·加顿药学院（Bill Gatton College of Pharmacy）药学科学系，约翰逊城（Johnson City, TN 37614-1708）
引言
即时检测（POCT）是指在患者附近进行的诊断测试，结果可以快速获得，可能包括物理检查（如X光等）或生物液体分析（如血糖监测等）。与将患者样本送到中央实验室或将患者送往其他设施相比，这种检测方式对患者护理中的决策制定更为有利[1]。传统的集中式实验室检测通常由于样本运输、处理和结果报告等原因，会导致1到2小时或更长的延迟[2]。英国的一项随机对照试验发现，POCT使患者关键决策的平均时间比使用集中式实验室快74分钟[2]。在资源有限的环境中，这种影响尤为显著，因为在这种情况下运输条件较差，延迟时间可能远高于平均水平[3]。此外，这些资源有限的环境可能没有足够数量的受过培训的人员来处理样本；因此，如果能够开发出用户友好的设备，POCT的作用将更加显著[4,5]。
质谱技术在需要同时满足灵敏度和特异性的临床诊断中起着核心作用，其能力超越了免疫测定法[6]。此外，质谱技术可以同时分析多种分析物，这使其适用于多种临床用途[7]。质谱技术在某些临床情况下已被证明非常成功，例如新生儿代谢障碍的筛查[6]、生物样本中病原微生物的识别和定量[7]以及治疗药物监测[8]。然而，标准质谱技术在实践中的广泛应用受到执行分析所需专业知识的限制[9]。此外，质谱仪的购买和维护成本较高[10]。此外，传统的质谱仪占用空间较大，还需要外部气体瓶和电源等附加设备。最后，使用质谱的分析方法通常需要从样本中提取分析物或进行其他样本预处理步骤。
最近质谱技术的几个进展集中在小型化方面，从而产生了具有不同便携性和功能性的系统[[11], [12], [13]]。其中一些系统无需样本预处理，适合现场使用；而另一些则是标准实验室仪器的缩小版，但仍需要相应的基础设施。随着质谱小型化技术的发展，一些基本问题（如尺寸减小、功耗和真空要求）也得到了解决[14]。小型化的一个重大突破是采用了非连续大气压接口（DAPI）技术，使得仪器设计更加紧凑，同时不牺牲性能。DAPI技术使用了一种夹阀，在离子引入期间打开15-30毫秒，然后关闭250-500毫秒以进行分析[15]。这使得离子可以在适度真空下被喷射出来，从而无需大型涡轮泵或粗泵。例如，高（Gao）及其同事开发的DAPI系统使用了5升/分钟的隔膜泵，而不是650升/分钟的粗泵[15]。新型离子阱设计，特别是直线离子阱（RIT），也促进了小型化，因为它们可以利用空气作为缓冲气体，而不是外部Ar或N2作为碰撞气体[[15], [16], [17]]。RIT是线性离子阱的简化版本，适用于肽和药物的分析，尽管在给定时间内能捕获的离子数量有限[16]。
同时，文献中也开始出现环境电离方法，表明可以在常压下直接从液体或表面进行分析[17,18]。解吸电喷雾电离（DESI）是一种电离技术，其中带电的溶剂滴被引导到目标表面以提取和电离分析物。这些滴在表面层上形成一层液体薄膜，当较小的滴流到质谱仪入口时，能有效溶解和电离目标化合物[18]。实时直接分析（DART）技术可以在常压下直接从表面或气相中的中性原子电离分析物。DART原子将能量传递给样本分子，实现类似于常压化学电离（APCI）的电离过程[17]。纸喷雾电离（PSI）是一种将样本（例如干血）沉积在纸上的方法，随后施加高电压在纸上生成电喷雾。溶剂用于提取并促进离子从纸上释放[17,18]。这些创新结合在一起，产生了轻量级仪器，具有低ppb级别的检测限、单位质量分辨率和串联质谱功能[[15], [16], [17], [18]]。
便携式和小型化质谱技术领域使用了一些关键术语来区分不同应用和技术要求。‘便携式质谱’指的是可以在现场操作且几乎不需要实验室基础设施的系统。这些系统的重量通常低于50公斤，旨在实现快速样本分析，并且只需最少的预处理[11,12]。它们旨在将质谱功能带到那些不一定具备支持传统仪器基础设施的现场和临床环境中。例如FLIP Griffin系列和Torion T-9系统[11,13]。‘小型化质谱’或‘微型质谱仪’是指比传统台式仪器更小的系统类别。这些系统可能适合现场使用，也可能不适合现场使用，其管道和电源要求与传统仪器相似。其中一些仪器已经商业化，而另一些仍处于研究阶段[11,12]。‘即时检测质谱’（POC-MS）是指在患者附近使用的便携式、小型化质谱系统，用于快速临床决策。这种质谱仪的理想特点是分析速度快，对操作员的专业培训要求低，便于直接集成到临床工作流程中[11,13]
便携式GC–MS系统
便携式气相色谱-质谱（GC–MS）系统结合了便携性和分析能力，为现场化学分析提供了可能性。FLIR Griffin G510是一款重36磅的便携式GC–MS系统，配备了四极杆质谱分析器。虽然Griffin G510可以使用标准实验室气体瓶和壁式电源，但其便携性依赖于2.5克的氦气筒和电池供电。对于色谱分离，Griffin G510采用了5米长的色谱柱
直接分析微型质谱系统
早期的独立直接分析微型质谱仪是江（Jiang）及其同事开发的“Brick Mass Spectrometer”（BMS）[42]。BMS体积非常紧凑（28厘米×21厘米×16厘米）。BMS采用正弦频率扫描而非电压进行离子采样，这使得线性离子阱（LIT）能够在较低的功耗下对宽质量-电荷范围进行离子分离[42]。BMS的进一步发展集中在通过四极杆增强偶极共振提高分辨率上
先进的样品引入和电离方法
像Mini 12和Mini 14这样的便携式质谱仪需要电离源，以便在无需色谱分离的情况下直接进行样品检测。基于纸基的环境电离源特别适合与这些便携式仪器结合使用。最初的PSI方法使用三角形纸基材进行样品沉积和电喷雾电离，从而减少了样本处理步骤[45]
法医和毒理学应用
便携式质谱仪在多个法医应用中显示出实用性，包括缉获药物分析、阿片类药物检测和环境监测。这些现场部署的系统代表了便携式质谱技术的一些最先进的应用实例[19], [20], [21], [22], [25], [44], [53], [55], [56]
实施挑战和未来展望
在过去十年中，便携式质谱技术在即时检测（POC）和现场应用方面的发展取得了显著进展。随着DAPI [15]、RIT [16,17]和环境电离系统（PSI和DART）[17,18]等基础技术的发展，轻量级便携式系统的开发得到了推进。这些技术催生了FLIR Griffin、Mini 12/14系统以及PURSPEC Technologies等产品等商业系统的诞生
手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本稿时，作者使用Consensus工具识别并检索相关文献。作者还使用Claude AI工具来确定手稿中缩写的首次出现，并生成摘要和重点内容的初稿。在第一次修订时，Claude AI帮助修订了重点内容并制定了应对审稿人意见的方案。使用这些工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容
CRediT作者贡献声明
布鲁克斯·B·庞德（Brooks B. Pond）：撰写 – 审稿与编辑、撰写初稿、研究。
麦迪逊·霍斯金斯（Madison Hoskins）：撰写初稿、研究。
海莉·霍利斯（Hailey Hollis）：撰写初稿、审稿与编辑、监督、研究、概念化。
资金支持
本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：斯泰西·布朗（Stacy Brown）与《Journal of Chromatography B》有合作关系，包括担任该期刊的董事会成员。如果还有其他作者，他们声明没有其他可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。
