質譜儀是實驗室不可或缺的高階儀器，可以準確靈敏地提供化合物分子量及結構的訊息。但是，擁有一台質譜儀的門檻很高，不但價格高，維護成本高，擺放的空間也更要夠大。目前市場上可購買到的各式質譜儀，各有特殊功能，所以，在基因體研究中心的質譜儀核心設施，就擺放了好幾台不同功能的質譜儀。

基因體中心質譜研究團隊一直以來專注在發展全方位的質譜儀，達到每個實驗室都可以有一台質譜儀的目標。陳仲瑄老師和林俊利老師多年來共同努力，已經開發出可攜式的生物質譜儀，不僅體積縮小為傳統質譜儀的十分之一，而且把偵測範圍擴大，橫跨小分子至細胞。團隊發明的第一代可攜式多游離源生物質譜儀，已經技術移轉給辛耘企業旗下的譜光儀器(Acromass)進行商業化的量產與推廣。

團隊的企圖心遠超於此，在三年國家前瞻計畫的支援之下，又再次推出新一代的機型，一個可以同時集MALDI(matrix-assisted laser desorption/ionization)、ESI(electrospray ionization)、LIAD(laser induced acoustic desorption/ionization)及EI(electron ionization)等四種分析方法於一機的發明。該研究內容發表於Analyst期刊。

質譜儀是目前已知最靈敏的化學分析儀器，通常包括三個部份：離子源(ion source)、質量分析器(mass analyzer)以及離子偵測器(detector)。為了擺脫巨型的束縛，研究團隊設計的便攜式質譜儀，使用離子阱(ion trap)作為質譜分析器，降低系統對於真空度的嚴格要求，替換掉佔用最多體積和重量的大型超真空幫浦，改採微型渦輪幫浦，體積雖小，卻足以提供整個系統設備在10-3torr低真空狀態下操作。

對真空度要求降低的同時，以往需要用惰性氣體來填充設備、保持真空度，現在則可以直接使用空氣來當作緩衝氣體，降低了對於實驗室供應的依賴，質譜儀的活動力增加了，走出實驗室，擴大了應用的範圍。

重量和體積減輕了，卻不能犧牲靈敏度。林俊利老師表示，多數使用離子阱作為分析器的質譜儀，多以電壓掃描(voltage scan)方式獲得圖譜，待測物的質量愈高，必須使用的電壓愈高，現實中電壓的限制，讓量測範圍止步於103(three orders of magnitude)。研究團隊改採自有專利技術，不改變電壓，而是改變頻率。透過RF頻率掃描線性離子阱的方式來獲得離子井質譜。此一創新技術帶來了更高的離子捕獲能力，以及更好的傳輸速度，量測範圍可以達到1015 (15 orders of magnitude)。測量目標從原子到細胞都不是問題。

現有的質譜儀大多只配置一個特定的離子源，專為特定用途而設計。不同分子適用於不同的解離源，為了滿足不同的物種測試，實驗室通常設置了不只一台的質譜儀，才足以應付所需，高昂的進入門檻，讓許多醫療院所望之卻步。

林老師進一步表示，研究團隊所設計的這台質譜儀，配備了多重離子源，結合了兩種技術：一是電噴灑離子化(electrospray ionization, ESI)，一是基質輔助雷射脫附離子化(matrix-assisted laser desorption / ionization, MALDI)。前者適用於液體樣品；後者則適合固體樣品。這兩個技術的結合，不但擴大了檢測的物種，連巨分子的量測也能攻克，最大可以量測到數百萬道爾頓(Dalton, Da)的醣蛋白分子，成為分析蛋白質與胜肽的最佳工具。將多重離子源整合在一起，一台抵多台，不只降低了建置的成本，也減少空間的佔用。

國人研發的可攜式多游離源生物質譜儀（上）、桌上型離子阱分析質譜儀（左）與基質輔助雷射脫附游離飛行時間質譜儀（右）

這台由國人自行研發的可攜式質譜儀，原型機已經在基因體研究中心的實驗室建置完成，其中運用的關鍵技術也在台灣、美國等國通過專利申請，運用專利所產生更多元的應用。

以可攜式質譜儀為基礎，團隊持續也開發周邊的應用。目前他們有一個主要任務，希望將這個發明應用在解決毒品氾濫的問題。過去第一線的警力採集樣品後，必須送到台灣13個政府認證的實驗室進行檢測，耗時費力。研究團隊計畫運用這部可攜式質譜儀，可以協助執法人員在現場作即時檢測。另外，他們也開發出可以與微型質譜儀進行串連的微型液相層析儀，添加質譜儀的外掛，讓其功能更加完備。

生命科學的興起，讓大眾對於身旁危及生命安全的事物更加警惕，從食品的不當添加劑如三聚氰胺到環境的汙染的PM2.5等等，都衍生出檢測的重要性，迫切需要完整的解決方案。質譜儀的發展已逾百年，隨著時間的推移，設計和運用上也正跟緊時代的脈動。

這個可攜式多游離源生物質譜儀，可望為日常生活帶來平價多功能的檢測方法，以及即時即地測量的新選擇。一個走出學術殿堂，走入日常生活的質譜儀，正在創造歷史。

資料來源: 中研院基因體中心