生物制药表征用质谱仪

01概述与价值链#

Markers EC: US FDA 21 CFR Part 11 + ICH Q6B for biopharmaceutical characterization and impurity profiling | OECD: 生物制药 | Regulator: FDA（美国）, EMA（欧盟）, NMPA（中国）

质谱仪通过测量分子的质荷比来识别与定量分子，在生物制药领域，它处于蛋白质表征的核 心：确认氨基酸序列、绘制糖基化与氧化等翻译后修饰图谱，并检测单靠色谱检测器无法分辨 的痕量杂质与降解产物。该品类以三种架构为主导。高分辨Orbitrap仪器在静电场中捕获离 子，以百万分之一以下的精度分辨质量，是深度蛋白质组学表征与完整蛋白质分子量确认的主 力设备。飞行时间（TOF）系统常与离子迁移率联用，通过测量离子穿过飞行管所需时间来推 算质量，因其在单细胞与亚细胞蛋白质组学中的速度与分辨率优势而备受青睐。三重四极杆仪 器通过三个串联四极杆对离子进行过滤与碎裂，实现最灵敏的目标定量分析，是肽类生物标志 物及临床/法医检测的标准方法。这些平台在上游与液相或气相色谱联用后，能将单次进样转 化为完整的身份、纯度与修饰图谱——这正是符合ICH Q6B的生物制药表征以及监管申报所需杂 质数据的基础。

生物制药质谱分析的关键方向：

1. 高分辨Orbitrap质谱（Orbitrap MS）： 百万分之一以下的质量精度，用于深度蛋白质 组学表征、完整蛋白质分子量确认与全面杂质分析。
2. 飞行时间与离子迁移率质谱（TOF/IM-MS）： 高速、高分辨率的质量测量，越来越多 地与离子迁移率联用，用于单细胞与亚细胞蛋白质组学。
3. 三重四极杆目标定量分析（Triple-Quad MS）： 用于肽类生物标志物目标定量及临 床/法医检测最灵敏的平台，以多反应监测模式运行。
4. LC-MS/MS与GC-MS/MS联用（Chromatography-Coupled MS）： 上游液相或气相色谱分 离后接入质谱仪，将单次样品进样转化为完整的身份与纯度图谱。

行业价值链#

[样品：蛋白质/肽/小分子] ──> [色谱分离] ──> [离子化与质量分析] ──> [谱图数据：质量、强度、碎裂]
                                                                  │
                                                          （鉴定/定量）
                                                                  │
                                                                  ▼
[表征报告/批次放行] <─── [软件：谱库匹配、解卷积]

价值链层级#

行业跨领域技术：

• 数据非依赖采集（DIA）： 在预定义窗口内系统性碎裂所有前体离子，而非选择单个前 体，提高大规模蛋白质组学研究的可重复性。
• 原生质谱： 在离子化过程中保留非共价蛋白质复合物与高级结构，将表征范围从一级 序列扩展至四级组装。
• AI辅助谱图解卷积： 机器学习模型越来越多地辅助复杂、高密度蛋白质组学数据集的 峰识别与谱库匹配。

02美国#

美国拥有该品类规模最大的仪器制造商，以及从发现阶段蛋白质组学到GxP放行检测的最深厚 的生物制药表征与临床定量需求。

深度蛋白质组学表征、完整蛋白质分子量确认、目标临床/法医定量分析#

• Thermo Fisher Scientific： Orbitrap Astral Zoom与Orbitrap Excedion Pro将高分 辨质谱进一步推向更高通量的蛋白质组分析以及完整蛋白质/抗体表征，并在2026年ASMS大 会上发布新一代创新产品，旨在加速从药物发现到新疗法的进程。
• Waters Corporation： Xevo MRT P10 MS可将MS/MS灵敏度提升多达20倍，采集速度提 升2倍，服务于多组学研究；Xevo TQ Absolute XR则将串联四极杆的灵敏度扩展至临床体 外诊断应用。
• SCIEX： ZenoTOF 8600树立了精确质量定量的新标准，TripleTOF 6600 Q-TOF平台服 务于高分辨率的目标与非目标蛋白质组学工作流程。

03中国#

本轮筛查中没有总部位于中国的质谱仪厂商在自有域名上取得确证证据；需求由中国不断扩 张的生物制药表征与临床定量需求驱动，目前主要通过上述全球厂商的区域经销与应用支持 网络提供。

依赖进口仪器、国内生物制药表征需求、经销商主导的市场#

• 全球厂商经销： Thermo Fisher、Waters、SCIEX、Bruker与Shimadzu均在中国设有销 售与应用支持机构，服务国内生物制药与临床诊断企业。
• 国内生物制药表征能力建设： 中国不断扩张的生物制品生产与临床质谱检测基础是主 要需求驱动因素，本次筛查未确认有本土仪器厂商。
• 筛查说明： 本轮探查了两家总部位于中国的候选仪器厂商，均未在自有域名上返回确 证证据——这并不代表本土厂商不存在，只是本轮未获确认。

04欧盟#

德国的Bruker是欧洲贡献的支柱，其独特的高灵敏度离子迁移率架构专为单细胞与亚细胞蛋 白质组学而设计。

离子迁移率高分辨蛋白质组学、单细胞/亚细胞灵敏度、功能蛋白质组学平台#

• Bruker（德国）： timsTOF Ultra 2为单细胞与亚细胞蛋白质组学提供极致灵敏度，较 新的timsOmni平台则以蛋白质形式（proteoform）级别分析推进功能蛋白质组学，服务于 疾病生物学研究。

05领先企业与研究机构#

06技术栈与创新#

该技术栈将离子化、质量分析与软件解析叠加在与色谱联用的通用样品导入平台之上，在 Orbitrap、TOF与三重四极杆架构之间的选择，取决于应用更看重分辨率、速度还是目标灵敏 度。

1. Orbitrap质量分析：
   • 离子在静电场中绕中心纺锤形电极运行；测量其振荡频率并进行傅里叶变换，以获得百 万分之一以下精度的质量。
   • 提供了在完整蛋白质表征与深度蛋白质组学中区分紧密排列的同位素峰或修饰峰所需的 分辨率。
2. 带离子迁移率的飞行时间分析：
   • 离子被加速进入飞行管；到达探测器的时间直接转换为质荷比，附加的离子迁移率漂移 池在质量分析前按形状分离离子。
   • 增加的迁移率维度可分辨仅靠质量无法区分的同质量异构离子，这对单细胞与亚细胞蛋 白质组学的复杂性至关重要。
3. 三重四极杆目标定量分析：
   • 第一个四极杆选择前体离子，第二个通过碰撞使其碎裂，第三个四极杆过滤特定碎片 ——即多反应监测。
   • 提供了临床与法医检测中痕量肽类生物标志物定量所需的灵敏度与特异性。

07价值链与生产管线#

完整蛋白质/杂质表征运行的工业管线（ICH Q6B / 21 CFR Part 11）#

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 样品酶解/制备            │ ───> │ 2. 色谱分离                  │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 质量分析                 │ <─── │ 3. 离子化                    │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 谱图解析                 │ ───> │ 6. 表征报告                  │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

阶段1：样品酶解与制备

将蛋白质经酶解转化为肽段（用于自下而上分析）或保持完整（用于自上而下/完整分子量分 析），随后脱盐或稀释至可进行色谱分析的状态。

阶段2：色谱分离

液相或气相色谱在样品组分进入离子源之前按时间将其分离，降低质谱仪在任一瞬间需要分辨 的复杂度。

阶段3：离子化

电喷雾或其他离子化源将洗脱分子转化为可被操控与测量的气相离子。

阶段4：质量分析

Orbitrap、飞行时间或四极杆分析器按质荷比分离离子，可选的碰撞诱导碎裂为序列或修饰确 认提供结构信息。

阶段5：谱图解析

解卷积软件与谱库匹配将每个检测到的质量归属为特定的蛋白质、肽、修饰或杂质。

阶段6：表征报告与放行

汇总后的身份、纯度与修饰图谱与ICH Q6B表征要求或经验证的放行规格进行比对，并在GxP环 境中提供符合21 CFR Part 11的审计追踪。