离子迁移-质谱仪中真实物理环境对生物大分子构象变化影响的研究

Ion mobility-mass spectrometer (IMMS) plays an increasingly important role in the field of structure analysis of biomacromolecules such as proteins. Ion mobility analysis is based on the hypothesis that the structures of molecules remain unchanged during the analytical processes; however, some recent theoretical and experimental results indicate the hypothesis may be invalid. Currently, it is still an open area how the physical environment of the IMMS instrument makes an impact on the structures of biomacromolecules. To address this scientific question, numerical simulations and experimental validation will be employed to study the possible conformational changes of biomacromolecules. The study is helpful for the understanding of the instrument design and the impacts of instrument working parameters on the spatial physical and chemical environments, prediction of the structure changes of biomacromolecules, development of high-performance IMMS instruments and analytical methods for structure analysis of biomacromolecules.

离子迁移-质谱仪在研究蛋白质等生物大分子结构方面正发挥着越来越重要的作用。离子迁移谱分析建立于离子迁移过程中分子结构不变的假设。然而，前期理论研究及一些实验数据预示这种假设不一定成立。目前，对于离子迁移-质谱仪器中物理环境对生物大分子的立体构象产生的影响，尚无系统性的、较为深入的研究。为了回答这个科学问题，本项目拟采用模拟仿真结合实验的方法，研究生物大分子在离子迁移-质谱仪分析过程中可能的结构变化，理解仪器设计及运行参数对空间物理及化学环境的影响，预测生物大分子结构变化，指导高性能离子迁移-质谱仪器研发和生物大分子结构解析方法的发展。

离子迁移-质谱仪（IM-MS）是研究蛋白质等生物大分子结构方面的重要研究工具。对IM-MS仪器中物理环境的表征对理解其如何对生物大分子结构产生影响十分必要。针对这一科学问题，本项目通过理论仿真和实验验证两种方法进行了深入探索。首先，本项目从理论上对IM-MS分析器中离子的物理环境参数进行了建模，并利用数值仿真获取了离子在电场加热环境中等效的离子温度；为了验证理论和仿真结果，本项目自研了一台IM-MS仪器，提出了适用离子阱分析器的IM-MS分析新方法，并和商业仪器timsTOF的结果进行了对照实验，进而研究生物大分子，如细胞色素c等，在IM-MS分析过程中的结构变化。本项目的研究可以帮助IM-MS仪器及运行参数的优化设计，了解仪器物理环境对生物大分子结构分析的影响，指导新一代IM-MS仪器研发和生物大分子结构解析方法的发展。