1納秒相當于十的負九次方，即十億分之一秒，飛行時間質(zhì)譜儀的精度可見一斑。通過這一技術(shù)，可測定基因、蛋白、糖基的變化，從而發(fā)現(xiàn)腫瘤、缺陷基因等突變，在優(yōu)生優(yōu)育、精準醫(yī)學(xué)、分子遺傳育種等領(lǐng)域有著極廣的應(yīng)用。此前，該技術(shù)和產(chǎn)品均被國外壟斷。
據(jù)項目工程人員介紹，該技術(shù)利用試劑把基因、蛋白質(zhì)等生物大分子離子化后，在高能脈沖電壓作用下，讓其“飛一會兒”，最終通過測量離子飛行時間，計算分子量的變化，分析出基因或蛋白中發(fā)生的具體變化。
“精度可以達到分子量的千分之一量級。”毅新博創(chuàng)董事長馬慶偉介紹。在一般初中和高中的化學(xué)課本中，精確到個位數(shù)的分子量，已足夠人們?nèi)ビ嬎愀鞣N化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)種類、數(shù)量的變化。測量到千分位后，對分子內(nèi)部變化都可以“明察秋毫”。舉例說，水的分子量是18，如果精確到千分位，就可知道水分子中不同元素的同位素比例，來自長江、黃河的水即使提煉為純凈水，也一樣可以迅速、精確地分辨出來。
該項目運用到臨床中，可提前預(yù)警腫瘤。一位70歲的患者肺部出現(xiàn)陰影，但無法確診是否是腫瘤。通過飛行時間質(zhì)譜儀，檢測到基因出現(xiàn)變化，并準確判斷出血液循環(huán)腫瘤DNA中“KRAS”基因發(fā)生了突變。這名患有結(jié)腸癌合并肺轉(zhuǎn)移的患者手術(shù)后，通過測量血液循環(huán)腫瘤DNA，術(shù)后第二周就可以發(fā)現(xiàn)基因突變，預(yù)警腫瘤復(fù)發(fā)，而目前臨床檢測手段直到術(shù)后第八周才能確診腫瘤是否復(fù)發(fā)。
據(jù)介紹，飛行時間質(zhì)譜儀對腫瘤的檢測靈敏度，要比基因測序檢測提高十倍?；驕y序需要將所有基因測一遍，才能發(fā)現(xiàn)突變基因；而飛行時間質(zhì)譜儀可以很精確地檢測發(fā)生突變的基因位點。過去尋找基因中的突變靶位，需要幾天時間才能完成基因測序，解讀測序數(shù)據(jù)又需要花費幾周時間。而利用飛行時間質(zhì)譜儀幾個小時就能完成檢測，速度提升數(shù)十倍，患者所花費的檢測費用也會大幅降低。
高精度的飛行時間質(zhì)譜儀應(yīng)用非常廣泛。例如，用在優(yōu)生優(yōu)育領(lǐng)域，可以無創(chuàng)檢測侏儒癥、先天性耳聾等基因，完成產(chǎn)前檢查、新生兒篩查;用在分子遺傳育種領(lǐng)域，可以快速、準確找到優(yōu)勢基因，實現(xiàn)精確雜交，過去幾年才能完成的雜交育種篩選，有望一兩年內(nèi)就能完成。目前飛行時間質(zhì)譜儀已經(jīng)開始在水稻、玉米、小麥等品種中建立基因數(shù)據(jù)庫，下一步將在花卉、蔬菜、奶牛、蛋雞等品種中開展基因數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，為推出高產(chǎn)、高質(zhì)的新品種奠定分子基礎(chǔ)。飛行時間質(zhì)譜儀還可以用于病毒分析等微生物檢測。
“之前，這一領(lǐng)域是外國技術(shù)的天下，現(xiàn)在終于實現(xiàn)中國‘智’造。”馬慶偉介紹，這項完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，已經(jīng)申請發(fā)明專利60余項。今年年底到明年年初，馬慶偉計劃與美國霍普金斯大學(xué)合作建立一個實驗室，讓這項新技術(shù)接受國際競爭與挑戰(zhàn)。
