CDMS 快速入门课程 第 3 章｜CDMS 是如何工作的，原理 · 流程 · 性能（Principles, Process & Performance）
欢迎来到 CDMS（电荷检测质谱）快速入门课程的第 3 章。
在第 2 章中，我们已经看到 CDMS 能做什么；
而这一章，我们将真正 掀开引擎盖，一步步讲清楚：
CDMS 到底是怎么做到“单颗粒、直接质量测量”的？
本章你将学到什么
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CDMS 背后的核心物理原理
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从样品管到质量分布图的完整流程叙事
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CDMS 为什么能在高通量 + 高精度下同时成立
在正式开始之前，先掌握几个关键名词。
一、关键名词速查
纳米电喷雾电离（Nano-ESI）
通俗解释
一根比头发还细的玻璃针，在高电压下把液体“雾化”，形成极小的带电液滴，溶剂蒸发后留下带电粒子。
为什么对 CDMS 很重要？
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只需 5–10 µL 样品
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电离过程非常“温和”
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能保持 病毒衣壳、LNP、超大分子处于天然构象
这一步决定了 你测到的是“活着的结构”，而不是碎片。
单颗粒测量（Single-Particle Measurement）
通俗解释
不是测“一堆分子的平均值”，而是 每一次只测一个真实粒子。
为什么对 CDMS 很重要？
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每个数据点 = 一个真实颗粒
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不需要复杂反卷积
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异质性、稀有组分不会被平均值掩盖
静电线性离子阱（ELIT）
通俗解释
两个“静电镜子”，把一个离子在中间的检测管里来回反弹。
为什么对 CDMS 很重要？
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每次通过检测管都会产生新数据
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同一个离子可被测量上千次
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精度随“反弹次数”不断提高
这是 CDMS 精度跃迁的核心发明。
m/z（质荷比）
通俗解释
质量 ÷ 电荷数，是传统质谱最常测的量。
在 CDMS 中的作用
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通过离子在阱中的振荡频率获得
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但 CDMS 不止停留在 m/z
镜像电荷检测（Image-Charge Detection）
通俗解释
一个带电粒子经过金属管时，会在管壁上“感应出”一个微弱电信号，信号大小 ∝ 粒子的总电荷数。
为什么对 CDMS 是革命性的？
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直接数电荷
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不需要像传统质谱那样“猜电荷态”
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电荷数是实测值，而非推断值
质量分布（Mass Distribution）
通俗解释
不是一个数，而是 一整张“这个样品里所有颗粒质量长什么样”的地图。
在 CDMS 中
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每个离子 → 一个真实质量
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所有质量 → 组成直方图
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直接反映样品异质性
二、CDMS 的 6 步工作流程（从进样瓶到质量图）
下面我们按时间顺序，把一个样品完整“走一遍”。
第 1 步｜缓冲液置换：样品预处理
生物样品通常在复杂缓冲体系中：
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盐
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表面活性剂
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稳定剂
这些东西 不适合进质谱。
做法
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用快速脱盐柱
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换成挥发性缓冲液（常用：100 mM 醋酸铵）
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全程约 10 分钟
非挥发性杂质被清除，只留下“你真正想测的东西”。
第 2 步｜纳喷发射：把单颗粒送进离子源
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插入纳喷喷嘴
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加 ~1.2 kV 电压
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流速仅 ~20 nL/min
发生了什么？
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液体形成微小带电液滴
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溶剂逐渐蒸发
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电荷转移到单个粒子上
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粒子完整进入真空系统
病毒、LNP、超大分子 结构仍然保持完整。
第 3 步｜离子“门禁”：一次只放几个
想象一个酒店门口的旋转门。
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静电透镜每 ~100 ms 打开一次
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每次只放 极少量离子 进入
目的只有一个：
避免“挤在一起”，防止电荷和信号混乱
第 4 步｜ELIT 多次反弹测量：核心舞台
进入 ELIT 后，一个离子会：
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在两个静电镜之间来回反弹
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>1000 次 穿过中间检测管
每一次穿过，都会同时获得两条信息：
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振荡频率 → m/z
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感应电荷 → 总电荷数 z
把同一个离子的所有数据叠加：
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随机噪声被平均掉
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电荷精度可优于 ±1 个电荷
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第 5 步｜实时质量计算：最简单的一步
当系统已经知道：
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m/z
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z
那真实质量就是：
质量 = (m/z) × z
没有反卷积
没有假设
没有模型猜测
这是 第一性原理意义上的直接称重。
第 6 步｜构建质量分布：样品“全貌”出现
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5 分钟运行
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可获得 数千个独立单颗粒数据点
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每一个点 = 一个真实粒子
这些点被分箱后，就形成了：
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空壳
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半满
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满载
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异常群体
等不同质量群的 完整分布图谱。
三、为什么这套方法如此重要？
✅ 真正的单颗粒数据
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稀有杂质不会被平均值掩盖
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异质性一眼可见
✅ “喝杯咖啡的时间”
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样品准备 + 测量 ≤ 15 分钟
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对比：
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AUC：小时级
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cryo-EM：天到周
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✅ 极低样品消耗
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微升级
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亚微克级
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非常适合早期研发和珍贵样品
✅ 长期一致性
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校准稳定
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数据可跨 天 / 月 / 批次 对比
✅ 一套流程，多种用途
同一 CDMS 流程，可用于：
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研发早期报警
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工艺优化
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GMP QC 与放行
本章小结
通过 制样 → 发射 → 离子门禁 → 离子回旋 → 测量 → 汇总 这条完整分析链，
CDMS 在 速度、精度和物理可解释性 之间达成了极罕见的平衡。
它不是“更复杂的质谱”，
而是“把质量这件事，重新测了一遍”。
下一章预告｜第 4 章：CDMS 如何融入生物工艺流程？
在 第 4 章，我们将回答一个非常实际的问题：
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CDMS 放在 上游构建筛选 的哪一步？
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如何在 中游工艺开发 中实时指导决策？
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在 下游 QC 中，CDMS 能替代或补充哪些传统方法？
📩 请留意下一章更新。
