质谱（Mass Spectrometry，简称MS）是一种能够分离和测量化学物质的质量和相对丰度的分析技术。在蛋白质组学中，质谱被广泛应用于蛋白质的鉴定、定量和功能研究。蛋白质是生物体内执行生物学功能的关键分子，通过研究蛋白质的组成和变化规律，可以深入了解生物体的生理状态和疾病机制。蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象的科学，利用质谱等技术手段对蛋白质进行全面的分析和解读。

当前，质谱在蛋白质组学中主要从三个维度对蛋白质进行定性和定量分析。这些维度包括保留时间（retention time）、质荷比（m/z）和离子强度（intensity）。保留时间是指蛋白质在色谱柱中停留的时间，质荷比是指蛋白质电荷与质量之比，离子强度表示离子的丰度。在2020年12月的一篇名为《diaPASEF: parallel accumulation-serial fragmentation combined with data-independent acquisition》的论文中，介绍了一种新的蛋白质质谱技术，将蛋白质组学研究推向了4D时代。该技术采用了名为timsTOF Pro的仪器，通过分析分子量和离子迁移时间的相关性，结合最新的数据无关采集模式（DIA），在质核比范围内全面覆盖，并提高了鉴定离子的分辨率。这样一来，可以鉴定更多种类的蛋白质，并具有微量样本检测的优势。这种4D质谱技术的引入为蛋白质组学研究提供了全新的手段，能够更加全面、准确地解析蛋白质组成和变化规律，为生物学研究和临床诊断提供了重要的工具。随着技术的不断发展和完善，质谱在蛋白质组学中的应用前景将更加广阔。

4D分离技术较传统的质谱技术增加了第四个维度——离子淌度（mobility），进而大幅度的提高了扫描速度和检测灵敏度，大幅提升蛋白鉴定的数量和覆盖率。timsTOF Pro创新性地使用了双TIMS分离/富集装置，离子在第一个TIMS部分中进行累积，在第二个TIMS中根据淌度进行分离，经过分离后的离子继续用于MS/MS碎裂。往复进行此过程，当第二个TIMS进行分离时，第一个TIMS也同时在平行地累积离子，这样可以实现近乎100％的离子利用率，并减少1价离子（杂离子）的干扰。此外，离子的淌度分离能促进了共流出组分的同分异构体区分，减少二级混合谱图，尤其有利于翻译后修饰位点的精确分析。timsTOF Pro具有跨时代的覆盖深度、灵敏度、快速高通量的蛋白质组分析性能，适合临床高通量样本的研究

4D质谱仪具有以下特点：

     1.更快的速度，相同测试条件下，4D Label free比传统Label free技术检测能力提高50%以上，是实际样本分析扫描速度最快的质谱仪。

     2.更高的灵敏度，尤其是生物样本的蛋白质组成复杂，存在大量的共洗脱现象，在很小的保留时间内却存在大量共洗脱肽，质量差异（m/z）小。而离子淌度中对质量差异小的肽段进行区分（离子迁移率不同），实现更精准的鉴定。

     3.更高的专属性，与传统3D质谱相比增加了离子淌度这一维度，可对待测蛋白进行四维鉴定和定量分析，提高谱图可靠性。

     4.更低的样本需求量，4D蛋白组的上样量降低到传统方法降低1/10，只需200ng。原始样本量降低到传统方法的1/4。只需少量样本，就能达到深度覆盖。

综上，4D质谱带来的采集速度与灵敏度的同时提升，使得其在短梯度下也能实现蛋白深度覆盖，结合其在大队列样本分析中展现出的卓越稳定性，相信基于4D质谱平台开发的高通量和高灵敏度临床蛋白组学方法，必将在生物医学基础研究和临床诊断中有着广阔的应用前景。