推动农业创新，拜耳作物科学部利用“它”这么做

沃特世 2023-03-17

拜耳公司是一家在医疗保健和营养生命科学领域拥有核心竞争力的国际企业，在2020财年中，拜耳拥有约100,000名员工，销售额为414亿欧元，研发支出为49亿欧元。

拜耳公司的作物科学部门使用了Waters SELECT SERIES Cyclic IMS仪器，通过创新型农业研发，应对全球粮食体系面临的挑战。

拜耳公司作物科学部门

拜耳公司是一家在医疗保健和营养生命科学领域拥有核心竞争力的国际企业，在2020财年中，拜耳拥有约100,000名员工，销售额为414亿欧元，研发支出为49亿欧元。其农作物科学部门在全球拥有40,000名员工，研究涉及农业、生物学、化学和信息科学等领域。他们一直致力于：

提高每亩作物种植量；
减少农业对环境的影响；
提高农业生产效率，做出更明智的决策。

位于德国莱茵河畔蒙海姆的拜耳作物科学部门的质谱和PC数据筛选实验室，利用先进的分析化学工具开辟农业研究领域的新天地。

图1. 拜耳作物科学部门的Glaubitz博士（左）和他的同事们，使用SELECT SERIES Cyclic IMS系统。

拜耳作物科学部门的Glaubitz博士描述了团队的工作重点：

我们质谱(MS)实验室的研究重点是使用MS进行结构表征。将液相色谱和MS(LC-MS)联用，进行早期研究和早期生物学试验，以考察化合物在植物或目标中的分布情况，以及形成的代谢物。我们先进行了大量快速筛选的方法来概览化合物的表观行为，然后再对特定化合物进行详细查看、深入分析。我们的首要目标是开发新的农用化学品，并改善耕作方式。

为了开展这项研究，该团队不断寻找能够帮助拜耳科学家推动创新和能够帮助农民的新型分析技术和工具，并于2020年购买了Waters SELECT SERIES Cyclic IMS仪器。

Glaubitz博士描述了拜耳团队在2020年购买仪器时的心路历程：

当我们购买新系统时，需要考察三方面，即购买仪器、服务和软件。我们之前的经验及沃特世一直以来良好的服务给了我们比较大的信心。我们知道沃特世的仪器性能非常稳定。我们还需要一台分辨率更高，同时还需要有良好灵敏度的仪器。我们也参考了其他品牌的产品，但最终选择了SELECT SERIES Cyclic IMS，因为它具有我们所需要的出色的离子淌度(IM)功能、质量分辨率和高灵敏度。

作物科学领域的创新及需求

质谱和数据筛选实验室团队使用先进的分析技术进行小分子研发。Glaubitz博士介绍了该实验室如何利用其在生物技术、作物保护和数据科学领域的研究能力，更快地为农民提供定制的解决方案：

我们非常关注不断发展的分析技术手段，它可以帮助我们深入了解作物生长体系，尤其是在作物保护和制药产品的早期研究中。我们选择的解决方案需要能够进行广泛的分析，我们不能只依赖于特定的技术。

作物科学部门的研究人员在了解到沃特世的新仪器可提供更高的离子淌度分辨率和新颖的IMSⁿ功能后，他们看到了一个机会。拜耳作物科学高级实验室科学家Jürgen Lukas先生认为：改进后的离子淌度性能与非常高分辨率的MS技术相结合，可以提供一种非常棒的方式，扩展实验室作物科学研究中MS的界限，解决一些难题。

图2. Glaubitz博士和他的团队通过SELECT SERIES Cyclic IMS提高了他们的常规MS分析性能。

我们在鉴定极低水平的代谢物时遇到了困难，于是我们试图通过提高样品的浓度来解决问题。当然，这种方法在生物活性和生物线性方面存在缺陷，因为并非每种样品都是线性的。我们还发现样品对系统造成了过大的压力，导致系统无法正常响应。这不是我们想在研究中看到的结果。我们需要更高的分辨率来研究复杂样品，这是我们对SELECT SERIES Cyclic IMS感兴趣的另一个原因。有时，对于某些化合物，使用现有手段无法获得所需的结果。此外，我们实验室的样品通量非常大，因此我们希望降低样品的浓度，因为浓度越低，仪器之后所需的维护就越少。

Waters SELECT SERIES Cyclic IMS仪器

离子淌度(IMS)根据离子的大小、形状、电荷和质量数对离子进行分离。它可以与MS联用来获得多维信息，从而提供有关离子三维结构的信息，以提高峰容量和化合物表征的可信度。IMS-MS在同分异构体分析中也能发挥重要作用，通过碰撞截面(CCS)差异反映不同结构。

沃特世新开发的环形离子淌度技术采用特有的环形路径，可以选择特定的离子，根据需要，在环形淌度装置中多次传输，从而“聚焦”于目标分析物。SELECT SERIES Cyclic IMS仪器可用于高级表征，通过离子淌度选择离子，进行碰撞诱导解离，可提供特有的IMSⁿ数据。这款革命性的仪器将环形离子淌度功能与最新的飞行时间(TOF) MS技术相结合，可提供更高的质量分辨率，能够获得比以往更丰富、更详细的样品化合物信息。

图3. 环形离子淌度技术允许用户通过执行多通道实验来定义路径长度，提供比单独使用MS更高的分辨率。

除了新颖的Cyclic IMS技术外，该仪器还包含许多可提高系统灵敏度、质量分辨率和动态范围的新技术，包括：

最新一代StepWave™离子传输光学组件，可提高不稳定小分子化合物的传输。

离子淌度后光学组件，可保持离子淌度分离的保真度，同时调节离子束以获得理想的飞行时间(TOF)MS性能，还提供了碰撞诱导解离功能，可进行离子淌度后碎裂实验。

全新TOF设计，可提高灵敏度和分辨率。

双增益检测系统，可增加系统的动态范围，使离子淌度能够用于解决极具挑战性的分析问题。

拜耳质谱和数据筛选实验室的研究人员从2020年5月开始的三个月内处理了超过20,000个样品，检测物多为带基质的实测样本，高通量测定，仪器运行非常稳定。

Glaubitz博士在说到此处时不由得竖起大拇指。他同时表示Waters UNIFI科学信息系统数据挖掘和比较功能非常强大，增强了研究人员对数据结果的理解，以及汇总和管理数据的能力。

Lukas先生解释了这对团队工作的增益：

我们的主要工作是高通量分析，使用SELECT SERIES Cyclic IMS和UNIFI软件实现了很好的平衡。较快的循环时间很重要，因为我们必须尽可能快地完成分析。这套系统非常强大，不但停机时间明显缩短，而且现在我们可以运行10倍稀释的样品，这真的太棒了。分析所需样品量的减少还带来了其他好处，因为如果需要，我们可以节省一部分样品供将来测试使用。SELECT SERIES Cyclic IMS所需的维护时间和维护成本也很令人满意。

展望未来

Glaubitz博士相信，Cyclic IMS仪器的功能将大幅度推动其团队的研究和农业创新。质谱和数据筛选实验室的研究人员看到该仪器作为代谢物鉴定的常规分析工具在灵敏度和质量分辨率方面的可靠性后，也正在将Cyclic IMS集成到实验室的工作流程中。另一方面，该实验室的团队正在进一步深入研究Cyclic IMS的IMS功能，希望其成为作物科学前沿研究的理想选择。Glaubitz博士预计，团队的研究工作将因IMS技术而取得巨大飞跃。他解释说：