氨基成像质谱法 2025：突破性创新将在生物分析市场中引发变革
目录
- 执行摘要：市场概述和主要趋势
- 氨基成像质谱法的核心原理和技术
- 行业领先企业及其最新战略举措
- 主要应用：医疗、药物发现及其他
- 新兴创新：AI集成、分辨率提升与自动化
- 市场规模与增长预测：2025–2030
- 竞争格局与全球市场份额动态
- 主要监管发展及行业标准
- 挑战、风险及采纳障碍
- 未来展望：颠覆性潜力与下一代技术
- 来源与参考
执行摘要：市场概述和主要趋势
氨基成像质谱法（AIMS）越来越被认可为生命科学中的一种变革性技术，能够高分辨率地空间映射生物组织中的氨基酸和肽。到2025年，市场正在经历显著增长，推动因素包括仪器灵敏度的提升、与人工智能（AI）在数据分析中的集成，以及向临床和制药研究的扩展。主要仪器制造商和解决方案提供商正在提高系统通量并自动化工作流程，使其在研究和诊断环境中得到更广泛的采用。
关键参与者如 布鲁克公司 和 赛默飞世尔科技 已推出具备更高空间分辨率和多重化能力的下一代平台。这些公司专注于简化工作流程和提高系统的鲁棒性，目标应用涵盖肿瘤学、神经学和代谢疾病研究。同时， 岛津制作所 正在推进其质谱成像产品组合，强调用户友好的操作和与临床实验室环境的兼容性。
到2025年，一个显著趋势是 AIMS 与数字病理学和生物信息学的融合。机器学习算法在光谱解释中的集成正在减少从原始数据采集到可操作见解的时间，这得益于仪器供应商和数据分析公司之间的合作。例如，默克公司支持基于 AIMS 的空间蛋白组学研究合作，以发现生物标志物和进行药物开发。
在地理方面，由于强大的研究资金和成熟的生物制药领域，北美和欧洲继续引领采用。然而，亚太地区，尤其是中国和日本，正迅速扩张，精准医疗和蛋白组学基础设施的投资正在加速市场渗透。
展望未来，AIMS 市场在未来几年将面临日益增加的临床转化，特别是在个性化医疗领域，以及适合去中心化实验室的小型台式仪器的发展。监管动力正在增强，美国食品和药物管理局（FDA）等组织正在与行业合作，建立质谱诊断临床应用的指南。AIMS 技术的持续演进预计将开启新的诊断和治疗机会，巩固其作为分子病理学和制药创新中不可或缺的工具地位。
氨基成像质谱法的核心原理和技术
氨基成像质谱法（AIMS）是一种先进的分析技术，结合了质谱的分子特异性与高分辨率空间成像，能够直接映射生物样本中氨基酸、肽和蛋白质的分布。其核心在于 AIMS 利用电离方法——最常见的是基质辅助激光解吸/电离（MALDI）或次级离子质谱（SIMS）——从组织切片或其他基质中解吸和电离分析物。这些电离的分子随后被质谱仪分析，使得在微米甚至亚微米尺度上准确检测和定位氨基酸种类成为可能。
到2025年，最先进的 AIMS 平台具有更高的空间分辨率、灵敏度和通量，这得益于硬件和软件的创新。 布鲁克公司 和 岛津制作所 继续引领这一领域，推出能够实现 5-10 微米空间分辨率的基于 MALDI 的成像系统，使得亚细胞定位研究成为可能。最近的仪器发展包括增强的探测器技术和先进的样品制备机器人系统，综合提高了信噪比和重现性。
在软件方面，像 Waters Corporation 这样的公司推出了新的数据分析平台，采用机器学习算法快速分割和识别复杂组织中的氨基酸模式。这些分析进展促进了更广泛的应用，从神经科学到肿瘤学，使研究人员能够以空前的细节可视化和量化代谢途径和蛋白质表达。
最近的一个重大趋势是 AIMS 与其他模态（如荧光显微镜和组织病理学）的整合，以提供相关的多组学成像。仪器制造商正在响应对多模态平台的需求， 赛默飞世尔科技 扩展了其产品线以支持混合成像工作流程，包括图像配准和数据融合的集成软件环境。
展望未来几年，该领域有望在分辨率和分子覆盖范围方面进一步取得进展。电离源和探测器电子的持续改进可能会将空间分辨率推动到亚微米范围，并使得可以同时成像更广泛的氨基酸及其修饰形态。随着工作流程变得更加自动化和用户友好，预计 AIMS 在研究和临床环境中的采用将得到增长，支持生物标志物发现、药物分布研究和个性化医学等应用。
行业领先企业及其最新战略举措
氨基成像质谱法（AIMS）近年来取得了显著进展，主要行业参与者在扩展其产品组合、投资研究和建立战略合作方面不断努力。到2025年，这一领域的格局受到了既有质谱巨头和创新新兴企业的影响，所有这些企业都旨在满足生命科学、临床研究和制药开发中对高分辨率空间蛋白组学和代谢组学的不断增长的需求。
- 布鲁克公司 继续引领其 MALDI 成像平台，特别是 rapifleX MALDI Tissuetyper，旨在进行高通量组织成像。2024年，布鲁克推出了增强的氨基酸映射软件工具，以支持精准医疗和生物标志物发现。公司的战略重点是自动化工作流程和扩大临床研究应用，体现在其最新产品线更新和与学术医疗中心的合作项目中（布鲁克公司）。
- 赛默飞世尔科技 通过发布 Orbitrap Astral 质谱仪强化了其市场地位，该仪器为氨基酸和肽成像提供了更高的灵敏度和空间分辨率。在 2025 年，赛默飞披露与制药公司建立合作关系，以实现 AIMS 在药物分配和代谢研究中的应用，强调该技术在转化研究中的价值（赛默飞世尔科技）。
- Waters Corporation 在成像质谱方面进行了战略投资，将离子迁移能力集成到其 SYNAPT G2-Si 平台中。2024年，Waters 发起了旨在映射肿瘤研究中氨基酸分布的合作项目，为其在临床诊断和个性化医疗领域的增长奠定基础（Waters Corporation）。
- 岛津制作所 扩展了其 AIMS 产品组合，推出 iMScope QT，该设备结合了光学显微镜和质谱技术，使得在细胞分辨率下快速成像氨基酸成为可能。该公司报告称在亚洲和欧洲的神经退行性疾病研究中采用率提高，显示出其在全球市场扩展方面的承诺（岛津制作所）。
展望未来，这些行业领导者预计将进一步投资于小型化、自动化和基于 AI 的数据分析，以拓宽 AIMS 的应用。未来几年，将看到其在临床工作流程中的更深入整合，仪器制造商、制药公司和研究机构之间的持续合作将加速氨基成像质谱法从研究向常规诊断的转化。
主要应用：医疗、药物发现及其他
氨基成像质谱法（AIMS）正迅速崛起为一种变革性的分析技术，尤其是在医疗、药物发现和相关领域的应用。AIMS 的核心优势在于其能够空间映射生物样本中氨基酸和肽的分布，提供前所未有的分子见解，无需标签或探针。
到2025年，医疗应用将是 AIMS 创新的主要驱动力。在肿瘤学方面，AIMS 正在融入工作流程，用于表征肿瘤微环境和代谢特征，支持精准医疗方法。值得注意的是， 布鲁克公司 和 赛默飞世尔科技 正在部署先进的质谱成像平台，使病理学家和研究人员能够在组织切片中识别和空间解析与氨基酸相关的生物标志物，从而改善诊断和治疗分层。
在药物发现中，AIMS 正在用于候选化合物的高通量筛选，以及在组织和细胞水平评估药物分配。岛津制作所 等公司正在完善其成像质谱解决方案，以支持制药研发，从而更有效地识别非靶向效应、代谢物分析，以及映射药物诱导的氨基酸通路的变化。这些能力预计将加速主导化合物的优化，降低临床前开发过程中的淘汰率。
除了传统的医疗和制药领域，AIMS 还扩展到神经学、传染病研究，甚至农业生物技术。例如，可视化神经组织中氨基酸变化的能力正在帮助研究神经退行性疾病，而植物生物学家则利用该技术研究作物中的压力响应和代谢适应。
展望未来，AIMS 的前景将相当强劲。自动化、增强的空间分辨率以及与人工智能的集成预计将进一步扩大其效用。包括 JEOL Ltd. 和安捷伦科技在内的行业领导者正在投资于下一代平台，承诺更快的数据采集、提高灵敏度和更广泛的应用光谱。仪器制造商、学术医疗中心和生物制药公司之间的合作努力将有望促进未来几年的新的临床和转化突破。
新兴创新：AI集成、分辨率提升与自动化
氨基成像质谱法（IMS）正在经历变革性的进步，2025年由人工智能（AI）的集成、空间和质量分辨率的提升以及增强的自动化驱动。这些创新共同提升了该技术在生物医学、制药和临床研究应用中的潜力。
AI集成是一个核心趋势，能够更复杂地分析IMS生成的大量复杂数据集。机器学习算法正被采用以自动化峰值选择、空间聚类以及在组织中识别氨基酸特征，显著减少了人工干预和分析时间。例如， 布鲁克公司 已在其 MALDI-TOF/TOF 平台中嵌入 AI 辅助的数据分析模块，支持更快和更稳健的成像结果解释。AI 工具还在简化数据标注，并促进化学图像与组织病理学特征的相关性，从而加速生物标志物发现和疾病机制阐明。
分辨率的进步是另一个关键创新领域。仪器制造商正在推动空间和质量分辨率的界限，允许在前所未有的细节下定位氨基酸和肽。 岛津制作所 推出了新的仪器系列，具有更先进的离子光学和探测器，达到单细胞水平的更高空间分辨率。这些进步使研究人员能够映射组织中氨基酸的异质分布，这对肿瘤学和神经科学研究至关重要。
自动化对于高通量和可重复的IMS工作流程越来越重要。自动化样品制备和机器人点样系统（例如由 赛默飞世尔科技 开发的系统）正被应用于核心设施和工业环境中，以减少样品变异和操作错误。端到端自动化——涵盖样品处理、基质应用、数据采集和分析——缩短了项目时间，并增强了可靠性，使IMS在常规临床研究和制药质量控制中更加可及。
展望未来几年，AI、高分辨率仪器和自动化的融合预计将进一步加速氨基 IMS 在主流生物医学研究和诊断中的采用。仪器制造商、软件开发人员和临床合作伙伴之间的持续协作将可能导致更标准化、用户友好的平台和新的应用领域，包括个性化医学和原位代谢分析。
市场规模与增长预测：2025–2030
氨基成像质谱法（AIMS）代表着广泛质谱市场中快速发展的一个子集，其应用覆盖蛋白组学、代谢组学、药物发现和临床诊断。根据预测，到了2025年，全球质谱市场年收入预计将超过70亿美元，这主要受到生命科学和医疗领域对高通量、高分辨率分析工具不断增长需求的推动。尽管 AIMS 在该行业中占有一席之地，但由于对生物组织中氨基酸和肽精准空间映射的需求增加，其增长速度超过了传统质谱。
主要行业参与者如 布鲁克公司、赛默飞世尔科技 和 岛津制作所 在推进成像质谱平台方面投入了大量资金，包括适用于氨基酸和肽成像的基质辅助激光解吸/电离（MALDI）和次级离子质谱（SIMS）仪器。下一代飞行时间和基于 Orbitrap 的成像系统的推出预计将进一步加速在学术、制药和临床研究环境中的采用。
到2025年，AIMS 市场预计将以至少 8-10% 的年均复合增长率（CAGR）增长至2030年，反映出对组学研究的强劲投资，以及将质谱成像（MSI）技术融入转化医学和个性化医疗工作流程的需要。亚太地区，由中国、日本和韩国的增长引领，正在形成最快增长的市场细分，受到政府计划和制药及诊断研发支出增加的支持（岛津制作所）。
- 学术与临床采用： 领先的研究医院和大学正在越来越多地利用 AIMS 调查组织异质性和生物标志物定位，推动仪器销售和服务合同。
- 制药和生物技术需求： 药物发现管线正在利用 AIMS 进行空间解析的药代动力学和靶标验证， 赛默飞世尔科技 和 布鲁克公司 报告称定制成像解决方案上有增长。
- 前景： 到2030年，AIMS领域预计将年收入超过10亿美元，持续的技术创新、临床诊断扩展以及自动化和通量的提升提供支持（布鲁克公司）。
竞争格局与全球市场份额动态
2025年氨基成像质谱法（AIMS）的竞争格局特点是快速的技术创新、扩展的临床和研究应用，以及成熟分析仪器制造商与新兴生物技术公司之间的动态互动。全球市场正经历加剧的竞争，主要参与者在先进成像平台、增强空间分辨率和集成软件方面进行投资，以进行定量蛋白组学和代谢组学分析。
行业的领先者包括布鲁克公司、赛默飞世尔科技 和安捷伦科技，每家公司都提供针对分子成像的先进质谱系统。布鲁克的MALDI成像解决方案和赛默飞的Orbitrap基础平台已广泛应用于生物医学研究和制药开发中的高分辨率空间蛋白组学。这些公司持续扩展其产品线，设计用于更高的通量、更高的灵敏度和更高的易用性，目标是学术和工业实验室。
在创新方面， 岛津制作所 和 JEOL Ltd. 专注于混合成像模态和自动样品处理，旨在降低医院和临床研究中心的准入门槛。它们最近推出的产品强调与组织诊断和生物标志物发现的兼容性，反映出临床对 AIMS 在肿瘤学和神经退行性疾病研究中的日益关注。
新兴公司和大学衍生公司，特别是在北美、欧洲和亚太地区，正在利用专有的样品制备技术和基于 AI 的图像分析软件来开辟利基市场。例如，Waters Corporation推出的成像质谱解决方案与数字病理学工作流相结合，增强了转化研究能力。
根据最近的公司披露和年度报告，当前市场份额主要由前五大仪器供应商主导，合计占乏全球 AIMS 仪器收入的超过 70%。然而，预计在未来几年中，随着更多玩家进入具有目标应用的专业解决方案，该市场格局将适度分散。
展望未来，在制药研发和精准医疗中的 AIMS 采用预计将加速，推动仪器供应商与临床研究组织之间的进一步合作。随着临床质谱成像的监管路径得到明确，竞争动态可能会向提供强大合规性、数据安全性和集成信息学的公司转移——为该行业在2027年及以后的持续增长奠定基础。
主要监管发展及行业标准
到2025年，氨基成像质谱法（AIMS）的监管框架和行业标准正在迅速发展，以跟上技术进步和临床采用的步伐。监管机构和标准组织正在专注于确保数据质量、互操作性和安全性，因为 AIMS 继续渗透临床诊断、制药研究和先进的蛋白组学领域。
到2025年的一个关键进展是由 国际标准化组织（ISO） 主导的质谱标准的持续协调，正在更新 ISO 20983，以涵盖特定于氨基酸映射的新成像模态和定量方案。该更新旨在促进跨实验室的可重复性，并方便临床应用的监管提交。
美国食品和药物管理局（FDA）继续完善其关于基于质谱的成像设备的指导。2025年初，FDA发布了针对 AIMS 平台的草案指导，强调稳健的性能指标、校准标准和数字数据可追溯性。该草案旨在支持制造商寻求针对临床 AIMS 设备的 510(k) 许可，特别是那些集成了基于 AI 的空间分析的设备。
在欧洲，欧洲委员会医疗器械协调小组（MDCG） 正在修订现有框架，以包括在体外诊断条例（IVDR）下污针对成像质谱的特定要求。这些修订聚焦于临床证据要求、分析性能和软件验证——这些都是在临床病理学应用的 AIMS 平台的关键所在。
行业联盟，如质谱成像协会（MSIS），正积极与监管利益相关者合作，以开发 AIMS 工作流程中样品制备、数据采集和注释的一致协议。到2025年，MSIS 发布了一份白皮书，建议针对空间分辨的氨基成像数据制定最低报告标准，正在考虑被领先期刊和监管审查者采用。
此外，像布鲁克 和 赛默飞世尔科技等领先的仪器制造商正与监管机构密切合作，为安全和性能标准的完善贡献技术专长。这些合作预计将加速新的临床 AIMS 平台的路径，并促进监管期望的全球协调。
展望未来，未来几年可能会看到监管要求与行业最佳实践之间的进一步融合，从而推动 AIMS 技术在临床的更广泛采用，并推动空间蛋白组学的创新。
挑战、风险及采纳障碍
氨基成像质谱法（AIMS）代表了一种变革性的方法用于空间分辨的分子分析，为氨基酸和相关代谢物提供高特异性。然而，随着2025年和近期未来的到来，在研究和临床环境中广泛采用面临若干挑战和风险。
- 仪器复杂性和成本： 现代的 AIMS 平台通常基于先进的基质辅助激光解吸/电离（MALDI）或解吸电喷雾电离（DESI）源，需要复杂的工程和高级技术人员。收购和维护这些系统的成本对许多实验室, 特别是预算有限的临床环境而言，是一个显著的障碍。领先供应商如 布鲁克公司 和 岛津制作所 继续创新，但降低到足以实现常规采用的成本仍是一个渐进过程。
- 样品制备和标准化： 高空间分辨率和氨基酸特异性不仅依赖仪器灵敏度，还依赖于准确和可重复的样品制备。目前仍存在样品降解、基质效应和电离变异性的风险，这可能会影响数据质量。像 赛默飞世尔科技 这样的组织正在努力开发标准化的试剂和方案，但针对 AIMS 样品制备的通用标准依然在开发之中。
- 数据分析和解释： AIMS 生成复杂的高维数据集。缺乏广泛采用的、适用于氨基酸成像的经过验证的软件工具成为瓶颈。这增加了误解的风险，并减缓了将发现转化为可操作见解的过程，特别是在临床诊断中。行业领导者如 Waters Corporation 正在投资于更强大的信息学解决方案，但互操作性和用户友好性仍不完善。
- 监管和验证障碍： 为了实现临床采用，AIMS 技术必须在监管审查中证明其可重复性、准确性和临床有效性。对FDA或EMA批准此类新型成像模态的路径是复杂且耗时的，截至2025年几乎没有先例。制造商与监管机构的合作正在进行中，但延长临床验证时间的风险依旧存在。
- 前景与障碍： 尽管未来几年技术的完善充满希望，但高进入成本、缺乏标准化、数据复杂性及监管不确定性等主要障碍预计在短期内将继续存在。行业合作、培训投资以及通用标准的制定将对克服这些主流采用的障碍至关重要。
未来展望：颠覆性潜力与下一代技术
氨基成像质谱法（AIMS）处于分析创新的最前沿，2025年标志着技术进步和应用范围的关键一年。随着人工智能（AI）、改进的电离方法和小型化仪器的集成加速发展，AIMS 将颠覆临床和研究领域在蛋白组学、代谢组学和空间生物学中的范式。
关键行业领导者正在大力投资于扩展 AIMS 平台的通量和灵敏度。 布鲁克公司 最近宣布对其基于MALDI的成像质谱仪进行增强，侧重于更高的空间分辨率和更快的大型组织切片采集速度——实现近实时的分子映射。同样， 赛默飞世尔科技 正在开发下一代基于 Orbitrap 的成像技术，旨在提高氨基酸和肽定位的定量 和多重分析能力。
到2025年，采用多重成像协议预计将成为主流，允许研究人员在亚细胞分辨率下同时映射数十个与氨基酸相关的目标。这一飞跃得益于集成机器学习算法的先进软件套件，例如 Waters Corporation 开发的自动特征提取和复杂成像数据集注释的工具。这些计算工具预计将缩短分析时间并最小化用户偏差，从而促进更可重复和具有临床可操作性的结果。
- 临床诊断： AIMS 有望通过实现直接从患者组织中进行无标记、空间解析的生物标志物分析，改变病理学。质谱制造商与临床实验室之间的持续合作（如安捷伦科技协调的合作）正在为 AIMS 基于的诊断工作流的监管批准路径定向推进。
- 单细胞和亚细胞分析： 包括 岛津制作所 展示的仪器进步， Promise 推动检测极限达到单细胞甚至细胞器级别的氨基化合物映射，为细胞生物学和系统医学开辟新的维度。
- 现场和即时应用： 小型化努力仍在进行中，公司如 IONTOF GmbH 正在开发便携式 AIMS 原型设备，预示着环境、食品安全和法医学领域的去中心化生物分子成像。
展望2025年之后，AIMS 与数字病理学、空间转录组学以及基于云的数据共享的融合，预示着将创建集成的分子成像生态系统。这一变革将使高内容空间蛋白组学的访问民主化，促进全球范围内的转化研究和精准医疗。
来源与参考
