蛋白组学研究是针对生物体内蛋白质种类、丰度、修饰状态及变化规律的系统性研究体系，常用于分析细胞在不同生理或病理条件下的蛋白表达特征。

随着质谱技术的不断进步，蛋白组学已成为疾病机制解析、生物标志物筛选和药物靶点发现的重要工具。

为获得更高质量的数据并提高实验效率，蛋白组学实验流程的标准化和自动化正成为研究与应用中的关键发展方向。

作为质谱分析的核心前置环节，样品前处理耗时占全流程60%以上。

蛋白质组学样品制备的标准流程包含蛋白质浓度测定、变性、还原烷基化、胰酶酶切、反应终止及固相萃取脱盐等核心步骤，其目的是系统性去除核酸、小分子代谢物等干扰成分，确保目标蛋白质或多肽的高纯度与特异性。

上述任一环节的参数偏差（如温度、时间、试剂配比）均可能影响产物质量。

因此，各步骤的精细化优化与标准化执行，是构建可靠、可重复的定量蛋白质组学分析流程的必要前提。

然而，在传统人工操作模式下，由于需要序贯执行浓度测定、酶解、脱盐等多步流程，单次样本处理周期通常长达12小时以上，常规实验流程往往需过夜才能完成，难以满足高通量研究需求。

在微量移液环节，人工微量移液（10μL以下量程）的误差率超过10%；孵育环节的温度波动(±2℃)与时间偏差（±15分钟）更是常态，导致实验结果变异系数(CV)普遍超过20%。

据统计，人工操作的样本制备流程中，约32%的分析误差源自前处理环节。

此外，人力成本高企、试剂损耗不可控等问题，进一步加剧了大规模样本处理在重复性、时效性和经济性上的矛盾，成为限制蛋白质组学技术向临床转化与产业化应用的核心障碍。

图：传统质谱样品制备与自动化流程对比

手动 vs 自动化：SISPROT平台验证自动化在蛋白组学中的优势

近期，田瑞军教授课题组基于自主开发的专利技术SISPROT，将其集成至一款自动化平台中，实现了从样本加载、蛋白还原、烷基化、酶解，到TMT标记与脱盐等蛋白质组学前处理步骤的全流程自动化。

该自动化平台在无需人工干预的情况下，约在2.5小时内高通量完成96个样本的处理，显著提升实验效率。

图：Wu, Q. et.al. “High-throughput drug target discovery using a fully automated proteomics sample preparation platform.” Chem Sci. 2024 Jan 12;15(8):2833-2847.

在对经过裂解处理的HEK293T细胞样本进行测试时，研究团队对比了自动化平台与传统手工流程在三组技术重复下的性能差异。

结果显示，两种方法在蛋白质识别数量上基本一致，但自动化平台检测到更多肽段，且数据一致性更高。

进一步分析显示，自动化平台的蛋白定量变异系数(CV)中位值为5.3%，明显优于手动处理的7.9%，反映出更高的定量精度。

此外，皮尔森相关性分析亦表明自动化流程在重复性方面表现更佳。

该研究验证了自动化平台在蛋白组学样本前处理步骤中的高通量与高一致性优势，为大规模蛋白组学研究中的样本制备标准化、数据可比性与结果重现性提供了坚实支撑。

在多组学融合与临床转化加速背景下，自动化前处理正成为蛋白组学规模化落地的关键驱动力。

多组学研究自动化是奔曜科技的重点应用方向之一，并致力于在该领域持续推动技术革新。

基于对客户在预算投入与实验通量方面的差异化需求的深刻理解，奔曜科技围绕蛋白组学质谱前处理打造出独特的“菜单式”模块化选型体系，提供了覆盖“桌面型自动化平台→一体机形自动化平台→全流程自动化功能岛”的全方位解决方案，灵活适配多样化研发场景及客户在不同发展阶段的需求。

图：奔曜科技蛋白组学质谱前处理智能自动化产品及解决方案

 

落地案例 – LabMate Gleam – 蛋白组学质谱前处理助手

实验通量：

• 48个样本（单日单次工作流）

核心配置：

• LabGenius G3移液机器人

• 磁力架模块

• 加热振荡模块

• 正压模块

实现功能：

落地案例 – LabMate Horizon – 台式全自动蛋白组学质谱前处理助手

实验通量：

• 192个样本（单日单次工作流）

核心配置：

• LabGenius G3移液机器人

• LabGenius S4转运机器人

• 加热振荡模块

• 正压模块

• 磁力架模块

• 堆栈模块

实现功能：

 

落地案例 – LabMate Beacon – 立式全自动蛋白组学质谱前处理助手

实验通量：

• 384个样本（单日单次工作流）

核心配置：

• LabGenius G3移液机器人（96通道）

• LabGenius S4转运机器人（竖直行程800mm）

• 加热振荡模块

• 正压模块

• 磁力架模块

• 自动化旋转堆栈模块

• 取板手模块

实现功能：

 

落地案例 – LabGiant实验室功能岛 – 高通量蛋白组学前处理自动化工作站

实验通量：

• 144个样本（单日单次工作流）

核心配置：

• 机器人

• 液体工作站

• 超声波细胞粉碎机

• 酶标仪

• 恒温摇床等

实现功能：

 

客户价值

⏳ 高效率：样品制备全流程自动化，处理周期缩短50%以上

通过整合智能化液体处理系统与模块化功能单元，实现蛋白质浓度测定、还原烷基化、酶解及固相萃取脱盐等核心步骤的全流程自动化操控，样本处理周期缩短50%以上。

📊 多通量：48~384样本/次，支持更高通量定制

提供多通量（单次工作流）配置，板位存储容量灵活可调，支持＞384个样本的超高通量定制，覆盖多种实验规模与应用场景。

⚖️ 高精度：精准控制温度/移液量/时间，降低操作误差

依托高精度移液系统与先进算法，蛋白质组学样品制备的自动化流程能通过精准的温度（±0.5℃）、移液量（10 μL 量程误差率＜2%）及孵育时间控制，降低实验操作的系统误差与随机变异（CV≤±6%@1μL）。

💡 技术创新：创新正压驱动与传统离心，用户可自由配置

创新正压驱动技术，让用户拥有更自由的配置选择。

当通量≤96个样本时，可使用正压模块替代传统离心步骤，无需配置离心机等大型设备，具备成本低、即插即用（模块化设计）、稳定性强（无机械振动损耗，保障蛋白活性）、占地小、速度快等优势。

通量＞96个样本时，可使用离心机。

奔曜科技智能自动化产品及解决方案适用于不同类型的生物样本。

01 细胞样本

通过培养人类细胞、哺乳动物细胞、细菌、真菌等样本，从细胞内提取蛋白质，并进行质谱分析。

▶ 提取方式：加入裂解液或超声破碎的方式来获取蛋白质

▶ 检测物质：细胞膜蛋白、信号通路蛋白、酶、代谢产物等

02 组织样本

可以从人体组织、动物组织、植物组织等样本中提取蛋白质，并进行质谱分析。

▶ 提取方式：机械方法或化学方法，如研磨法、冻融法等，同时加入组织裂解液以获得蛋白质

▶ 检测物质：糖基化蛋白、组织特异性蛋白或组织中的脂质及其代谢产物等

03 血清/血浆样本

通过提取血液中的蛋白质，进行疾病诊断和治疗方案的研究。

▶ 提取方式：离心法先分离红细胞和血浆，然后通过离子交换柱等方式进行蛋白质的获取

▶ 检测物质：多种蛋白标志物，如丝氨酸蛋白酶、C反应蛋白，或者氨基酸、糖类等代谢产物

04 细菌/真菌培养物

用于解析微生物的蛋白质组成，研究其对抗生素和抗菌药物的敏感性。

▶ 提取方式：加入不同类型裂解液或超声的方式进行蛋白质提取

▶ 检测物质：细胞壁蛋白、膜蛋白及代谢产物等

 

实验数据

奔曜科技蛋白组学质谱前处理智能自动化产品及解决方案可针对不同类型样本执行自动化实验流程。

图：LabMate Gleam蛋白组学质谱前处理助手实验数据

 

联系我们

如您对蛋白组学质谱前处理智能自动化产品及解决方案感兴趣，想了解更多信息，可拨打客服电话4008659881咨询，或发送邮件至contact@bioyond.com。

 

 

参考资料：

[1] Fu, Qin, et al. “Automated proteomic sample preparation: The key component for high throughput and quantitative mass spectrometry analysis.” Mass Spectrometry Reviews 42.2 (2023): 873-886.

[2] Li, Zi-Yi, et al. “Nanoliter-scale oil-air-droplet chip-based single cell proteomic analysis.” Analytical chemistry 90.8 (2018): 5430-5438.

[3] Wu, Q. et.al. “High-throughput drug target discovery using a fully automated proteomics sample preparation platform.” Chem Sci. 2024 Jan 12;15(8):2833-2847.