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目前，国内大多数临床微生物实验室仍采用传统鉴定方法，如API或Vitek系统，但耗时、高成本及鉴定能力有限是显而易见的制约瓶颈。16S rDNA测序可直接进行无菌标本微生物鉴定，但方法的标准化、标本前处理以及时效性均未得到解决，因此难以成为常规技术。2006年，Fox[1]在Journal of Clinical Microbiology上发表了第一篇有关质谱技术在临床微生物应用的文章，引起同行关注，他认为该技术鉴定细菌还有许多技术难题要克服，不易成为常规方法，但是2009年后微生物质谱技术迅速风靡欧洲、北美和亚洲的一些国家。基质辅助激光解吸电离离子源和飞行时间质量分析器质谱(matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS)技术吻合了微生物专家的期待：操作简单、鉴定迅速、低运行成本及自动更新的数据库[2]。在微需氧菌、厌氧菌、真菌及分枝杆菌等难培养微生物鉴定方面表现尤为突出，鉴定时间由数天推进到以分钟和秒计算。新开发项目更是令人鼓舞，如无菌体液的直接鉴定、耐药表型识别、致病毒素分析以及医院感染病原体遗传溯源等[3,4]。
MALDI-TOF MS主机由两部分组成，即基质辅助激光解吸电离离子源(MALDI)和飞行时间质量分析器(TOF)。其工作原理是基于不同的微生物种类具有不同的蛋白质谱图，而MALDI-TOF MS可电离相对分子质量为100～1 000 000的生物分子，电离后不同的离子又具有不同的质/荷比(m/z)，质谱能找出种间和株间特异保守峰作为生物标记从而将其区分开。所以MALDI的具体原理是用激光照射样品与基质形成共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子，而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子中得到质子，从而使生物分子电离。TOF的原理是离子在电场作用下加速飞过飞行管道，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测，即离子的质/荷比与离子的飞行时间呈正比，因此，质/荷比最小的蛋白质分子最先被检测到，之后蛋白质按照质/荷比大小依次被检测，制成质谱图。检测结果与数据库中的参考质谱图比对得到最接近的菌种，根据同源性距离得到鉴定分值，分值在1.99～2.30之间为满足种鉴定，1.70～1.98之间满足属鉴定、种可接受，分值在1.7以下不可信，需要重新鉴定、查找原因或选用其他方法。培养后鉴定方法十分简单，一种为取少量菌落直接点靶，加1 μl基质(α-腈基-4-羟基肉桂酸溶于10%三氟乙酸与70%乙腈制成的过饱和溶液)充分混匀，干燥后上机；另一种将少量菌落溶解于蛋白提取液(10%三氟乙酸＋70%乙腈等量混匀)10 μl中，充分研磨裂解，1 μl裂解液点靶，再加1 μl基质，干燥后上机。
通过菌落快速鉴定是质谱技术的一大优势，近年临床微生物领域发表了大量有关质谱技术的应用论文。2011年，张明新等[5]首次在国内应用MALDI-TOF MS鉴定560株临床分离株，并进行MALDI-TOF MS与Vitek2-Compact比较。结果表明革兰阳性细菌(G＋细菌)鉴定符合率为94.6%(246/260)，革兰阴性细菌(G－细菌)鉴定符合率为96.7%(174/180)，酵母菌鉴定符合率为95.0%(57/60)，肠道致病菌鉴定符合率为93.3%(56/60)。15株鉴定不符的菌株经16S rDNA测序确认，Vitek2-Compact和MALDI-TOF MS鉴定符合率分别为26.7%(4/15)和66.7%(10/15)，说明MALDI-TOF MS对疑难病原菌鉴定更符合分子测序。Sogawa等[6]将从临床实验室获得的468株菌落直接点靶进行MALDI-TOF MS鉴定，种和属的识别率分别为91.7%(429/468) 和 97.0%(454/468)。数据显示，MALDI-TOF MS能通过直接点靶或简单的前处理方法，准确鉴定临床常见G＋细菌和G－细菌，如葡萄球菌属、链球菌属(个别α溶血性链球菌除外)、放线菌属、奴卡菌属、棒状杆菌属、红球菌属、肠杆菌科细菌、嗜血杆菌属、莫拉菌属、奈瑟菌属、非发酵菌及酵母样真菌等[7]。
实验室普遍认为不动杆菌容易鉴定，也无需准确到种水平。但是Kishiil等[8]最近研究显示不动杆菌的正确鉴定对血流感染治疗十分重要，尤其是非鲍曼不动杆菌复合群。文章中对分离自血液的123株经ropB(RNA polymerase b-subunit)测序的不动杆菌进行MALDI-TOF MS比对研究，结果表明86.2%(106/123，鉴定分值≥2.0)的菌株能确认到种，种水平鉴定总符合率为78%(96/123)；106株质谱鉴定结果进行了ropB测序比对，仅84.0%(89/106)达到种水平一致；123株属于13种，而皮氏不动杆菌的检出率达到42/123(34.1%)超过鲍曼不动杆菌17.9%(22/123)；简单的表型试验难以准确分类，尤其对非鲍曼不动杆菌群。因此，有必要提高MALDI-TOF MS的分辨率。
微需氧和厌氧菌对培养条件、鉴定条件和药敏试验要求苛刻，传统生化鉴定方法很难满足对这类细菌的准确鉴定，而MALDI-TOF MS使鉴定率显著增高。如袁梁等[9]利用MALDI-TOF-MS技术对56株厌氧菌进行了研究，其中，53株厌氧菌的MALDI-TOF MS与16S rDNA序列鉴定结果一致，符合率达94.6%，而Vitek32 ANI仅45株鉴定结果与16S rDNA序列结果一致，符合率为80.4%。Schmitt等[3]也进行了同样的工作，评价了253株厌氧菌MALDI-TOF MS鉴定结果与16 rRNA基因测序的一致性，结果显示70.8%的菌株准确鉴定到种，鉴定到属的一致性达到91.7%。Elisabeth Nagy教授在近年的欧洲临床微生物学与感染病大会(ECCMID)和美国微生物学会(ASM)大会上多次对MADLI-TOF MS在厌氧菌研究中的优势进行阐述。单独对微需氧菌鉴定研究的文章不多，但是相关文献都显示MALDI-TOF MS使空肠弯曲菌性腹泻鉴定简单容易[10,11]。
真菌常用压片或活体染色后显微镜观察菌丝和孢子、沙保罗培养基培养、科马伽显色培养基或生化鉴定。但由于真菌生物学的特殊性，依靠生长进行鉴定显然周期较长，尤其在真菌性败血症中需要快速手段。近年有大量文献报道了应用MALDI-TOFMS技术鉴定真菌的研究，截至2014年6月8日ASM系列杂志上涉及到质谱真菌鉴定的论文已达250篇。研究表明，质谱对念珠菌的鉴定可做到与细菌一样简单快速，但是丝状真菌仍然比较困难，主要因为培养条件和蛋白质的提取方法难以标准化。Dhiman等[12]2011年对于临床分离得到的241株真菌通过MALDI-TOF MS进行鉴定(包括念珠菌、隐球菌、红酵母)，92%均能准确鉴定到种的水平。在真菌鉴定方面许多研究证实MALDI-TOF MS能够用来鉴定多种真菌，酵母菌最具优势，也能对青霉、曲霉、镰刀菌及皮肤真菌等进行鉴定[13]。最近有研究对Bruker Daltonik霉菌数据库进行验证，选则厂家推荐的操作方法、丝状真菌鉴定软件(the Filamentous Fungi Library 1.0)以及判断标准，丝状真菌属及种的鉴定率分别为78.3%及54.2%；如果鉴定分值限定在1.7～2.0之间，种的正确鉴定率为71.1%；如果鉴定分值设在1.7，则属及种的鉴定率达到83.5%及79.0%；总的属及种的鉴定率分别达到98.2%及64.2%，因此，作者认为选用更新的丝状真菌数据库，鉴定分值设定在1.7，可获得可靠的鉴定结果。
由于结核及非典型分枝杆菌的营养要求高(必须在含血清、卵黄、马铃薯、甘油以及含某些无机盐类的特殊罗氏培养基上才能生长良好)，生长缓慢(14～18 h分裂1次，在固体培养基上2～5周才出现肉眼可见的菌落)，传统上只能通过抗酸染色、培养或PCR等方法进行鉴定，不仅周期长、成本高，而且对试验条件和人员要求高。而MALDI-TOF MS则可快速准确获取特异的蛋白质谱图，通过与数据库的比对快速得出结果[14]。早在2011年就有研究利用MALDI-TOF MS就鉴定了31种311株分枝杆菌，细菌来自经hsp65、rpob或sod基因测序以及ETR-D(exact tandem repeat D)基因测序确认的库存菌。结果显示：接种在LJ(Lowenstein-Jensen)培养基上的鉴定率为97%，而在液体MGIT(mycobacterium growth indicator tube)培养基中鉴定率为77%，3%因出峰不佳未得到结果。这一技术使得结核分枝杆菌的鉴定手段简单容易[15]。
此外，有作者比对不同质谱系统在微生物鉴定中的差异，如Mather等[16]比较了VITEK-MS(bioMerieux)与the Bruker MALDI Biotyper对分枝杆菌鉴定能力，结果显示198株分枝杆菌前者的鉴定正确率达到94.9%，而后者仅为79.3%，但降低分值至1.7可达93.9%。当然也有数据证明the Bruker MALDI Biotyper优于VITEK-MS(bioMerieux)系统，并可区分16S rDNA测序无法确认的分枝杆菌，如脓肿分枝杆菌和龟分枝杆菌[17]。
菌血症、败血症及脓毒血症等血流感染的感染率逐年增高，发病急、致死率高使其对快速微生物鉴定的需求更加紧迫。据研究报道应用MALDI-TOF MS可直接对血培养阳性瓶进行鉴定的应用[18]。与传统培养需要24 h或更多时间的检测技术相比，MALDI-TOF MS可以在4～6 h内对血液标本中的致病菌进行检测和鉴定，与传统的检测方法需要45 h相比检测时间大大缩短了，也为临床合理应用抗生素治疗提供了可靠的依据。美国休斯敦的研究数据显示应用MALDI-TOF MS后，脓毒血症患者的住院时间平均缩短了3 d[19]。Foster[20]从需氧、厌氧和儿童瓶三种血培养瓶中选出253份阳性标本利用MALDI-TOF MS进行检测，有92.1%鉴定到属，88.1%鉴定到种；其中161株G＋菌分别有95.7%和90.1%被鉴定到属和种；92株G－菌分别有84.7%和83.7%被鉴定到属和种。Jamal等[21]对160份血培养阳性标本进行传统方法检测和MALDI-TOF MS直接鉴定。Bruker SepsiTyper kit™(STK)和传统方法的检出率分别为114 (75.6%)和150 (93%)，利用STK鉴定中，36份鉴定不准确或未鉴定出，其中5份分值>2.000，31份分值不可信<1.7，8株真菌中准确鉴定4株。包括提取步骤，使用STK的平均时间是35 min。有研究报道显示，利用MALDI-TOF MS技术直接鉴定血培养瓶中的真菌，95.9%(187/195)的白念珠菌与传统培养鉴定方法一致，86.5%(128/148)的非白念珠菌与传统培养鉴定方法一致，且平均时间在30 min左右[22]。
传统尿液微生物的检测依赖于涂片及细菌的培养，但临床更倾向于快速的检测技术，现在常规使用的技术并不能满足临床的需要。MALDI-TOF MS技术的优势可以弥补传统方法的不足。Ferreira等[23]对尿路感染的尿液标本分别进行传统检测和MALDI-TOF MS鉴定。260份尿液标本被UF-1000i、细菌培养和MALDI-TOF MS都鉴定为阳性；20份标本被UF-1000i鉴定为阳性，而培养和MALDI-TOF MS都鉴定为阴性。220份标本细菌生长>10(5) CFU/ml，其中202例(91.8%)鉴定到种，204例(92.7%)鉴定到属，鉴定率最高的是大肠埃希菌173株。173株大肠埃希菌中MALDI-TOF MS鉴定出163株 (94.2%)。
本实验室对收集到的1 040份尿液标本进行了尿细菌培养及直接质谱鉴定，其结果显示1 040份标本中共鉴定出细菌的标本有526份，其中包括培养出1种菌的标本430份，尿病原菌直接质谱鉴定率为92.7%(430/464)；培养出2种菌的标本96份，尿病原菌直接质谱鉴定率为75%(96/128)；尿病原菌直接质谱鉴定法鉴定出的细菌与尿细菌培养法鉴定出的细菌菌种一致，符合率为100%[24]。Wang等[25]结合UF-1000i和MALDI-TOF MS直接对1 456例尿路感染患者的尿液标本进行细菌鉴定，结果显示通过与培养和16S rDNA比对，质谱直接鉴定准确率达到94.8%。
迄今为止，应用MALDI-TOF MS技术检测病毒的报道较少。但已有文献用MALDI-TOF MS鉴定病毒融合蛋白，以确定病毒株的毒力、病毒糖蛋白与衣壳蛋白[26,27,28,29]。还有报道用MALDI-TOF MS通过病毒蛋白不同的相对分子质量从病毒基因组水平来鉴别特定限制性片段，或者用来鉴别特异的基因突变[30,31,32]。
应用MALDI-TOF MS对金黄色葡萄球菌的毒力因子鉴定已有报道，然而需要先在SDS-PAGE上提取蛋白[33]。近日，Bittar等[34]，成功的使用MALDI-TOF MS鉴定出了PVL基因阳性的葡萄球菌。采用ClinProTools™分析软件，识别57株PVL阴性和24株PVL阳性金黄色葡萄球菌。PVL阳性株能在4 448 m/z质谱峰处检测到特异质谱峰。应用此特异质谱峰筛选34株金黄色葡萄球菌，发现2株PVL阳性株。此方法的敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值分别为100%、90.6%、40%和100%，在鉴定金黄色葡萄球菌的同时即可得知PVL菌株，具有突出的临床意义。
MALDI-TOF MS常用于鉴别MRSA和甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(MSSA)。由染色体DNA介导的固有耐药性，主要是mecA基因编码的青霉素结合蛋白2 (pencillin binding protein 2a，PBP2a)的耐药性，这是最常见的耐药机制。MALDI-TOF MS通过检测MRSA蛋白表达差异实现耐药性检测。Edwards-Jones[35]研究发现MRSA与MSSA的MALDI-TOF MS检测质谱图存在明显差异，如MRSA特异性峰m/z位于891、1 140、1 165、1 229和2 127，而MSSA特异性峰m/z位于2 548和2 647。Du等[36]对76株金黄色葡萄球菌进行MALDI-TOF MS耐药性检测，结果显示MSSA与MRSA的质谱图的差异集中在2 400 ～2 500。Majcherczyk等[37]也提出MALDI-TOF MS可以用于金黄色葡萄球菌的甲氧西林耐药检测。2012年，Lu等[38]研究了MALDI-TOF MS鉴别社区获得性MRSA与医院获得性MRSA的方法，证实了两种细菌之间的差异质谱峰(m/z 1 774和1 792)，社区获得性MRSA特异性表达的酚可溶性调控蛋白(pnenol-soluble modulin, PSMs)使得MRSA的致病性显著提高，因此而有别于医院感染的MRSA[39]。本实验室的研究也证明通过MALDI-TOF MS质谱峰比对可区分MRSA与MSSA[25]。
MALDI-TOF MS用于VRE检测的研究并不多，Griffin等[40]通过对常规质谱获得的谱峰，进一步采用数学软件分析vanB基因阳性菌株谱峰，发现可将携带vanB基因的屎肠球菌与敏感株鉴别，其敏感度和特异度分别达到96.7%和98.1%，但由于处理方法复杂难以临床常规应用。
外膜蛋白OmpK36的缺失与AmpC酶联合可以导致细菌对碳青霉烯类抗生素耐药。Cai等[41]还将MALDI-TOF MS应用于克雷伯菌属的细胞外膜蛋白OmpK36的检测，在检测外膜蛋白方面质谱法明显优于传统的SDS-PAGE方法。产超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)或碳青霉烯酶是革兰阴性杆菌耐药的最主要原因。本实验室采用MALDI-TOF MS技术可以快速、准确地检测产碳青霉烯酶的肠杆菌科细菌[42]。MALDI-TOF MS检测的原理是β-内酰胺类抗生素的β内酰键被细菌产生的β-内酰胺类酶水解，导致抗生素相对分子质量增加18。抗生素的羟基会与盐溶液中的Na结合导致相对分子质量增加22。某些环境下，水解产物会直接脱羧，引起相对分子质量减少44。通过质谱监测β-内酰胺类抗生素相对分子质量的变化，即可准确鉴定细菌产β-内酰胺类酶。近两年，国内外集中在MALDI-TOF MS肠杆菌KPC、VIM、NDM及OXA菌株的鉴定上[43,44,45]。不同的研究小组所选择的β-内酰胺类抗生素、基质、缓冲液、水解时间、质谱仪参数、质谱图分析等均有差异，导致质谱图的判断标准不一致，需要进一步优化方法，建立标准化的检测程序，使研究结果具有可比性。国内研究ClinPro Tools软件与质谱的检测相结合，通过数学建模实现质谱图的自动化分析，实现耐药细菌与敏感细菌的自动分组鉴别[45]。
细菌rRNA甲基化可产生对氨基糖苷类、氯霉素及克林霉素耐药。有研究开发了通过MALDI-TOF MS检测修饰后rRNA确定细菌耐药的方法[46]。该方法可分析细菌因23S rRNA甲基化而对氯霉素、氟洛芬及克林霉素耐药的质谱分析方法，但是操作复杂，需要提取并纯化甲基化转移酶，不易成为常规方法。
MALDI-TOF MS的微测序法可以检测耐药基因单核苷酸多态性。Ikryannikova等[47,48]应用MALDI-TOF MS微测序法检测了利福平耐药结核分枝杆菌的rpoB基因及异烟肼耐药结核分枝杆菌katG基因的突变，同时该研究小组还应用此技术检测了blaTEM基因突变。
检测原理是真菌在不同浓度的抗真菌药的压力下，表达的蛋白组不同，MALDI-TOF MS可以检测蛋白谱的变化。De Carolis等[49]应用MALDI-TOF MS检测了酵母菌及曲霉菌的卡泊芬净的最低抑菌浓度。
自现代质谱技术诞生以来，在多肽及蛋白质的研究中获得极大成功，于是专家们开始尝试将质谱用于核酸研究。近年来，合成寡核苷酸及其类似物，作为反义寡核苷酸药物，在病毒感染和某些肿瘤的治疗方面有着良好的前景。
作为药物的反义寡核苷酸，其结构特征必须得到验证。色谱或电泳技术只能对其浓度和纯度进行分析，而对其碱基组成、序列结构等信息却无能为力。ESI和MALDI质谱技术出现，为寡核苷酸及其类似物的结构及序列分析提供了强有力的手段。它是将被测反义寡核苷酸样品先用外切酶从3′或5′端进行部分降解，在不同时间内分别取样进行质谱分析，获得反义寡核苷酸部分降解的分子离子峰信号，通过对相邻2个碎片相对分子质量进行比较，可以计算出被切割的反义核苷酸单体相对分子质量，将其与4个脱氧核苷酸的标准相对分子质量进行对照，就可读出反义寡核苷酸序列。
由于MALDI-TOF MS技术分辨率的问题，使其更适合于碱基数较少的短链核酸的分析。如何获得高分辨率的DNA质谱图，一时间成为研究热点。由于DNA的化学结构不同于蛋白质结构，使得DNA样品存在某些特殊性：(1)结构中存在磷酸基团，有形成钠磷化合离子的趋势。(2)在激光解吸离子化过程中，它的结构不如蛋白质稳定，易形成碎片，这导致峰宽和分子离子的强度变弱，从而使得分辨率下降。
MALDI-TOF MS技术利用自己独特的优势，在多个领域都起到了至关重要的作用，然而，由于临床要求的不断提高，MALDI-TOF MS的缺陷也显现出来。如(1)高仪器成本，使一些基层医疗机构望而却步。(2)由于MALDI-TOF MS技术的原理是基于蛋白质谱图的差异，所以需要纯培养、单个菌落或高浓度纯菌(直接来自标本)，这就为难培养病原菌鉴定提出了挑战。(3)MALDI-TOF MS难区分蛋白表达相近的细菌，因此，对部分近亲缘关系细菌易出现混淆，如肺炎链球菌与口腔链球菌和米勒链球菌、大肠埃希菌与志贺菌以及沙门血清型等。(4)由于不同国家或地域人类感染病原体的差异，数据库不能完全满足本地区需求，尤其针对罕见病原菌的质谱数据库仍需要完善。(5)基于MALDI-TOF MS技术原理，只能对目标蛋白质进行定性鉴定，很难做到定量分析。(6)MALDI-TOF MS的分辨率需要提高，可直接用于耐药微量突变蛋白分析，改进目前抗生素检测的局限性。(7)加快新研发项目的临床化，如血培养报警或体液标本直接鉴定，缺乏统一的操作规程[50]。
