سريع سرعة عالية الإنتاجية الأنواع النباتية تحديد المواد عن طريق تحليل المباشر في الوقت الحقيقي عالية الدقة قياس الطيف الكتلي
أكتوبر 2, 2016
تم توضيح طريقة لتحديد الأنواع من المواد النباتية عن طريق التحليل المباشر في ارتفاع في الوقت الحقيقي مطياف الكتلة قرار والتحليل الإحصائي متعدد المتغيرات.
الهدف العام من هذه التجربة هو تحديد أنواع المواد النباتية باستخدام مطياف كتلة التأين المحيط. بالتزامن مع التحليل الإحصائي متعدد المتغيرات. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجالات الكيمياء والبيولوجيا مثل ، على سبيل المثال ، ما هي أنواع النباتات التي لديك بناء على بصمتها الكيميائية.
ويمكنك أيضا الحصول على معلومات عن الجزيئات النشطة بيولوجيا الموجودة في الأنسجة النباتية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن هناك حاجة إلى القليل جدا من إعداد العينة للتحليل ويمكن الحصول على البيانات في غضون بضع دقائق. يمكن أيضا استخدام هذه الطريقة لحل مشاكل أخرى في الكيمياء.
على سبيل المثال ، تتبع وسيطات التفاعل والمنتجات في التوليف العضوي ، وتحليل المصفوفات المعقدة من أنواع مختلفة ، وإجراء تحليل الفراغ. لتحضير مادة أوراق القرطوم الطازجة ، استخدم ثقب ثقب قطره ستة ملليمترات لإنشاء قطع موحدة من مادة أوراق القرطوم من نبات M.speciosa. كرر هذه العملية خمس مرات.
لاستخراج مسحوق القرطوم العمل في أنبوب الطرد المركزي الصغير 1.5 ملليلتر وتعليق كمية صغيرة من مسحوق القرطوم بالي في ملليلتر واحد من واحد إلى واحد من الإيثانول إلى خليط مذيب الماء. كرر هذه العملية خمس مرات. Sonicate عينات استخراج مسحوق القرطوم بالي في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة في درجة الحرارة المحيطة.
بعد ذلك ، قم بالطرد المركزي لعينات استخراج مسحوق القرطوم بالي لمدة دقيقتين عند 750 مرة جم في درجة الحرارة المحيطة. صب المذيب من المسحوق المتبقي للتحليل اللاحق. لتحضير بذور الداتورة ، قم بتقطيع بذرة D.stramonium إلى نصفين عبر المستوى العرضي باستخدام شفرة حلاقة.
كرر هذه العملية باستخدام خمس بذور مختلفة. بعد إعداد مطياف الكتلة أو معلمات MS كما هو موضح في بروتوكول النص ، اضغط على بدء التشغيل في برنامج التحكم في مطياف الكتلة لتحليل ورقة القرطوم. قم بتعليق تشاد من مادة نبات أوراق القرطوم بين مصدر الأيونات ومدخل مطياف الكتلة بالملاقط حتى يتم الحصول على الطيف.
كرر هذا الإجراء خمس مرات مع قطع منفصلة من المواد النباتية. لمعايرة الطيف باستخدام البولي إيثيلين جلايكول 600 المختصر PEG ، قم بغمس الطرف المغلق لأنبوب شعري لنقطة الانصهار في معيار الوتد. قم بتعليق الشعيرات الدموية المطلية بين مصدر الأيونات ومدخل مطياف الكتلة.
حدد الزر إيقاف لإنهاء التشغيل التحليلي. اضغط على بدء التشغيل في برنامج التحكم في مطياف الكتلة لتحليل ورقة القرطوم المجففة. قم بتعليق كمية صغيرة من مادة الأوراق المجففة بين مصدر الأيونات ومدخل مطياف الكتلة بالملاقط حتى يتم الحصول على الطيف.
كرر الاستحواذ خمس مرات لتحليل المواد النباتية الجديدة في كل مرة. قم بمعايرة الطيف باستخدام PEG كما كان من قبل ثم حدد الزر إيقاف لإنهاء التشغيل التحليلي. لتحليل مسحوق القرطوم اضغط على بدء التشغيل في برنامج التحكم في مطياف الكتلة.
اغمس الطرف المغلق من الشعيرات الدموية نقطة الانصهار في مسحوق القرطوم. قم بتعليق الشعيرات الدموية المطلية بين مصدر الأيونات ومدخل مطياف الكتلة حتى يتم الحصول على الطيف. كرر التحليل خمس مرات باستخدام شعيرات دموية جديدة في كل مرة ، متبوعة بمعايرة PEG.
لتحليل مستخلص القرطوم اغمر نهاية أنبوب شعري في المستخلص. قم بتعليق الأنبوب الشعري في حامل العينة 12 على السكة الخطية لمطياف الكتلة. كرر خمس مرات بمستخلص مختلف في كل مرة.
اضغط على بدء التشغيل في برنامج التحكم في مطياف الكتلة. باستخدام لوحة التحكم ، حدد زر التقدم الأمامي لدفع السكك الحديدية الخطية عبر تيار الأيونات بمعدل ملليمتر واحد في الثانية لجمع الأطياف. قم بمعايرة الطيف باستخدام PEG كما كان من قبل واضغط على إيقاف لإنهاء التشغيل التحليلي.
لتحليل بذور الداتورة ، اضغط على ابدأ التشغيل في برنامج التحكم في مطياف الكتلة. قم بتعليق نصف بذرة الداتورة بين مصدر الأيونات ومدخل مطياف الكتلة بالملاقط حتى يتم جمع الطيف. تأكد من أن الجانب المقطوع موجه لمواجهة مصدر الأيونات.
كرر هذا الإجراء خمس مرات ، قم بتحليل نصف بذرة جديد في كل مرة. أكمل التحليل باستخدام معايرة PEG واضغط على إيقاف لإنهاء التشغيل التحليلي. بعد إجراء معالجة البيانات كما هو موضح في بروتوكول النص، قم بإجراء تحليل المكون الأساسي بالانتقال إلى قسم التصنيف في برنامج التحليل الطيفي ضمن علامة التبويب الإعداد وإنشاء فئات لمعالجة البيانات عن طريق تحديد إضافة فئة.
قم باستيراد الملفات النصية للبيانات عن طريق تحديد إضافة ملفات. قم بتعيين ملفات البيانات إلى فئة النبات المناسبة عن طريق تحديد ملفات نصية وتعيين فئة للملفات المحددة. حدد كتل الميزات للتمييز من MS من مجموعة التدريب وقم بتعيين نسبة الحد المئوية إلى 1٪ بعد ذلك ، قم بتعيين تفاوت الكتلة على 10 وحدد إنشاء متجهات من ملفات البيانات.
في قسم الحساب، قم بإجراء تحليل المكون الأساسي عن طريق تحديد المربع الخاص ب 3D PCA Graph وتحديد حساب. قم بإجراء التحقق المتبادل من الصحة المطلقة عن طريق تحديد التحقق من الصحة. بعد ذلك ، قم بإنشاء الخريطة الحرارية للبيانات من خلال الانتقال إلى علامة التبويب مخطط التردد في برنامج التحليل الطيفي وتحديد خريطة الحرارة.
حدد عتبة البيانات المحفوظة لتعيين عتبة الوفرة إلى 1٪قم بتصدير خريطة التمثيل اللوني إلى جدول بيانات عن طريق تحديد حفظ خريطة الحرارة في Excel. في برنامج جداول البيانات، احفظ الخريطة الحرارية المصدرة كملف نصي. بعد ذلك، لإجراء تحليل التجميع الهرمي، قم باستيراد خريطة الحرارة كملف نصي إلى برنامج Cluster 3.0.
في علامة التبويب الهرمي في نظام المجموعة 3.0 ضمن خانتي الاختيار الجينات والمصفوفات نظام المجموعة وحساب الأوزان. اضبط الحد الأقصى على 0.1 والأس على واحد. حدد تجميع الارتباط الفردي لإجراء التحليل.
أخيرا ، اعرض ملف بيانات cdt الذي تم إنشاؤه في عرض شجرة Java. يتم عرض أطياف وضع الأيونات الإيجابية للتأين الناعم التمثيلي لمنتجات القرطوم هنا. تم تحديد المركبات المعزولة سابقا من M.speciosa.
بما في ذلك المؤشرات الحيوية ذات التأثير النفساني Mitragynin و 7-Hydroxy-mitragynine. يتم عرض أطياف وضع الأيونات الموجبة للتأين الناعم التمثيلي لبذور الداتورة هنا. تم تحديد المركبات المعزولة سابقا من الداتورة بما في ذلك المؤشرات الحيوية ذات التأثير النفساني الأتروبين والسكوبولامين.
يتمتوضيح عروض الخريطة الحرارية للبيانات الطيفية الكتلية هنا. يتم عرض تحليل مكون رئيسي أو مخطط PCA لبيانات القرطوم والداتورة. تظهر مخطط PCA بوضوح أن بيانات القرطوم وبيانات الداتورة يتم حلها بشكل جيد من بعضها البعض.
كشف تحليل PCA أيضا أنه يمكن التعرف على الأنواع الفردية من القرطوم والأنواع المختلفة من الداتورة وتمييزها عن بعضها البعض. يتم عرض تحليل التجميع الهرمي أو نتائج HCA للبيانات الطيفية لكتلة القرطوم والداتورة. كشفت نتائج HCA عن تمايز الفئات والأنواع والتنوع بناء على التحليل المباشر في البيانات المشتقة من قياس الطيف الكتلي عالي الدقة في الوقت الفعلي وأكدت نتائج تحليل PCA.
بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في أقل من ساعة اعتمادا على عدد العينات التي لديك إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية استخدام التحليل المباشر وقياس الطيف الكتلي في الوقت الفعلي لتحليل العينات المعقدة واستخدام معالجة التحليل الإحصائي للبيانات للحصول على معلومات الأنواع. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم الاحتفاظ بالعينة في تيار الأيونات لفترة مناسبة من الوقت من أجل الحصول على طيف كتلي كامل للعينة.
سمحت هذه التقنية للباحثين في العديد من المجالات بما في ذلك علم النبات والطب الشرعي والكيمياء العضوية والتحليلية باستكشاف تحليل المواد المتطايرة المنبعثة من النباتات وتحديد البدائل القانونية لاستنباط الأدوية ومراقبة منتجات التفاعل في الوقت الفعلي.
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة طريقة لتحديد الأنواع النباتية باستخدام التحليل المباشر في الوقت الفعلي لقياس الطيف الكتلي عالي الدقة جنبًا إلى جنب مع التحليل الإحصائي متعدد المتغيرات. تتيح التقنية التحليل السريع مع الحد الأدنى من تحضير العينة، مما يوفر رؤى حول التركيب الكيميائي للمواد النباتية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- التحديد النباتي
- قياس الطيف الكتلي
- التحليل الإحصائي
الخلفية
- التحديد النوعي ضروري في علم النبات وعلم الأدوية.
- الطرق التقليدية غالباً ما تتطلب تحضير عينة موسع.
- توفر قياس الطيف الكتلي التأين المحيطي بديلاً سريعًا.
- فهم الملفات الكيميائية للنبات يساعد في تحديد المركبات النشطة بيولوجيًا.
هدف الدراسة
- تطوير طريقة لتحديد سريع للأنواع النباتية.
- تحليل البصمات الكيميائية للمواد النباتية.
- تسهيل دراسة الجزيئات النشطة بيولوجيًا داخل النباتات.
الطرق المستخدمة
- التحليل المباشر في الوقت الفعلي لقياس الطيف الكتلي عالي الدقة.
- التحليل الإحصائي متعدد المتغيرات لتفسير البيانات.
- تحضير العينة الذي يشمل الحد الأدنى من معالجة المواد النباتية.
- معايرة نتائج قياس الطيف الكتلي باستخدام البولي إيثيلين غليكول.
النتائج الرئيسية
- تحديد ناجح لأنواع الكراتوم والداتورا من خلال التحليل الكيميائي.
- كشف المركبات ذات التأثير النفساني مثل Mitragynin و 7-Hydroxy-mitragynine.
- تبرهن على كفاءة الطريقة مع اكتساب سريع للبيانات.
- تحقق من التقنية من خلال تحليل المكون الرئيسي والتكتل الهرمي.
الاستنتاجات
- توفر الطريقة وسيلة سريعة وفعالة لتحديد الأنواع النباتية.
- تعزز الفهم للكيمياء النباتية والمركبات النشطة بيولوجيًا.
- يمكن تطبيق هذه النهج على مشاكل مختلفة في الكيمياء والبيولوجيا.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Direct analysis in real time-high resolution mass spectrometry (DART-HRMS) enables rapid, high-throughput species identification of botanical materials, streamlining early-stage discovery and quality control workflows. By generating chemical fingerprints without extensive sample preparation, this approach enhances predictive confidence and supports portfolio triage in botanical and natural product R&D. The integration of multivariate statistical analysis further strengthens target validation and mechanistic de-risking for plant-derived bioactive compounds.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rapid interrogation of plant species and varietal identity through chemical fingerprinting.
- Supports functional target validation by identifying bioactive molecular signatures in complex matrices.
- Facilitates mechanistic de-risking by distinguishing between closely related botanical sources.
- Improves predictive confidence for downstream bioactivity and safety assessments.
Screening & Assay Development
- Prepares validated botanical samples for high-throughput screening without extraction or derivatization.
- Delivers reproducible, quantitative mass spectral profiles suitable for assay standardization.
- Enables scalable, platform-ready workflows for compound evaluation and quality control.
- Supports reliable comparison of plant-derived materials across batches and sources.
Translational & Preclinical Research
- Aligns chemical profiling with translational biomarker discovery for plant-based therapeutics.
- Maintains continuity from species identification through preclinical validation of bioactive compounds.
- Reduces risk in advancing botanical leads by confirming species and varietal consistency.
- Provides mechanistic insights into the presence and abundance of pharmacologically relevant molecules.
Pipeline & Workflow Integration
DART-HRMS with multivariate analysis integrates at the interface of early discovery, screening, and preclinical research for botanical and natural product pipelines.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by rapidly identifying plant species and their chemical constituents.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative mass spectral data for reproducible compound evaluation.
- Analytics: Provides statistical outputs such as PCA plots and heat maps to compare species, varieties, and sample classes.
- Translational Research: Enables alignment of chemical fingerprints with translational biomarkers for preclinical advancement.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, high-throughput capability for ongoing botanical material authentication and quality assurance.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in botanical R&D.
- Operational Value: Streamlines workflows with minimal sample preparation and rapid data acquisition.
- Strategic Value: Enables faster go/no-go decisions and reduces late-stage risk for plant-derived portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of botanical leads.
Implementation Considerations
- Requires expertise in mass spectrometry and multivariate statistical analysis.
- Needs access to high-resolution mass spectrometry instrumentation and spectral analysis software.
- Demands cross-team standardization of sample handling and data processing protocols.
- Adaptable to a range of botanical matrices but may require optimization for specific plant tissues.
- Dependent on robust statistical validation to ensure reproducibility and reliability of species identification.
