Echtzeit-Atem-Analyse mithilfe von sekundären Nanoelectrospray Ionisation mit hochauflösenden Massenspektrometrie gekoppelt

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die chemische Zusammensetzung des ausgeatmeten Atems mittels sekundärer Nanoelektrospray-Ionisation in Verbindung mit hochauflösender Massenspektrometrie zu charakterisieren. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im medizinischen Bereich zu beantworten, wie z. B. die Früherkennung von Krankheiten, die Überwachung von Therapiechecks und die Umwelteinwirkung. Der Hauptvorteil der Technik besteht darin, dass die Messung in Echtzeit durchgeführt werden kann.

Die Technik ist außerdem leistungsstark, empfindlich, spezifisch und benutzerfreundlich. Die Auswirkungen dieser Technik wurden auf die Diagnose von Lungenkrebs ausgeweitet. Denn die Möglichkeit von Biomarkerkandidaten wurde in der Ausatemluft von Lungenkrebspatienten in verschiedenen Stadien gefunden.

Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da die Ionisationsquelle in der Regel gemeinsam hergestellt wird. Die visuelle Demonstration ist von entscheidender Bedeutung, da es für diese Methode noch kein Standardprotokoll gibt. Richten Sie zunächst eine sekundäre Nano-ESI-Quelle gemäß dem sekundären Elektrospary-Ionisationsprozess ein, bei dem Atemgas eingeführt wird, um eine Elektrosprayfahne zu schneiden, und von den geladenen Tröpfchen ionisiert wird.

Die Quellen für die einzelnen Labore hängen vom verwendeten Massenspektrometer ab. Hier basiert die sekundäre Nano-ESI-Quelle auf der kommerziellen Nano-ESI-Quelle. Und befestigte es an einem Bench-Drop-Quarter-Pull-Orbit-Trap-Massenspektrometer.

Der Hauptkörper der Quelle ist eine kubische Edelstahlkammer mit einem Einlass, um die Nano-ESI-Kapillare in die Kammer einzuführen. Auf jeder Seite der Kammer sind zwei Edelstahlrohre für die Gaszufuhr installiert. An der Ober- und Unterseite der Kammer sind zwei Quarzfenster angebracht, um die Position der Spitze der nano ESI-Kapillare und des nano ESI-Sprays entweder mit den Augen oder einem Digitalmikroskop zu überprüfen.

Abschließend wird die Kammer mit dem Sweep-Kegel des Massenspektrometers verschweißt. Beachten Sie, dass sich das Design je nach der jeweiligen Geometrie der Atmosphärendruckgrenzfläche des Massenspektrometers, das in den einzelnen Labors verwendet wird, ändern kann. Kalibrieren Sie das Massenspektrometer sowohl im positiven als auch im negativen Ionendetektionsmodus gemäß den Anweisungen des Herstellers.

Durch die Anwendung der Kalibrierung werden Massenspektrometerparameter wie Linsenpotentiale und Detektionsbedingungen optimiert, um eine gute Empfindlichkeit und Peakform bei einem bestimmten Auflösungswert zu erzielen. Führen Sie vollständige Kalibrierungen mit der kommerziellen ESI-Quelle durch. Hier kommt die Massenauflösung von 70.000 zum Einsatz.

Die Massenkalibrierung kann mit allen kompatiblen Quellen durchgeführt werden, auch mit kundenspezifischen. Stellen Sie die Temperatur des Ionentransferrohrs des Massenspektrometers auf mehr als 100 Grad Celsius ein. Obwohl die höchste Temperatur auf 350 Grad Celsius eingestellt werden kann, kann dies zur Zersetzung einiger Verbindungen führen.

Wählen Sie für das ESI-Lösungsmittel und die Durchflussrate das geeignete ESI-Lösungsmittel auf der Grundlage der Eigenschaften des Lösungsmittels und der Zielverbindungen aus. In diesem Experiment wird Wasser mit einem Gehalt von 0,1 % Ameisensäure verwendet, um eine hohe Ionisationseffizienz zu erzielen. Stellen Sie die Durchflussrate des ESI-Lösungsmittels im Bereich von 0 bis 1,5 Mikrolitern pro Minute bis 200 Nanoliter pro Minute ein.

Optimieren Sie die Parameter der sekundären Nano-ESI-Quelle, hauptsächlich die Nano-ESI-Spannung und die Position der Nano-ESI-Kapillarspitze. Die Spannung liegt üblicherweise zwischen 2,0 und 4,5 Kilovolt. Verwenden Sie hier 2,5 Kilovolt.

Geben Sie reines Gas auf die Quelle, um den Einfluss flüchtiger organischer Verbindungen oder VOCs aus der Raumluft zu reduzieren. Hier wird hochreiner Stickstoff verwendet und mit 0,8 Litern pro Minute gefördert. Bei Vorhandensein von reinem Gas sollte das in einem Massenspektrum beobachtete normalisierte Intensitätsniveau größer als 1 x 10 hoch 5 sein, und die Variation des TIC sollte sowohl im positiven als auch im negativen Ionendetektionsmodus weniger als 10 % betragen.

Atmen Sie bei der Messung die Raumluft ein und führen Sie eine normale Ausatmung durch, um die gesamte Luft in der Lunge mit einer konstanten Durchflussrate auszuatmen. Überwachen Sie die Ausatemflussrate entweder mit einem Manometer oder einem Durchflussmesser, der für die Person sichtbar ist. Verbinden Sie den Einlass des Durchflussmessers mit dem Nafion-Schlauch, um den Wasserdampf in der ausgeatmeten Atemluft zu entfernen.

Verbinden Sie dann den Auslass des Durchflussmessers mit einem PTFE-Schlauch, um das Atemgas abzugeben. In diesem Experiment atmete der Proband mit 0,4 Litern pro Minute aus, wie von einem Durchflussmesser kontrolliert. Für eine Ausatmungsmessung dauert es weniger als 30 Sekunden.

Führen Sie vier bis sechs replizierte Messungen durch. Um Störeffekte zu minimieren, sollten die Teilnehmer mindestens 30 Minuten vor den Messungen auf Essen, Trinken und Zähneputzen verzichten. Überprüfen Sie während der Messung immer wieder, ob die Eisenintensität die lineare Nachweisgrenze des Geräts überschreitet oder nicht.

Die Sättigung des Signals kann zu einem Artefakt-Peak führen, der nicht auf eine Verbindung in der Probe zurückzuführen ist. Durch das Einatmen durch die Nase würde ein Teil der VOCs und Partikel aus der Umgebung entfernt. Bemerkenswert ist jedoch, dass auch Verbindungen in den Nasengängen nachgewiesen werden können.

Verwenden Sie Software, um Chromatogramme und Massenspektren aufzuzeichnen. Da es sich um eine direkte MS-Analyse handelt und keine chromatagrafische Trennung durchgeführt wird, zeigt der TIC tatsächlich die Zeitspur aller in den Massenspektren detektierten Signale an. Und der EIC zeigt eine Zeitspur einer bestimmten Verbindung an.

Hier sind repräsentative Ergebnisse von Ausatemmessungen in Echtzeit dargestellt. Die Zeitspur von Endol, einer typischen endogenen Verbindung, zeigt sechs replizierte Messungen in weniger als sieben Minuten. Für alle Messungen wurden reproduzierbare Hintergrund-Subtraktions-Atem-Fingerabdrücke im positiven Ionendetektionsmodus erhalten.

Es wurden 291 Verbindungen beobachtet. Bei den Verbindungen handelt es sich höchstwahrscheinlich um Aldehyde, Ketone und Alkine. Im Falle von Atemfingerabdrücken im negativen Ionendetektionsmodus werden 173 Verbindungen vorgestellt, die hauptsächlich aus Fettsäuren stammen.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine hausgemachte CESI-Quelle einrichten und eine Echtzeit-Prozessanalyse durchführen. Einmal gemeistert, kann die Messung in wenigen Minuten durchgeführt werden. Wenn es richtig ausgeführt wird.

Während dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, dass die Verbindungen nicht durch den Probenahmeschlauch und die Endoluft gestört werden. Wissen Sie, dass dieses Maß Einblicke in die menschliche Atemluft geben kann und auch auf andere Systeme wie Modellalkylizen, Ionenmodelle und in Retrozellsystemen angewendet werden kann. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Messungen wie GCMS, HPRCMS durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z.B. zur Fotobestätigung und zur Menge der Analyse.

Nach ihrer Entwicklung ebnete die Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Medizin, mit dieser Diagnose die Behandlungseffekte bei den Patienten zu erforschen.