Name: Echtzeit-Atem-Analyse mithilfe von sekundären Nanoelectrospray Ionisation mit hochauflösenden Massenspektrometrie gekoppelt (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Lernen Sie die Echtzeit-Analyse der chemischen Zusammensetzung von Atemluft mittels sekundärer Nanoelectrospray-Ionisation und hochauflösender Massenspektrometrie. Diese Methode ermöglicht die nicht-invasive Früherkennung von Krankheiten wie Lungenkrebs.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Diese Arbeit wurde von National Natural Science Foundation of China (Nr. 91543117) finanziell unterstützt.

Achtung: Bitte konsultieren Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor dem Gebrauch. Bitte verwenden Sie geeigneter persönlicher Schutzausrüstung, z.B., Kittel, Handschuhe, Schutzbrille, voller Länge Hosen und geschlossene Schuhe).
1. richten Sie die Sec-NanoESI-Quelle
<ol><li>Sec-NanoESI aufbauen nach dem SESI-Verfahren, d.h., das Atem Gas eingeführt, um eine Electrospray Plume schneiden und ionisiert durch die geladenen Tröpfchen (Abbildung 1). Die Quellen, gebaut in den einzelnen Labors abhängen an der Schnittstelle zwischen dem Massenspektrometer verwendet24,25. Hier richten Sie die Sec-NanoESI-Quelle, basierend auf einer kommerziellen NanoESI Quelle (Abbildung 2) und implementieren Sie, um ein Benchtop Quadrupol Orbitrap Massenspektrometer. Hinweis: Der Hauptteil der Quelle ist eine kubische Edelstahl-Kammer (Länge 25 mm, Innendurchmesser 13 mm) (Abb. 2 b) mit einem Einlass (I.D. 4 mm) in die Kammer die NanoESI Kapillare einzuführen. Die Kammer ist also nicht vollständig verschlossen (Abb. 2 b).</li>
	<li>Installieren Sie zwei Edelstahlrohre (O.D 5 mm, Länge 8 mm, I.D. 3 mm) auf jeder Seite der Kammer für Gas-Lieferung.</li>
	<li>Statten Sie zwei Quarz-Fenster (I.D. 14 mm) auf der Ober- und Unterseite der Kammer, die Position der Spitze des NanoESI Kapillare und NanoESI Spray mit Augen oder ein digitales Mikroskop zu überprüfen.</li>
	<li>Schweißen Sie die Kammer der Sweep-Kegel des Massenspektrometers. Hinweis: Das Design wechselt je nach bestimmten Geometrie der Atmosphärendruck Schnittstelle des Massenspektrometers in einzelnen Labors verwendet.</li>
</ol>2. Instrument Optimierung
<ol><li>Das Massenspektrometer in beiden positiven und negativen Ionen-Erkennung Modi nach Herstellerangaben zu kalibrieren. Durch die Anwendung Kalibrierung, werden Massenspektrometer Parameter, wie Objektiv Potenziale und Erkennung Bedingungen optimiert, um gute Empfindlichkeit und Peakform bei einem festgelegten Auflösungswert geben. Die Massenauflösung 70000 wird hier verwendet.<ol>
<li>Führen Sie vollständige Q Exactive Kalibrierungen mithilfe der kommerziellen ESI-Quelle; jedoch kann mit jedem kompatiblen Quellen, einschließlich kundenspezifische Masse Kalibrierung erfolgen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Stellen Sie die Temperatur der Ionen-Rohrweiche (ITT) die Massenspektrometer > 100 ° c. Obwohl die höchste Temperatur bei 350 ° C eingestellt werden kann, kann es die Zersetzung von einigen Verbindungen führen. 150 ° C ist somit in diesem Experiment verwendet. Hinweis: Für das Massenspektrometer mit einer Probenahme-Öffnung statt ITT, wird die Temperatur der Probenahme-Öffnung > 100 ° c eingestellt</li>
	<li>Wählen Sie für die ESI Lösungsmittel und Flow Rate das geeignete ESI Lösungsmittel auf der Grundlage der Eigenschaften des Lösungsmittels (z.B., Polarität und Volatilität) und gezielte Verbindungen (z.B. Proton Affinität). Eine Mischung aus Wasser und Methanol in verschiedenen Verhältnissen wurde allgemein als ESI Lösungsmittel25eingesetzt. In diesem Experiment verwenden Wasser mit 0,1 % (V/V) Ameisensäure, für hohe Ionisierung Effizienz wurde diese Lösungsmittel13,19,23gemeldet. Einstellen die Durchflussmenge des ESI Lösungsmittel im Bereich von 0-1,5 μl/min und 200 nL/min. Hinweis: Degas ESI Lösungsmittel für 30 min vor Gebrauch.</li>
	<li>Sec-NanoESI Quelle Parameter, vor allem NanoESI Spannung und Kapillare QuickInfo für NanoESI zu optimieren. Die Spannung häufig reicht von 2,0 bis 4,5 kV. Einsatz 2,5 kV hier. Hinweis: Höhere ESI Spannung anliegt als die Strömung erhöht. Der Abstand zwischen der Spitze und der Massenspektrometer-Öffnung ist von 1 bis 5 mm einstellbar. Nach der Optimierung sollte die normalisierten Intensitätsstufe (NL) in ein Massenspektrum beobachtet > 1 x 106 und die Variation der gesamten Ion Chromatogramm (TIC) soll < 10 % in beiden Modi positiven und negativen Ionen-Erkennung. Das Massenspektrum und TIC ergeben sich im Massenbereich von m/Z 50-750.</li>
	<li>Reines Gas auf die Quelle anwenden. Dies ist ein optionaler Schritt, mit dem Ziel zu verringern den Einfluss von flüchtigen organischen Verbindungen aus der Raumluft. Hochreine Stickstoff (N2, 99,99 %) oder reiner Luft eingesetzt werden. Mit der Anwesenheit von reinem Gas sollte die NL in ein Massenspektrum beobachtet > 1 x 105 und die Variation der TIC < 10 % in beiden positiven und negativen Ionen-Erkennung Modi werden sollte. Hochreine N2 ist hier verwendet und bei 0,8 L/min geliefert. Hinweis: Die insgesamt Strömungsgeschwindigkeit des reinen Gas- und Atem Gas sollte höher als der Volumenstrom durch die Öffnung des Massenspektrometers.</li>
</ol>3. Messung der Ausatmungsluft
<ol><li>Atmen Sie die Luft in Innenräumen und führen Sie einen normalen ausatmen, atmen Sie die Luft in der Lunge bei konstantem Volumenstrom. Überwachen Sie die Ausatmung Durchflussmenge durch ein Manometer oder ein Durchflussmesser für das Thema sichtbar. Verwenden Sie Teflon (PTFE) Schlauch, um der Atem Gas23zu liefern.<ol>
<li>Um die Kondensation von Wasserdampf im Inneren der Rohre zu vermeiden, erhitzen Sie das Rohr bei einer Temperatur von 80-100 oC7,23,27 oder verwenden Sie ein Nafion Trockner28,29. In diesem Experiment zum Thema ausgeatmet bei 0,4 L/min durch ein Durchflussmesser kontrolliert.</li>
		<li>Verbinden Sie den Einlass des Durchflussmessers auf einem Nafion Rohr (Länge 60 cm), der Wasserdampf in der Ausatmungsluft entfernen und schließen den Auslass des Durchflussmessers mit einem PTFE-Schläuche (Länge 13 cm, I.D. 4 mm). Es dauert < 30 s für eine Messung nach Ausatmung.</li>
		<li>Führen Sie 4-6 replizierten Messungen28,29.</li>
		<li>Um verwirrende Effekte zu minimieren, haben Sie Teilnehmer aus Essen, trinken und putzen ihre Zähne mindestens 30 min vor den Messungen23. Hinweis: Um den Einfluss von flüchtigen organischen Verbindungen aus der Raumluft zu minimieren, wurde es berichtet, reines Gas anstelle von Raumluft26zu inhalieren. Wenn ein Nafion-Schläuche verwendet wird, können einige polaren Verbindungen verloren gehen.</li>
		<li>Während der Messung immer mal übersteigt die Ionen-Intensität die linearen Nachweisgrenze des Instruments oder nicht. Die Sättigung des Signals führen zu einem Artefakt-Gipfel, die praktisch nicht aus der Siedlung in der Probe führt. Durch Einatmen durch die Nase, würde Teil des ambient VOC und Partikel entfernt werden; Es ist jedoch bemerkenswert, dass Verbindungen in die Nasengänge auch erkannt werden können.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(4) erhalten Sie ein Atem-Fingerabdruck und eine Zeit Spur einer Verbindung
<ol><li>Erhalten Sie Chromatogramme und Massenspektren. Software (z. B. Xcalibur) Rekord Chromatogramme und Massenspektren zu verwenden. Denn dies direkte MS Analyse ist und keine chromatographische Trennung erfolgt, total Ion Chromatogramm (TIC) eigentlich die Zeit Spuren aller Signale, die in den Massenspektren erkannt zeigt und die extrahierten Ion Chromatogramm (EIC) die Zeit Spur zeigt ein angegebene Verbindung. Hinweis: Für andere kommerzielle Massenspektrometer der Chromatogramme und Massenspektren von der entsprechenden Datenerfassungs-Software erhalten.</li>
	<li>Erhalten Sie einen Fingerabdruck der Ausatmungsluft durch Auswahl einer Reihe von Scans in der TIC, wenn Ausatmungsluft gemessen wird. Erhalten Sie ein Massenspektrum, durchschnittlich diese Scans von der Software darstellt.<ol>
<li>Hintergrund-Gipfel aus dem Atem-Fingerabdruck zu beseitigen, verwenden Sie das Subtrahieren Hintergrund-Tool in der Software. Entnehmen Sie bitte der Bedienungsanleitung des Herstellers. Kurz gesagt, wählen Sie die gleiche Anzahl von Scans, wenn keine Atemprobe eingeführt wird, und subtrahieren Sie Hintergrund Massenspektrum aus dem Atem-Fingerabdruck. Hinweis: Bei dieser Methode ist die Schwelle, die Funktionen in der Atem-Fingerabdruck zu identifizieren als dreimal die Standardabweichung der das Hintergrundsignal definiert. Für andere kommerzielle Massenspektrometer kann Hintergrundabzug durch die entsprechenden Datenerfassungs-Software durchgeführt werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Erhalten Sie eine Zeit Spur einer bestimmten Verbindung. Wählen Sie die Spitze einer gezielten Verbindung in den Atem Fingerabdruck und die Zeit, die Spur der Verbindung anschließend von der Software erworben wird.</li>
</ol>

<ol><li>De Lacy Costello, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+the+volatiles+from+the+healthy+human+body%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Breath+Res%22%5BJournal%5D)">A review of the volatiles from the healthy human body.</a> J. Breath Res. 8 (1), 014001-014030 (2014).</li>
<li>Phillips, M., Greenberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion-trap+detection+of+volatile+organic+compounds+in+alveolar+breath%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Chem%22%5BJournal%5D)">Ion-trap detection of volatile organic compounds in alveolar breath.</a> Clin. Chem. 38 (1), 60-65 (1992).</li>
<li>Martínez-Lozano Sinues, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circadian+variation+of+the+human+metabolome+captured+by+real-time+breath+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Circadian variation of the human metabolome captured by real-time breath analysis.</a> PLoS One. 9 (12), 0114422-0114438 (2014).</li>
<li>Garcia-Gomez, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+electrospray+ionization+coupled+to+high-resolution+mass+spectrometry+reveals+tryptophan+pathway+metabolites+in+exhaled+human+breath%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Common%22%5BJournal%5D)">Secondary electrospray ionization coupled to high-resolution mass spectrometry reveals tryptophan pathway metabolites in exhaled human breath.</a> Chem. Common. 52 (55), 8526-8528 (2016).</li>
<li>Garcia-Gomez, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+quantification+of+amino+acids+in+the+exhalome+by+secondary+electrospray+ionization-mass+spectrometry%3A+A+proof-of-principle+Study%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Chem%22%5BJournal%5D)">Real-time quantification of amino acids in the exhalome by secondary electrospray ionization-mass spectrometry: A proof-of-principle Study.</a> Clin. Chem. 62 (9), 1230-1237 (2016).</li>
<li>Martínez-Lozano Sinues, P., Kohler, M., Brown, S. A., Zenobia, R., Dallmann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gauging+circadian+variation+in+ketamine+metabolism+by+real-time+breath+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Common%22%5BJournal%5D)">Gauging circadian variation in ketamine metabolism by real-time breath analysis.</a> Chem. Common. 53 (14), 2264-2267 (2017).</li>
<li>Gamez, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time%2C+in+vivo+monitoring+and+pharmacokinetics+of+valproic+acid+via+a+novel+biomarker+in+exhaled+breath%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Common%22%5BJournal%5D)">Real-time, in vivo monitoring and pharmacokinetics of valproic acid via a novel biomarker in exhaled breath.</a> Chem. Common. 47 (17), 4884-4886 (2011).</li>
<li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drug+pharmacokinetics+determined+by+real-time+analysis+of+mouse+breath%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Drug pharmacokinetics determined by real-time analysis of mouse breath.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 54 (27), 7815-7818 (2015).</li>
<li>Amorim, L. L. A., Cardeal, Z. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Breath+air+analysis+and+its+use+as+a+biomarker+in+biological+monitoring+of+occupational+and+environmental+exposure+to+chemical+agents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chromatogr.+B%22%5BJournal%5D)">Breath air analysis and its use as a biomarker in biological monitoring of occupational and environmental exposure to chemical agents.</a> J. Chromatogr. B. 853 (1-2), 1-9 (2007).</li>
<li>Bajtarevic, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+detection+of+lung+cancer+by+analysis+of+exhaled+breath%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Cancer%22%5BJournal%5D)">Noninvasive detection of lung cancer by analysis of exhaled breath.</a> BMC Cancer. 9, 348(2009).</li>
<li>Smith, D., Wang, T. S., Pysanenko, A., Španěl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+selected+ion+flow+tube+mass+spectrometry+study+of+ammonia+in+mouth-+and+nose-exhaled+breath+and+in+the+oral+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Commun.+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">A selected ion flow tube mass spectrometry study of ammonia in mouth- and nose-exhaled breath and in the oral cavity.</a> Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (6), 783-789 (2008).</li>
<li>Li, X., Huang, L., Zhu, H., Zhou, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+human+breath+analysis+by+secondary+nano-electrospray+ionization+ultrahigh+resolution+mass+spectrometry%3A+Importance+of+high+mass+resolution+and+mass+accuracy%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Commun.+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Direct human breath analysis by secondary nano-electrospray ionization ultrahigh resolution mass spectrometry: Importance of high mass resolution and mass accuracy.</a> Rapid Commun. Mass Spectrom. 31 (3), 301-308 (2017).</li>
<li>Martínez-Lozano, P., Fernandez de la Mora, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380607002254">Electrospray ionization of volatiles in breath.</a> Int. J. Mass Spectrom. 265 (1), 68-72 (2007).</li>
<li>Zeng, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+creatinine+in+exhaled+breath+of+humans+with+chronic+kidney+disease+by+extractive+electrospray+ionization+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Breath+Res%22%5BJournal%5D)">Detection of creatinine in exhaled breath of humans with chronic kidney disease by extractive electrospray ionization mass spectrometry.</a> J. Breath Res. 10 (1), 016008-016015 (2016).</li>
<li>Chen, H. W., Wortmann, A., Zhang, W. H., Zenobi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+in+vivo+fingerprinting+of+nonvolatile+compounds+in+breath+by+extractive+electrospray+ionization+quadrupole+time-of-flight+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Rapid in vivo fingerprinting of nonvolatile compounds in breath by extractive electrospray ionization quadrupole time-of-flight mass spectrometry.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 46 (4), 580-583 (2007).</li>
<li>Benoi, F. M., Davldson, W. R., Lovett, A. M., Nacson, S., Ngo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Breath+analysis+by+atmospheric+pressure+ionization+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Breath analysis by atmospheric pressure ionization mass spectrometry.</a> Anal. Chem. 55 (4), 805-807 (1983).</li>
<li>Bregy, L., Martínez-Lozano Sinues, P., Nudnova, M. M., Zenobi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+breath+analysis+with+active+capillary+plasma+ionization-ambient+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Breath+Res%22%5BJournal%5D)">Real-time breath analysis with active capillary plasma ionization-ambient mass spectrometry.</a> J. Breath Res. 8 (2), 027102-027110 (2014).</li>
<li>Gaugg, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expanding+metabolite+coverage+of+real-time+breath+analysis+by+coupling+a+universal+secondary+electrospray+ionization+source+and+high+resolution+mass+spectrometry-a+pilot+study+on+tobacco+smokers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Breath+Res%22%5BJournal%5D)">Expanding metabolite coverage of real-time breath analysis by coupling a universal secondary electrospray ionization source and high resolution mass spectrometry-a pilot study on tobacco smokers.</a> J. Breath Res. 10 (1), 016010-016020 (2016).</li>
<li>Martínez-Lozano, P., Zingaro, L., Finiguerra, A., Cristoni, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+electrospray+ionization-mass+spectrometry%3A+breath+study+on+a+control+group%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Breath+Res%22%5BJournal%5D)">Secondary electrospray ionization-mass spectrometry: breath study on a control group.</a> J. Breath Res. 5 (1), 016002-016012 (2011).</li>
<li>Martínez-Lozano Sinues, P., Zenobi, R., Kohler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+the+exhalome+a+diagnostic+tool+of+the+future%5BTitle%5D)+AND+%22Chest%22%5BJournal%5D)">Analysis of the exhalome a diagnostic tool of the future.</a> Chest. 144 (3), 746-749 (2013).</li>
<li>Martínez-Lozano Sinues, P., Fernandez de la Mora, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+analysis+of+fatty+acid+vapors+in+breath+by+electrospray+ionization+and+atmospheric+pressure+Ionization-Mass+Spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Direct analysis of fatty acid vapors in breath by electrospray ionization and atmospheric pressure Ionization-Mass Spectrometry.</a> Anal. Chem. 80 (21), 8210-8215 (2008).</li>
<li>Martínez-Lozano Sinues, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Breath+analysis+in+real+time+by+mass+spectrometry+in+chronic+obstructive+pulmonary+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Respiration%22%5BJournal%5D)">Breath analysis in real time by mass spectrometry in chronic obstructive pulmonary disease.</a> Respiration. 87 (4), 301-310 (2014).</li>
<li>Martínez-Lozano Sinues, P., Kohler, M., Zenobi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+diurnal+changes+in+exhaled+human+breath%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Monitoring diurnal changes in exhaled human breath.</a> Anal. Chem. 85 (1), 369-373 (2013).</li>
<li>Chen, H. W., Zenobi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neutral+desorption+sampling+of+biological+surfaces+for+rapid+chemical+characterization+by+extractive+electropray+ionization+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protoc%22%5BJournal%5D)">Neutral desorption sampling of biological surfaces for rapid chemical characterization by extractive electropray ionization mass spectrometry.</a> Nat. Protoc. 3 (9), 1467-1475 (2008).</li>
<li>Li, X., Hu, B., Ding, J., Chen, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+characterization+of+complex+viscous+samples+at+molecular+levels+by+neutral+desorption+extractive+electrospray+ionization+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protoc%22%5BJournal%5D)">Rapid characterization of complex viscous samples at molecular levels by neutral desorption extractive electrospray ionization mass spectrometry.</a> Nat. Protoc. 7 (6), 1010-1025 (2011).</li>
<li>Gordon, S. M., Szidon, J. P., Krotoszynski, B. K., Gibbons, R. D., O'Neill, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Volatile+organic+compounds+in+exhaled+air+from+patients+with+lung+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Chem%22%5BJournal%5D)">Volatile organic compounds in exhaled air from patients with lung cancer.</a> Clin. Chem. 31 (8), 1278-1282 (1985).</li>
<li>Ding, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+extractive+electrospray+ionization+ion+trap+mass+spectrometry+in+vivo+breath+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Development of extractive electrospray ionization ion trap mass spectrometry in vivo breath analysis.</a> Analyst. 134 (10), 2040-2050 (2009).</li>
<li>Basum, G., Dahnke, H., Halmer, D., Hering, P., Mürtz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Online+recording+of+ethane+trances+in+human+breath+via+infrared+laser+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Online recording of ethane trances in human breath via infrared laser spectroscopy.</a> J. Appl. Physiol. 95 (6), 2583-2590 (2003).</li>
<li>Tøien, Ø <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+open+flow+respirometry+in+continuous+and+long-term+measurements%3A+design+and+principles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Automated open flow respirometry in continuous and long-term measurements: design and principles.</a> J. Appl. Physiol. 114 (8), 1094-1107 (2013).</li>
<li>Huang, L., Li, X., Xu, M., Huang, Z. X., Zhou, Z. <a target="_blank" href="http://www.cjcu.jlu.edu.cn/EN/abstract/abstract28124.shtml">Identification of relatively high molecular weight compounds in human breath using secondary nano electrospray ionization ultrahigh resolution mass spectrometry.</a> Chem. J. Chinese U. 38 (5), 752-757 (2017).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Bau der Sec-NanoESI-Quelle basiert auf einer kommerziellen NanoESI-Quelle, ist die Ionisation Effizienz höher als bei der Verwendung einer ESI-Quelle-30. Darüber hinaus die Ionisation Effizienz wird weiter verbessert in einer geschlossenen Kammer, da es den Prozess isoliert aus der Luft ambient Hintergrund und zur gleichen Zeit erleichtert die Vermischung zwischen der Gasprobe und der Spray-Plume. Durch die Verwendung einer Sec-NanoESI, weniger Parameter optimiert werden müssen im Vergleich zu ein...

Mit der schnellen Entwicklung der modernen analytischen Techniken wurden Hunderte von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in der Ausatmungsluft1identifiziert. Diese flüchtigen organischen Verbindungen ergeben sich meist aus alveoläre Luft (~ 350 mL für einen gesunden Erwachsenen) und anatomischen Totraum Luft (~ 150 mL)2, die vom Körper Stoffwechsel3,4,5,6,7 betroffen sind ,8 und Umweltverschmutzung9, beziehungsweise. Infolgedessen wenn identifiziert, sind diese flüchtigen organischen Verbindungen vielversprechend als Biomarker für die Diagnose von Krankheiten und Exposition der Umwelt in eine nicht-invasive Weise verwendet werden.
Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) ist die am weitesten verbreitete Technik zur qualitativen und quantitativen Analyse der ausgeatmeten VOC2, haben direkte MS-Techniken, die für Echtzeit-Atem-Analyse entwickelt wurden, die Vorteile der hohe zeitliche Auflösung und einfache Pre-Probenvorbereitung. Direkte MS Techniken wie Proton Transfer Reaktion MS (PTR-MS)10, ausgewählte Ion Strömungsrohr MS (SIFT-MS)11, sekundäre Electrospray Ionisierung MS (SESI-MS)12,13 (auch benannt als mineralgewinnenden Elektrospray Ionisation MS, EESI-MS14,15), Spur atmosphärische Gas Analyzer (TAGA)16 und Plasma Ionisierung MS (PI-MS)17 wurden untersucht den letzten Jahren.
Unter den direkten MS-Techniken ist SESI bekannt als eine universelle weiche Ionisierung Technik19,20,21; und die Quelle ist leicht angepasst und mit verschiedenen Arten von Massenspektrometer, z.B., Time Flight Massenspektrometer8,15gekoppelt werden, Ionenfallen mass Spectrometer14 und Orbitrap Massenspektrometer12 ,18. Bis jetzt, SESI-MS erfolgreich eingesetzt bei der Diagnose von Erkrankungen der Atemwege22, zirkadianen Rhythmus3,6,23, Pharmakokinetik7,8, Messung und Stoffwechselwege4usw.offenbart. Vor kurzem ist eine kommerzielle SESI Quelle verfügbar geworden.
In dieser Studie wurde eine einfache und kompakte sekundäre Nanoelectrospray Ionisierung Quelle (Sec-NanoESI) eingerichtet und mit einem hochauflösenden Massenspektrometer gekoppelt. Echtzeit-Messungen der ausgeatmeten VOC in Atem wurden vorgestellt.

<table><tbody><tr><td>Reinstwasser</td><td>Merck Millipore, USA</td><td>MPGP04001</td><td>Resistance >18,2 M&Omega; &middot; cm</td></tr><tr><td>Ameisensäure</td><td>Sigma-Aldrich, USA</td><td>F0507</td><td>Ätzend für die Atemwege.</td></tr><tr><td>Stickstoffgas</td><td>Guangzhou Shiyuan Gas Co. Ltd., China</td><td>N.A.a</sup</td><td>>Reinheit >99,99%</td></tr><tr><td>Q Exaktives Hybrid-Quadrupol-Orbitrap-Massenspektrometer</td><td>Thermo Scientific, USA</td><td>02634L(S/N)</td><td>Vorsicht vor Hochspannungs- und</td>Hochtemperatur-NanoESI-Quelle</tr><tr><td></td><td>Thermo Scientific, USA</td><td>ES002373(S/N); ES071(P/N)</td><td>Vorsicht vor Hochspannungs- und</td>Hochtemperatur-Nano-LC-Pumpen</tr><tr><td></td><td>Thermo Scientific, USA</td><td>5041.0010A(P/N)/</td><td></td></tr><tr><td>Xcalibur-Software (Version 3.0)</td><td>Thermo Scientific, USA</td><td>BRE0008596</td><td>/</td></tr><tr><td>Dino-Lite Digital Microscope</td><td>Tech Video System (SuZhou) Co.Ltd., China</td><td>CQ401833R(S/N)</td><td>/</td></tr><tr><td>Nafion-Schläuche</td><td>Perma Pure LLC, USA</td><td>ME60</td><td>/ </td></tr><tr><td>PTFE-Schlauch (I.D. 4 mm)</td><td>Dongguan Hongfu Insulation Material Co. Ltd., China</td><td>N.A.</td><td>Vorsicht vor dem möglichen Verlust polarer Verbindungen</td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>Line-Tech, Korea</td><td>M15122007 (S / N)</td> <td>/</td></tr> <tr><td>Durchflussmesser</td><td>Yuyao Industrial Automation Meter Factory, China</td><td>40784</td> <td>/</td></tr> <tr><td>aN.A.: nicht verfügbar.</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

echtzeit-atem-analyse mithilfe von sekundären nanoelectrospray ionisation mit hochauflösenden massenspektrometrie gekoppelt

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Ausgeatmete flüchtige organische Verbindungen (VOC) haben großes Interesse geweckt, da sie als Biomarker für die Diagnose von Krankheiten und Exposition der Umwelt in eine nicht-invasive Weise dienen können. In dieser Arbeit präsentieren wir ein Protokoll zur Charakterisierung der ausgeatmeten VOC in Echtzeit mithilfe von sekundären Nanoelectrospray Ionisation mit hochauflösenden Massenspektrometrie (Sec-NanoESI-HRMS) gekoppelt. Die hausgemachten Sec-NanoESI-Quelle wurde bereitwillig basierend auf einer kommerziellen NanoESI Quelle eingerichtet. Hunderte von Gipfeln im Hintergrund subtrahiert Massenspektren der Ausatmungsluft beobachtet wurden, und die Massengenauigkeit Werte -4.0-13,5 ppm und-20.3-1,3 ppm in den positiven und negativen Ionen-Erkennung Modi, beziehungsweise. Die Gipfel wurden mit präzise elementare Zusammensetzung nach der genauen Masse und Isotopen Muster zugewiesen. Weniger als 30 s dient zur Messung einer Ausatmung, und es dauert ca. 7 min. für sechs replizierten Messungen.

Abbildung 3 zeigt die Atem-Fingerabdrücke im Massenbereich von m/Z 50-750 unter sowohl positive als auch negative Ionen-Erkennung-Modus aufgezeichnet. 291 Gipfel (Peak-Intensität &gt; 5.0x104) und 173 Gipfel (Peak-Intensität &gt; 3.0x104) wurden im Hintergrund subtrahiert Atem Fingerabdrücke in den positiven und negativen Ionen-Erkennung-Modi bzw. beobachtet. Um Spitzen in den Massenspektren zu identifizieren, siehe Vorveröffent...

Ein Protokoll zur Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung der Ausatmungsluft in Echtzeit mithilfe von sekundären Nanoelectrospray Ionisation gekoppelt an hochauflösende Massenspektrometrie nachgewiesen wird.

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

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

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.

real-time-breath-analysis-using-secondary-nanoelectrospray-ionization

Research

Forschung

JoVE Journal

Chemistry

Chemie

Laser-Ablation Elektrospray-Ionisation (LAESI) ist eines Atmosphärendruck-Ionenquelle für die Massenspektrometrie. Im Imaging-Modus, ein mittleres Infrarot-Laser-Sonden die Verteilung der Moleküle über einen Gewebeschnitt oder einen Biofilm. Diese Technik stellt einen neuen Ansatz für die unterschiedlichsten bioanalytische Untersuchungen unter nativen experimentellen Bedingungen durchgeführt.

Atmosphärische Molecular Imaging von biologischen Geweben und Biofilme durch LAESI Massenspektrometrie

Einzel-Zell-Analyse wird durch Massenspektrometrie an pflanzlichen und tierischen Zellen bei Atmosphärendruck durch eine geschärfte Glasfaser, um die Zellen für die Laserablation Elektrospray-Ionisation (LAESI) Massenspektrometrie Probe durchgeführt.

Direkte Analyse von Einzelzellen durch Massenspektrometrie bei Atmosphärendruck

Sekundäre Elektrospray Massenspektrometrie (SESI-MS) ermöglicht die Detektion von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), ohne dass für jede Vorbehandlung der Probe. Dieses Protokoll enthält Anweisungen für die schnelle (innerhalb von Minuten) Charakterisierung von bakteriellen VOCs mit SESI-MS.

Charakterisierung Bakterielle Flüchtige mit Secondary Elektrospray-Ionisation-Massenspektrometrie (SESI-MS)

Ammoniak ist ein wichtiger physiologischer Metabolit, der für verschiedene Krankheits- und Wellnesszustände relevant ist. Es ist auch ein schwer im Atem zu messendes Molekül, was besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordert, um genaue Ergebnisse zu erhalten. Nicht alle Faktoren, die Ammoniak beeinflussen, sind bekannt, aber ohne Berücksichtigung dieser Faktoren kann der Fortschritt schwierig sein.

Schnelle und genaue Messung der ausgeatmeten Luft Ammoniak

Proton Transfer Reaction Time of Flight Mass Spectrometry ermöglicht eine hochempfindliche, schnelle und nicht-invasive Analyse flüchtiger organischer Verbindungen. Um das Potenzial zu demonstrieren, geben wir drei Beispiele: Milchsäurefermentation von Joghurt (Online-Bioprozessüberwachung), verschiedene Apfelgenotypen (groß angelegtes Screening) und retronasaler Raum nach dem Kaffeetrinken (Nasenraumanalyse).

PTR-ToF-MS gekoppelt mit einem automatisierten Probenahmesystem und einer maßgeschneiderten Datenanalyse für Lebensmittelstudien: Bioprozessüberwachung, Screening und Nasenraumanalyse

Verfahren zur Identifizierung von Arten von botanischen Material durch direkte Analyse in Echtzeit hochauflösende Massenspektrometrie und multivariate statistische Analyse vorgestellt.

Schnelle Hochdurchsatz-Spezies Identifizierung von Pflanzen von Material mit Direktanalyse in Echtzeit hochauflösender Massenspektrometrie

Blatt-Spray-Massenspektrometrie ist eine direkte chemische Analyse-Technik, die minimiert die Probenvorbereitung und beseitigt Chromatographie, so dass für die schnelle Erkennung von kleinen Molekülen von Pflanzengewebe.

Blatt-Spray-Massenspektrometrie: Eine schnelle Ambient Ionisation Technik direkt Metaboliten von Pflanzengewebe bewerten

Dieses Protokoll beschreibt eine einfache Methode für den Erwerb von Atemproben von Kindern. Kurz, sind Proben von Mischluft vorab in Sorptionsmittel Röhren vor der Gaschromatographie-Massenspektrometrie Analyse konzentriert. Atem-Biomarker von infektiösen und nicht infektiösen Krankheiten können mit dieser Atem Sammlung Methode identifiziert werden.

Atem-Sammlung von Kindern für Krankheit Entdeckung von Biomarkern

In diesem Artikel werden Beispielvorbereitungsmethoden für eine einzigartige Echtzeitanalysemethode auf der Grundlage der Umgebungsmassenspektrometrie vorgestellt. Mit dieser Methode können wir die biologischen Moleküle in vivo in echtzeit ohne spezielle Vorbehandlungen analysieren.

Probenvorbereitung für Probe Elektrospray-Ionen-Massenspektrometrie

Dieses Protokoll beschreibt die Einzelzell-Massenspektrometrie-Bildgebung von OVCAR-8-Zellen unter Verwendung von Desorptionselektrospray-Ionisation, gekoppelt mit Orbitrap-Massenspektrometern für hochauflösende metabolomische Analysen.

Einzelzell-Massenspektrometrie-Bildgebung mit Desorptions-Elektrospray-Ionisation gekoppelt an Orbitrap-Massenspektrometer

Lernen Sie die Echtzeit-Analyse der chemischen Zusammensetzung von Atemluft mittels sekundärer Nanoelectrospray-Ionisation und hochauflösender Massenspektrometrie. Diese Methode ermöglicht die nicht-invasive Früherkennung von Krankheiten wie Lungenkrebs.

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

Weitere Videos entdecken