Análisis de la respiración en tiempo real mediante el uso de ionización secundaria Nanoelectrospray acoplada a espectrometría de masas de alta resolución

El objetivo general de este experimento es caracterizar la composición química del aliento exhalado utilizando ionización secundaria por nanoelectrospray acoplada a espectrometría de masas de alta resolución. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la medicina, como el diagnóstico temprano de enfermedades, el seguimiento terapéutico y la exposición ambiental. La principal ventaja de la técnica es que la medición se puede realizar en tiempo real.

La técnica también es de mayor rendimiento, sensible, específica y fácil de usar. Las implicaciones de esta técnica se han extendido al diagnóstico del cáncer de pulmón. Debido a que se han encontrado posibilidades de candidatos a biomarcadores en el aliento exhalado de pacientes con caner pulmonar en diferentes etapas.

Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque la fuente de ionización suele ser de fabricación conjunta. La demostración visual es fundamental, ya que aún no existe un protocolo estándar para este método. Para comenzar, configure una fuente secundaria de nano ESI de acuerdo con el proceso de ionización de electrospary secundario en el que se introduce gas de aliento para interceptar una columna de electrospray e ionizado por las gotas cargadas.

Las fuentes de los laboratorios individuales dependen del espectrómetro de masas utilizado. Aquí, la fuente secundaria de nano ESI se basa en la fuente comercial de nano ESI. Y lo conecté a un espectrómetro de masas de trampa orbital de caída de un cuarto

El cuerpo principal de la fuente es una cámara cúbica de acero inoxidable con una entrada para introducir el capilar nano ESI en la cámara. Se instalan dos tubos de acero inoxidable a cada lado de la cámara para el suministro de gas. Dos ventanas de cuarzo están equipadas en la parte superior e inferior de la cámara para verificar la posición de la punta del capilar nano ESI y el spray nano ESI, ya sea mediante ojos o un microscopio digital.

Finalmente, la cámara se suelda al cono de barrido del espectrómetro de masas. Tenga en cuenta que el diseño puede cambiar dependiendo de la geometría particular de la interfaz de presión atmosférica del espectrómetro de masas utilizado en los laboratorios individuales. Calibre el espectrómetro de masas en los modos de detección de iones positivos y negativos de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Mediante la aplicación de calibración, los parámetros del espectrómetro de masas, como los potenciales de la lente y las condiciones de detección, se optimizan para proporcionar una buena sensibilidad y forma de pico a un valor de resolución especificado. Realice calibraciones completas utilizando la fuente ESI comercial. Aquí se utiliza la resolución de masa de 70.000.

La calibración masiva se puede realizar con cualquier fuente compatible, incluidas las personalizadas. Ajuste la temperatura del tubo de transferencia de iones del espectrómetro de masas a más de 100 grados Celsius. Aunque la temperatura más alta se puede establecer en 350 grados centígrados, puede resultar en la descomposición de algunos compuestos.

Para el disolvente ESI y el caudal, seleccione el disolvente ESI adecuado en función de las propiedades del disolvente y los compuestos objetivo. En este experimento, use agua que contenga 0.1% de ácido fórmico, para una alta eficiencia de ionización. Ajuste el caudal del disolvente ESI en el rango de 0 1,5 microlitros por minuto, a 200 nanolitros por minuto.

Optimice los parámetros secundarios de la fuente nano ESI, principalmente el voltaje nano ESI y la posición de la punta capilar nano ESI. El voltaje suele oscilar entre 2,0 y 4,5 kilovoltios. Utilice 2,5 kilovoltios aquí.

Aplique gas puro a la fuente para reducir la influencia de compuestos orgánicos volátiles o COV del aire interior. Aquí se utiliza nitrógeno de alta pureza y se suministra a 0,8 litros por minuto. Con la presencia de gas puro, el nivel de intensidad normalizado observado en un espectro de masas debe ser mayor que 1 x 10 al 5, y la variación del TIC debe ser menor que 10% en los modos de detección de iones positivos y negativos.

Al realizar la medición, inhale el aire interior y realice una exhalación normal para exhalar todo el aire de los pulmones a un caudal constante. Controle el caudal de exhalación mediante un manómetro o un caudalímetro visible para el sujeto. Conecte la entrada del medidor de flujo a la tubería de nafion para eliminar el vapor de agua en el aliento exhalado.

Luego, conecte la salida del medidor de flujo a la tubería de PTFE para suministrar el gas respiratorio. En este experimento, el sujeto exhaló a 0,4 litros por minuto, controlado por un medidor de flujo. Se tarda menos de 30 segundos en medir una exhalación.

Realice de cuatro a seis mediciones replicadas. Para minimizar los efectos de confusión, haga que los participantes se abstengan de comer, beber y cepillarse los dientes al menos 30 minutos antes de las mediciones. Durante la medición, siga comprobando si la intensidad del hierro supera el límite de detección lineal del instrumento o no.

La saturación de la señal puede conducir a un pico de artefacto que no es el resultado de un compuesto en la muestra. Al inhalar por la nariz, se eliminaría parte de los COV y las partículas ambientales. Sin embargo, cabe destacar que también se pueden detectar compuestos en las fosas nasales.

Utilice software para registrar cromatogramas y espectros de masas. Debido a que se trata de un análisis MS directo y no se realiza una separación cromatográfica, el TIC en realidad indica la traza temporal de todas las señales detectadas en los espectros de masas. Y el EIC muestra una traza temporal de un compuesto específico.

Aquí se muestran los resultados representativos de las mediciones del aliento exhalado en tiempo real. El rastro temporal del endol, un compuesto endógeno típico, muestra seis mediciones repetidas en menos de siete minutos. Para todas las mediciones, se obtuvieron huellas dactilares de aliento sustraídas de fondo reproducibles en el modo de detección de iones positivos.

Se han observado 291 compuestos. Lo más probable es que los compuestos sean aldehídos, cetonas y alquinos. En el caso de las huellas dactilares del aliento en el modo de detección de iones negativos, se presentan 173 compuestos, y son principalmente el resultado de los ácidos grasos.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo configurar una fuente CESI casera y realizar análisis de procesos en tiempo real. Una vez dominado, la medición se puede realizar en minutos. Si se realiza correctamente.

Al realizar este procedimiento, es importante recordar que debe evitar la interferencia de los compuestos del tubo de muestreo y del aire endo. Esta medida puede proporcionar información sobre el aliento exhalado humano, y también se puede aplicar a otros sistemas, como el modelo de alquilado, los modelos de iones y los sistemas de retrocélulas. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otras medidas como GCMS, HPRCMS, para responder preguntas adicionales, como para la confirmación de fotos, cantidad de análisis.

Después de su desarrollo, la técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la medicina exploraran con este diagnóstico, los efectos del tratamiento en los pacientes.