Analyse de l’haleine en temps réel en utilisant l’ionisation secondaire SPECTROMETRIE couplée à la spectrométrie de masse haute résolution

L’objectif global de cette expérience est de caractériser la composition chimique de l’haleine expirée à l’aide d’une ionisation secondaire par nanoélectronébulisation couplée à une spectrométrie de masse à haute résolution. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine médical telles que le diagnostic précoce des maladies, le suivi des contrôles thérapeutiques et l’exposition environnementale. Le principal avantage de la technique est que la mesure peut être effectuée en temps réel.

La technique est également de haut niveau, sensible, spécifique et conviviale. Les implications de cette technique ont été étendues au diagnostic du cancer du poumon. Parce que le hasard des candidats biomarqueurs ont été trouvés dans l’haleine expirée des patients atteints de cancer pulmonaire à différents stades.

En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal car la source d’ionisation est généralement co-fabriquée. La démonstration visuelle est essentielle, car il n’existe pas encore de protocole standard pour cette méthode. Pour commencer, mettez en place une source nano ESI secondaire selon le processus d’ionisation électrospaire secondaire dans lequel le gaz respiratoire est introduit pour croiser un panache d’électronébulisation et ionisé par les gouttelettes chargées.

Les sources de chaque laboratoire dépendent du spectromètre de masse utilisé. Ici, la source secondaire nano ESI est basée sur la source nano ESI commerciale. Et l’a attaché à un spectromètre de masse à piège orbital de banc.

Le corps principal de la source est une chambre cubique en acier inoxydable avec une entrée pour introduire le capillaire nano ESI dans la chambre. Deux tubes en acier inoxydable sont installés de chaque côté de la chambre pour la distribution du gaz. Deux fenêtres en quartz sont équipées en haut et en bas de la chambre pour vérifier la position de l’extrémité du capillaire nano ESI et de la pulvérisation nano ESI soit à l’œil nu, soit au microscope numérique.

Enfin, la chambre est soudée au cône de balayage du spectromètre de masse. Notez que la conception peut changer en fonction de la géométrie particulière de l’interface de pression atmosphérique du spectromètre de masse utilisé dans les différents laboratoires. Étalonnez le spectromètre de masse en modes de détection d’ions positifs et négatifs conformément aux instructions du fabricant.

En appliquant l’étalonnage, les paramètres du spectromètre de masse, tels que les potentiels de lentille et les conditions de détection, sont optimisés pour donner une bonne sensibilité et une forme de pic à une valeur de résolution spécifiée. Effectuez des étalonnages complets à l’aide de la source ESI commerciale. La résolution de masse de 70 000 est utilisée ici.

L’étalonnage de masse peut être effectué avec toutes les sources compatibles, y compris les sources personnalisées. Réglez la température du tube de transfert d’ions du spectromètre de masse à plus de 100 degrés Celsius. Bien que la température la plus élevée puisse être réglée à 350 degrés Celsius, cela peut entraîner la décomposition de certains composés.

Pour le solvant et le débit ESI, sélectionnez le solvant ESI approprié sur la base des propriétés du solvant et des composés ciblés. Dans cette expérience, utilisez de l’eau contenant 0,1 % d’acide formique, pour une efficacité d’ionisation élevée. Réglez le débit du solvant ESI dans la plage de 0 à 1,5 microlitre par minute, à 200 nanolitres par minute.

Optimiser les paramètres secondaires de la source nano ESI, principalement la tension nano ESI et la position de l’extrémité capillaire nano ESI. La tension varie généralement de 2,0 à 4,5 kilovolts. Utilisez 2,5 kilovolts ici.

Appliquez du gaz pur à la source pour réduire l’influence des composés organiques volatils ou COV de l’air intérieur. De l’azote de haute pureté est utilisé ici et délivré à 0,8 litre par minute. En présence de gaz pur, le niveau d’intensité normalisé observé dans un spectre de masse doit être supérieur à 1 x 10 puissance 5, et la variation du TIC doit être inférieure à 10 % dans les modes de détection d’ions positifs et négatifs.

Lors de la mesure, inspirez l’air intérieur et effectuez une expiration normale pour expirer tout l’air des poumons à un débit constant. Surveillez le débit d’expiration soit à l’aide d’un manomètre, soit d’un débitmètre visible par le sujet. Connectez l’entrée du débitmètre à un tube de nafion pour éliminer la vapeur d’eau dans l’air expiré.

Ensuite, connectez la sortie du débitmètre à un tube en PTFE pour délivrer le gaz respiratoire. Dans cette expérience, le sujet a expiré à 0,4 litre par minute, contrôlé par un débitmètre. Il faut moins de 30 secondes pour une mesure de l’expiration.

Effectuez quatre à six mesures répétées. Pour minimiser les effets confondants, demandez aux participants de s’abstenir de manger, de boire et de se brosser les dents au moins 30 minutes avant les mesures. Pendant la mesure, vérifiez constamment si l’intensité du fer dépasse la limite de détection linéaire de l’instrument ou non.

La saturation du signal peut conduire à un pic d’artefact qui ne résulte pas d’un composé dans l’échantillon. En inhalant par le nez, une partie des COV et des particules ambiants serait éliminée. Cependant, il convient de noter que des composés dans les voies nasales peuvent également être détectés.

Utilisez un logiciel pour enregistrer les chromatagrammes et les spectres de masse. Comme il s’agit d’une analyse MS directe et qu’aucune séparation chromatagraphique n’est effectuée, le TIC indique en fait la trace temporelle de tous les signaux détectés dans les spectres de masse. Et l’EIC affiche une trace temporelle d’un composé spécifié.

Vous trouverez ici des résultats représentatifs des mesures de l’air expiré en temps réel. La trace temporelle de l’endol, un composé endogène typique, montre six mesures répétées en moins de sept minutes. Pour toutes les mesures, des empreintes respiratoires reproductibles soustraites ont été obtenues en mode de détection d’ions positifs.

291 composés ont été observés. Les composés sont très probablement des aldéhydes, des cétones et des alcynes. Dans le cas des empreintes respiratoires en mode de détection d’ions négatifs, 173 composés sont présentés, et résultent principalement d’acides gras.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la configuration d’une source CESI maison et de l’analyse des processus en temps réel. Une fois maîtrisée, la mesure peut être réalisée en quelques minutes. S’il est effectué correctement.

Lors de cette procédure, il est important de se rappeler d’éviter toute interférence des composés provenant du tube d’échantillonnage et de l’air endo. Savoir que cette mesure peut fournir des informations sur l’haleine expirée humaine, et peut également être appliquée à d’autres systèmes tels que les modèles d’alkylisation, les modèles ioniques et les systèmes rétrocellulaires. Suite à cette procédure, d’autres mesures telles que GCMS, HPRCMS, peuvent être effectuées pour répondre à des questions supplémentaires, comme pour la confirmation de la photo, la quantité d’analyse.

Après son développement, la technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la médecine pour explorer avec ce diagnostic, les effets du traitement chez les patients.