高分解能質量分析に結合された二次 Nanoelectrospray イオン化を用いたリアルタイム呼吸解析

この実験の全体的な目標は、高分解能質量分析と組み合わせた二次ナノエレクトロスプレーイオン化を使用して、呼気の化学組成を特徴付けることです。この方法は、病気の早期診断、治療チェックのモニタリング、環境曝露など、医療分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、測定をリアルタイムで実行できることです。

また、この手法は、最高出力、感度、特異性、およびユーザーフレンドリーです。この技術の意味は、肺がんの診断にまで広がっています。バイオマーカー候補の可能性は、さまざまな段階で肺がん患者の呼気で発見されているためです。

一般に、この方法に不慣れな個人は、イオン化源が一般的に共作されるため、苦労します。この方法の標準プロトコルはまだないため、視覚的なデモンストレーションは重要です。まず、呼気ガスがエレクトロスプレープルームと交差するように導入され、帯電した液滴によってイオン化される二次エレクトロスパリーイオン化プロセスに従って、二次ナノESIソースを設定します。

個々のラボのソースは、使用する質量分析計によって異なります。ここで、二次ナノESIソースは、市販のナノESIソースに基づいています。そして、それをベンチドロップクォータープルオービットトラップ質量分析計に取り付けました。

ソースの本体は、ナノESIキャピラリーをチャンバーに導入するための入口を備えた立方体のステンレス鋼チャンバーです。ガス供給のために、チャンバーの両側に2本のステンレス鋼管が取り付けられています。チャンバーの上部と下部に2つのクォーツ窓が装備されており、目またはデジタル顕微鏡でナノESIキャピラリーとナノESIスプレーの先端の位置を確認できます。

最後に、チャンバーは質量分析計のスイープコーンに溶接されます。個々のラボで使用される質量分析計の大気圧インターフェースの特定の形状によって、設計が変わる場合があることに注意してください。質量分析計は、メーカーの指示に従って、正イオン検出モードと負イオン検出モードの両方で校正します。

キャリブレーションを適用することにより、レンズ電位や検出条件などの質量分析計のパラメータが最適化され、指定された分解能値で良好な感度とピーク形状が得られます。商用ESIソースを使用して完全なキャリブレーションを実行します。ここでは、70, 000の質量分解能が使用されます。

質量キャリブレーションは、カスタマイズされたソースを含む、任意の互換性のあるソースで実行できます。質量分析計のイオントランスファーチューブの温度を摂氏100度以上に設定してください。最高温度は摂氏350度に設定できますが、一部の化合物は分解する可能性があります。

ESI溶媒と流量については、溶媒と標的化合物の特性に基づいて適切なESI溶媒を選択します。この実験では、高いイオン化効率を得るために、0.1%ギ酸を含む水を使用します。ESI溶媒の流量を0〜1.5マイクロリットル/分の範囲で200ナノリットル/分に設定します。

二次的なナノESIソースパラメータ、主にナノESI電圧とナノESIキャピラリーチップの位置を最適化します。電圧は通常、2.0〜4.5キロボルトの範囲です。ここでは2.5キロボルトを使用します。

純粋なガスをソースに適用して、室内空気からの揮発性有機化合物またはVOCの影響を減らします。ここでは高純度の窒素を使用し、毎分0.8リットルで供給します。純粋なガスが存在する場合、マススペクトルで観察される正規化された強度レベルは、正イオン検出モードと負イオン検出モードの両方で1 x 10から5thまで大きく、TICの変動は10%未満である必要があります。

測定を行うときは、室内の空気を吸い込み、通常の呼気を行って、肺内のすべての空気を一定の流量で吐き出します。呼気流量を、圧力計または被験者に見える流量計で監視します。流量計の入口をナフィオンチューブに接続して、吐き出された息の水蒸気を取り除きます。

次に、流量計の出口をPTFEチューブに接続して、呼気ガスを供給します。この実験では、被験者は流量計によって制御されるように、毎分0.4リットルで息を吐き出しました。1回の呼気測定に30秒もかかりません。

4 回から 6 回の反復測定を実行します。交絡効果を最小限に抑えるために、測定の少なくとも 30 分前に参加者に飲食、歯磨きを控えてもらいます。測定中は、鉄の強度が機器の線形検出限界を超えているかどうかを確認し続けてください。

シグナルの飽和は、サンプル中の化合物に由来しないアーチファクトピークにつながる可能性があります。鼻から吸い込むと、周囲のVOCや粒子の一部が除去されます。ただし、鼻腔内の化合物も検出される可能性があることは注目に値します。

ソフトウェアを使用して、クロマタグラムとマススペクトルを記録します。これは直接のMS分析であり、クロマタグラフィック分離は行われないため、TICは実際にはマススペクトルで検出されたすべてのシグナルの時間トレースを示します。また、EICは、指定された化合物の時間トレースを示します。

ここに示されているのは、呼気測定の代表的な結果をリアルタイムに示しています。典型的な内因性化合物であるエンドールの時間トレースは、7分以内に6回の反復測定を示しています。すべての測定について、再現性のあるバックグラウンドから減算された呼気フィンガープリントをポジティブイオン検出モードで取得しました。

291の化合物が観察されています。化合物は、アルデヒド、ケトン、アルキンである可能性が最も高いです。マイナスイオン検出モードでの呼気フィンガープリントの場合、173の化合物が提示され、主に脂肪酸に由来します。

このビデオを見れば、自家製のCESIソースの設定方法とリアルタイムのプロセス分析の実行方法について十分に理解できるはずです。習得すれば、測定は数分で完了します。適切に実行されている場合。

この手順に参加する際には、サンプリングチューブやエンドエアからの化合物の干渉を避けることを覚えておくことが重要です。この測定は、人間の呼気に関する洞察を提供できるだけでなく、モデルアルキル化、イオンモデル、レトロセルシステムなどの他のシステムにも適用できることを知っておいてください。この手順に続いて、GCMS、HPRCMSなどの他の手段を実行して、写真の確認、分析量などの追加の質問に答えることができます。

開発後、この技術は、医学分野の研究者がこの診断で患者の治療効果を探求する道を開きました。