Name: Analiza oddechu w czasie rzeczywistym przy użyciu wtórnej jonizacji nanoelektronizacyjnej sprzężonej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Poznaj metodę analizy oddechu w czasie rzeczywistym przy użyciu wtórnej jonizacji nanoelektrosprejowej i spektrometrii mas o wysokiej rozdzielczości. Technika ta umożliwia nieinwazyjną diagnostykę raka płuca poprzez identyfikację biomarkerów w wydychanym powietrzu.

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

Ta praca została finansowo wsparta przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (nr 91543117).

Uwaga: Proszę zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS) przed użyciem. Należy używać odpowiednich środków ochrony osobistej, np. fartucha laboratoryjnego, rękawic, okularów, długich spodni i butów z zakrytymi palcami).
1. Konfiguracja źródła Sec-nanoESI
<ol>
	<li>Ustaw źródło Sec-nanoESI zgodnie z procesem SESI, tj. gaz oddechowy jest wprowadzany do przecięcia pióropusza elektrorozpylonego i jonizowany przez naładowane kropelki (<silna klasa="xfig">Rysunek 1). Źródła wbudowane w poszczególne laboratoria zależą od interfejsu używanego spektrometru masowego24,25. W tym miejscu należy skonfigurować źródło Sec-nanoESI w oparciu o komercyjne źródło nanoESI (<silna klasa="xfig">Rysunek 2) i zaimplementować do stacjonarnego kwadrupolowego spektrometru mas orbitrap. 
	UWAGA: Głównym korpusem źródła jest sześcienna komora ze stali nierdzewnej (długość 25 mm, średnica wewnętrzna 13 mm) (<klasa silna="xfig">Rysunek 2b) z wlotem (ID 4 mm) do wprowadzenia kapilary nanoESI do komory. Stąd komora nie jest całkowicie szczelna (<silna klasa="xfig">Rysunek 2b).</li>
	<li>Zamontuj dwie rurki ze stali nierdzewnej (długość 8 mm, średnica zewnętrzna 5 mm, średnica wewnętrzna 3 mm) po każdej stronie komory w celu dostarczania gazu.</li>
	<li>Wyposaż się w dwa okienka kwarcowe (średnica wewnętrzna 14 mm) na górze i na dole komory, aby sprawdzić położenie końcówki kapilary nanoESI i sprayu nanoESI za pomocą oczu lub mikroskopu cyfrowego.</li>
	<li>Przyspawać komorę do stożka przemiatania spektrometru mas. 
	UWAGA: Konstrukcja może ulec zmianie w zależności od konkretnej geometrii interfejsu ciśnienia atmosferycznego spektrometru masowego używanego w poszczególnych laboratoriach.</li>
</ol>
2. Optymalizacja instrumentów
<ol>
	<li>Skalibruj spektrometr mas zarówno w trybie wykrywania jonów dodatnich, jak i ujemnych zgodnie z instrukcjami producenta. Stosując kalibrację, parametry spektrometru masowego, takie jak potencjały soczewek i warunki detekcji, są optymalizowane w celu zapewnienia dobrej czułości i kształtu piku przy określonej wartości rozdzielczości. Używana jest tutaj rozdzielczość masy 70000.
	<ol>
		<li>Należy wykonać pełne kalibracje Q Exactive przy użyciu komercyjnego źródła ESI, jednak wzorcowanie masy można przeprowadzić z dowolnymi kompatybilnymi źródłami, w tym z dostosowanymi źródłami.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ustawić temperaturę rurki jonowej (ITT) spektrometru mas > 100 °C. Chociaż najwyższą temperaturę można ustawić na 350 °C, może to spowodować rozkład niektórych związków. Dlatego w tym eksperymencie stosuje się 150°C. 
	UWAGA: W przypadku spektrometrów masowych wyposażonych w kryzę do pobierania próbek zamiast ITT, temperaturę kryzy do pobierania próbek ustawia się > 100 °C.</li>
	<li>Dla rozpuszczalnika ESI i natężenia przepływu należy wybrać odpowiedni rozpuszczalnik ESI na podstawie właściwości rozpuszczalnika (np. polarności i lotności) oraz docelowych związków (np. powinowactwa do protonów). Mieszanina wody i metanolu w różnych proporcjach była powszechnie stosowana jako rozpuszczalnik ESI25. W tym eksperymencie użyj wody zawierającej 0,1% (v/v) kwas mrówkowy, w celu uzyskania wysokiej wydajności jonizacji odnotowano ten rozpuszczalnik13,19,23. Ustawić natężenie przepływu rozpuszczalnika ESI w zakresie 0-1,5 μl/min i 200 nL/min. 
	UWAGA: Przed użyciem odgazuj rozpuszczalnik ESI przez 30 minut.</li>
	<li>Zoptymalizuj parametry źródła Sec-nanoESI, głównie napięcie nanoESI i położenie końcówki kapilarnej nanoESI. Napięcie zwykle waha się od 2,0 do 4,5 kV. Użyj tutaj 2,5 kV. 
	UWAGA: Wraz ze wzrostem natężenia przepływu stosowane jest wyższe napięcie ESI. Odległość między końcówką a otworem spektrometru mas można regulować w zakresie od 1 do 5 mm. Po optymalizacji znormalizowany poziom intensywności (NL) obserwowany w widmie masowym powinien wynosić > 1x106, a zmienność chromatogramu jonów całkowitych (TIC) powinna wynosić < 10% zarówno w trybie wykrywania jonów dodatnich, jak i ujemnych. Widmo mas i TIC uzyskuje się w zakresie mas m/z 50-750.</li>
	<li>Nałóż czysty gaz na źródło. Jest to opcjonalny krok, mający na celu zmniejszenie wpływu lotnych związków organicznych z powietrza w pomieszczeniach. Można stosować azot gazowy o wysokiej czystości (N2, 99,99%) lub czyste powietrze. Przy obecności czystego gazu, NL obserwowany w widmie masowym powinien wynosić > 1x105, a zmiana TIC powinna wynosić < 10% zarówno w trybie wykrywania jonów dodatnich, jak i ujemnych. Stosowany jest tu azotN 2 o wysokiej czystości, który jest dostarczany w ilości 0,8 l/min. 
	UWAGA: Całkowite natężenie przepływu czystego gazu i gazu oddechowego powinno być wyższe niż natężenie przepływu przez otwór spektrometru masowego.</li>
</ol>
3. Pomiar wydychanego powietrza
<ol>
	<li>Wdychaj powietrze w pomieszczeniu i wykonaj normalny wydech, aby wydychać całe powietrze z płuc ze stałą szybkością przepływu. Monitoruj natężenie przepływu wydechu za pomocą manometru lub przepływomierza widocznego dla obiektu. Użyj rurki teflonowej (PTFE), aby dostarczyć oddech gas23.
	<ol>
		<li>Aby zapobiec kondensacji pary wodnej wewnątrz rurki, podgrzej rurkę do temperatury 80-100 oC7,23,27 lub użyj suszarki Nafion28,29. W tym eksperymencie badany wydychał powietrze z prędkością 0,4 l/min kontrolowaną przez przepływomierz.</li>
		<li>Podłącz wlot przepływomierza do rurki Nafion (długość 60 cm), aby usunąć parę wodną z wydychanego powietrza i podłącz wylot przepływomierza do rurki PTFE (długość 13 cm, średnica wewnętrzna 4 mm). Jeden pomiar wydechu zajmuje < 30 s.</li>
		<li>Wykonaj 4-6 powtórzonych pomiarów28,29.</li>
		<li>Aby zminimalizować efekty zakłócające, poproś uczestników, aby nie jedli, nie pili i nie myli zębów co najmniej 30 minut przed pomiarami23. 
		UWAGA: Aby zminimalizować wpływ LZO z powietrza w pomieszczeniach, doniesiono, że wdycha czysty gaz zamiast powietrza w pomieszczeniach26. Gdy używana jest rurka Nafion, niektóre związki polarne mogą zostać utracone.</li>
		<li>Podczas pomiaru sprawdzaj, czy intensywność jonów przekracza liniową granicę wykrywalności przyrządu, czy nie. Nasycenie sygnału może prowadzić do piku artefaktu, który w praktyce nie wynika ze związku w próbce. Wdychanie przez nos usunęłoby część otaczających LZO i cząstek; Warto jednak zauważyć, że można również wykryć związki w przewodach nosowych.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Uzyskaj odcisk palca oddechu i ślad czasowy związku
<ol>
	<li>Uzyskać chromatogramy i widma masowe. Używaj oprogramowania (np. Xcalibur) do rejestrowania chromatogramów i widm masowych. Ponieważ jest to bezpośrednia analiza MS i nie jest wykonywana separacja chromatograficzna, chromatogram jonów całkowitych (TIC) w rzeczywistości wskazuje ślad czasowy wszystkich sygnałów wykrytych w widmach masowych, a chromatogram jonowy wyekstrahowany (EIC) pokazuje ślad czasowy określonego związku. 
	UWAGA: W przypadku innych komercyjnych spektrometrów masowych chromatogramy i widma masowe można uzyskać za pomocą odpowiedniego oprogramowania do akwizycji danych.</li>
	<li>Uzyskaj odcisk palca wydychanego powietrza, wybierając liczbę skanów w TIC, gdy mierzony jest wydychany oddech. Uzyskaj widmo masowe reprezentujące średnią z tych skanów przez oprogramowanie.
	<ol>
		<li>Aby wyeliminować piki tła z odcisku palca oddechu, użyj narzędzia Odejmij tło w oprogramowaniu. Proszę zapoznać się z instrukcją obsługi dostarczoną przez producenta. Krótko mówiąc, wybierz taką samą liczbę skanów, gdy nie zostanie wprowadzona próbka oddechu, i odejmij widmo masy tła od odcisku palca oddechu. 
		UWAGA: W tej metodzie próg identyfikacji cech odcisku palca oddechu jest definiowany jako trzykrotność odchylenia standardowego sygnału tła. W przypadku innych komercyjnych spektrometrów masowych odejmowanie tła można wykonać za pomocą odpowiedniego oprogramowania do akwizycji danych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Uzyskaj ślad czasowy określonego związku. Wybierz pik docelowego związku w odcisku palca oddechu, a następnie oprogramowanie uzyska ślad czasowy związku.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Konstruując źródło Sec-nanoESI w oparciu o komercyjne źródło nanoESI, wydajność jonizacji jest wyższa niż w przypadku korzystania ze źródła ESI30. Ponadto wydajność jonizacji jest dodatkowo poprawiona w zamkniętej komorze, ponieważ izoluje proces od otaczającego powietrza tła, a jednocześnie ułatwia mieszanie próbki gazu z pióropuszem rozpylonej cieczy. Dzięki zastosowaniu Sec-nanoESI należy zoptymalizować mniej parametrów w porównaniu ze źródłem ESI, co ułatwia instalację, aplikację i konserwację...

Dzięki szybkiemu rozwojowi nowoczesnych technik analitycznych, setki lotnych związków organicznych (LZO) zostały zidentyfikowane w ludzkim oddechu wydychanym przez człowieka1. Te LZO pochodzą głównie z powietrza pęcherzykowego (~350 ml dla zdrowej osoby dorosłej) i anatomicznego powietrza z martwej przestrzeni (~150 ml)2, na które wpływa metabolizm organizmu3,4,5,6,7,8 i zanieczyszczenie środowiska9odpowiednio. W rezultacie, jeśli zostaną zidentyfikowane, LZO mogą być wykorzystywane jako biomarkery do diagnozowania chorób i narażenia środowiskowego w sposób nieinwazyjny.
Chociaż spektrometria mas chromatografii gazowej (GC-MS) jest najczęściej używaną techniką do jakościowej i ilościowej analizy wydychanych LZO2, bezpośrednie techniki MS, które zostały opracowane do analizy oddechu w czasie rzeczywistym, mają zalety wysokiej rozdzielczości czasowej i prostego wstępnego przygotowania próbki. Techniki bezpośredniego MS, takie jak reakcja transferu protonów MS (PTR-MS)10, wybrana rurka przepływu jonów MS (SIFT-MS)11, wtórna jonizacja elektroniczna MS (SESI-MS)12,13 (nazywana również ekstrakcyjną jonizacją elektrorozpylającą MS, EESI-MS14,15), śladowy analizator gazów atmosferycznych (TAGA)16 i jonizacja plazmy MS ( PI-MS)17 były badane w ostatnich latach.
Wśród wszystkich bezpośrednich technik MS, SESI jest dobrze znany jako uniwersalna technika miękkiej jonizacji19,20,21; a źródło można łatwo dostosować i połączyć z różnymi typami spektrometrów masowych, np. spektrometr masowy czasu przelotu8,15, spektrometr masowy pułapki jonowej14 oraz spektrometr masowy Orbitrap12,18. Do tej pory SESI-MS był z powodzeniem stosowany w diagnostyce chorób układu oddechowego22, pomiarze rytmu okołodobowego3,6,23, farmakokinetyka7,8, oraz odkrywanie szlaków metabolicznych4, itd. Ostatnio dostępne stało się komercyjne źródło SESI.
W tym badaniu, stworzono łatwe i kompaktowe źródło wtórnej jonizacji nanoelektronorozpylania (Sec-nanoESI) i sprzężono je ze spektrometrem masowym o wysokiej rozdzielczości. Przedstawiono pomiary w czasie rzeczywistym wydychanych LZO w wydychanym powietrzu.

<table><tbody><tr><td>Woda ultraczysta</td><td>Merck Millipore, USA</td><td>MPGP04001</td><td>Odporność >18,2 M&Omega; &środkowa kropka; cm</td></tr><tr><td>Kwas mrówkowy</td><td>Sigma-Aldrich, USA</td><td>F0507</td><td>Działa żrąco na drogi oddechowe.</td></tr><tr><td>Gaz azotu</td><td>Guangzhou Shiyuan Gas Co. Ltd., Chiny</td><td>N.A.a</td> <td>Czystość >99,99%</td></tr><tr><td>Q Eksaktywny hybrydowy spektrometr masowy kwadrupolowo-orbitrapowy</td><td>Thermo Scientific, USA</td><td>02634L(S/N)</td><td>Uważaj na źródło NanoESI o wysokim napięciu i wysokiej temperaturze</td></tr><tr><td></td><td>Thermo Scientific, USA</td><td>ES002373(S/N); ES071(P/N)</td><td>Uważaj na wysokonapięciową i wysokotemperaturową</td></tr><tr><td>pompę Nano LC</td><td>Thermo Scientific, USA</td><td>5041.0010A(P/N)</td><td>/</td></tr><tr><td>Xcalibur software (wersja 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., Chiny</td><td>CQ401833R(S/N)</td><td>/</td></tr><tr><td>Nafion rurki</td><td>Perma Pure LLC, USA</td><td>ME60</td><td>/ </td></tr><tr><td>Rurka PTFE (ID 4 mm)</td><td>Dongguan Hongfu Insulation Material Co., Ltd., Chiny</td><td>, N.A.</td><td>Uważaj na możliwą utratę związków polarnych</td></tr><tr><td>Regulator przepływu masowego</td><td>Line-Tech, Korea</td><td>M15122007 (S / N)</td> <td>/</td></tr> <tr><td>Przepływomierz</td><td>Yuyao Industrial Automation Meter Factory, Chiny</td><td>40784</td> <td>/</td></tr> <tr><td>a NA: niedostępny.</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

analiza oddechu w czasie rzeczywistym przy użyciu wtórnej jonizacji nanoelektronizacyjnej sprzężonej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości

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

Wydychane lotne związki organiczne (LZO) wzbudziły spore zainteresowanie, ponieważ mogą służyć jako biomarkery do diagnozowania chorób i ekspozycji środowiskowej w nieinwazyjny sposób. W niniejszej pracy przedstawiamy protokół charakteryzujący wydychane LZO w czasie rzeczywistym za pomocą wtórnej jonizacji nanoelektronatrysku sprzężonej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości (Sec-nanoESI-HRMS). Domowe źródło Sec-nanoESI zostało z łatwością skonfigurowane w oparciu o komercyjne źródło nanoESI. Zaobserwowano setki pików w odjętych od tła widmach masowych wydychanego powietrza, a wartości dokładności masy wynoszą -4,0-13,5 ppm i -20,3-1,3 ppm odpowiednio w trybach wykrywania jonów dodatnich i ujemnych. Pikom przypisano dokładny skład pierwiastkowy zgodnie z dokładnym wzorcem masy i izotopowym. Na jeden pomiar wydechu wykorzystuje się mniej niż 30 s, a sześć powtórzonych pomiarów zajmuje około 7 minut.

Rysunek 3 przedstawia odciski palców oddechu w zakresie mas m/z 50-750 zarejestrowane w trybach detekcji jonów dodatnich i ujemnych. W odcisku palca oddechu po odjęciu tła zaobserwowano odpowiednio 291 pików (intensywność piku &gt; 5,0x104) w trybie detekcji jonów dodatnich oraz 173 piki (intensywność piku &gt; 3,0x104) w trybie detekcji jonów ujemnych. W celu identyfikacji pików w widmach mas należy zapoznać się ze szczegółami ...

Pokazano protokół charakteryzujący skład chemiczny wydychanego powietrza w czasie rzeczywistym za pomocą wtórnej jonizacji nanoelectrospray sprzężonej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości.

Analiza oddechu w czasie rzeczywistym przy użyciu wtórnej jonizacji nanoelektronizacyjnej sprzężonej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości

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

Ogólnym celem tego eksperymentu jest scharakteryzowanie składu chemicznego wydychanego powietrza za pomocą wtórnej jonizacji nanoelektronrozpylania sprzężonej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie medycyny, takie jak wczesna diagnoza chorób, monitorowanie kontroli terapeutycznej i narażenie środowiskowe. Główną zaletą tej techniki jest to, że pomiar może być wykonywany w czasie rzeczywistym.Technika jest również wydajna, czuła, specyficzna i przyjazna dla użytkownika. Implikacje tej techniki zostały rozszerzone na diagnostykę raka płuc. Ponieważ szansa na kandydatów na biomarkery została znaleziona w wydychanym oddechu pacjentów z chorobą płuc na różnych etapach.Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowe w tej metodzie, będą miały trudności, ponieważ źródło jonizacji jest zwykle współwytwarzane. Demonstracja wizualna ma kluczowe znaczenie, ponieważ nie ma jeszcze standardowego protokołu dla tej metody. Na początek ustaw wtórne źródło nano ESI zgodnie z procesem jonizacji wtórnej elektrospary, w którym gaz oddechowy jest wprowadzany do przecięcia pióropusza elektrorozpylania i jonizowany przez naładowane kropelki.Źródła dla poszczególnych laboratoriów zależą od użytego spektrometru masowego. W tym przypadku wtórne źródło nano ESI jest oparte na komercyjnym źródle nano ESI. I przymocowałem go do spektrometru masowego z pułapką orbitalną typu quarter pull.Głównym korpusem źródła jest sześcienna komora ze stali nierdzewnej z wlotem do wprowadzenia kapilary nano ESI do komory. Po każdej stronie komory zainstalowane są dwie rurki ze stali nierdzewnej do dostarczania gazu. Dwa okienka kwarcowe są wyposażone w górną i dolną część komory, aby sprawdzić położenie końcówki kapilary nano ESI i sprayu nano ESI za pomocą oczu lub mikroskopu cyfrowego.Na koniec komora jest przyspawana do stożka zamiatającego spektrometru masowego. Należy pamiętać, że konstrukcja może ulec zmianie w zależności od konkretnej geometrii interfejsu ciśnienia atmosferycznego spektrometru masowego używanego w poszczególnych laboratoriach. Skalibruj spektrometr mas zarówno w trybie wykrywania jonów dodatnich, jak i ujemnych zgodnie z instrukcjami producenta.Stosując kalibrację, parametry spektrometru masowego, takie jak potencjały soczewek i warunki detekcji, są optymalizowane w celu uzyskania dobrej czułości i kształtu piku przy określonej wartości rozdzielczości. Wykonaj pełne kalibracje przy użyciu komercyjnego źródła ESI. Używana jest tutaj rozdzielczość masy 70 000.Wzorcowanie wzorców masy można przeprowadzić przy użyciu dowolnych kompatybilnych źródeł, w tym niestandardowych. Ustaw temperaturę rurki przesyłowej jonów spektrometru mas na więcej niż 100 stopni Celsjusza. Chociaż najwyższą temperaturę można ustawić na 350 stopni Celsjusza, może to spowodować rozkład niektórych związków.Dla rozpuszczalnika ESI i natężenia przepływu należy wybrać odpowiedni rozpuszczalnik ESI na podstawie właściwości rozpuszczalnika i docelowych związków. W tym eksperymencie użyj wody zawierającej 0,1% kwasu mrówkowego, aby uzyskać wysoką wydajność jonizacji. Ustaw natężenie przepływu rozpuszczalnika ESI w zakresie od 0 1,5 mikrolitra na minutę, do 200 nanolitrów na minutę.Zoptymalizuj parametry wtórnego źródła nano ESI, głównie napięcie nano ESI i położenie końcówki kapilarnej nano ESI. Napięcie zwykle waha się od 2,0 do 4,5 kilowolta. Użyj tutaj 2,5 kilowolta.Zastosuj czysty gaz do źródła, aby zmniejszyć wpływ lotnych związków organicznych lub LZO z powietrza w pomieszczeniach. Stosowany jest tutaj azot o wysokiej czystości i dostarczany w ilości 0,8 litra na minutę. Przy obecności czystego gazu znormalizowany poziom intensywności obserwowany w widmie masowym powinien być większy niż 1 x 10 do 5, a zmiana TIC powinna być mniejsza niż 10% zarówno w trybie wykrywania jonów dodatnich, jak i ujemnych.Podczas wykonywania pomiaru należy wdychać powietrze w pomieszczeniu i wykonywać normalny wydech, aby wydychać całe powietrze z płuc przy stałym natężeniu przepływu. Monitoruj natężenie przepływu wydechu za pomocą manometru lub przepływomierza widocznego dla obiektu. Podłącz wlot przepływomierza do rurki nafionowej, aby usunąć parę wodną z wydychanego powietrza.Następnie podłącz wylot przepływomierza do rurki PTFE, aby dostarczyć gaz oddechowy. W tym eksperymencie badany wydychał powietrze z prędkością 0,4 litra na minutę, co było kontrolowane przez przepływomierz. Jeden pomiar wydechu zajmuje mniej niż 30 sekund.Wykonaj od czterech do sześciu powtórzonych pomiarów. Aby zminimalizować efekty zakłócające, poproś uczestników, aby powstrzymali się od jedzenia, picia i mycia zębów co najmniej 30 minut przed pomiarami. Podczas pomiaru sprawdzaj, czy intensywność żelaza przekracza liniową granicę wykrywalności przyrządu, czy nie.Nasycenie sygnału może prowadzić do piku artefaktu, który nie wynika ze związku w próbce. Wdychanie przez nos spowodowałoby, że część otaczających LZO i cząstek zostałaby usunięta. Warto jednak zauważyć, że można również wykryć związki w przewodach nosowych.Używaj oprogramowania do nagrywania chromatagramów i widm masowych. Ponieważ jest to bezpośrednia analiza MS i nie jest wykonywana separacja chromatograficzna, TIC faktycznie wskazuje ślad czasowy wszystkich sygnałów wykrytych w widmach masowych. A EIC pokazuje ślad czasowy określonego związku.Poniżej przedstawiono reprezentatywne wyniki pomiarów wydychanego powietrza w czasie rzeczywistym. Ślad czasowy endolu, typowego związku endogennego, pokazuje sześć powtórzonych pomiarów w czasie krótszym niż siedem minut. Dla wszystkich pomiarów uzyskano powtarzalne odciski palców oddechu odjęte w tle w trybie detekcji jonów dodatnich.Zaobserwowano 291 związków. Związki te to najprawdopodobniej aldehydy, ketony i alkiny. W przypadku odcisków palców oddechu w trybie detekcji jonów ujemnych prezentowane są 173 związki, które wynikają głównie z kwasów tłuszczowych.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak skonfigurować domowe źródło CESI i przeprowadzić analizę procesu w czasie rzeczywistym. Po opanowaniu pomiaru można go wykonać w ciągu kilku minut. Jeśli zostanie wykonany prawidłowo.Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o unikaniu zakłóceń związków z rurki do pobierania próbek i powietrza endodontycznego. Wiedz, że ta miara może zapewnić wgląd w ludzki oddech i może być również stosowana do innych systemów, takich jak modelowe alkilize, modele jonowe i systemy retrokomórkowe. Zgodnie z tą procedurą można wykonać inne pomiary, takie jak GCMS, HPRCMS, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak potwierdzenie zdjęć, ilość analizy.Po jej opracowaniu, technika ta utorowała drogę naukowcom w dziedzinie medycyny do badania za pomocą tej diagnozy efektów leczenia u pacjentów.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Laserowa ablacja z jonizacją elektrosprayową (LAESI) jest źródłem jonów dla spektrometrii mas pracującym pod ciśnieniem atmosferycznym. W trybie obrazowania laser średniofalowy w podczerwieni bada rozkład cząsteczek w przekroju tkanki lub biofilmie. Technika ta stanowi nowe podejście do różnorodnych badań bioanalitycznych prowadzonych w natywnych warunkach doświadczalnych.

Obrazowanie molekularne tkanek biologicznych i biofilmów w ciśnieniu atmosferycznym przy użyciu spektrometrii mas LAESI

Analiza pojedynczych komórek jest przeprowadzana za pomocą spektrometrii mas w komórkach roślinnych i zwierzęcych pod ciśnieniem atmosferycznym, wykorzystując zaostrzony światłowód do pobierania próbek komórek w celu przeprowadzenia spektrometrii mas z jonizacją przez rozpylanie wspomaganą ablacją laserową (LAESI).

Bezpośrednia analiza pojedynczych komórek za pomocą spektrometrii mas przy ciśnieniu atmosferycznym

Wtórna spektrometria mas z jonizacją przez elektrorozpylanie (SESI-MS) umożliwia detekcję lotnych związków organicznych (LZO) bez konieczności wstępnego przygotowania próbek. Niniejszy protokół zawiera instrukcje dotyczące szybkiej (w ciągu kilku minut) charakteryzacji bakteryjnych LZO przy użyciu SESI-MS.

Charakterystyka lotnych związków bakteryjnych z wykorzystaniem spektrometrii mas z wtórną jonizacją przez elektroryzację (SESI-MS)

Amoniak jest ważnym metabolitem fizjologicznym istotnym dla różnych stanów chorobowych i zdrowotnych. Jest to również cząsteczka trudna do zmierzenia w wydychanym powietrzu, co wymaga podjęcia szczególnych środków ostrożności w celu uzyskania dokładnych wyników. Nie wszystkie czynniki wpływające na amoniak są znane, ale postęp może być trudny bez uwzględnienia tych czynników.

Szybki i dokładny pomiar amoniaku w wydychanym powietrzu

Czas reakcji transferu protonów w locie Spektrometria mas umożliwia bardzo czułą, szybką i nieinwazyjną analizę lotnych związków organicznych. Aby pokazać jej potencjał, podajemy trzy przykłady: fermentację mlekową jogurtu (monitorowanie bioprocesów on-line), różne genotypy jabłek (badania przesiewowe na dużą skalę) oraz przestrzeń zanosową po wypiciu kawy (analiza przestrzeni nosowej).

PTR-ToF-MS w połączeniu ze zautomatyzowanym systemem pobierania próbek i dostosowaną analizą danych do badań żywności: monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe i analiza przestrzeni nosowej

Przedstawiono metodę identyfikacji gatunków materiału botanicznego poprzez bezpośrednią analizę w czasie rzeczywistym - spektrometria mas o wysokiej rozdzielczości i wielowymiarowa analiza statystyczna.

Szybka, wysokoprzepustowa identyfikacja gatunków materiału botanicznego za pomocą bezpośredniej analizy w czasie rzeczywistym Spektrometria mas o wysokiej rozdzielczości

Spektrometria mas w sprayu z liści to technika bezpośredniej analizy chemicznej, która minimalizuje przygotowanie próbki i eliminuje chromatografię, pozwalając na szybkie wykrywanie małych cząsteczek z tkanek roślinnych.

Spektrometria mas oprysków liściowych: technika szybkiej jonizacji otoczenia do bezpośredniej oceny metabolitów z tkanek roślinnych

Ten protokół opisuje prostą metodę pobierania próbek oddechu od dzieci. Krótko mówiąc, próbki zmieszanego powietrza są wstępnie zagęszczane w probówkach sorbentowych przed analizą metodą chromatografii gazowej i spektrometrii mas. Biomarkery oddechowe chorób zakaźnych i niezakaźnych można zidentyfikować za pomocą tej metody zbierania wydychanego powietrza.

Pobieranie próbek oddechu od dzieci w celu odkrycia biomarkerów choroby

Ten artykuł przedstawia metody przygotowania próbek dla unikalnej metody analitycznej w czasie rzeczywistym opartej na spektrometrii mas otoczenia. Metoda ta pozwala nam na przeprowadzanie analizy cząsteczek biologicznych in vivo w czasie rzeczywistym bez konieczności przeprowadzania specjalnych zabiegów wstępnych.

Przygotowanie próbki do spektrometrii mas z jonizacją elektrorozpylania sondy

Ten protokół opisuje spektrometrię masową pojedynczych komórek obrazowania komórek OVCAR-8 z wykorzystaniem jonizacji z desorpcji i elektrozrygowania połączonych ze spektrometrami masowymi Orbitrap do metabolomiki wysokiej rozdzielczości przestrzennej.

Obrazowanie spektrometrii masowej pojedynczych komórek z wykorzystaniem jonizacji z dezorpcją za pomocą elektrycznej emisji rozpyłowej połączonej ze spektrometrami masy Orbitrap

Poznaj metodę analizy oddechu w czasie rzeczywistym przy użyciu wtórnej jonizacji nanoelektrosprejowej i spektrometrii mas o wysokiej rozdzielczości. Technika ta umożliwia nieinwazyjną diagnostykę raka płuca poprzez identyfikację biomarkerów w wydychanym powietrzu.

Analiza oddechu w czasie rzeczywistym przy użyciu wtórnej jonizacji nanoelektronizacyjnej sprzężonej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości (Wideo) | JoVE Journal

Analiza oddechu w czasie rzeczywistym przy użyciu wtórnej jonizacji nanoelektronizacyjnej sprzężonej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości

Przeglądaj więcej filmów