Análise de respiração em tempo real usando o Nanoelectrospray secundário ionização acoplada a espectrometria de massa de alta resolução

O objetivo geral deste experimento é caracterizar a composição química da respiração exalada usando ionização secundária por nanoeletrospray acoplada à espectrometria de massa de alta resolução. Este método pode ajudar a responder a questões-chave na área médica, como diagnóstico precoce de doenças, monitoramento de verificação terapêutica e exposição ambiental. A principal vantagem da técnica é que a medição pode ser realizada em tempo real.

A técnica também é de maior rendimento, sensível, específica e fácil de usar. As implicações dessa técnica têm se estendido ao diagnóstico de câncer de pulmão. Porque a chance de candidatos a marcadores biológicos foi encontrada na respiração exalada de pacientes com câncer pulmonar em diferentes estágios.

Geralmente, indivíduos novos neste método terão dificuldades porque a fonte de ionização é comumente co-fabricada. A demonstração visual é crítica, pois ainda não existe um protocolo padrão para esse método. Para começar, configure uma fonte secundária de nano ESI de acordo com o processo de ionização eletrospária secundária no qual o gás respiratório é introduzido para cruzar uma pluma de eletrospray e ionizado pelas gotículas carregadas.

As fontes para os laboratórios individuais dependem do espectrômetro de massa usado. Aqui, a fonte nano ESI secundária é baseada na fonte nano ESI comercial. E o anexou a um espectrômetro de massa de armadilha de órbita de tração de quarto de queda de bancada.

O corpo principal da fonte é uma câmara cúbica de aço inoxidável com uma entrada para introduzir o capilar nano ESI na câmara. Dois tubos de aço inoxidável são instalados em cada lado da câmara para fornecimento de gás. Duas janelas de quartzo são equipadas na parte superior e inferior da câmara para verificar a posição da ponta do capilar nano ESI e do spray nano ESI pelos olhos ou por um microscópio digital.

Finalmente, a câmara é soldada ao cone de varredura do espectrômetro de massa. Observe que o projeto pode mudar dependendo da geometria específica da interface de pressão atmosférica do espectrômetro de massa usado em laboratórios individuais. Calibre o espectrômetro de massa nos modos de detecção de íons positivos e negativos de acordo com as instruções do fabricante.

Ao aplicar a calibração, os parâmetros do espectrômetro de massa, como potenciais de lente e condições de detecção, são otimizados para fornecer boa sensibilidade e formato de pico em um valor de resolução especificado. Execute calibrações completas usando a fonte ESI comercial. A resolução de massa de 70.000 é usada aqui.

A calibração de massa pode ser realizada com qualquer fonte compatível, incluindo as personalizadas. Defina a temperatura do tubo de transferência de íons do espectrômetro de massa para mais de 100 graus Celsius. Embora a temperatura mais alta possa ser definida em 350 graus Celsius, isso pode resultar na decomposição de alguns compostos.

Para o solvente ESI e a taxa de fluxo, selecione o solvente ESI apropriado com base nas propriedades do solvente e dos compostos direcionados. Neste experimento, use água contendo 0,1% de ácido fórmico, para alta eficiência de ionização. Defina a taxa de fluxo do solvente ESI na faixa de 0 1,5 microlitros por minuto, para 200 nanolitros por minuto.

Otimize os parâmetros secundários da fonte nano ESI, principalmente a tensão nano ESI e a posição da ponta capilar nano ESI. A tensão geralmente varia de 2,0 a 4,5 quilovolts. Use 2,5 quilovolts aqui.

Aplique gás puro na fonte para reduzir a influência de compostos orgânicos voláteis ou VOCs do ar interno. O nitrogênio de alta pureza é usado aqui e fornecido a 0,8 litros por minuto. Com a presença de gás puro, o nível de intensidade normalizado observado em um espectro de massa deve ser maior que 1 x 10 elevado a 5º, e a variação do TIC deve ser inferior a 10% nos modos de detecção de íons positivos e negativos.

Ao realizar a medição, inspire o ar interno e faça uma expiração normal para expirar todo o ar dos pulmões a uma taxa de fluxo constante. Monitore a taxa de fluxo de expiração por meio de um manômetro ou de um medidor de vazão visível para o sujeito. Conecte a entrada do medidor de vazão à tubulação nafion para remover o vapor de água na respiração exalada.

Em seguida, conecte a saída do medidor de vazão à tubulação de PTFE para fornecer o gás respiratório. Neste experimento, o sujeito exalou a 0,4 litros por minuto, controlado por um medidor de vazão. Leva menos de 30 segundos para uma medição de expiração.

Execute de quatro a seis medições replicadas. Para minimizar os efeitos de confusão, peça aos participantes que se abstenham de comer, beber e escovar os dentes pelo menos 30 minutos antes das medições. Durante a medição, continue verificando se a intensidade do ferro excede o limite de detecção linear do instrumento ou não.

A saturação do sinal pode levar a um pico de artefato que não resulta de um composto na amostra. Ao inalar pelo nariz, parte dos VOCs e partículas do ambiente seriam removidas. No entanto, vale ressaltar que compostos nas fossas nasais também podem ser detectados.

Use o software para registrar cromatografias e espectros de massa. Como esta é uma análise direta de MS e nenhuma separação cromática é realizada, o TIC realmente indica o traço de tempo de todos os sinais detectados nos espectros de massa. E o EIC mostra um traço de tempo de um composto especificado.

Aqui são mostrados os resultados representativos das medições da respiração exalada em tempo real. O traço de tempo do endol, um composto endógeno típico, mostra seis medições replicadas em menos de sete minutos. Para todas as medições, impressões digitais da respiração subtraídas de fundo reprodutíveis foram obtidas no modo de detecção de íons positivos.

291 compostos foram observados. Os compostos são provavelmente aldeídos, cetonas e alcinos. No caso das impressões digitais da respiração em modo de detecção de íons negativos, são apresentados 173 compostos, que resultam principalmente de ácidos graxos.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como configurar uma fonte CESI caseira e realizar análises de processos em tempo real. Uma vez dominada, a medição pode ser realizada em minutos. Se for executado corretamente.

Ao participar deste procedimento, é importante lembrar de evitar a interferência dos compostos do tubo de amostragem e do ar endo. Saiba que essa medida pode fornecer informações sobre a respiração exalada humana e também pode ser aplicada a outros sistemas, como modelos de alquilização, modelos de íons e em sistemas de retrocélulas. Seguindo este procedimento, outras medidas como GCMS, HPRCMS, podem ser realizadas para responder a perguntas adicionais, como para confirmação de foto, quantidade de análise.

Após seu desenvolvimento, a técnica abriu caminhos para pesquisadores da área de medicina explorarem, com esse diagnóstico, os efeitos do tratamento nos pacientes.