Análise de respiração em tempo real usando o Nanoelectrospray secundário ionização acoplada a espectrometria de massa de alta resolução
Summary
Um protocolo para caracterizar a composição química do ar exalado em tempo real usando nanoelectrospray secundário ionização acoplada a espectrometria de massa é demonstrada de alta resolução.
Abstract
Exalado de compostos orgânicos voláteis (COV) têm despertado interesse considerável, uma vez que eles podem servir como biomarcadores para diagnóstico da doença e exposição ambiental de uma forma não-invasiva. Neste trabalho, apresentamos um protocolo para caracterizar os COV exalados em tempo real usando o nanoelectrospray secundário ionização acoplada a espectrometria de massa de alta resolução (Sec-nanoESI-HRMS). Fonte de Sec-nanoESI de caseiro foi prontamente constituída com base em uma fonte de nanoESI comercial. Centenas de picos foram observadas nos fundo-subtraído espectros de massa de ar exalado, e os valores de precisão em massa são-4.0-13,5 ppm e-20.3-1,3 ppm nos modos de deteção de iões positivos e negativos, respectivamente. Os picos foram atribuídos com a exata composição elementar de acordo com a massa exata e isotópica padrão. Menos de 30 s é utilizado para a medição de uma exalação, e demora cerca de 7 min para seis medições replicadas.
Introduction
Com o rápido desenvolvimento de modernas técnicas analíticas, centenas de compostos orgânicos voláteis (COV) foram identificadas no ar exalado humana1. Estes compostos orgânicos voláteis resultam principalmente ar alveolar (~ 350 mL para um adulto saudável) e ar de espaço morto anatômico (~ 150 mL)2, que são afetados pelo corpo metabolismo3,4,5,6,7 ,8 e poluição ambiental9, respectivamente. Como resultado, se identificado, estes compostos orgânicos voláteis são promissores para ser usado como biomarcadores para diagnóstico da doença e exposição ambiental, de forma não-invasiva.
Apesar de espectrometria de massa de cromatografia gasosa (GC-MS) é a técnica mais amplamente utilizada para análise qualitativa e quantitativa de exalado VOCs2, técnicas de MS diretas, que têm sido desenvolvidos para análise em tempo real de respiração, têm as vantagens de tempo de resolução e pré-preparação da amostra simples. Técnicas de MS diretas, tais como a reação de transferência de próton MS (PTR-MS)10, selecionado tubo de fluxo do íon MS (SIFT-MS)11, secundário electrospray ionização MS (SESI-MS)12,13 (também chamado como electrospray extractiva ionização MS, EESI-MS14,15), rastreamento gás atmosférico analisador (TAGA)16 e plasma ionização MS (PI-MS)17 foram investigados nos últimos anos.
Entre todas as técnicas diretas do MS, o SESI é conhecido como um universal ionização suave técnica19,20,21; e a fonte é fácil de ser personalizado e acoplado para diferentes tipos de espectrómetros de massa, por exemplo, tempo de voo espectrômetro de massa8,15, ion trap em massa espectrômetro14 e orbitrap espectrômetro de massa12 ,18. Até agora, SESI-MS tem sido utilizado com sucesso no diagnóstico de doenças respiratórias,22, aferição de ritmo circadiano3,6,23, farmacocinética7,8, e revelando vias metabólicas4, etc. Mais recentemente, uma fonte comercial do SESI tornou-se disponível.
Neste estudo, uma fonte de ionização facile e compacto nanoelectrospray secundário (Sec-nanoESI) foi criada e acoplada a um espectrômetro de massa de alta resolução. Apresentaram-se medições em tempo real de COV exalado na respiração.
Protocol
Representative Results
Discussion
Construindo a Sec-nanoESI fonte baseada em uma fonte de nanoESI comercial, a eficiência de ionização é maior do que usando um ESI fonte30. Além disso, a eficiência de ionização é melhorada ainda mais em uma câmara fechada, como isola o processo do ar ambiente e ao mesmo tempo facilite a mistura entre a amostra de gás e a nuvem de pulverização. Usando um seg-nanoESI, menos parâmetros precisam ser otimizadas em comparação a uma fonte ESI, tornando mais fácil para a instalação, apl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho tem sido apoiado financeiramente pela Fundação Nacional de ciências naturais da China (n. º 91543117).
Materials
| Ultrapure water | Merck Millipore, USA | MPGP04001 | Resistance >18.2 MΩ·cm |
| Formic acid | Sigma-Aldrich, USA | F0507 | Corrosive to the respiratory tract. |
| Nitrogen gas | Guangzhou Shiyuan Gas Co. Ltd., China | N.A.a | Purity >99.99% |
| Q Exactive hybrid quadrupole-orbitrap mass spectrometer | Thermo Scientific, USA | 02634L(S/N) | Beware of high voltage and high temperature |
| NanoESI source | Thermo Scientific, USA | ES002373(S/N); ES071(P/N) | Beware of high voltage and high temperature |
| Nano LC pump | Thermo Scientific, USA | 5041.0010A(P/N) | / |
| Xcalibur software (Version 3.0) | Thermo Scientific, USA | BRE0008596 | / |
| Dino-Lite Digital Microscope | Tech Video System (SuZhou) Co.Ltd., China | CQ401833R(S/N) | / |
| Nafion tubing | Perma Pure LLC, USA | ME60 | / |
| PTFE tubing (I.D. 4 mm) | Dongguan Hongfu Insulating Material Co. Ltd., China | N.A. | Beware of the possible loss of polar compounds |
| Mass flow controller | Line-Tech, Korea | M15122007 (S/N) | / |
| Flow meter | Yuyao Industrial Automation Meter Factory, China | 40784 | / |
| aN.A.: not available. |
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