تحليل التنفس في الوقت الحقيقي باستخدام التأين نانوليكتروسبراي الثانوية بالإضافة إلى دقة عالية الطيف الكتلي
Summary
بروتوكول لوصف التركيب الكيميائي للتنفس الزفير في الوقت الحقيقي باستخدام التأين نانوليكتروسبراي الثانوية بالإضافة إلى عالية الدقة هو أظهر الطيف الكتلي.
Abstract
المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) الزفير أثارت قدرا كبيرا من الاهتمام، نظراً لأنها يمكن اعتبارها المؤشرات الحيوية لتشخيص الأمراض والتعرض البيئي بطريقة غير الغازية. في هذا العمل، نحن نقدم بروتوكولا لتوصيف المتطايرة الزفير في الوقت الحقيقي باستخدام التأين نانوليكتروسبراي الثانوية بالإضافة إلى دقة عالية الطيف الكتلي (Sec-نانوسي-نظام إدارة الموارد البشرية). المصدر نانوسي ثانية محلية الصنع سهولة أنشئ استناداً إلى مصدر نانوسي تجارية. مئات قمم لوحظت في أطياف الجماعية تطرح الخلفية التنفس الزفير، وهي قيم دقة الشامل-4.0-13.5 جزء في المليون و-20.3–1.3 جزء في المليون في أساليب الكشف عن أيون إيجابية وسلبية، على التوالي. وانتدب القمم مع تكوين عنصري دقيقة وفقا لوسائل دقيقة ونمط النظائر. أقل من 30 s يستخدم لقياس زفير واحد، ويستغرق حوالي 7 دقائق لستة قياسات المنسوخة نسخاً متماثلاً.
Introduction
مع التطور السريع للتقنيات التحليلية الحديثة، حددت مئات مركبات العضوية المتطايرة (VOCs) في التنفس الزفير البشرية1. هذه المركبات العضوية المتطايرة ينتج معظمها من الهواء السنخية (~ 350 مل للبالغين الأصحاء) والتشريحية قتلى الفضاء الجوي (~ 150 مل)2، التي تتأثر بهيئة التمثيل الغذائي3،4،،من56،7 ،8 و9من التلوث البيئي، على التوالي. كنتيجة لذلك، إذا حددت، هذه المركبات العضوية المتطايرة واعدة لاستخدامها كالمؤشرات الحيوية لتشخيص الأمراض والتعرض البيئي بطريقة غير الغازية.
على الرغم من أن الفصل اللوني للغاز الطيف الكتلي (GC-MS) الأسلوب الأكثر استخداماً للتحليل النوعي والكمي ل المركبات العضوية المتطايرة الزفير2، لدى مباشرة مرض التصلب العصبي المتعدد التقنيات، التي تم تطويرها لتحليل التنفس في الوقت الحقيقي، مزايا حان الوقت للقرار وإعداد ما قبل عينة بسيطة. تقنيات MS مباشر، مثل بروتون نقل رد فعل مرض التصلب العصبي المتعدد (PTR-MS)10، تحديد أنبوب تدفق أيون مرض التصلب العصبي المتعدد (التدقيق-MS)11، اليكتروسبراي الثانوي التأين مرض التصلب العصبي المتعدد (SESI-MS)12،13 (المسمى أيضا اليكتروسبراي الاستخراجية التأين مرض التصلب العصبي المتعدد، مرض التصلب العصبي المتعدد-يسي14،15)، تتبع غازات الغلاف الجوي محلل (تاجا)16 وبلازما تاين مرض التصلب العصبي المتعدد (بي-MS)17 حققت في السنوات الأخيرة.
بين جميع تقنيات MS المباشر، SESI معروفة تاين لينة عالمي تقنية19،،من2021؛ والمصدر من السهل أن تكون مخصصة و بالإضافة إلى أنواع مختلفة من المطيافات الشامل، مثلاً، وقت الرحلة مطياف كتلة8،15، فخ أيون الجماعي مطياف14 وأوربيتراب مطياف كتلة12 ،18. وحتى الآن، SESI–مرض التصلب العصبي المتعدد قد استخدمت بنجاح في تشخيص أمراض الجهاز التنفسي22، قياس إيقاع circadian3،،من623،7،الدوائية8، و كشف الأيضية4، إلخ. في الآونة الأخيرة، أصبح مصدر SESI تجارية المتاحة.
في هذه الدراسة، وأنشئت مصدر تاين نانوليكتروسبراي ثانوية السطحية والاتفاق (ثانية-نانوسي) بالإضافة إلى مطياف كتلة ذات الدقة عالية. وقد عرضت القياسات في الوقت الحقيقي من المركبات العضوية المتطايرة الزفير في التنفس.
Protocol
Representative Results
Discussion
بناء المصدر نانوسي ثانية استناداً إلى مصدر نانوسي تجارية، كفاءة التأين أعلى من استخدام مصدر ESI30. وبالإضافة إلى ذلك، تحسنت كفاءة التأين كذلك في دائرة مغلقة، كما أنه يعزل العملية من الجو الخلفية المحيطة، وفي نفس الوقت يسهل خلط بين العينة الغاز ولوم رذاذ. باستخدام ثانية-نانوسي، …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم هذا العمل دعم مالي من “مؤسسة العلوم الطبيعية الصينية الوطنية” (رقم 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. |
Referencias
- De Lacy Costello, B., et al. A review of the volatiles from the healthy human body. J. Breath Res. 8 (1), 014001-014030 (2014).
- Phillips, M., Greenberg, J. Ion-trap detection of volatile organic compounds in alveolar breath. Clin. Chem. 38 (1), 60-65 (1992).
- Martínez-Lozano Sinues, P., et al. Circadian variation of the human metabolome captured by real-time breath analysis. PLoS One. 9 (12), 0114422-0114438 (2014).
- Garcia-Gomez, D., et al. Secondary electrospray ionization coupled to high-resolution mass spectrometry reveals tryptophan pathway metabolites in exhaled human breath. Chem. Common. 52 (55), 8526-8528 (2016).
- Garcia-Gomez, D., et al. Real-time quantification of amino acids in the exhalome by secondary electrospray ionization-mass spectrometry: A proof-of-principle Study. Clin. Chem. 62 (9), 1230-1237 (2016).
- Martínez-Lozano Sinues, P., Kohler, M., Brown, S. A., Zenobia, R., Dallmann, R. Gauging circadian variation in ketamine metabolism by real-time breath analysis. Chem. Common. 53 (14), 2264-2267 (2017).
- Gamez, G., et al. Real-time, in vivo monitoring and pharmacokinetics of valproic acid via a novel biomarker in exhaled breath. Chem. Common. 47 (17), 4884-4886 (2011).
- Li, X., et al. Drug pharmacokinetics determined by real-time analysis of mouse breath. Angew. Chem. Int. Ed. 54 (27), 7815-7818 (2015).
- Amorim, L. L. A., Cardeal, Z. L. Breath air analysis and its use as a biomarker in biological monitoring of occupational and environmental exposure to chemical agents. J. Chromatogr. B. 853 (1-2), 1-9 (2007).
- Bajtarevic, A., et al. Noninvasive detection of lung cancer by analysis of exhaled breath. BMC Cancer. 9, 348 (2009).
- Smith, D., Wang, T. S., Pysanenko, A., Španěl, P. A selected ion flow tube mass spectrometry study of ammonia in mouth- and nose-exhaled breath and in the oral cavity. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (6), 783-789 (2008).
- Li, X., Huang, L., Zhu, H., Zhou, Z. Direct human breath analysis by secondary nano-electrospray ionization ultrahigh resolution mass spectrometry: Importance of high mass resolution and mass accuracy. Rapid Commun. Mass Spectrom. 31 (3), 301-308 (2017).
- Martínez-Lozano, P., Fernandez de la Mora, J. Electrospray ionization of volatiles in breath. Int. J. Mass Spectrom. 265 (1), 68-72 (2007).
- Zeng, Q., et al. Detection of creatinine in exhaled breath of humans with chronic kidney disease by extractive electrospray ionization mass spectrometry. J. Breath Res. 10 (1), 016008-016015 (2016).
- Chen, H. W., Wortmann, A., Zhang, W. H., Zenobi, R. Rapid in vivo fingerprinting of nonvolatile compounds in breath by extractive electrospray ionization quadrupole time-of-flight mass spectrometry. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (4), 580-583 (2007).
- Benoi, F. M., Davldson, W. R., Lovett, A. M., Nacson, S., Ngo, A. Breath analysis by atmospheric pressure ionization mass spectrometry. Anal. Chem. 55 (4), 805-807 (1983).
- Bregy, L., Martínez-Lozano Sinues, P., Nudnova, M. M., Zenobi, R. Real-time breath analysis with active capillary plasma ionization-ambient mass spectrometry. J. Breath Res. 8 (2), 027102-027110 (2014).
- Gaugg, M. T., et al. 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. J. Breath Res. 10 (1), 016010-016020 (2016).
- Martínez-Lozano, P., Zingaro, L., Finiguerra, A., Cristoni, S. Secondary electrospray ionization-mass spectrometry: breath study on a control group. J. Breath Res. 5 (1), 016002-016012 (2011).
- Martínez-Lozano Sinues, P., Zenobi, R., Kohler, M. Analysis of the exhalome a diagnostic tool of the future. Chest. 144 (3), 746-749 (2013).
- Martínez-Lozano Sinues, P., Fernandez de la Mora, J. Direct analysis of fatty acid vapors in breath by electrospray ionization and atmospheric pressure Ionization-Mass Spectrometry. Anal. Chem. 80 (21), 8210-8215 (2008).
- Martínez-Lozano Sinues, P., et al. Breath analysis in real time by mass spectrometry in chronic obstructive pulmonary disease. Respiration. 87 (4), 301-310 (2014).
- Martínez-Lozano Sinues, P., Kohler, M., Zenobi, R. Monitoring diurnal changes in exhaled human breath. Anal. Chem. 85 (1), 369-373 (2013).
- Chen, H. W., Zenobi, R. Neutral desorption sampling of biological surfaces for rapid chemical characterization by extractive electropray ionization mass spectrometry. Nat. Protoc. 3 (9), 1467-1475 (2008).
- Li, X., Hu, B., Ding, J., Chen, H. W. Rapid characterization of complex viscous samples at molecular levels by neutral desorption extractive electrospray ionization mass spectrometry. Nat. Protoc. 7 (6), 1010-1025 (2011).
- Gordon, S. M., Szidon, J. P., Krotoszynski, B. K., Gibbons, R. D., O’Neill, H. J. Volatile organic compounds in exhaled air from patients with lung cancer. Clin. Chem. 31 (8), 1278-1282 (1985).
- Ding, J. H., et al. Development of extractive electrospray ionization ion trap mass spectrometry in vivo breath analysis. Analyst. 134 (10), 2040-2050 (2009).
- Basum, G., Dahnke, H., Halmer, D., Hering, P., Mürtz, M. Online recording of ethane trances in human breath via infrared laser spectroscopy. J. Appl. Physiol. 95 (6), 2583-2590 (2003).
- Tøien, &. #. 2. 1. 6. ;. Automated open flow respirometry in continuous and long-term measurements: design and principles. J. Appl. Physiol. 114 (8), 1094-1107 (2013).
- Huang, L., Li, X., Xu, M., Huang, Z. X., Zhou, Z. Identification of relatively high molecular weight compounds in human breath using secondary nano electrospray ionization ultrahigh resolution mass spectrometry. Chem. J. Chinese U. 38 (5), 752-757 (2017).
