En enkel metod för Automated Fastfasextraktion av vattenprover för immunologisk analys av små föroreningar
Summary
A protocol for the extraction and pre-concentration of estradiol from water samples by using an automated and miniaturized system is presented.
Abstract
En ny metod för fastfasextraktion (SPE) av miljö vattenprover föreslås. Den utvecklade prototypen är kostnadseffektiv och användarvänlig, och gör det möjligt att utföra en snabb, automatiserad och enkel SPE. För-koncentrerade lösningen är kompatibel med analys genom immunanalys, med en låg organisk halt lösningsmedel. Ett förfarande beskrivs för utvinning och pre-koncentration av naturligt hormon 17β-östradiol i 100 ml vattenprov. Omvänd fas SPE utförs med oktadecyl-kiseldioxid sorbenten och eluering sker med 200 pl metanol 50% volym / volym. Elueringsmedel utspädes genom tillsats av di-vatten för att sänka mängden metanol. Efter framställning manuellt SPE kolonn, är den totala proceduren utföras automatiskt inom en timme. Vid slutet av processen, är östradiol koncentrationen mäts genom användning av en kommersiell enzymkopplad immunabsorberande analys (ELISA). 100-faldig för-koncentration uppnås och halten metanol i endast 10% volym / volym. Full återvinningar av molekylenuppnås med en ng / L spiked avjoniserat och syntetiska havs vattenprov.
Introduction
Provberedning är ett viktigt steg i en analysprocessen. I synnerhet avlägsnande av matriseffekter, minskning av störningar, och anrikning av analyt är nödvändiga för att få exakta resultat och nå låg detektionsgräns. Hormonstörande ämnen (EDC) är av särskilt intresse på grund av deras verkan på levande organismer även när närvarande vid mycket låga halter i miljön. Det naturliga hormonet 17β-estradiol finns på EU: s vattenföroreningar bevakningslistan och benägna att läggas till i förteckningen över prioriterade ämnen som regleras inom ramen för Europeiska ramdirektivet för vatten. Fast fas extraktion (SPE) är allmänt tillämpas för analys av små föroreningar i vatten, med både kemiska 1-5 (kromatografi, masspektrometri) och immunologiska 6-9 detektionsmetoder. Den senare fick intresset inom miljöövervakning, eftersom immun finns i stor variation av format, är specifika för target analyt, och nå låg detektionsgräns. 6, 7, 10, 11 Olika enzymlänkade immunosorbentanalyser (ELISA) är kommersiellt tillgängliga och möjliggöra att analysera flera prov samtidigt på en platta med flera brunnar. Förfarandet består i successiva reaktionssteg som kan ta några timmar. Den slutliga produkten av reaktionen kan detekteras optiskt för att bestämma koncentrationen av målmolekylen baserat på en kalibreringskurva.
Klassiska SPE förfaranden inkluderar sorbent pre-conditioning, prov extraktion, tvättning, eluering och koncentrering genom indunstning av elueringsmedlet. Det lösningsmedel som används för spädning av detta extrakt väljs beroende på detektionsmetoden. För immunologiska metoder, mängden av organiska lösningsmedel påverkar starkt känsligheten hos metoden. 12
Förutom återvinning och pre-koncentrations föreställningar, behöver metoden även att vara enkel och kostnadseffektiv. Automatisering av den procedure bidrar till att minska de mänskliga relaterade fel. I vårt tidigare arbete 13 introducerade vi vår prototyp för automatiserad SPE, och vår metod tillämpades på analysen av det naturliga hormonet 17β-östradiol i havsvattenprover. Med den nuvarande video vill vi lyfta fram de tekniska fördelarna med vår metod jämfört med traditionella off-line och on-line SPE och dess särskilda kompatibilitet med detektering av immunreaktioner. Vi beskriver protokollet tillämpas på vattenprover för detektering av 17β-östradiol. SPE sker med oktadecyl-kiseldioxid (C18) sorbent fas och eluering utförs med utspädd metanol.
Protocol
Representative Results
Discussion
En ny metod för framställning av vattenprover, följt av analys med användning av immunanalys föreslogs. Instrumentet gör det möjligt att utföra fastfasextraktion i ett automatiserat och användarvänligt sätt.
Filtreringen av provvattnet före injicering i systemet är kritisk. Alla partiklar finns kvar i den lösningen skulle eventuellt orsaka igensättning av fluidic nätverk och hindra SPE kolumnen. Ett annat viktigt steg är att förbereda SPE kolumnen. Mängden partiklar i kolo…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by the European Union Seventh Framework Program FP7/2007-2013 under grant agreement no. 265721. The authors thank the RIKILT Institute for Food Safety (NL) for their support in this project.
Materials
| Filter membrane 0.2 μm pore size | Merck Millipore | GNWP04700 | For sample filtration |
| Nylon membrane 11 μm pore size | Merck Millipore | NY1104700 | For SPE column |
| Disposable biopsy punch 5 mm | Medical Budget | 39302439 | |
| Nucleodur C18 ec | Macherey Nagel | 713550.01 | 50 μm particle diameter |
| Synthetic sea water | Sigma Aldrich | SSWS500-500ML | |
| Methanol | VWR | ||
| 17beta-estradiol standard | Enzo Life Science | 300 ng/ml | |
| 17beta-estradiol ELISA kit | Enzo Life Science | ADI-900-008 | 96 wells, range 30 – 3000 ng/L |
References
- Chang, H. S., Choo, K. H., Choi, S. J. The methods of identification, analysis and removal of endocrine disrupting compounds (EDCs) in water. J. Hazard. Matter. 172, 1-12 (2009).
- Azzouz, A., Souhail, B., Ballesteros, E. Continuous solid-phase extraction and gas chromatography-mass spectrometry determination of pharmaceuticals and hormones in water samples. J. Chromatogr. A. 1217, 2956-2963 (2010).
- Tomsikova, H., Aufartova, J., Solich, P., Novakova, L. High sensitivity analysis of female-steroid hormones in environ-mental samples. Trends Anal. Chem. 34, 35-58 (2012).
- Ciofi, L., Fibbi, D., Chiuminatto, U., Coppini, E., Checchini, L., Del Bubba, M. Fully automated on-line solid phase extraction coupled to high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometric analysis at sub-ng/L levels of selected estrogens in surface water and wastewater. J. Chromatogr. A. 1283, 53-61 (2013).
- Robles-Molina, J., Lara-Ortega, F. J., Gilbert-Lopez, B., Garcia-Reyes, J. F., Molina-Diaz, A. Multi-residue method for the determination of over 400 priority and emerging pollutants in water and wastewater by solid-phase extraction and liquid chromatography-time-of-flight mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 1350, 30-43 (2014).
- Huang, C. H., Sedlak, D. L. Analysis of estrogenic hormones in municipal waste water effluent and surface water using enzyme-linked immunosorbent assay and gas chromatography/tandem mass spectrometry. Environ. Toxicol. Chem. 20, 133-139 (2001).
- Hintemann, T., Schneider, C., Schöler, H. F., Schneider, R. J. Field study using two immunoassays for the determination of estradiol and ethinylestradiol in the aquatic environment. Water Res. 40, 2287-2294 (2006).
- Farré, M., Kuster, M., Brix, R., Rubio, F., Lopez de Alda, M. J., Barcelo, D. Comparative study of an estradiol enzyme-linked immunosorbent assay kit, liquid chromatography-tandem mass spectrometry, and ultra-performance liquid chromatography-quadrupole time of flight mass spectrometry for part-per-trillion analysis of estrogens in water samples. J. Chromatogr. A. 1160, 166-175 (2007).
- Pu, C., Wu, Y. F., Yang, H., Deng, A. P. Trace analysis of contraceptive drug levonorgestrel in waste water samples by a newly developed indirect competitive enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) coupled with solid phase extraction. Anal. Chim. Acta. 628, 73-79 (2008).
- Van Emon, J. M., Gerlach, C. L. A status report on field-portable immunoassay. Environ. Sci. Technol. 29 (7), 312A-317A (1995).
- Farré, M., Brix, R., Barcelò, D. Screening water for pollutants using biological techniques under European Union funding during the last 10 years. Trends Anal. Chem. 24 (6), 532-545 (2005).
- Schneider, C., Schöler, H. F., Schneider, R. J. A novel enzyme-linked immunosorbent assay for ethinylestradiol using a long-chain biotinylated EE2 derivative. Steroids. 69, 245-253 (2004).
- Heub, S., et al. Automated and portable solid phase extraction platform for immuno-detection of 17β-estradiol in water. J. Chrom. A. 1381, 22-28 (2015).
- Petrovic, M., Eljarrat, E., Lopez de Alda, M. J., Barcelo, D. Endocrine disrupting compounds and other merging contaminants in the environment: a new survey on new monitoring strategies and occurrence data. Anal. Bioanal. Chem. 378, 549-562 (2004).
- Richardson, S. D., Ternes, T. A. Water analysis: Emerging contaminants and current issues. Anal. Chem. 86, 2813-2848 (2014).
