İkincil Nanoelectrospray iyonlaşma kullanarak gerçek zamanlı nefes analiz için yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi birleştiğinde
Summary
İkincil nanoelectrospray iyonlaşma kullanarak gerçek zamanlı dışarı solunan nefes kimyasal bileşimi karakterize bir protokol kütle spektrometresi gösterdi yüksek çözünürlüklü birleştiğinde.
Abstract
Onlar non-invaziv bir şekilde hastalık tanı ve çevre pozlama için biyolojik olarak hizmet verebilir beri dışarı solunan uçucu organik bileşikler (VOC) büyük ilgi uyandırdı. Bu çalışmada, biz ikincil nanoelectrospray iyonlaşma yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi (sn-nanoESI-HRMS) birleştiğinde kullanarak gerçek zamanlı dışarı solunan UOB’ler karakterize etmek için bir iletişim kuralı mevcut. Ev yapımı sn-nanoESI kaynak kolayca bir ticari nanoESI kaynağına göre kurulmuştur. Tepeler yüzlerce arka plan düşülen kitle spectra dışarı solunan nefes içinde gözlendi ve kitle doğruluk değerlerdir -4.0-13.5 ppm ve-20.3-pozitif ve negatif iyon algılama modlarında 1.3 ppm anılan sıraya göre. Doruklarına doğru kitle ve izotopik desen göre doğru elemental bileşimi ile ayrıldı. 30’dan az s bir soluk verme ölçüm için kullanılan ve altı çoğaltılmış ölçümler için yaklaşık 7 dakika sürer.
Introduction
Modern analitik teknikler hızlı gelişimi ile uçucu organik bileşikler (VOC) yüzlerce insan dışarı solunan nefes1‘ de tespit edilmiştir. Bu UOB’ler çoğunlukla alveoler hava (sağlıklı bir yetişkin için ~ 350 mL) kaynaklanan ve anatomik ölü boşluk hava (~ 150 mL)2, hangi vücut metabolizma3,4,5,6tarafından,7 etkilenir ,8 ve çevre kirliliği9, anılan sıraya göre. Sonuç olarak, tespit, bu UOB’ler biyolojik hastalık tanı ve çevre pozlama için non-invaziv bir şekilde kullanılmak üzere umut vericidir.
Gaz Kromatografi Kütle spektrometresi (GC-MS) dışarı solunan UOB’ler2, gerçek zamanlı nefes analiz için geliştirilmiştir, doğrudan MS teknikleri, nitel ve nicel analiz için en çok kullanılan teknik olsa avantajları var zaman yüksek çözünürlük ve basit örnek ön hazırlık. Proton transferi tepki MS (PTR-MS)10, gibi doğrudan MS teknikleri iyon akışı tüp MS (SIFT-MS)11, ikincil electrospray iyonlaşma MS (SESI-MS)12,13 (Ekstraktif electrospray da adlandırılan seçili İyonlaşma MS, EESI-MS14,15), izleme atmosferik gaz analizörü (TAG’dan)16 ve plazma iyonizasyon MS (PI-MS)17 araştırdık son yıllarda.
Tüm doğrudan MS teknikleri arasında SESI bir evrensel yumuşak iyonlaşma tekniği19,20,21bilinen; ve kaynak özelleştirilebilir ve Kütle Spektrometreler, örneğin, zaman uçuş Kütle Spektrometre8,15farklı türde birleştiğinde kolaydır, iyon kapanı Kütle Spektrometre14 ve orbitrap Kütle Spektrometre12 ,18. Şu ana kadar SESI-MS başarıyla solunum yolu hastalıkları22, tanılamada sirkadiyen ritim3,6,23, farmakokinetik7,8, ölçme kullanılmıştır ve açığa metabolik yolu4, vb. Son olarak, bir ticari SESI kaynağı kullanılabilir hale gelmiştir.
Bu çalışmada, bir ikincil nanoelectrospray facile ve kompakt iyonizasyon kaynağı (sn-nanoESI) kurmak ve yüksek çözünürlüklü bir Kütle Spektrometre birleştiğinde. Dışarı solunan UOB’ler nefeste gerçek zamanlı ölçümleri sunuldu.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bir ticari nanoESI kaynağını temel alan sn-nanoESI kaynak oluşturmak yoluyla, iyonlaşma verimliliği bir ESI kaynak30kullanarak daha yüksek olduğunu. İşlem yalıtarak gibi Ayrıca, iyonlaşma verimliliği daha da kapalı bir odaya artırıldı ortam arka plan havadan ve aynı zaman gaz örnek ve sprey tüy arasında karıştırma kolaylaştırır. Sn nanoESI kullanarak, daha az parametrelerini optimize yükleme, uygulama ve bakım için daha kolay bir ESI kaynağına göre gerekir.
<p…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser mali Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin tarafından (No. 91543117) desteklemiştir.
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. |
Referências
- 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).
