Massagreining: Meginreglur, nýjungar og umbreytandi forrit í nútímavísindum

Massagreining stendur í fararbroddi greiningarvísinda og ótrúleg næmi þess og nákvæmni gerir það að ómissandi tæki til að bera kennsl á og mæla sameindir. Tæknin virkar með því að umbreyta sýnum í jóna og mæla hlutföll þeirra (m \ / z), sem gerir vísindamönnum kleift að einkenna sameindavirki. MS gegnir lykilhlutverki í próteómum, umbrotsefnum, þróun lyfja, umhverfiseftirliti og klínískum greiningum. Geta þess til að veita ítarlegar sameindarupplýsingar heldur áfram að knýja fram nýsköpun yfir fjölbreyttar vísindagreinar.

Meginreglur um fjöldafræðilega

Mass Spectrometry (MS) er öflug greiningartækni sem notuð er til að mæla þekkt efni, bera kennsl á óþekkt efnasambönd og skýra sameindavirki. Í MS er sýnið jónað og hlaðnar agnir sem myndast eru aðskildar og mældar út frá massa-til-hleðsluhlutföllum þeirra. Dæmigerður massagreining samanstendur af þremur meginþáttum:

• Jón uppspretta: Framleiðir loftkennda jóna úr sýnishorninu.

• Massagreiningartæki: Leysir jóna með fjöldamassa til hleðsluhlutfalla.
  

  

• Skynjari: skynjar aðskilin jónir og mælir gnægð þeirra.

Greiningarferlið felur í sér nokkur skref:

1. Jónframleiðsla: Úrtakið er jónað til að framleiða hlaðna sameindajónir (oft með aðferðum eins og rafeinda jónun eða rafsprautun).

2. Jón aðskilnaður: Jónar eru síaðir eða aðskildir samkvæmt m \ / z í fjöldagreiningartækinu.

3. Jón sundrungu (ef þörf krefur): Valdar undanfara jónir geta verið sundurlausir í árekstrarfrumu til að sýna uppbyggingarupplýsingar.

4. Greining og upptaka: skynjari mælir loka jónir og skráir massagrein, samsæri jónamerkis á móti m \ / z. Þetta litróf veitir mólmassa og uppbyggingu vísbendinga greiniefnanna.
   
   

   Viltu vita hvað er GC höfuðrými?Smelltu hér til að vita meira

Nýjungar í fjöldafræðinni

Jónunartækni

Nýjungar í jónun hafa aukið MS -getu mjög. Sem dæmi má nefna að rafsprautun jónunar (ESI) hefur séð meiriháttar endurbætur; Nano-Electrospray (nano-esi) notar mjög fínar háræðar til að búa til mjög hlaðna dropa úr mjög litlu sýnishorni og bæta þar með næmi og upplausn. Í fylkisaðstoð leysirafsogs \ / jónunar (MALDI) hafa ný fylkissambönd og háþróuð tækjabúnaður bætt jónunarvirkni og staðbundna upplausn, sem gerir kleift að mynda prótein, metabólta og lípíð í vefjum. Umhverfis jónunaraðferðir eins og afsog rafspraypray jónunar (DESI) og bein greining í rauntíma (DART) tákna stökk framsóknar: þau leyfa að jónuð sýni og greina beint í lofti án umfangsmikils undirbúnings. Þessar aðferðir gera kleift að greina hratt á staðnum fyrir réttarforrit, umhverfiseftirlit og gæðaeftirlit.

Greiningartækni

Nýjungar í fjöldagreiningum hafa aukið MS -getu verulega. Sem dæmi má nefna að Orbitrap greiningartækið býður upp á öfgafullt upplausn og felur í sér jónir í rafstöðueiginleikum þar sem sveiflutíðni þeirra skila mjög nákvæmum m \ / z mælingum. Nútíma Orbitrap tæki geta náð fjöldaupplausnum yfir 100.000 á miðri svið m \ / z gildum, sem gerir þau ómetanleg fyrir ítarlegar próteómískar og umbrotsannsóknir. Fourier-Transform Ion Cyclotron Resonance (FT-ICR) MS veitir enn meiri upplausn og nákvæmni með því að fella jónir á sterku segulsvið og greina hreyfingu cyclotron þeirra. Margföldun TOF (MR-TOF) lengir flugstíginn í gegnum margar endurspeglun og eykur TOF upplausn frekar án þess að stækka tækið. Hybrid-kerfin sameina tækni: Quadrupole-Orbitrap og Quadrupole-TOF tæki nota fjórðung til að velja jóna og sporbraut eða TOF greiningartæki til að ná háhraða, háupplausnarmælingu. Þessir blendingar skila bæði sértækni og nákvæmni fyrir flókna sýnishornagreiningu. Að auki, þreföld quadrupole (qqq) kerfi skara fram úr í markvissri magngreiningu: Með því að framkvæma MS^2 í röð (með árekstrarfrumu milli tveggja quadrupoles) fylgjast þau með sérstökum jónaskiptum með mikilli nákvæmni. QQQ er mikið notað í megindlegum próteomics og klínískum prófum fyrir áreiðanlega mælingu á lífmerkjum.

Gagnavinnsla og AI

Samhliða framförum á vélbúnaði eru hugbúnaðar- og gagnagreiningaraðferðir hratt að þróast. Vélarnám (ML) og gervigreind (AI) eru í auknum mæli notuð til að túlka flókin MS gagnapakka, bæta mynstur viðurkenningu og draga úr greiningartíma. Þessar aðferðir geta sjálfkrafa greint litrófstoppa, afneitað skörun merkja og magngreint greiningar nákvæmari og lágmarkar mannleg mistök. Til dæmis geta háþróaðir reiknirit sjálfkrafa greint og magnað tinda, leiðrétt fyrir grunnlínu hávaða og skilað miklum nákvæmni. Slík sjálfvirk verkfæri hagræða verkflæði og auka fjölföldun, sem er mikilvæg fyrir stórfelldar próteómískar og umbrotsefnisrannsóknir.

Forrit massagreiningar

Massagreining er notuð á fjölmörgum sviðum, þar á meðal:

• Próteinfræði og umbrotsefni: Í lífvísindum gerir MS kleift að bera kennsl á og mæla þúsundir próteina og umbrotsefna í flóknum sýnum og aðstoða uppgötvun lífmerkja og efnaskiptagreiningar. Vísindamenn geta ítarlega sniðið frumu sameindir til að skilja líffræðilega ferla og sjúkdóma.

• Klínísk greining og lífeðlisfræði:Í læknisfræði er MS notað til að bera kennsl á lífmerkja sjúkdóma, rannsaka lyfjahvörf lyfja og styðja nákvæmni lyf. Til dæmis er hægt að greina prótein- eða umbrotsefnasnið í blóði eða vefjum til að greina sjúkdóma snemma eða fylgjast með svörun meðferðar.

• Umhverfiseftirlit og réttar:MS greinir mengandi efni í lofti, vatni og jarðvegi (svo sem þungmálmum, skordýraeitur og lífræn eiturefni) og auðkennir eiturefni og lyf í lífsýni, sem tryggir umhverfismál og almenning. Til dæmis er hægt að ná snefilgreiningu á vatni fyrir skordýraeiturleifar eða loft fyrir rokgjörn lífræn efni með mikilli næmi.

• Matvælaöryggi og efni vísindi:MS er notað til að prófa fyrir mengunarefni og aukefni í mat og drykkjum (t.d. skordýraeiturleifar, ólögleg aukefni), sem tryggir öryggi vöru. Það skiptir einnig sköpum í efnisvísindum og nanótækni til að einkenna efnasamsetningu og uppbyggingu nýrra efna.

• Rými og greining á einni frumna:MS-tæki greina geimvera (t.d. að greina lífrænar sameindir á plánetuyfirborði eða í loftsteinum) og sniðið einstaka frumur (einfrumu MS), sem stuðlar að skilningi okkar á bæði alheiminum og grundvallarlíffræði.
  

  

Framtíðarhorfur

Þegar tækni framfarir halda áfram nýjungar áfram í fjöldafræðinni. Sem dæmi má nefna að samþætting örflæðandi sýnishorns, nýjar nanoengineered jónheimildir og aukin AI-ekin gagnagreining auka enn frekar næmi og afköst. Í stuttu máli mun fjöldamælingar halda áfram að ýta á mörk vísinda, opna nýja möguleika á svæðum eins og umhverfiseftirliti, læknisfræðilegum greiningum og grundvallarefnafræði.