微小的龙卷风提高了电喷雾电离质谱的性能

在电喷雾电离(ESI)和质谱仪(MS)之间的界面上添加相当于微型龙卷风的研究，使研究人员能够提高广泛使用的ESI-MS分析技术的灵敏度和检测能力。可以从新技术中受益的科学领域包括蛋白质组学，代谢组学和脂质组学 - 它们为生物医学和健康应用提供服务，从生物标志物检测和诊断到药物发现和分子医学。

这种新设备称为干离子定位和运动(DRILL)，可产生旋流，可根据电极的大小分离电喷雾液滴。在这个应用中，DRILL的许多潜在用途之一，较小的液滴被引导进入质谱仪，而较大的液滴 - 仍然含有溶剂 - 保留在涡流中直到溶剂蒸发。去除溶剂可以分析在当前技术中可能丢失的其他离子，并减少抑制质谱仪选择性的化学“噪音”。

“使用质谱技术检测少量生物分子的一个主要挑战是我们无法看到样品中的所有物质，”乔治亚理工学院生物科学学院助理教授马修托雷斯说。“DRILL设备通过增加我们可以进入质谱仪器的离子数量，提供了解决该问题的新方法，因此我们可以高效地检测它们。离子现在存在，但不一定是质谱可以处理的形式。“

由佐治亚理工学院的研究人员在北卡罗来纳州立大学的支持下开发，DRILL可以添加到现有的电喷雾电离质谱仪而无需修改它们。

佐治亚理工学院伍德拉夫机械工程学院教授安德烈费奥多罗夫解释说：“原理是让液滴旋转并利用惯性将它们按尺寸分开。”“我们希望液滴在流动中保持足够长的时间以除去溶剂。在实践中，较小的液滴保留在中心，在那里它们可以首先被移除用于分析，而较大的液滴保留在流动的边缘直到它们被干燥。

DRILL的主要思想是基于Fedorov的2007年发明“限制/聚焦涡流传输结构，质谱系统以及传输粒子，液滴和离子的方法”。(美国专利号7,595,487)。在过去的三年中， DRILL装置是在美国国立卫生研究院国家综合医学研究所的支持下开发的，其最新版本于6月14日在美国化学学会期刊分析化学中被描述。

在电喷雾电离(ESI)中，将电势施加到毛细管内的溶液中，在喷雾毛细管尖端处产生强电场。这导致含有带电液滴的气溶胶的排出，所述带电液滴携带待分析的分子。然后喷出的液滴破碎成较小的液滴，产生的羽状物在空间上膨胀超过质谱仪的入口吸入能力，导致样品损失。DRILL设备为从电离源(例如ESI)收集和传输带电分析物到检测设备(例如质谱仪)提供了有效的接口，从而显着提高了检测能力。

使用现有的ESI-MS技术，目前很多80%到90%的大型生物聚合物(蛋白质，多肽和DNA)都被丢失了，这些技术对生命科学界的重要性日益增加。捕获所有生物聚合物可能会带来新的发现，托雷斯说，他的实验室研究蛋白质的翻译后变化。通过分析大型生物分子，DRILL可以促进自上而下的蛋白质组学，其中可以研究完整的蛋白质分子，而无需在MS分析之前将它们酶促地分解成更小的片段。

“这可以让我们看到单个蛋白质分子上存在的组合修饰，”托雷斯说。“对我们来说理解蛋白质如何相互沟通非常重要，而DRILL可以让我们通过更有效地从这些类型的样品中去除溶剂来实现这一目标。”

佐治亚理工学院的研究人员正在他们的实验室中使用DRILL来连接液相色谱和ESI-MS仪器。Fedorov指出，多个电极和入口/出口可以精确控制DRILL内部的流量产生和引导电场，因此该设备可以配置用于各种用途。在一般意义上，DRILL增加了一种操纵带电液滴轨迹的新方法，当与流体动力学阻力和电场力相结合时，它提供了丰富的可能操作模式。

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