Масс-спектрометрическое обнаружение становится более масштабным

Начата разработка плазменной технологии, позволяющей осуществлять обобщенное использование масс-спектрометрии (МС) с новыми инструментами, которые могут анализировать гораздо более широкий диапазон молекулярных частиц, чем позволяет существующая технология.

Современные инструменты МС являются громоздкими, дорогими и обычно ориентированы на один класс химических веществ, что препятствует широкому использованию за пределами специализированной лабораторной установки. Для создания более гибких инструментов необходима лучшая технология. В исследованиях, проводимых в Политехническом институте Ренсселера (Rensselaer Polytechnic Institute; Трои, штат Нью-Йорк, США), была использована плазма тлеющего разряда при атмосферном давлении (частично ионизированный газ, который может быть стабильным при комнатной температуре и давлении) для зондирования образцов на элементарные и молекулярные частицы; такой метод может привести к появлению удобного МС-анализа с широкими возможностями.

"В идеале мы стараемся добиться того, чтобы одна система обнаружила все, и мы хотим, чтобы эта система попала в поле для тестирования материалов на месте, — заявил профессор Джейкоб Шелли (Jacob Shelley) из Политехнического института Ренсселера. — Мы пытаемся сделать более гибкий инструмент, который позволит нам одновременно обнаруживать многие вещи".

Загвоздка состоит в том, что текущие инструменты позволяют анализировать только ионизированные молекулы, находящиеся в газовом состоянии, что означает, что большинство образцов сначала необходимо обработать. Текущая МС опирается на множество трудоемких методов обработки, которые отделяют и ионизируют молекулы перед анализом. И, в зависимости от метода, образцы (например, ткани, фармацевтические препараты или продукты) могут быть уничтожены во время обработки.

Самой большой проблемой для разработки обобщенного метода обработки является химия, необходимая для ионизации молекулы. Большинство методов основаны на конкретных химических процессах, которые способствуют ионизации одного класса молекул над другим. Команда профессора Шелли разрабатывает метод, в котором используются необычные свойства и химия плазм, которые богаты свободно движущимися ионами и электронами и поэтому очень интерактивны. Хотя наиболее известные виды плазмы чрезвычайно горячие (около 10 000 градусов Кельвина, некоторые виды плазмы конкурируют с температурой солнца), команда начала работать с плазмой тлеющего разряда, которая стабильна при комнатной температуре и атмосферном давлении.

В своей лаборатории профессор Шелли демонстрирует экспериментальный инструмент, который настолько безопасен, что с его помощью могут быть протестированы образцы, ионизированные из пальца, и поэтому он может быть универсальным и обнаруживать молекулярные частицы, начиная от небольших количеств металлов до крупных неустойчивых биомолекул, таких как пептиды и белки. При разработке технологии команда использовала инструмент для обнаружения поддельного меда, для количественной оценки вредных токсинов в цветениях пресноводных водорослей и для проверки сырья, используемого в пищевых добавках.

"Плазма полезна в качестве источника ионизации, потому что она позволяет использовать разнообразные химикаты, — заявил профессор Шелли. — Возможность ионизировать широкий класс молекул может привести к более обобщенным инструментам".

Это исследование стало доступно благодаря концепции многопрофильности New Polytechnic, преобразующей новой парадигме высшего образования, в которой признаётся, что даже самый талантливый человек самостоятельно не может адекватно справляться с глобальными проблемами и возможностями. Это помогает институту Ренсселера служить перекрестком для сотрудничества в поисках решений одних из самых неотложных технологических проблем в мире.

Ссылки по теме:
Политехнический институт Ренсселера