低压光电离质谱对挥发性生物标志物的检测
文献类型：学位论文
| 作者 | 李震 |
| 答辩日期 | 2017-04 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 束继年 |
| 关键词 | Voc 生物标志物 Voc 低压光电离质谱 Biomarkers Lppi-ms |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 其他题名 | Detection of Volatile Biomarkers by Low-Pressure Photoionization Mass Spectrometry |
| 英文摘要 | 呼吸组学是生物科技的一个新兴领域。依靠分析人类呼吸中挥发性有机物 （VOC）的组成模式可以诊断一系列疾病。呼吸诊断疾病的方法有着安全无创、 简单便捷、患者接受度高的特点，有望用于癌症筛查与辅助诊断。为癌症早发现、 早治疗、提高治愈率、降低死亡率提供新的检查手段。然而这些 VOCs通常是 ppbv或 pptv量级，且大部分疾病相关 VOCs的代谢来源还没有被阐述。所以发 展呼出 VOCs高灵敏实时检测技术有着重要意义。本论文介绍了对自主研发的低 压光电离质谱（LPPI-MS）的性能研究，并以此质谱仪搭建分析诊断平台，对癌 细胞代谢 VOCs、人体呼出 VOCs、细胞与药物作用产生 VOCs进行高灵敏在线 检测。主要研究成果和创新性如下： （1）仪器性能研究表明，该低压光电离质谱仪取得了超越其他竞争技术的 检测限。此仪器的核心是一个自制的低压光电离源，射频放电氪灯以每秒 5×1014 的光通量放出 10.0 eV (~80%)和 10.6 eV (~20%)的光子能，这些光子在一个带挡 板的电离器中对分析物进行“软”电离。从电离器推出的离子被离子透镜的静电 场聚焦，随后被引入 V-型反射式飞行时间质量分析器。通过调整电压、气压等参 数，飞行时间质量分析器与低压光电离源得到了更好的协调匹配，不仅保持了较 高分辨率，更减少了离子的额外损失。此外，该低压光电离质谱有着 95%-105% 的准确度，3%-30%的精确度，以及 12小时内标准差仅为 0.025 ppbv的稳定度 （检测 1ppbv BTE）。低压光电离质谱对几种苯系物的灵敏度达到了 4-7 counts/pptv，检测限约为 0.5-0.8 pptv（S/N=2）。空气中的水分是最主要的干扰因 素，且会导致背景值的显著增高。在相对湿度 90%时，仪器对 BTE的检测限依 然能够达到 1-2pptv。说明这台高灵敏且可靠的低压光电离质谱仪可以投入到有 着较高工作湿度的呼出气体检测中。 （2）利用低压光电离质谱仪顶空实时检测了四种癌细胞和一种非癌细胞 （HeLa, A549, HepG-2, MGC-803和 293T）呼出的 VOCs组成模式。通过比较 20个 VOC标志物峰，可以显著区分癌细胞和正常细胞。继而使用低压光电离质 谱分别对乳腺癌、肺癌、肝癌的三个可能的 VOC标志物（即：二甲基三硫醚、 甲硫醚、2-丁酮）在上述不同种类癌细胞中的代谢情况进行了评估。低压光电离 质谱对这三种 VOCs的检测限分别达到了 3.1, 3.9和 23.2 pptv； 2-丁酮作为肺癌 VOC标志物之一，在肺癌细胞 A549中的释放最多；甲硫醚作为肝功能障碍的 VOC标志物之一，在肝癌细胞 HepG-2的检测中最多。 （3）应用 CH2Cl2对极性 VOCs的质子化增强效应，对呼吸中的四种极性肺 癌 VOC标志物（即：正丙醇、正戊醛、丙酮、乙酸丁酯）进行了检测。在烟雾 箱模拟环境下，低压光电离质谱对上述四种 VOCs的信号响应可以分别提升了 53, 18, 16,和 43倍。CH2Cl2的加入不仅可以增强母离子峰，更可以对碎片峰起 到抑制或降低的作用。在 20%的相对湿度以及 582 ppmv CH2Cl2增强下，低压光 电离质谱对正丙醇、正戊醛、丙酮、乙酸丁酯的灵敏度达到了 116 – 452 counts/ppbv。 然而过多的水分（50%，90%相对湿度）会作为干扰因素抑制质子转移反应和光 电离效率。在对人体呼气和标记呼气样本的实验中，正丙醇、正戊醛、丙酮、 乙酸丁酯的信号有效的提升了约 8倍。 （4）二甲基亚砜不仅在生物实验中有着广泛地应用，而且在临床医学上也 被证明有着重要价值，但是二甲基亚砜被生物代谢产生的臭味气体（二甲基硫醚） 却限制了其作为药物的广泛应用。该部分研究利用低压光电离质谱实时检测了人 体细胞（HeLa, 293T）在不同浓度紫杉醇和二甲基亚砜条件下，鉴别了痕量级别 VOC的代谢情况。实验说明，DMSO与低浓度（5-10 nM）紫杉醇联用可在维持 较高细胞活性的前提下显著降低 DMS的产生；然而更高浓度紫杉醇（> 50nM） 的胁迫则会诱发广泛的细胞凋亡，伴随蛋氨酸的分解，更多的二甲基硫醚将被产 生。 以上低压光电离质谱的初步研究工作，说明这台仪器有着高灵敏、稳定可靠 的特点，并可以应用于人体和细胞呼吸检测。凭借该仪器的优越性能，有望通过 实时检测发现更多的疾病相关 VOC标志物。 关键词：VOC，生物标志物，低压光电离质谱 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38657]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_大气环境科学实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院生态环境研究中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李震. 低压光电离质谱对挥发性生物标志物的检测[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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