Chuẩn bị mẫu bằng siêu âm cho phổ khối

Phân tích phổ khối (MS) là một trong những kỹ thuật phân tích mạnh mẽ nhất trong nghiên cứu hiện đại và công nghiệp. Tuy nhiên, hiệu suất của nó phụ thuộc cơ bản vào một yếu tố quan trọng ở giai đoạn tiền xử lý: chuẩn bị mẫu. Chuẩn bị mẫu bằng siêu âm – đặc biệt là loại đầu dò và siêu âm không tiếp xúc – đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn vàng cho các quy trình phân tích phổ khối hiệu quả, có thể tái tạo và có khả năng mở rộng.

Tại sao việc chuẩn bị mẫu quyết định thành công của phân tích phổ khối (MS)

Chuẩn bị mẫu không phải là một bước phụ. – Nó trực tiếp ảnh hưởng đến độ nhạy, độ chính xác và độ tái hiện của MS. Chuẩn bị không đầy đủ có thể dẫn đến:

• Quá trình ly giải tế bào không hoàn chỉnh hoặc chiết xuất protein không đầy đủ.
• Hiệu suất tiêu hóa kém
• Hiệu ứng ma trận và ức chế ion
• Sự không đồng nhất của mẫu và độ tái hiện thấp
• Mất mát các chất phân tích có nồng độ thấp

Ứng dụng MS hiện đại – Proteomics, metabolomics, lipidomics, phân tích dược phẩm và chẩn đoán lâm sàng – Yêu cầu các phương pháp chuẩn bị có hiệu suất cao, tiêu chuẩn hóa và không bị ô nhiễm. Sonication đáp ứng các yêu cầu này bằng cách cung cấp năng lượng cơ học được kiểm soát, giúp cải thiện quá trình chiết xuất, phân tán và động học phản ứng mà không làm thay đổi cấu trúc phân tử.

Sonication mẫu bằng siêu âm trước khi phân tích bằng phổ khối (MS): Ưu điểm và lợi ích

Chuẩn bị mẫu bằng siêu âm dựa trên hiện tượng cavitation âm thanh. – sự hình thành và sụp đổ của bong bóng siêu nhỏ – Tạo ra lực cắt mạnh mẽ và năng lượng tập trung. Cơ chế này mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp cơ học hoặc hóa học đơn thuần.

Lợi ích chính của quy trình làm việc trong Microsoft SharePoint

• Phá vỡ tế bào và chiết xuất hiệu quả: Siêu âm cho phép phân hủy nhanh chóng và hoàn toàn các tế bào, mô và vi sinh vật, đảm bảo thu hồi cao các protein, chất chuyển hóa, lipid và axit nucleic.
• Quá trình tiêu hóa enzym được cải tiến: Sonication làm tăng tốc quá trình tiêu hóa proteolytic (ví dụ: quy trình dựa trên trypsin) bằng cách cải thiện khả năng tiếp cận của chất nền và truyền khối, thường giảm thời gian tiêu hóa từ hàng giờ xuống còn vài phút. Tìm hiểu thêm về quá trình tiêu hóa mẫu được cải thiện bằng siêu âm!
• Cải thiện quá trình đồng nhất hóa và phân tán: Phân bố đồng đều của các hạt và giọt giúp giảm thiểu sự không đồng nhất của mẫu và cải thiện độ tái hiện của phân tích.
• Giảm lượng phụ gia hóa học: Siêu âm có thể thay thế hoặc giảm thiểu việc sử dụng các chất tẩy rửa mạnh và dung môi gây cản trở quá trình ion hóa hoặc yêu cầu các bước làm sạch bổ sung.
• Khả năng mở rộng và Tiêu chuẩn hóa
: Độ chính xác cao trong việc điều khiển biên độ, năng lượng đầu vào, thời gian xử lý và siêu âm không tiếp xúc đối với mẫu được đóng kín cho phép chuyển giao phương pháp từ R.&D đến phân tích định kỳ.

Quy trình chuẩn bị mẫu siêu âm tiêu biểu cho MS

Dưới đây là một quy trình chung phù hợp cho các quy trình làm việc trong lĩnh vực proteomics và metabolomics. Các thông số nên được tối ưu hóa dựa trên loại mẫu và yêu cầu của quá trình phân tích MS tiếp theo.
Ví dụ: Phá vỡ tế bào bằng sóng siêu âm và chiết xuất protein
Mẫu: Tế bào hoặc mô động vật có vú
Thể tích: 200–1000 µL
Dung dịch đệm: Dung dịch đệm ly giải tương thích với MS (ví dụ: dựa trên ammonium bicarbonate)

Thủ tục:

1. Đặt mẫu vào ống hoặc lọ thích hợp (đặt trên đá nếu cần thiết).
2. Đặt đầu dò siêu âm hoặc ống định vị vào giá đỡ siêu âm không tiếp xúc.
3. Sử dụng chế độ xung (ví dụ: 5–10 giây bật / 5–10 giây tắt).
4. Giữ ổn định nhiệt độ để tránh sự phân hủy nhiệt.
5. Tiếp tục quá trình siêu âm cho đến khi đạt được sự phân hủy hoàn toàn và đồng nhất hóa.
6. Nếu cần thiết, hãy sử dụng máy ly tâm để loại bỏ các mảnh vụn.
7. Tiến hành quá trình tiêu hóa, làm sạch và phân tích bằng phổ khối (MS).

Thông số siêu âm điển hình:

• Tần số: 20-30 kHz
• Độ rộng: 20–70% (tùy thuộc vào độ cứng của mẫu)
• Tổng năng lượng đầu vào: được xác định bằng đơn vị Ws/mL, phụ thuộc vào phương pháp và có thể tái hiện.

Cách chọn máy siêu âm lý tưởng cho quy trình MS của bạn

Việc lựa chọn máy siêu âm phù hợp phụ thuộc vào mục tiêu phân tích, đặc điểm mẫu và yêu cầu về năng suất.

Tiêu chí lựa chọn chính

Loại mẫu và độ bền: Các mô cứng và vi sinh vật được hưởng lợi từ các hệ thống dạng đầu dò, trong khi các mẫu nhạy cảm hoặc yêu cầu độ sạch cao ưa chuộng phương pháp siêu âm không tiếp xúc.
Thể tích mẫu và thông lượng: Các quy trình làm việc có khối lượng nhỏ nhưng năng suất cao có thể yêu cầu sử dụng các giá đỡ mẫu đa năng hoặc hệ thống tự động hóa sẵn sàng.
Tính tái hiện và tuân thủ: Điều khiển kỹ thuật số, ghi dữ liệu và cung cấp năng lượng chính xác là những yếu tố thiết yếu cho môi trường MS được kiểm soát.
Quản lý nhiệt: Các chất phân tích nhạy cảm với nhiệt độ yêu cầu sử dụng siêu âm xung và các phụ kiện làm mát.
Khả năng mở rộng: Chọn một nền tảng hỗ trợ cả phát triển phương pháp và vận hành thường xuyên mà không cần thiết kế lại quy trình.

Các thiết bị siêu âm Hielscher được thiết kế để đáp ứng các tiêu chí này, cung cấp hiệu suất mạnh mẽ, kiểm soát chính xác và độ tin cậy lâu dài cho các phòng thí nghiệm MS.