La ionización por electropulverización por ablación con láser ( LAESI ) es un método de ionización ambiental para espectrometría de masas que combina la ablación por láser de un láser de infrarrojo medio (IR medio) con un proceso de ionización por electropulverización secundaria (ESI). El láser de infrarrojo medio se utiliza para generar partículas en fase gaseosa que luego se ionizan a través de interacciones con gotas cargadas de la fuente de ESI. LAESI fue desarrollado en el laboratorio del profesor Akos Vertes por el Dr. Peter Nemesen 2007 y fue comercializado por Protea Biosciences, Inc hasta 2017. La fibra-LAESI para el enfoque de análisis de una sola célula fue desarrollada por el Dr. Bindesh Shrestha en el laboratorio del Profesor Vertes en 2009. LAESI es una nueva fuente de ionización para espectrometría de masas (MS) que se ha utilizado para realizar imágenes de MS de plantas, [1] [2] [3] tejidos, [4] [5] [6] [7] sedimentos celulares, [8] e incluso células individuales. [9] [10] [11] [12] Además, LAESI se ha utilizado para analizar documentos históricos [13] y biofluidos no tratados como orina y sangre. [1]La técnica de LAESI se realiza a presión atmosférica y, por lo tanto, supera muchos de los obstáculos de las técnicas tradicionales de EM, incluidos los pasos de preparación de muestras extensos e invasivos y el uso de alto vacío. Debido a que las moléculas y los aerosoles se ionizan al interactuar con una pluma de electropulverización, el mecanismo de ionización de LAESI es similar a las técnicas SESI y EESI .
LAESI se puede utilizar para realizar análisis de EM de muchas clases diferentes de compuestos que van desde moléculas pequeñas, como productos farmacéuticos, sacáridos, [1] [2] [3] [9] [10] lípidos, [5] [7] y metabolitos [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] a biomoléculas más grandes como péptidos [1] y proteínas. [1] También se ha demostrado que LAESI tiene un rango dinámico cuantitativo de 4 décadas y un límite de detección (LOD) de 8 fmol con verapamilo, una pequeña molécula farmacéutica. [1] La técnica tiene una resolución lateral de <200 μm para aplicaciones de imágenes [7] [14] y se ha utilizado para obtener imágenes en 3D de tejidos vegetales. [3] Además, en los experimentos de obtención de imágenes LAESI célula por célula se pueden utilizar células individuales como píxeles de la imagen molecular. [12] Esta aplicación LAESI utiliza fibras ópticas grabadas para producir tamaños de puntos de láser de <50 µm para entregar la energía láser y también se ha utilizado en experimentos de análisis de células individuales. [9] [10] [11] [12]
Principio de funcionamiento
LAESI produce iones para análisis de MS en condiciones atmosféricas normales para muestras que contienen agua. [15] Todo el proceso se puede dividir en dos pasos.
Generación de especies de analitos
Cuando se aplica un rayo láser de infrarrojo medio a un objetivo que contiene un grupo de hidróxido, el objetivo absorberá energía de este rayo láser, lo que provocará la evaporación de la humedad del área objetivo. [16] Se produce una explosión a pequeña escala en el objetivo y una pequeña porción de la muestra se somete a ablación a la fase gaseosa mediante un pulso láser corto (5 ns) de IR medio (2940 nm). [17] [18] La pluma se expande hasta colapsar en la muestra debido a la presión ejercida por la atmósfera. En este punto, se expulsa un chorro de material de la superficie de la muestra. [17] [19] Como el IR medio tiene baja energía, la mayoría de las partículas expulsadas de la muestra permanecen neutrales. [16] [20]
Reacción de especies de analitos con especies de disolventes cargadas
Una fuente de ionización por electropulverización (ESI) se encuentra encima de la muestra para la ionización posterior a la ablación. [21] El chorro de material extirpado se intercepta e ioniza mediante una columna de pulverización de la fuente de ESI ubicada sobre la muestra. Luego, las moléculas ionizadas se introducen en el espectrómetro de masas para su análisis. Debido a que se utiliza una fuente ESI para la ionización, los espectros de masas LAESI son similares a los espectros ESI tradicionales, que pueden exhibir picos de analitos con carga múltiple y extender el rango de masa efectiva de detección a biomoléculas> 100,000 Da de tamaño. [19] [20]
Aplicaciones
LAESI se puede utilizar para realizar experimentos de imágenes de EM de diversas muestras de tejido, no solo en tres dimensiones sino también con respecto al tiempo. De manera similar, LAESI también se puede utilizar para aplicaciones de monitoreo de procesos porque cada análisis individual requiere menos de 2 segundos para realizarse. Debido a la velocidad de un análisis LAESI, la técnica permite un análisis rápido, sensible y directo de muestras acuosas en microplacas de 96 y 384 pocillos. Estos análisis también se pueden realizar en muestras líquidas, como biofluidos, que contienen péptidos, proteínas, metabolitos y otros biomarcadores para flujos de trabajo clínicos, diagnósticos y de descubrimiento. [22] La tecnología LAESI permite un análisis de alto rendimiento de estos tipos de muestras y el uso de patrones internos y curvas de calibración permiten la cuantificación absoluta de biomoléculas objetivo. [23] [22] [20]
Ventajas y limitaciones
Ventajas
Esta técnica necesita muy poca o ninguna preparación de la muestra y tiene una alta sensibilidad. [22] [15] Esta técnica de ionización no necesita ninguna matriz externa. Por lo tanto, la resolución espacial no se ve comprometida por la presencia de cristal de matriz, lo que da como resultado una alta resolución espacial. [20] Esta técnica de ionización se puede realizar en superficies biológicas naturales y desiguales. [24] Finalmente, como la ablación láser y la ionización por pulverización de electrones funcionan de forma independiente, pueden manipularse de forma independiente para lograr una mayor resolución. [20]
Limitaciones
LAESI es una técnica relativamente nueva para aquellas muestras que contienen agua y son relativamente estables. Sin embargo, tiene limitaciones para aquellas muestras que tienen un contenido de agua más bajo. Por ejemplo, esta técnica no ioniza bien la piel seca, las uñas, los dientes y los huesos; esto se debe al bajo contenido de agua en estas muestras. [16] [22] Además, necesita un área de muestreo relativamente grande, en comparación con algunas otras técnicas de ionización comunes. [20]
Ver también
- Ionización por electropulverización por desorción láser asistida por matriz (MALDESI)
- Ionización por electropulverización
- Ionización por electropulverización extractiva
- Ionización secundaria por electropulverización
Referencias
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