Secrets of science magazine 01/2024

Význam tématu

Analytická chemie se stále více uplatňuje v medicíně, environmentálních aplikacích i průmyslové výrobě. Časopis přináší řadu příspěvků z oblasti hromadné spektrometrie, chromatografie a procesní analýzy, které ukazují, jak využít pokročilé metody při identifikaci biomarkerů, kontrole kvality, udržitelných postupech a šetrném zpracování odpadů.

Cíle a přehled obsahu časopisu

• MS kombinuje imunoprecipitaci s MALDI-TOF MS k prvnímu úspěšnému stanovení plazmatických Aβ ve vztahu k Alzheimerově chorobě.
• Výzkum pyrolytického zpracování biowaste odhaluje možnost výroby biocharu, bioolejů a plynů pro zemědělství i průmysl.
• Nový fuel marker BPE (butylfenylether) a jeho citlivá detekce GC-MS/MS pro zabránění podvodům s palivy.
• Studie vzniku biskvaternárního aduktu s trifluoroacetátem a jeho fragmentační chování v MSⁿ.
• Nová DPS karta pro odběr malého množství krve, separaci plazmy a snadnou analýzu v terénu.
• Experimenty s infračerveným zářením k měření přenosu tepla mezi částicemi modelové peletové vrstvy.
• Turnkey řešení DOSIURA™ pro rychlé stanovení uracilu a dihydrouracilu LC-MS/MS ve screeningových testech na DPD nedostatek.
• Role kvality vody při elektrolýze v procesu „power-to-gas“ – parametry TOC a elektrické vodivosti pro udržitelnost a provozní spolehlivost.

Použitá metodika a instrumentace

• IP-MALDI-TOF MS pro přímou detekci Aβ1-40, Aβ1-42 a APP669-711 bez proteolytického štěpení.
• Micropyrolyzér s GC-MS pro analýzu produktů pyrolytického štěpení biowaste.
• Dvousloupcová MDGC-MS/MS technika s heart-cut přesměrováním do FID-2030 a QP2020 NX pro BPE v palivech.
• LC-MS/MS s vysoce selektivním stanovením uracilu/dihydrouracilu (DOSIURA™).
• Infra-kamera a upravený IRTracer-100 FTIR pro měření emisí modelových druhotných ohřátých tyčí.
• TOC-1000e pro online měření totálního organického uhlíku a vodivosti ve vratném okruhu ultracisty.

Hlavní výsledky a diskuse

• Plazmatické biomarkery Aβ měřené imunoprecipitací-MS vykazují vysokou korelaci (AUC až 96,7 %) s amyloid PET obrazem a otevírají cestu k méně invazivnímu screeningu Alzheimerovy choroby.
• Pyrolytické zpracování zelených odpadů produkuje biochar vhodný jako půdní kondicionér, biooleje pro biopaliva i syngas; složení produktů závisí na teplotě a době ohřevu.
• BPE byl ověřen jako odolný, netoxický palivový marker s LOQ 9,2 μg/L v dieselu; MDGC-heart-cut minimalizuje znečištění iontové zdroje a zkracuje čas analýzy.
• MSⁿ studie biskvaternárního aduktu odhaluje netypické fragmenty, kde se aniont trifluoroacetátu kovalentně váže na dusík, což otevírá cestu k senzorům pro perzistentní anionty.
• DPS karty shromažďují přesné objemy plazmy (3 µL na disk) při room-temperature bez mrazicí infrastruktury; vhodné pro vzdálenou sběr a dopravou vzorků.
• Uspořádání kovových a keramických tyčí pro studium přenosu tepla zářením bylo validováno termovizí a FTIR emisní spektrometrií; odrazy významně ovlivňují detekci spektrálních pásem.
• DOSIURA™ poskytuje validované kalibranty, interní standardy a kontrolní hladiny pro rychlou LC-MS/MS detekci DPD deficitu, zajišťující jednodušší integraci v klinických laboratořích.
• PAT s TOC-1000e umožňuje online sledování kvality vody (TOC < 50 ppb, vodivost < 0,1 µS/cm) pro spolehlivý provoz PEM elektrolyzérů v P2G aplikacích.

Přínosy a praktické využití metody

• Zavedení plazmatických Aβ biomarkerů může zrychlit screening pacientů s rizikem Alzheimerovy choroby a podpořit vývoj a monitoring léčby.
• Pyrolytická konverze biowaste přináší udržitelnou výrobu půdních kondicionérů, biopaliv a chemických stavebních bloků bez fosilního uhlíku.
• Nový palivový marker BPE a robustní GC-MS/MS metoda zabraňují daňovým únikům a zvyšují transparentnost trhu s pohonnými hmotami.
• Pochopení adukčních mechanismů v MS otevírá vývoj selektivních senzorů pro environmentální kontaminanty.
• DPS karty zjednodušují odběr a skladování krve pro screening v periferních laboratořích i domácích podmínkách.
• Modelové měření IR záření ve vrstvách pelet usnadňuje optimalizaci průmyslových procesů vyžadujících energeticky účinný ohřev.
• DOSIURA™ usnadňuje vysoce přesné stanovení DPD aktivity a pomáhá předcházet závažným toxickým reakcím u onkologických pacientů.
• Integrace PAT do P2G provozů zvyšuje provozní spolehlivost a efektivitu výroby zeleného vodíku.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další standardizace a rozšíření plazmatických biomarkerů Alzheimerovy choroby pro běžnou klinickou praxi a studie DMT léků.
• Integrace katalytického upgradingu pyrolytických olejů do biorefinérií jako zdroj biopaliv druhé generace.
• Vývoj nových palivových markerů odolných vůči chytrým metodám odbarvování paliv.
• Navázání MS aduktových mechanismů na vývoj on-site senzorů pro monitoring aniontů v životním prostředí.
• Komercializace DPS karet pro dálkové laboratoře, telemedicínu a masové screeningové programy.
• Pokročilé simulační a modelovací metody pro tepelné záření v heterogenních materiálech.
• Automatizované platformy pro DPD screening s on-line reportingem výsledků lékařům.
• Rozšíření PAT protokolů pro sledování kvality vody ve velkých P2G instalacích a optimalizace nákladů.

Závěr

Popisované studie a aplikace ukazují sílu moderních analytických metod v reálných problémech – od biomedicíny až po udržitelné technologie. Kombinace hromadné spektrometrie, chromatografie a procesní analýzy otevírá nové cesty pro diagnózu, kontrolu kvality a optimalizaci procesů, které podpoří přechod k čistšímu a efektivnějšímu využití zdrojů.

Použitá instrumentace

• IP-MALDI-TOF MS (AXIMA Performance)
• Micropyrolyzér Frontier Lab EGA/PY-3030 + GCMS-QP2010 SE
• GCMS QP2020 NX s FID-2030 a AOC-30i
• LCMS-IT-TOF (Shimadzu)
• FTIR spektrometr IRTracer-100 s MCT detektorem
• TOC-1000e (Shimadzu)
• PAT senzory pro vodivost a teplotu

Reference

• [1] Tyslik a kol.: Simulace a měření přenosu tepla zářením v modelových uspořádání tyčí.
• [2] Kaneko et al.: IP-MALDI-TOF MS stanovení plazmatických Aβ a korelace s amyloid PET.
• [3] Reszka et al.: Porovnání simulací metodou diskrétních ordinát a Monte Carlo pro zářivou část přenosu tepla.
• [4] EU regulace pro nový palivový marker ACCUTRACE™ Plus (BPE).
• [5] Kowalska a Bąchor: Fragmentační studie biskvaternárního aduktu s trifluoroacetátem.
• [6] Meyer et al.: DPS karty pro sběr plazmy a LC-MS/MS analýzu.
• [7] Nowakowski et al.: Pyrolytická konverze biowaste a charakterizace produktů GC-MS.
• [8] Collard et al.: DOSIURA™ – kit pro určování uracilu a dihydrouracilu ve screeningových testech DPD.