您的位置: 首页>新闻动态>行业动态

军事医学院郭磊团队封面: 无需任何前处理和分离的芬太尼类物质高灵敏快速检测

2023年02月16日

封面解读:

封面设计灵感来源于中国传统节日“七夕节”。

明月(代表热解吸)下方,水晶桥(可视化为3D打印个性化定制装置)上方,牛郎(代表介质阻挡放电电离,DBDI)和织女(代表干血浆斑/干血斑,DPS/DBS)终于牵手相会。桥下事件中,芬太尼类化合物自 DPS/DBS 中解吸附、在热解吸和 DBDI 下离子化并进入质谱。渐变色的流水代表了仿真模拟过程。

研究背景

近年来,公共安全面临着毒物种类多样化、投毒手段多样化、毒物损伤效应多样化、毒物检测与救治难度逐步加大等挑战。芬太尼是一种 μ-阿片受体激动剂,曾作为麻醉佐剂用于临床治疗疼痛,其效力是吗啡的 75100 倍。

近年来,一系列具有 4-苯胺哌啶活性核心母核结构的合成芬太尼类化合物 (FTNs) 引发了国际范围内的药物非法滥用问题,对公共健康和国家安全构成严重威胁。针对暴露染毒生物医学样品中 FTNs 的准确、快速筛查及定量测定是诊断和治疗的首要前提,亟待发展新型快速检测方法。

常压电离质谱 (AIMS) 是一类在常压条件下对样品直接进行电离的质谱技术,在具备高灵敏度、高选择性、高特异性优点的同时,其突出特征是无需或仅需简单的样品前处理,在敞开式环境中便可实现复杂基质样品的直接进样和离子化,简化质谱分析流程,缩短分析时间,在化学毒物的现场快检中存在独特优势。

干血斑 (DBS) 或干血浆斑 (DPS) 是一种成熟先进的血液样品采集、保存及运输技术,但目前有关报道较少关注利用 AIMS 直接分析 DPS/DBS 样品,需重点解决解吸附和离子化效率、批次间重现性及装置集成化方面的问题。

基于此,军事医学研究院郭磊团队构建了一种热解吸辅助的介质阻挡放电电离-串联质谱 (DBDI-TD-MS/MS) 实验装置,直接用于 DPS/DBS 样品中 FTNs 的检测。研究人员基于有限元仿真模拟技术和个性化定制 3D 打印模块,构建了一种半封闭平面型加热平台,无需任何样品前处理和样品分离,便可实现 DPS/DBS 样品中 FTNs 的有效解吸附和离子化。

以氘代芬太尼为内标,利用QqQ-MS/MS成功实现DPS样品中8FTNs的定量分析测定,并拓展了其在芬太尼暴露染毒大鼠血浆样品中的实际应用。建立基于FTNs骨架警示离子的筛查策略,利用QTOF-MS/MSDPS样品中的FTNs进行筛查分析。并建立基于偏二乘最小判别分析的通用型筛查方法,两种方法可相互验证,用于盲样中FTNs的筛查。这项工作所发展的DBDI-TD-MS/MS方法能够为国家安全、兴奋剂控制以及公共健康等相关领域研究人员提供有益参考。相关工作以题为Thermal desorption bridged the gap between dielectric barrier discharge ionization and dried plasma spot samples for sensitive and rapid detection of fentanyl analogs in mass spectrometry(《热解吸桥接介质阻挡放电电离和干血(浆)斑样品分析,实现芬太尼类化合物的高灵敏快速检测》)的论文发表在国际权威分析化学期刊Analyst上,并被选做期刊Outside Front Cover

研究内容

研究者利用有限元仿真模拟技术,构建六种仿真模型:凹槽型加热平台、平面型加热平台、凸起型加热平台、半封闭凹槽型加热平台、半封闭平面型加热平台和半封闭凸起型加热平台,各模型所含几何区域包括加热平台、样品点、纸基底和周围空间,解吸附溶剂为水(图 1A)。仿真结果表明,平面型和凸起型加热平台可有效提高热传导效率和溶剂蒸发能力,半封闭空间可进一步将温度和水汽限定在离子化区域局部空间中(图 1B C)。因凸起型加热平台可能会与 DBDI 等离子体焰产生放电现象,且样品点周围存在一定热损失,优选实验装置为半封闭平面型加热平台。

1.仿真模型构建和六种模型仿真结果。(A)六种仿真模型构建;(B)传热仿真结果;(C)纸基和离子化区域水浓度仿真结果。

在上述仿真模拟结果的指导下,结合个性化定制 3D 打印部件,构建半封闭平面型加热平台,包括:1) 铝块填充的平面型加热平台;2) 提供局部半封闭空间的喇叭型接口,用于提高离子传输效率;3) 样品导入装置,包括进样手柄,进样手柄放置支架和进样手柄定位挡板,以此实现 DPS/DBS 样品中 FTNs 的分析检测(图 2)。