新型質譜儀可快速量測微米粒子

針對於人類健康議題的科學研究與發展,在近數十年內屢屢有所突破,這其中有一個很重要的關鍵,就是相關科技和儀器的發展神速。

目前,在做不明的微小分子的檢測與觀察時,質譜儀是一個極佳的設備,也是一個投資門檻頗高的設備。雖然如此,尋找可以檢測微米級和奈米级的物質的質譜儀的需求不但存在,也極為迫切。因為,在這個範圍的粒子,包括各種化學聚合物、人類的細胞、細菌、還有病毒。

以目前市面上的各式質譜儀來說,雖然應用廣泛,但是,就是缺了那麼一個區塊。基本上,和人體健康相關的細胞、病毒,各種微米、奈米尺寸的物質,對於當下可以找到的質譜儀而言,都太大了,用其他的方法,又嫌太小。這些在自然界產出的物質,還沒有一個可以用定量的方法去分析其性質的質譜儀。

基因體中心陳仲瑄院士,在他的科學研究生涯裡,花了很大的心力,在發明一個最完美的質譜儀技術。最近,他和他的同事,發表最新的一個設計, 這個簡稱為ESI QIT質譜儀(Electrospray Ionization Quadruple Ion Trap Mass Spectrometer),幾乎排除了所有之前的困境,不但可以很快地做多個微米級數粒子的測量,更可以在檢測物原型的狀態下進行,不再有繁複的脫水處理的需求。

 

 

這個新發明,與陳老師矢志打造可以量測當前之不可測的目標,更邁進了一大步。在最新出刊的Analytical Chemistry期刊,團隊說明他們如何地用雛形的機器,測出一系列不同大小的乳癌腫瘤細胞,這些細胞的大小從8微米到15微米不等。

本發表論文的第一作者歐施莫教授(Professor Abdil Ozdemir),長期與陳老師合作,並多次擔任短期訪問學者,目前任教於土耳其Sakarya 大學;他在文中形容,用這個新質譜儀,前置作業和雷射質譜法相比,相對的簡單許多。細胞的量測可以直接從液態溶劑取出,不再需要經過乾燥的過程。在此之前,團隊使用雷射方法(LIAD)把被測物質送入質譜儀核心測量室時,必須先將細胞脫水,因此,用雷射技術難以進一步的發展。

在他們這個新發明裡,他們採取用噴射的方法送入被測物質,所以,是直接地將未知粒子以原型送入,粉末、包裹在小水器內的粒子、水溶液內的細胞,都以原來面貌放入。更妙的是,不論是何種被測物,所需要的只有簡單的交流電即可。這個儀器也不需要嚴苛的高度真空,可以用類似吸塵器的馬達,把空氣抽掉就好了。因此,整個設計變的簡易輕巧,可以帶著走,造價也低廉。

陳老師對於這個新的發明深具信心,他多年來夢想與努力,終於可以落實。對於日後可以應用的領域,他已經有許多的點子,譬如,測量病毒,因為,病毒的大小比較固定,用這個儀器,如果要判定是那一型的流感病毒,基本上,應該只要把檢體送入,量測其質量電荷比,就可以判斷了。至於現在惱人的PM2.5 物質的問題,由於不知道大家到底吸入了什麼樣的粒子,會不會因此造成疾病,可能造成不必要的恐慌;未來,或許可以在我們生活的環境內擺放這些儀器,當場收集PM 2.5粒子,測一側,到底大小的分佈如何、其中可有含對人體有害的重金屬,還是僅是一些對人體無大傷害的物質。

 

 

在陳老師的腦海裡,他已經鋪陳出下一步的研發藍圖,他的團隊將更上層樓,下一個儀器,再拿到科學家送來檢測的物質,不但要能測質量,更要有系統的,一步一步的分解、測量,直到解出其中的化學成分。 針對尋找癌細胞特殊的生物標記(bio marker),如果把多種抗體和癌細胞作用,那些抗體能銜接在癌細胞上,就可以直接測量出來。不但可以定出何種生物標的物、而且可以定量若能發展出質譜細胞分析儀,可比目前的流式細胞儀更便宜及更具效力。此外,如果分析比對相關癌細胞的生物標記,就可以知道腫瘤的特性,這正是「個人化醫療」所需要的利器。

本研究主要參與者,包括:歐施莫、林俊利、高芬、賴思學、蕭淳仁、陳稷康及陳仲瑄等人,該篇論文可以在網上閱讀:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.7b02937

 

 

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