Modular system for the direct detection of biomolecules by low-temperature plasma ionization coupled to a mass spectrometry analyzer

通过与质谱分析仪耦合的低温等离子体电离直接检测生物分子的模块化系统

基本信息

  • 批准号:
    351360803
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Research Grants
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2016-12-31 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Global modernization recently led to the announcement of a fourth industrial revolution resulting in the so-called Industry 4.0. In this development the consumption of energy and resources is minimized resulting in less waste production and eventually in lower production cost. The necessary online monitoring of the product happens via process analysis. While many concepts exist to implement this approach into the high-technology manufacturing processes little to no attention is given on the low-technology sector.While these industries not only build the foundation of many national economies but also supply internationally needed materials (e.g. in agriculture and food processing) they are especially difficult to target with process analysis because of the low financial turnover of the individual product. Up to now most process analysis tools are highly specialized and rely on spezialized personnel. There is a strong demand for widely applicable analytical technologies. The currently most generally applicable analytical tool is mass spectrometry (MS). However, MS instruments are typically highly delicate, heavy and expensive. This proposal suggests a flexible approach to bridge this gap by a modularly composed instrument. In principle there is no upper limit to the number of modules an individual future device can consist of, in the petitioned project we will exemplary design and evaluate i) a laser ablation unit, ii) an ambient ionization unit, iii) an ion mobility separator (IMS) and iv) a mass analyser (MS).The modular approach exhibits several advantages: i) The instruments is Fit for purpose, i.e. the level of sophistication and, thus, the cost can be chosen depending on the sophistication of the problem setting. ii) Subsequent filtering by orthogonal criteria (such as IMS and MS) results in lower demands of the individual filters. Hence, two consecutive low cost analyzers can result in fine resolving capabilities. iii) The individual modular components can be relatively simple. In this way, they can use mass produced parts originally built for other applications (with superior cost efficiency). Since the main actors of the project are non-commercial public institutes, contrary to the multinational companies controlling the market of mass spectrometry equipment currently, we will contribute an instrument design, which reproducible and makes our device accessible as an enabling technology to research groups and end users with low budget. This concept of commons-based peer production - already successful e.g. in knowledge creation (wiki) - is expected to transform the economy by distributed production tools, such as 3D printers. Throughout the requested project period the performance of the developed prototype will be thoroughly tested regarding capability of determining the plant volatiles and agronomically relevant compounds, pharmaceutical products, as well as hydrocarbons from algae, which are an important future basis of biofuels.
全球现代化最近导致宣布第四次工业革命,导致所谓的工业4.0。在这种发展中,能源和资源的消耗被最小化,从而产生更少的废物,并最终降低生产成本。通过过程分析对产品进行必要的在线监测。虽然有许多概念可将这一方法应用于高技术制造过程,但对低技术部门却很少或根本没有给予注意,虽然这些工业不仅为许多国家的经济奠定基础,而且还供应国际上所需的材料(例如农业和食品加工),但由于个别产品的财务周转率低,因此特别难以对它们进行过程分析。到目前为止,大多数过程分析工具都是高度专业化的,并依赖于专业人员。对广泛适用的分析技术有着强烈的需求。目前最普遍适用的分析工具是质谱法(MS)。然而,MS仪器通常非常精密、笨重和昂贵。这项建议提出了一种灵活的办法,通过一个模块化的文书来弥补这一差距。原则上,单个未来设备可以包括的模块数量没有上限,在所申请的项目中,我们将示例性地设计和评估i)激光烧蚀单元,ii)环境电离单元,iii)离子迁移率分离器(IMS)和iv)质量分析器(MS)。模块化方法表现出几个优点:i)工具适合目的,即复杂程度,因此,可以根据问题设置的复杂程度选择成本。ii)随后通过正交标准(例如IMS和MS)进行过滤,导致对各个过滤器的要求较低。因此,两个连续的低成本分析仪可以产生精细的分辨能力。iii)单个模块化组件可以相对简单。通过这种方式,他们可以使用最初为其他应用而制造的大规模生产的部件(具有上级成本效率)。由于该项目的主要参与者是非商业性的公共机构,与目前控制质谱设备市场的跨国公司相反,我们将贡献一种仪器设计,该仪器设计具有可重复性,并使我们的设备作为一种使研究小组和最终用户能够以低预算获得的技术。这种基于共同点的同行生产概念--例如在知识创造(维基)方面已经取得成功--预计将通过分布式生产工具(如3D打印机)改变经济。在所要求的整个项目期间,将对所开发原型的性能进行彻底测试,以确定植物挥发物和农艺学相关化合物、药品以及藻类碳氢化合物的能力,藻类是未来生物燃料的重要基础。

项目成果

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