Development of an ultra-sensitive, laser-based, carbon-14 spectrometer for molecular speciation of liquid-chromatography analytes and small, biological samples

在加速器和质谱仪(AMS)上使用基于激光的碳-14碳检测系统的可行性以及灵敏度。 虽然已经得到了验证，但这些仪器需要大小的电子样品，并且与其他系统缺乏兼容性。 生物实验室的常见技术--如液体色谱-质谱仪(LC-MS)。它们的能力很强。 快速检测和量化数量越来越少的材料，这些LC-MS系统因其更大的容量需求而备受重视。 分离单个的生物分子。因此，现在还规定了LC-MS联用技术，以确保其成功和更好的应用前景。 因此，我们将提出一种新的基于激光的、低碳的光谱仪的开发方案。 对于生物来说，使用饱和吸收腔和光谱分析技术(SCARS)。这种仪器将不会有类似的应用。 对AMS的灵敏度(~10-15和14C/C的检测极限)，以及处理从毫微克到微克大小的样品的能力。 并提高了通过薄层色谱系统分离的分析物的测量能力。将这一水平的碳-14%的灵敏度保持在最高水平。 它所提供的技术目前仅限于房间大小的AMS仪器，这些仪器的成本高达数十亿美元。 手术需要几个专业的博士级别的科学家来做手术。这样的疤痕手术仪器可能会小得多。 (桌面大小)，更便宜，更容易操作。它的易用性，加上它的极高的安全性和敏感度。 技术创新将使我们能够进行高通量、小样本量的实验，并将碳14的测量结果带入实验室。 这是一个现代化的生物化学实验室。这一仪器将进一步增强我们的LC/MS系统--为我们提供一种更好的手段。 在任何一个研究实验室中，我们都可以对复杂的生化系统进行定量分析。这项研究将对生物生物学产生重大影响。 从基础科学、实验到更多应用于人类学科的研究，都在药物研发中得到应用。

The feasibility of laser-­based, detection of carbon-­14 at Accelerator Mass Spectrometer (AMS) sensitivities  has been demonstrated, but these instruments require large samples sizes and lack compatibility with systems  common  to  biological  labs—such  as  liquid  chromatography-­mass  spectrometry  (LC-­MS).  With  their  ability  to  quickly  detect  and  quantify  ever  smaller  amounts  of  material,  LC-­MS  systems  are  valued  for  their  capacity  to  isolate individual biomolecules. As a result, LC-­MS coupling is now stipulated for the success and adoption  of  new  biological  instrumentation.  Consequently,  we  propose  to  develop  a  laser-­based,  carbon-­14  spectrometer  for biology using saturated-­absorption cavity ring-­down spectroscopy (SCARS). This instrument will have similar  sensitivity to AMS (~10-­15 14C/C limit-­of-­detection), the ability to handle nanogram to microgram sized samples,  and  the  capability  to  measure  analytes  separated  by  LC  systems.  This  level  of  carbon-­14  sensitivity  and  the  techniques  it  affords  are  currently  restricted  to  room-­sized  AMS  instruments  that  cost  millions  of  dollars  and  require  several  dedicated  Ph.D.  level  scientists  for  operation.  The  SCAR  instrument  would  be  much  smaller  (table-­top sized), cheaper, and easier to operate.  The accessibility coupled with the extreme sensitivity of this  technology will enable high-­throughput, small-­sample-­size experiments and bring carbon-­14 measurements into  the  modern  biological  laboratory.  This  instrument  will  enhance  LC/MS  systems—providing  a  means  to  quantitatively  analyze  complex  biochemical  systems  in  any  research  lab.  This  will  have  an  impact  on  biology  from basic science experiments to more applied human subject studies in drug development.