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

开发超灵敏激光碳 14 光谱仪，用于液相色谱分析物和小型生物样品的分子形态分析

• 批准号: 9762145
• 负责人: Alan Daniel McCartt
• 金额: $ 74.22万
• 依托单位: UNIVERSITY OF CALIF-LAWRNC LVRMR NAT LAB
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2018-08-15 至 2022-05-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9762145
• 关键词: Adoption; Animal Model; Animals; Basic Science; Biochemical; Biological; Biological Testing; Biology; C14 isotope; Carbon; Carbon Radioisotopes; Communities; Complex; Coupled; Coupling; Detection; Development; Doctor of Philosophy; Dose; Fostering; Funding; Generations; Goals; Human; Individual; Industry; Label; Laboratories; Lasers; Liquid Chromatography; Measurement; Measures; Methods; Modernization; Molecular; Nutrient; Pharmaceutical Preparations; Pharmacologic Substance; Phase; Research; Sample Size; Sampling; Scientist; Specimen; Spectrum Analysis; Study Subject; System; Techniques; Technology; Therapeutic; Time; Toxin; United States National Institutes of Health; Work; absorption; accelerator mass spectrometry; analytical tool; base; biological systems; cost; drug development; experimental study; human subject; improved; instrument; instrumentation; liquid chromatography mass spectrometry; mass spectrometer; operation; success; tool

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.

加速器质谱仪（AMS）灵敏度下基于激光的碳同位素探测的可行性 但是这些仪器需要大的样本量并且缺乏与系统的兼容性 常见于生物实验室，如液相色谱-质谱联用（LC-MS）。 快速检测和定量更少量的物质，LC-CNOMS系统的价值在于其能力， 分离单个生物分子。因此，现在规定LC-MS耦合是成功和采用 因此，我们建议开发一种基于激光的碳同位素14光谱仪， 利用饱和吸收腔衰荡光谱（SCARS）进行生物学研究。该仪器将具有类似的 对AMS的灵敏度（~10 - 14 C/C检测限），处理纳克至微克大小样品的能力， 和测量由LC系统分离的分析物的能力。这种水平的碳-1414灵敏度和 它提供的技术目前仅限于耗资数百万美元的房间大小的AMS仪器， 需要几个专门的博士水平的科学家进行操作。SCAR仪器将小得多 （桌面大小），更便宜，更容易操作。可访问性加上这种极端的敏感性 技术将使高通量、小样本量的实验成为可能， 现代生物实验室。该仪器将增强LC/MS系统-提供一种手段， 在任何研究实验室定量分析复杂的生化系统。这将对生物学产生影响 从基础科学实验到药物开发中更实用的人体研究。