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

点击翻译按钮获取中文摘要

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.