喷雾几何参量

大家好，本周为大家分享一篇发表在J. Am. Soc. Mass Spectrom上的文章，Surface Modified Nano-Electrospray Needles Improve Sensitivity for Native Mass Spectrometry [1] 。该文章的通讯作者是来自美国亚利桑那大学的Michael T. Marty教授。非变性质谱（NMS）和电荷检测质谱（CD-MS）已成为表征各种蛋白质和高分子复合物的多功能工具。两者通常使用硼硅酸盐针进行纳米电喷雾电离（nESI）。但由于蛋白质在中性pH值下通常带正电荷，可能会吸附在带负电荷的玻璃nESI针表面，从而降低灵敏度，影响数据分析。为了提高NMS和CD-MS的灵敏度，作者用惰性表面改性剂修饰了nsEI针的表面。通过将聚乙二醇（PEG）共价连接到硅烷醇表面，钝化了玻璃表面，以减少非特异性吸附。首先，为确定表面改性是否能提高质谱灵敏度，作者团队采用PEG涂层的玻璃nESI针检测了两种非特异性吸附玻璃的蛋白：牛血清白蛋白(BSA)和溶菌酶。结果发现，相比于对照组，BSA和溶菌酶的信号强度均提高了2倍左右（图1）。PEG 涂层显着提高了nESI针头对标准蛋白质的MS灵敏度。图1.(A) 未涂层对照针和 (B) PEG 涂层针的 BSA 原始质谱显示信号强度。(C) 溶菌酶和 (D) BSA的PEG涂层（浅蓝色）和对照（灰色）nESI针的信号强度。接下来，作者利用搭载PEG表面涂层nESI针的CD-MS检测完整腺病毒 (AAV) 衣壳。结果发现，与采用未改良针的对照组相比，在较低浓度下，PEG改良针所收集的离子总数高出8倍以上（图2）。相比于一般的CD-MS检测，采用改良针的CD-MS检测的样品浓度更低，采集时间缩短。图2. AAV2 衣壳的 CD-MS 分析。(A) 对照组； (B) PEG 涂层针。 (C) 从空AAV2衣壳的5分钟 CD-MS 采集中收集的单个离子总数。接下来，作者研究了nESI针尖端尺寸和几何形状变化对实验结果的影响。实验发现，虽然改良针在较低浓度下显著提高了信号强度，但其针间差异很大。作者团队假设信号强度的偏差是由人工修剪nESI针的尖端直径差异引起的。为了最大限度地减少nESI针尖端尺寸和几何形状的变化，作者开发了一个针头拉拔器程序，以重复生产具有2 μm吸头直径的nESI针头。结果发现，PEG修饰的2 μm针的可明显提高检测信号强度，并且每次运行差异较小。相比于人工修剪的针头，2 μm针信号提升幅度更大。0.1 μm nESI针与2μm针两者检测到的蛋白的信号强度相似（图3）。基于以上结果，作者推测2 μm针检测到的信号值更高的原因可能是2 μm针的锥度更短。较短的锥度可能会在针尖附近产生更高的涂层密度。而手动剪断的针头具有较长的锥度，在拉拔过程中在尖端附近损坏PEG涂层，因此检测到的信号值偏低。而0. 1μm和2μm针尖上的锥度都比较短，涂层在接近针尖表面时可能完好无损，因此两者检测到的信号强度相似。图3. 具有 2 μm（左）和 0.1 μm（右）尖端直径的PEG涂层（浅蓝色）和未涂层对照（灰色）nESI 针的 BSA 最丰富电荷状态的信号强度。通过以上实验，作者已证实了PEG 修饰nESI可提高NMS与CD-MS的灵敏度。接下来，作者对其作用机制进行深入研究。首先，作者测试了灵敏度的提高是否是由于减少了对玻璃的非特异性吸附引起的。作者采用两种化学性质不同的涂层：PEG与多氟分子PFDCS修饰针头，两者均可减少蛋白的非特异性吸附，理论上均可改善质谱灵敏度。但结果发现，仅有PEG涂层针头可改善信号强度。之后，作者采用两种针头检测了泛素信号值。泛素在中性条件下不与玻璃发生吸附作用，理论上两者信号值无统计学差异，但结果发现，相比于PFDCS 修饰针头，PEG修饰针头组检测到的信号值提高了3倍。由此得出结论，PEG涂层针头不是通过减少蛋白与玻璃之间的非特异性吸附来提高质谱信号值的机制。最后，作者研究了表面改性针的毛细管作用，发现无修饰的硼硅酸盐毛细管毛细管作用最强，PEG毛细管具有中等强度的毛细管作用，而PFDCS毛细管几乎没有毛细管作用（图4A）。然后，在没有流体泵送或施加压力的静态条件下研究了不同nESI针的流速（图4B）。结果发现，PEG修饰的nESI针流速最高，而PFDCS修饰和对照nESI针的流速没有统计学差异。作者假设灵敏度的提高可能是由nESI针的流速增加导致的。由于传统针头中较高的毛细力，液体会紧紧地附着在玻璃上，降低给定ESI电压下的液体流量。而PEG修饰降低了毛细阻力，可能会增加流向尖端的液体，从而增加信号。而PFDCS修饰针头虽然具有较低毛细作用，但其流速较小，原因可能是需要一定强度的毛细作用才能获得最佳的流动速度。作者未来的实验将进行深入探索这一假设。ESI针的毛细作用照片。 (B) PFDCS修饰 (深蓝色)、PEG修饰 (浅蓝色)和未修饰 (灰色) 针的流速。总而言之，作者证明了PEG修饰的nESI针增加了多种分析物的质谱信号强度和灵敏度，展示了一种可以在较低浓度下提高难分析物的灵敏度、相对快速且成本低廉的方法。作者推测表面改性通过提高nESI针尖端流速以发挥提高质谱检测灵敏度的作用，但该推测仍需进一步证明。[1]Kostelic MM, Hsieh CC, Sanders HM, Zak CK, Ryan JP, Baker ES, Aspinwall CA, Marty MT. Surface Modified Nano-Electrospray Needles Improve Sensitivity for Native Mass Spectrometry. J Am Soc Mass Spectrom. 2022 Jun 1 33(6):1031-1037. doi: 10.1021/jasms.2c00087. Epub 2022 May 19. PMID: 35588532.

小型喷雾干燥机的操作流程我们将在本文以霍尔斯（HOLVES）小型喷雾干燥仪H-Spray mini为例，介绍完整的喷雾干燥操作简易流程，用以帮助用户进一步了解设备以及快速上手并独立完成喷雾干燥试验。 第一步：设备上电实验开始之前，确认玻璃组件已经安装齐全，检查电源正确连接之后，按下电源控制按钮，指示灯亮，完成送电。 第二步：设置参数，运行系统上电之后，系统自动开启HS-Control操作界面，用户通过触摸屏设置“进风风量”和“进风温度”，然后点击OFF/ON按钮，系统开始运行，鼓风机送风，加热器使热风逐步升温至预设温度。 第三步：启动空压机，调节通气量在系统加热的过程中，插上空压机电源插头，启动空压机，通过玻璃转子流量计控制纯净压缩空气的流量至双流体喷嘴。霍尔斯（HOLVES）通过分析大量客户实验数据，建议保证供气量在600-800L/H（即10-15L/min），会达到较好的喷干效果。此过程还需要注意检查气路的完整性，排查漏气现象，尤其是玻璃组件的连接处。 第四步：温度平衡，纯溶剂试喷当进风温度达到理想喷雾设定温度时，可预设进料量开启蠕动泵。喷干前期先用纯水试喷，纯水的喷雾量可通过进料量预设值改变调节。进料速率是影响出风温度的重要因素，因为水溶液会通过蒸发而从干燥室中吸收热量。因此，可借助于蠕动泵的泵速、通过喷雾溶液的量来将出口温度调节到所需数值。出口温度可被认为是产品的热负荷上限，因此要确保产品不会因过高的出口温度而受到损害。 第五步：调试完毕，正式进料当所需操作条件已达到并稳定下来时，将进料管从纯水切换到已准备好的进料溶液，开始正式喷干。 第六步：物料喷完，一键关机在将溶液完全喷雾干燥之后，继续喷雾纯水一段时间，以清除沉积在软管和喷嘴上的产品。纯水结束后，点击“一键关机”，蠕动泵自动关闭，加热器停止加热，风机继续工作，过程中可手动关闭空压机。到达预设的关机温度（系统默认为60℃）后，设备将自动断电关机。 第七步：收集物料，清理仪器打开卡箍，取下产品收容器，收集并保存物料。将玻璃干燥室和旋风分离器等玻璃组件一一分离，逐个清洗并擦拭干净，以备下次使用。喷干工作结束，请拔掉仪器电源和空压机电源，注意用电安全。 这里有2点需要注意：1、 设备断电后，玻璃组件余温还是较高，务必小心碰触、取放。2、 H-Spray mini小型喷雾干燥仪玻璃套件较多，务必轻拿轻放。HS-Control 操作系统的简单介绍 霍尔斯（HOLVES）小型喷雾干燥仪H-Spray mini目前配套HS-Control V2.0操作系统，系统主控界面如下图所示。系统支持中英文切换，主控界面的左画面显示区，以动态图像形式展现 H-spray Mini 小型喷雾干燥仪的实时工作状态。其中各个参数的主要意义：（1）进风风量：指鼓风机工作风量。此参数会影响到干燥效果，建议设置在80%~100%；（2）进风温度：以摄氏度为单位，温度设定范围为 30-250℃。设定好温度数值，启动系统后，智能 PID 温度系统自动加热调节温度。由于实验物料、工艺参数等不同，此参数需要根据自身需求调节。（3）进料速率：指蠕动泵的转速，有两种的单位数值开放形式：百分比控制量和 ml/min。（4）通针频率：指自动通针系统运行的频率。可设范围 0-60秒；当设为 0 时默认取消排堵功能，大于 0 时启用通针排堵，此功能当系统运行后方才有效。系统同时还拥有多参数曲线显示、数据查看和导出、报警提示、用户管理以及一键关机等功能，为用户提升使用感及实验效率。以上是小型喷雾干燥机的操作讲解部分，下篇将带大家了解小型喷雾干燥机使用过程中会遇到的常见问题和解决办法！

喷雾干燥技术是近几年发展起来的一项干燥新方法，其特点为操作简便、干燥快速、颗粒均匀，从混合溶液倒干粉一步完成，大大缩短了在干燥过程所花费的时间。目前已经成为许多实验室的主要干燥手段，为了帮助广大用户了解喷雾干燥机的应用特点，和提高喷雾干燥机的操作水平，以利实验的顺利进行。我们汇总了诸多用户的技术问题，在本次技术讲座中同大家进行技术交流，欢迎对此项技术感兴趣和在使用中有疑虑的用户参加。 　　喷雾干燥机的适用领域：制药、食品、饮料、饲料、化工、材料、陶瓷、矿产、等领域的研发部门。 　　讲座提纲： 　　1、喷雾干燥机的工作原理 　　2、喷雾干燥机技术参数的设定和干燥工艺的优化 　　3、影响喷雾干燥结果的因素 　　4、如何控制干燥样品的颗粒度和含水量 　　5、含有机溶剂溶液和纯有机溶剂溶液在喷雾干燥时的干燥特点 　　6、喷雾干燥机的样品回收率和样品的干燥效率 　　讲座现场实机现场展示，使大家进一步增加对喷雾干燥技术的认识和了解，帮助用户尽快掌握此项技术，以便在自己的工作中得到应用并发挥作用。 　　技术讲座名称：实验室小型喷雾干燥机的应用和操作 　　主办单位：北京来亨科贸有限责任公司技术开发中心 　　主讲人：王世来 陈文俊 　　会议地址：北京市海淀区北三环西路66号 　　北京理工大学国际教育交流大厦3层第二会议室 　　会议时间：2009年10月26日下午13:30----16:30 　　会议组织负责人：吴海丽小姐 高浩先生 　　联系电话：010-63815585/63843373 　　E-mail:servermail@laiheng.com