Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
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This paper discusses the feasibility of a novel strategy based on the combination of bioprinting nano-doping technology and laser ablation-inductively coupled plasma time-of-flight mass spectrometry analysis for the preparation and characterization of gelatin- based multi-element calibration standards suitable for quantitative imaging. To achieve this, lanthanide up-conversion nanoparticles were added to a gelatin matrix to produce the bioprinted calibration standards. The features of this bioprinting approach were com- pared with manual cryosectioning standard preparation, in terms of throughput, between batch repeatability and elemental signal homogeneity at 5 μm spatial resolution. By using bioprinting, the between batch variability for three independent standards of the same concentration of 89 Y (range 0–600 mg/kg) was reduced to 5% compared to up to 27% for cryosectioning. On this basis, the relative standard deviation ( RSD ) obtained between three independent calibration slopes measured within 1 day also reduced from 16% (using cryosectioning ) to 5% (using bioprinting), supporting the use of a single standard preparation replicate for each of the concentrations to achieve good calibration performance using bioprinting. This helped reduce the analysis time by approximately 3-fold. With cryosectioning each standard was prepared and sectioned individually, whereas using bio-printing it was possible to have up to six different standards printed simultaneously, reducing the preparation time from approximately 2 h to under 20 min (by approxi- mately 6-fold). The bio-printed calibration standards were found stable for a period of 2 months when stored at ambient temperature and in the dark.
In der klinischen Diagnostik werden für zytometrische Messverfahren bereits eine Reihe von Reagenzien eingesetzt zur Markierung von Antikörper eingesetzt, um die Detektion von Biomarkern mittels Fluoreszenz- oder Flugzeitmassenspektrometrie zu ermöglichen.
Seit kurzem ist auch eine Imaging Mass Cytometry Kombination direkt erhältlich, wodurch der Nachweis von Biomarkern in Gewebeschnitten erreicht werden kann. Dazu wird eine Kopplung von Laser Ablation und induktiv gekoppeltem Plasma Massenspektrometrie eingesetzt, wobei ähnlich der Massenzytometrie, zuvor Antikörper mit Metallen markiert, und im Anschluss mit dem Gewebeschnitt inkubiert werden. Durch die hohe Ortsauflösung können die Biomarker lokalisiert, und zukünftig vielleicht auch quantifiziert werden.
Insbesondere Lanthanide eignen sich als Markierungsmetalle, da sie einen niedrigen Untergrund und chemisch ähnliches Verhalten zueinander aufweisen. Allein durch diese Elemente können bereits etwa 15 Parameter unterschieden werden, was durch isotopenreine Standards weiter gesteigert werden kann.
Vom Markierungsgrad abhängig werden unterschiedlich viele Metalle am Antikörper gebunden, und beeinflussen so die Sichtbarkeit im ICP-MS. Nanopartikel könnten daher eine deutliche Steigerung der Sensitivität bewirken. GdVO4 Nanokristalle scheinen bisher sehr vielversprechend und bieten neben multiparametrischen Anwendungen auch Multimodalität.
Die Synthese der Nanokristalle zeigte hohe Homogenität und Reproduzierbarkeit in Partikelgröße in der Zusammensetzung. Ein erstes Experiment mit einer Zellkultur konnte bereits die effiziente Markierung der Zellen unter Beweis stellen, wobei durch hohe Signalstärke auch subzelluläre Auflösung in der LA-ICP-MS erreicht werden konnte.