將等效的微型Tornado添加到電噴霧離子化（ESI）電離源和質譜儀（MS）之間的界面，使研究人員能夠提高廣泛使用的ESI-MS分析技術的靈敏度和檢測能力。蛋白質組學、代謝組學和脂質組學等領域都將從這項新技術中受益，這項新技術還能夠為生物醫(yī)學和健康應用提供服務，其范圍包括從生物標志物檢測和診斷到藥物研發(fā)和分子醫(yī)學。

該圖表示了DRILL設備如何用精心設計的渦流將離子傳輸?shù)劫|譜儀時的工作原理

被稱為干離子定位和運動（DRILL）的新設備能夠產(chǎn)生渦流，這種渦流可根據(jù)其尺寸分離電噴霧液滴。這種應用中，DRILL的許多潛在用途之一就是將較小的液滴引入質譜儀，而較大的液滴仍然含有溶劑，直到溶劑蒸發(fā)為止再進入質譜儀。去除溶劑可分析當前技術可能丟失的附加離子，并減少抑制質譜儀選擇性的化學“噪聲”。

佐治亞理工大學生物科學學院助理教授馬修？托雷斯（Matthew Torres）表示：“用質譜技術檢測少量生物分子的主要挑戰(zhàn)是看不到樣品中的所有東西。設備DRILL為我們提供了一種解決這個問題的新方法，這種方法可以增加進入質譜儀的離子數(shù)量，使我們可以更有效地檢測這些離子。雖然現(xiàn)在更多的離子進入質譜儀，但有些離子質譜儀不一定可以處理。”

在北卡羅來納州立大學的支持下，佐治亞理工學院的研究人員開發(fā)了一種新技術，這種新技術是將DRILL添加到現(xiàn)有的電噴霧質譜儀中，無需修改。

喬治亞理工學院Woodruff機械工程學院教授Andrei Fedorov解釋說：“這種新技術的原理是讓液滴旋轉并使用慣性將其分離出來。 我們希望液滴旋轉足夠長的時間以除去溶劑。事實上，較小的液滴停留在渦流中心，在那里它們可以首先被去除并用于分析，而較大的液滴停留在渦流的邊緣，直到它們被干燥為止。

DRILL的關鍵思想是基于Fedorov發(fā)明的“限制/聚焦渦流流量傳輸結構，質譜系統(tǒng)和傳輸粒子，液滴和離子的方法”（美國專利號7，595，487）。在過去三年中，DRILL設備已經(jīng)在美國國立衛(wèi)生研究院國家綜合醫(yī)學研究所的支持下開發(fā)，最新版本于6月14日在美國化學學會雜志“分析化學”上發(fā)表。

在電噴霧電離（ESI）中，電位被施加到毛細管內部的溶液中，在噴霧毛細管尖端產(chǎn)生強電場。這導致含有待分析分子的帶電液滴的氣溶膠的排出。噴射的液滴然后分解成更小的液滴，產(chǎn)生羽流，其空間上膨脹超過質譜儀的入口進氣容量，導致樣品損失。 DRILL設備提供了一個有效的接口，用于從電離源（如ESI）收集和傳輸帶電分析物到檢測設備（如質譜儀），從而顯著提高檢測能力。

目前使用現(xiàn)有ESI-MS技術的分析方法，大分子生物聚合物（蛋白質，肽和DNA）已經(jīng)減少了80%至90%，這些技術對生命科學界的重要性日益增長。托雷斯說，捕獲所有生物聚合物可能會導致新的發(fā)現(xiàn)，他們的實驗室研究了蛋白質翻譯后的變化。通過允許分析生物大分子，DRILL可以促進自上而下的蛋白質組學研究，其中包括研究完整的蛋白質分子，而不需要在MS分析之前將其分解成較小的片段。

托雷斯說：“這可能使我們看到單一蛋白質分子上存在的組合修飾，對我們來說，了解蛋白質之間如何相互溝通非常重要，而DRILL可能會讓我們更有效地從這些類型的樣品中去除溶劑。”

佐治亞理工大學的研究人員在其實驗室中在液相色譜與ESI-MS界面之間使用了DRILL。 Fedorov指出，多個電極和入口/出口端口能夠精確控制鉆孔內部的流動產(chǎn)生和引導電場，因此該設備可以配置為各種用途。在一定程度上，DRILL增加了一種操縱帶電液滴軌跡的新方法，當流體動力的拖曳力和電場力組合時，可提供豐富的操作模式。

在檢測血管緊張素I（一種肽激素）時，DRILL可以將信噪比提高10倍，并能夠將血管緊張素II的檢測靈敏度提高十倍至皮摩爾水平。包括檢測生物組織提取物中九種肽中的八種時，DRILL都顯示出良好的信號強度  -高達700倍。

DRILL可能潛在地允許研究整個細胞內容物，同時分析數(shù)千種不同的分子類型。這可能使研究人員看到這些分子隨著時間推移如何變化，以檢測化學途徑中的問題，并確定為什么藥物對某些人起效，而對另一些人不起效。

托雷斯補充說：“對于生物學家和那些對蛋白質生物化學和細胞生物學有興趣的人來說，這可能是一個巨大的進步，因為它提高了分析技術的靈敏度，克服了研究生物大分子的主要障礙。我們期待能夠看到以前看不到的東西。”

佐治亞理工大學研究人員與北卡羅來納州立大學化學系教授David Muddiman合作開發(fā)了DRILL并用最先進的質譜實驗對其分析表征。北卡羅來納州立大學研究人員的獨特貢獻是使用一種稱為“實驗設計”的強大統(tǒng)計方法指導DRILL設備的多參數(shù)優(yōu)化，從而確定最佳操作的最佳點。

Fedorov和Torres希望擴大在格魯吉亞理工學院實驗室之外的DRILL設備的使用范圍，并進一步改進其設計。近期計劃改進之一是加入內部加熱以加速溶劑的去除。 Fedorov說：“我們將會看到許多其他改進措施使DRILL能夠進一步增強ESI-MS過程。隨著更多實驗室開始使用該設備，我們計劃不斷改進DRILL。”