利用二氯甲烷诱导质子化反应质谱进行泌尿系统疾病相关的尿液特异性VOCs筛查技术技术方案

本发明专利技术所涉及的利用二氯甲烷诱导质子化反应质谱进行泌尿系统疾病相关的尿液特异性VOCs筛查技术，是一种新的液相VOCs检测手段，可直接从人体尿液中快速筛选出与泌尿系统疾病相关的特异性VOCs。首先调节二氯甲烷进样系统，保证电离器内压力稳定在200Pa；再用一次性微量进样器提取50微升病变尿液并快速注入热导管中，随后载气将气化VOCs带入电离器，在二氯甲烷质子化和真空紫外光作用下，随即被质子化电离；离子经迁移腔进入V型质谱被检测。最后将检测结果与尿液中16种VOCs正常值对比分析，从而确定泌尿系统疾病患者尿液中VOCs的浓度范围。本发明专利技术在降低膀胱癌和前列腺癌致死率方面具有重要意义。

Urine specific VOCs screening techniques related to urinary system diseases using dichloromethane induced mass spectrometry

The invention relates to the use of methylene chloride induced protonation of mass spectrometry for urinary system diseases related to urine specific VOCs screening technology is a new detection method of liquid phase VOCs, can be directly from human urine screening of specific VOCs associated with urinary system diseases. First adjust the dichloromethane sampling system, ensure the stable pressure in the ionizer in 200Pa; then a one-time microsyringe extracting 50 microliters of urine and lesion rapid injection of heat pipe, then the carrier gas gasification VOCs into the ionizer, protonation in dichloromethane and vacuum ultraviolet were used, then is protonated ions into V type ionization; mass spectrometry the migration of cavity detection. Finally, the detection results were compared with the 16 normal VOCs values in urine to determine the concentration range of VOCs in urine of patients with urinary system disease. The present invention is of great significance in reducing the mortality rate of bladder cancer and prostate cancer.

【技术实现步骤摘要】
利用二氯甲烷诱导质子化反应质谱进行泌尿系统疾病相关的尿液特异性VOCs筛查技术
本专利技术涉及一套利用二氯甲烷诱导质子化反应质谱进行泌尿系统疾病相关的尿液特异性VOCs筛查技术，具体是采用微量进样的方式，利用高灵敏的二氯甲烷诱导质子化反应质谱仪检测泌尿系统疾病患者尿液中VOCs种类和浓度变化，从而筛选出与泌尿系统疾病相关的特异性VOCs标记物，它是一种高效快速非侵入式的筛查方法。
技术介绍
前列腺癌和膀胱癌等泌尿系统疾病是严重威胁人类生命和社会发展的重大疾病之一。近年来，随着我国大气环境和水环境污染情况恶化，与泌尿系统相关的癌症发病率和致死率一直呈增高趋势，癌症负担日益增加。因此，运用科学的方法对泌尿系统疾病进行早期诊断和预防控制已成为我国乃至全球最重要的公共卫生问题之一。在人体泌尿器官发生病变的情况下，与其直接相关的尿液组分、气味和颜色也都会随之发生异常，因此通过对病变机体尿液进行分析研究，寻找与早期泌尿器官疾病相关的生物标记物可以帮助我们更好地了解疾病产生和发展的过程，从而辅助临床诊段。尿液除了具有取样快捷简单、数量可观、安全无创性、特异性强等特点，最重要的是尿液气味中包含了279种如烃类、醛类、酮类、酯类以及含硫或氮的痕量挥发性有机污染物(VOCs)。因此从患有泌尿系统疾病的病人尿液中寻找与其相关的特异性VOCs标记物目前已经成为生物医学在癌症临床诊断方面的重点手段之一。最早证明能从人体尿液VOCs中筛查与膀胱癌和前列腺癌相关的特异性标记物的是Willis等人，他们通过训练狗的嗅觉来辨别膀胱癌患者和健康人尿液中的气味性组分的变化，并以此将膀胱癌患者于健康人区别开，准确率为41％，证明该手段可以用于膀胱癌的临床诊断。Weber等人通过气体传感器阵列检测技术(电子鼻)结合模式识别算法发现膀胱癌病人和健康人尿液中的VOCs浓度和种类存在明显差异，且对膀胱癌的诊断准确性和特异性可以达到70％，然而这种分析检测技术除了数据处理复杂耗时长外，机体内的其它疾病会对膀胱癌的诊断造成干扰。Khalid等研发了一款气相色谱—氧化金属半导体传感器检测系统，并结合统计分析模型，通过对患者尿液VOCs的检测分析，对膀胱癌患者的确诊率高达96％，然而同样存在耗时较长和再现性差等问题，此外因缺乏质谱分析系统，这些气体传感起无法对这些与膀胱癌相关的VOCs标记物进行定性识别和定量检测。Cauchi等采用顶空固相微萃取与气相色谱质谱(GC-MS)联用技术发现膀胱癌患者尿液VOCs中的4-庚酮较健康人有明显下降。尽管该方法有较高的灵敏度、分辨率和再现性，然而该技术属离线分析且耗时较长。因此为了缩短尿液VOCs检测分析时间，一种选择离子流动管质谱(SIFT-MS))也逐渐运用于寻找尿液中与癌症相关的特异性VOCs标记物检测。SIFT-MS就是一种可以对痕量VOCs进行在线检测和实时定量分析的质谱，它是采用氦气作为载气，将样品带入流动管中与并与前驱体离子(H3O+,NO+和O2+)进行反应，产物离子随后通过质谱进行定量分析。Spanel等人使用顶空气体SIFT-MS检测技术，在患有膀胱癌和前列腺癌的病人尿液中检测到的甲醛浓度明显高于健康人，然而环境中大量水蒸气的存在对SIFT-MS电离检测过程影响较大，加大了质谱分析的难度。此外，其它一些新的主要在线检测技术包括如二次电喷电离高分辨质谱仪(SEI-HR-MS)，单光子电离飞行时间质谱仪(SPI-TOF-MS)，离子迁移质谱(IMS)、质子转移反应四级杆质谱(PTR-QMS)和飞行时间质谱(PTR-TOF-MS)以及国内李海洋课题组研发的高压光电离飞行时间质谱仪(HPPI-TOF-MS)等，这些仪器仅在与疾病相关的人体呼出气中VOCs检测方面有大量使用，并未运用于尿液VOCs标记物的检测。尽管如此这些检测技术还是无法对人体代谢排放的VOCs进行全面检测，如SPI-TOF-MS技术就无法对呼吸VOCs中的高极性酸和醇类物质进行检测。二氯甲烷诱导的真空紫外光电离技术是近年来在质谱检测方面十分有应用前景的有一种软电离技术，然而目前国内外也都未见使用二氯甲烷诱导的质子化反应真空紫外光电离气相质谱(CH2Cl2-inducedVUV-PIMS)技术通过检测尿液中特异性VOCs的方式来筛查早期的泌尿系统癌症患者。
技术实现思路
为了从人体尿液VOCs中快速高效的筛选出与泌尿系统癌症相关的标记物，本专利技术采用以二氯甲烷诱导质子化反应真空紫外光电离质谱仪为主体的筛查系统，并基于泌尿系统特征VOCs标记气体对照表(表.1)提出了一种早期泌尿系统癌症筛查方法，该方法通过检测人体尿液中特异性VOCs的浓度来对患病风险进行评估，可投入到泌尿系统癌症早期和愈后监测，该方法具有灵敏度高，结果准确，响应快，操作简便，用户体验好等优点。本专利技术专利采用的技术方案是：1、先通过调节二氯甲烷进样系统的流量计和真空阀，让二氯甲烷质子化剂以恒定的流速进入电离器中；2、用微量进样器提取50微升的待测者尿液，并快速注入铜制的热导管中气化；3.气化形成的VOCs以高纯氮为载气进入电离器中；4、气进入电离器中的VOCs在二氯甲烷诱导的质子化作用下，被真空紫外光电离；5、电离生成的离子通过离子迁移腔进入V行反射式质谱进行检测。6、通过质谱定量得到的VOCs浓度与正常人尿液中的VOCs标记气体的正常值进行比对分析，从而确定泌尿系统疾病(膀胱癌和前列腺癌)患者尿液中VOCs的种类及其浓度范围，从而为泌尿系统疾病进行风险评估和早期筛查提供科学的参考依据。所述健康人尿液VOCs气体对照表，综合了PawelMochalskiandKarlUnterkofler在2016年所做健康人尿液VOCs的相关研究而制成,由此衍生出与泌尿系统疾病相关的尿液VOCs标记物的筛查方法。本专利技术的有益效果是，可以对病人尿液的进行直接进样，弥补了已有的检测技术在泌尿系统疾病患者尿液VOCs标记物的筛查及其在临床检测应用上的不足，如检测分析耗时长、再现性差、受湿度限制无法直接对尿液进行检测和离子碎片较多等缺陷，实现了对尿液VOCs的快速灵敏检测。表1健康人尿液VOCs标记气体对照表附图说明图1为本专利技术结构的外观图，分别为1、质谱检测系统；2、尿液进样系统；3、二氯甲烷进样系统。图2为本专利技术的剖面构造图，主要部件有：4、光源腔；5、电离室；6、离子迁移腔；7、V型反射质谱检测室；8、微量注射器；9、进样密封针垫；10、铜制热导流管；11、二氯甲烷进样管；12、二氯甲烷进样器；13和14、质量流量计；15、载气高纯氮。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：特异性VOCs的筛查系统的主体部分由质谱检测系统(1)，尿液进样系统(2)和二氯甲烷进样系统(3)三部分组成。具体实施方式是：一、调节二氯甲烷进样系统的流量计和真空阀，让二氯甲烷质子化剂以恒定流速进入电离器。二、用微量进样器提取50微升的待测者尿液，并快速注入铜制的热导管中气化；三、气化形成的VOCs以高纯氮为载气进入电离器中；四、气进入电离器中的VOCs在二氯甲烷诱导的质子化作用下，被真空紫外光电离；五、电离生成的离子通过离子迁移腔进入V行反射式质谱进行检测。六、检测结果与表1所示的健康人尿液VOCs的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用二氯甲烷诱导质子化反应质谱进行泌尿系统疾病相关的尿液特异性VOCs筛查技术是通过质谱检测系统(1)，尿液进样系统(2)和二氯甲烷进样系统(3)三部分实现；其特征在于：先通过调节二氯甲烷进样系统的流量计和真空阀，让二氯甲烷质子化剂以恒定的流速进入电离器中；用微量进样器提取50微升的待测者尿液，并快速注入铜制的热导管中气化；气化形成的VOCs以高纯氮为载气进入电离器中；进入电离器中的VOCs在二氯甲烷诱导的质子化作用下，被真空紫外光电离；电离形成的离子通过离子迁移腔进入V行反射式质谱被检测，通过质谱定量得到的VOCs浓度与正常人尿液中的16种VOCs标记气体的正常值进行比对分析，从而确定泌尿系统疾病(膀胱癌和前列腺癌)患者尿液中VOCs的种类及其浓度范围。

【技术特征摘要】
1.利用二氯甲烷诱导质子化反应质谱进行泌尿系统疾病相关的尿液特异性VOCs筛查技术是通过质谱检测系统(1)，尿液进样系统(2)和二氯甲烷进样系统(3)三部分实现；其特征在于：先通过调节二氯甲烷进样系统的流量计和真空阀，让二氯甲烷质子化剂以恒定的流速进入电离器中；用微量进样器提取50微升的待测者尿液，并快速注入铜制的热导管中气化；气化形成的VOCs以高纯氮为载气进入电离器中；进入电离器中的VOCs在二氯甲烷诱导的质子化作用下，被真空紫外光电离；电离形成的离子通过离子迁移腔进入V行反射式质谱被检测，通过质谱定量得到的VOCs浓度与正常人尿液中的16种VOCs标记气体的正常值进行比对分析，从而确定泌尿系统疾病(膀胱癌和前列腺癌)患者尿液中VOCs的种类及其浓度范围。2.根据权利要求1所述的利用二氯甲烷诱导质子化反应质谱进行泌尿系统疾病相关的尿液特异性VOCs筛查技术，其特征在于：尿液进样系统中尿液不经过处理，直接用微量进样器注射进样。3.根据权利要求1所述的二氯甲烷诱导质子化反应质谱进行泌尿系统疾病相关的尿液特异性VOCs筛查技术，其特征在于：尿液被快速注入到铜制热导管中蒸发气化，并以高纯氮作为载气进入电离器。4.根据权利要求1所述的利用二氯甲烷诱导质子化反应质谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：束继年，张鹏，杨波，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11