用于代谢组学样品成分检测的方法与流程

1.本技术涉及分析检测领域，具体地，涉及用于代谢组学样品成分检测的方法。


背景技术：

2.代谢组学(metabonomics/metabolomics)是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。代谢组学的研究方法，通常有两种方法：一种方法称作代谢物指纹分析，采用液相色谱-质谱联用(lc-ms)的方法，比较不同血样中各自的代谢产物以确定其中所有的代谢产物；另一种方法是代谢轮廓分析(metabolomic profiling)，研究人员假定了一条特定的代谢途径，并对此进行更深入的研究。对于代谢产物来说，不仅只有质谱峰这个特征。更进一步说，质谱(ms)并不能检测出所有的代谢产物，并不是因为质谱的灵敏度不够，而是由于质谱只能检测离子化的物质，但有些代谢产物在质谱仪中不能被离子化。采用核磁共振(nmr)的方法，可以弥补质谱的不足。剑桥大学的jules griffin博士，使用质谱与核磁共振结合的方法，试图建立机体中的完整代谢途径图谱。但griffin用核磁共振仅能检测高丰度的代谢产物，由于核磁共振检测的灵敏度不高，无法分析低丰度代谢产物。
3.因此，目前的用于代谢组学样品成分检测的方法还需进一步改进。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于代谢组学样品成分检测的方法，能够对复杂样本中多种低丰度未知样品的非靶向定性及定量分析，仪器系统简单，重复再现性好、灵敏度高。
5.在本发明的一个方面，提出了一种用于代谢组学样品成分检测的方法，包括：步骤一：对第一待测样品进行分离提纯，以获得单一组分的第二待测样品；步骤二：将所述第二待测样品置于金刚石芯片上，外加磁场进行极化处理，以获得自旋方向一致的第三待测样品；步骤三以所述金刚石芯片中的nv色心作为探头对所述第三待测样品进行核磁共振扫描，以获得所述第三待测样品的结构信息；步骤四对核磁共振扫描后的所述第三待测样品进行质谱定量分析。由此，能够对复杂样本中多种低丰度未知样品的非靶向定性及定量分析，仪器系统简单，重复再现性好、灵敏度高。
6.根据本发明的实施例，所述分离提纯的方法选自高效液相色谱、高效气相色谱和毛细电泳喷雾中的至少一种。由此，可获得单一组分的第二待测样品。
7.根据本发明的一些实施例，步骤二中，所述第二待测样品与所述金刚石芯片的表面直接接触。
8.根据本发明的一些实施例，在所述金刚石芯片上蚀刻微流控通道，将所述第二待测样品置于所述微流控通道内。
9.根据本发明的一些实施例，步骤二中，在金刚石芯片表面设置薄膜，将所述第二待测样品铺在所述薄膜的远离所述金刚石芯片的表面。
10.根据本发明的一些实施例，在所述薄膜上蚀刻微流控通道，将所述第二待测样品置于所述微流控通道内。
11.根据本发明的一些实施例，所述薄膜为无机薄膜或有机薄膜。
12.根据本发明的一些实施例，所述薄膜为pdsm膜或云母片中的至少一种。
13.根据本发明的一些实施例，所述金刚石芯片的nv色心的探测深度为1～3微米。
附图说明
14.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
15.图1显示了本发明一个实施例的检测方法的流程示意图；
16.图2显示了本发明一个实施例的测试方法示意图；
17.图3显示了本发明另一个实施例的测试方法示意图；
18.图4显示了本发明另一个实施例的测试方法示意图。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
20.在本发明的一个方面，提出了一种用于代谢组学样品成分检测的方法，包括：步骤一：对第一待测样品进行分离提纯，以获得单一组分的第二待测样品；步骤二：将第二待测样品置于金刚石芯片上，外加磁场进行极化处理，以获得自旋方向一致的第三待测样品；步骤三：以金刚石芯片中的nv色心探头对第三待测样品进行核磁共振扫描，以获得第三待测样品的结构信息；步骤四：对核磁共振扫描后的第三待测样品进行质谱定量分析。由此，能够对复杂样本中多种低丰度未知样品的非靶向定性及定量分析，仪器系统简单，重复再现性好、灵敏度高。
21.下面，对本发明能够实现上述有益效果的原理进行简单说明：
22.如前所述，现有技术检测成分不全面，无法检测低丰度的小分子。本技术提出的代谢组学成分检测方法，首先，样品分离提纯萃取处理过程中，采用高效液相色谱、高效气相色谱和毛细电泳喷雾的有效结合，获得单一组分的待测样品，相较于通过一种方式进行分离提纯，分离后的待测样品分离度更到、成分单一，此时待测样品内的分子自旋时，极轴的方向是混乱的；将单组分的待测样品置于金刚石芯片上，外加磁场进行极化处理，使单组分的待测样品自旋时，极轴方向趋于一致，由此，可以使核磁共振信号强度得到几个数量级的提升，提高灵敏度；核磁共振扫描时，如果采用传统的核磁共振扫描方式进行扫描，由于低丰度样品信号强度极弱，传统的核磁共振无法探测到低丰度样品的信号，本技术中用nv色心探头进行扫描，由于nv色心本身的灵敏度很高，能够探测到样品极弱的nmr信号，进而能够探测出丰度极低(飞克量级每摩尔)的未知小分子，除此之外，核磁共振扫描时采用探头
的方式进行扫描，能够近距离(微米到几十纳米级别)扫描待测样品，在一定层程度上扩大了应用范围。
23.下面，根据本发明的实施例，对该方法的各个步骤进行详细的说明，参考图1，该方法可以包括：
24.s100：分离提纯
25.此步骤中，对第一待测样品进行分离提纯，以获得单一组分的第二待测样品。根据本发明的一些实施例，分离方式不受特别限制，例如，参考图2-图4，可以仅通过高效液相色谱、高效气相色谱和毛细电泳喷雾中的一种方式进行分离提纯，只要能获得单一组分的第二待测样品即可，优选地，通过高效液相色谱与高效气相色谱的结合、高效液相色谱与毛细电泳喷雾的结合、高效气相色谱与毛细电泳喷雾的结合进行分离提纯，以获得单一组分的第二待测样品；更优选地，还可以通过高效气相色谱、高效液相色谱和毛细电泳喷雾三者的结合进行分离提纯，以获得单一组分的第二待测样品。
26.s200：极化处理
27.在此步骤中，将第二待测样品置于金刚石芯片上，外加磁场进行极化处理，以获得自旋方向一致的第三待测样品。根据本发明的一些实施例，第二待测样品在金刚石芯片上的放置方式不受特别限制，例如，可以直接将第二待测样品置于金刚石芯片的表面，此时第二待测样品与金刚石芯片的表面直接接触。根据本发明的一些实施例，为了使样品固定在金刚石芯片的表面，提高样品的稳定性，减小空气对第二待测样品的影响，同时检测多个第二待测样品，可以在金刚石芯片的表面刻蚀微流控通道，由此，可以在每一个微流控通道内放置一个第二待测样品，实现多个第二待测样品的同时检测，避免不同微流控通道内的样品发生信号的串扰，提高检测效率。根据本发明的另一些实施例，可以在金刚石芯片的表面设置薄膜，将第二待测样品铺在薄膜远离金刚石芯片的表面上，由此，薄膜可对第二待测样品起到固定作用，提高第二待测样品的稳定性，减小空气对第二待测样品的影响。根据本发明的另一些实施例，还可以在薄膜上蚀刻微流控通道，将第二待测样品置于微流控通道内，由此，可以在每一个微流控通道内放置一个第二待测样品，实现多个第二待测样品的同时检测，避免不同微流控通道内的样品发生信号的串扰，提高检测效率。根据本发明的一些实施例，薄膜的种类不受特别限制，例如，可以为无机薄膜或有机薄膜，具体地，可以包括但不限于pdsm膜或云母片中的至少一种。根据本发明的另一些实施例，微流控通道的大小和数量不受特别限制，当薄膜或金刚石芯片上具有多个微流控通道时，多个微流控通道的大小、宽度和深度可以相同，也可以不同，本领域技术人员可根据金刚石芯片的大小、第二待测样品的性能进行选择。
28.根据本发明的一些实施例，样品置于金刚石芯片上后，外加磁场进行极化处理，以获得自旋方向一致的第三待测样品。根据本发明的一些实施例，外加磁场的方式不受特别限制，本领域技术人员可以在现有技术中进行选择，例如，可以通过线圈提供一个可调控的磁场，磁场大小不受特别限制，本领域技术人员可以根据信号强度的大小进行自由选择。通过对第二待测样品进行极化处理，使核磁共振信号强度得到几个数量级的提升，将检测的灵敏度提高10000倍。
29.s300：核磁共振扫描
30.在此步骤中，以金刚石芯片中的nv色心作为探头对第三待测样品进行核磁共振扫
描，以获得第三待测样品的结构信息。由此，能够对复杂样本中多种低丰度未知样品的非靶向定性及定量分析，样品的极化预处理和nmr探头都是通过同一个金刚石芯片实现，仪器系统简单，重复再现性好、灵敏度高。根据本发明的一些实施例，金刚石芯片的nv色心的探测深度为1～3微米。由此，提高金刚石nv色心的灵敏度。
31.在此步骤中，对核磁共振扫描后的第三待测样品进行质谱定量分析。由此，将质谱分析位于整个检测方法的最后一步，有效防止质谱过程中损坏分子结构，导致其他步骤的数据不准确或者是其他步骤无法开展。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
37.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种用于代谢组学样品成分检测的方法，其特征在于，包括：步骤一：对第一待测样品进行分离提纯，以获得单一组分的第二待测样品；步骤二：将所述第二待测样品置于金刚石芯片上，外加磁场进行极化处理，以获得自旋方向一致的第三待测样品；步骤三：以所述金刚石芯片中的nv色心探头对所述第三待测样品进行核磁共振扫描，以获得所述第三待测样品的结构信息；步骤四：对核磁共振扫描后的所述第三待测样品进行质谱定量分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，所述分离提纯的方法选自高效液相色谱、高效气相色谱和毛细电泳喷雾中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，所述第二待测样品与所述金刚石芯片的表面直接接触。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述金刚石芯片上蚀刻微流控通道，将所述第二待测样品置于所述微流控通道内。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，在金刚石芯片表面设置薄膜，将所述第二待测样品铺在所述薄膜的远离所述金刚石芯片的表面。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述薄膜上蚀刻微流控通道，将所述第二待测样品置于所述微流控通道内。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述薄膜为无机薄膜或有机薄膜。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述薄膜为pdsm膜或云母片中的至少一种。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚石芯片的nv色心的探测深度为1～3微米。

技术总结
本发明提出了一种用于代谢组学样品成分检测的方法，包括：步骤一：对第一待测样品进行分离提纯，以获得单一组分的第二待测样品；步骤二：将所述第二待测样品置于金刚石芯片上，外加磁场进行极化处理，以获得自旋方向一致的第三待测样品；步骤三：以所述金刚石芯片中的NV色心作为探头对所述第三待测样品进行核磁共振扫描，以获得所述第三待测样品的结构信息；步骤四：对核磁共振扫描后的所述第三待测样品进行质谱定量分析。由此，能够对复杂样本中多种低丰度未知样品的非靶向定性及定量分析，仪器系统简单，重复再现性好、灵敏度高。灵敏度高。灵敏度高。


技术研发人员：万传奇 贺羽 许克标
受保护的技术使用者：国仪量子(合肥)技术有限公司
技术研发日：2022.02.09
技术公布日：2022/5/25