The principles of acoustic ejection mass spectrometry: an interview with Chang Liu / I principi della spettrometria di massa ad espulsione acustica: un'intervista a Chang Liu

 The principles of acoustic ejection mass spectrometry: an interview with Chang Liu / I principi della spettrometria di massa ad espulsione acustica: un'intervista a Chang Liu

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

What is acoustic ejection mass spectrometry (AEMS) and how does it work?

There are two critical parts in the AEMS technology. The first part is the Acoustic Droplet Ejection (ADE) module, which uses the focused acoustic energy to non-contact eject sample droplets out of the standard microplates. Another part of the AEMS system is the Open-Port Interface (OPI), which is positioned above the microplate. The continuous liquid flow in OPI captures the acoustically dispensed sample droplets and delivers it to the standard ESI-MS for the high-throughput readout.

The integration of ADE with OPI is a like a perfect marriage. We bring the fast, precisely controlled, low-volume sampling to the direct liquid transferring sampling interface without cross-contamination to achieve this label-free, universal ESI-MS based detector with high ionization efficiency and robustness.

What are the advantages of AEMS?

Obviously, the first benefit is the speed. AEMS provides more than an order of magnitude faster sample readout speed than the conventional ‘gold standard’ LC–MS technology, allowing scientists to achieve results faster and enabling them to move more assays from the non-MS platform to the AEMS system. 

AEMS is not only a faster alternative of LC–MS, it also addresses many bottlenecks in the high throughput analysis workflow. Since the sample process is contact-free, and due to the continuous self-wash nature of the open-port interface (OPI), the carry-over problem between samples has been eliminated. In addition, AEMS technology is fully compatible with the high-density well format, including the direct ejection from the 1536-well plate.

Another important benefit of AEMS is the greatly simplified sample preparation and method development. Due to the great matrix tolerance provided by the in-line matrix dilution for more than 1000x, the ionization suppression could be significantly reduced or even completely eliminated for a complex biological matrix. Thus, the labor-intensive sample preparation could be greatly simplified, further accelerating the total assay turn-around.

SCIEX have introduced the Echo® MS System – what challenges does this new platform mitigate?

There has been always the dilemma of choosing the analytical platform for the high-throughput analysis with a trade-off between speed and data quality. The LC–MS system could provide the high-quality results, but the slow analytical throughput cannot afford the analysis over a big sample set (from 100k to several million-size compound library). The fluorescence-based detection could provide a high read-out speed, but the label-coupled endpoint may confound the results. AEMS is a revolutionary technology that provides the high quantity quantitation performance at a very fast readout speed.

Because of these advantages, lots of the ‘impossible’ becomes viable now and scientists are re-thinking what the analytical workflow could look like with this new tool. The results turnaround is immediate now. The kinetics measurement does not require parallel samples or quenching operations, since it could be measured in situ. The blank ejections and even internal standards are not necessary anymore. We think we just scratched the surface of the benefits of this technology and we believe it could revolutionize the field of high-throughput analysis.

What are the key features of the Echo® MS System?

The Echo® MS System could provide up to 50x faster analytical throughput than the conventional LC–MS based workflow, while maintaining the great data quality for quantitation. The system has high robustness and is carryover free, thus blank ejection could be avoided. The system has great matrix tolerance, allowing direct analysis from the complex biological matrix without any sample clean-up, which significantly reduces the efforts required for the sample preparation and method development. In addition, this Echo MS system is compatible with high-density microplates, including the 1536 format. What are your predictions for the next 5–10 years in this field? What do you hope to see?

In the next 5–10 years, we predict this chromatography-free high-throughput analytical platform could be used widely in various industries. We hope this revolutionary technology could induce transformative change to the conventional workflow, thus diagnosing disease more accurately, developing therapeutic medicines better and faster as well as helping to provide heathier food and a better environment.

ITALIANO

Che cos'è la spettrometria di massa ad eiezione acustica (AEMS) e come funziona?

Ci sono due parti critiche nella tecnologia AEMS. La prima parte è il modulo Acoustic Droplet Ejection (ADE), che utilizza l'energia acustica focalizzata per espellere senza contatto goccioline di campione dalle micropiastre standard. Un'altra parte del sistema AEMS è la Open-Port Interface (OPI), che è posizionata sopra la micropiastra. Il flusso di liquido continuo in OPI cattura le goccioline di campione erogate acusticamente e le consegna allo standard ESI-MS per la lettura ad alta produttività.

L'integrazione di ADE con OPI è come un matrimonio perfetto. Portiamo il campionamento rapido, controllato con precisione, a basso volume all'interfaccia di campionamento a trasferimento diretto di liquidi senza contaminazione incrociata per ottenere questo rilevatore ESI-MS universale senza etichetta con elevata efficienza di ionizzazione e robustezza.

Quali sono i vantaggi di AEMS?

Ovviamente, il primo vantaggio è la velocità. AEMS fornisce una velocità di lettura del campione più di un ordine di grandezza più veloce rispetto alla tecnologia LC-MS "gold standard" convenzionale, consentendo agli scienziati di ottenere risultati più rapidamente e consentendo loro di spostare più analisi dalla piattaforma non MS al sistema AEMS.

AEMS non è solo un'alternativa più veloce di LC-MS, ma affronta anche molti colli di bottiglia nel flusso di lavoro dell'analisi ad alto rendimento. Poiché il processo di campionamento è senza contatto e grazie alla natura autolavaggio continua dell'interfaccia a porta aperta (OPI), il problema del trasferimento tra i campioni è stato eliminato. Inoltre, la tecnologia AEMS è completamente compatibile con il formato del pozzo ad alta densità, inclusa l'espulsione diretta dalla piastra da 1536 pozzetti.

Un altro importante vantaggio di AEMS è la preparazione del campione e lo sviluppo del metodo notevolmente semplificati. A causa della grande tolleranza alla matrice fornita dalla diluizione della matrice in linea per più di 1000 volte, la soppressione della ionizzazione potrebbe essere significativamente ridotta o addirittura completamente eliminata per una matrice biologica complessa. Pertanto, la preparazione del campione ad alta intensità di lavoro potrebbe essere notevolmente semplificata, accelerando ulteriormente il turn-around totale del test.

SCIEX ha introdotto il sistema Echo® MS: quali sfide mitiga questa nuova piattaforma?

C'è sempre stato il dilemma di scegliere la piattaforma analitica per l'analisi ad alto rendimento con un compromesso tra velocità e qualità dei dati. Il sistema LC-MS potrebbe fornire risultati di alta qualità, ma il lento throughput analitico non può permettere l'analisi su un grande set di campioni (da 100k a diverse librerie di composti di diverse milioni di dimensioni). Il rilevamento basato sulla fluorescenza potrebbe fornire un'elevata velocità di lettura, ma l'obiettivo accoppiato con l'etichetta potrebbe confondere i risultati. AEMS è una tecnologia rivoluzionaria che fornisce prestazioni di quantificazione di quantità elevate a una velocità di lettura molto elevata.

Grazie a questi vantaggi, molte delle cose "impossibili" diventano ora praticabili e gli scienziati stanno ripensando a come potrebbe essere il flusso di lavoro analitico con questo nuovo strumento. La svolta dei risultati è immediata ora. La misura della cinetica non richiede campioni paralleli o operazioni di tempra, poiché potrebbe essere misurata in situ. Le espulsioni in bianco e persino gli standard interni non sono più necessari. Pensiamo di aver appena scalfito la superficie dei vantaggi di questa tecnologia e riteniamo che potrebbe rivoluzionare il campo dell'analisi ad alto rendimento.

Quali sono le caratteristiche principali del sistema Echo® MS?

Il sistema Echo® MS potrebbe fornire un throughput analitico fino a 50 volte più veloce rispetto al flusso di lavoro basato su LC-MS convenzionale, pur mantenendo l'ottima qualità dei dati per la quantificazione. Il sistema ha un'elevata robustezza ed è privo di carryover, quindi è possibile evitare l'espulsione del grezzo. Il sistema ha una grande tolleranza alla matrice, consentendo l'analisi diretta dalla complessa matrice biologica senza alcuna pulizia del campione, il che riduce significativamente gli sforzi richiesti per la preparazione del campione e lo sviluppo del metodo. Inoltre, questo sistema Echo MS è compatibile con micropiastre ad alta densità, incluso il formato 1536. Quali sono le tue previsioni per i prossimi 5-10 anni in questo campo? Cosa speri di vedere?

Nei prossimi 5-10 anni, prevediamo che questa piattaforma analitica ad alta produttività senza cromatografia potrebbe essere ampiamente utilizzata in vari settori. Ci auguriamo che questa tecnologia rivoluzionaria possa indurre un cambiamento trasformativo al flusso di lavoro convenzionale, diagnosticando così la malattia in modo più accurato, sviluppando farmaci terapeutici migliori e più velocemente e contribuendo a fornire cibo più sano e un ambiente migliore.

Da:

https://www.bioanalysis-zone.com/the-principles-of-acoustic-ejection-mass-spectrometry-an-interview-with-chang-liu_spotl_lcms_discovery_sciex/