Rapid method for the determination. of organic acids in wine by capillary electrophoresis with indirect UV detection

A capillary electrophoresis method for organic acids in wine was developed and validated. The optimal electrolyte consisted of 10 mmol/L 3,5-dinitrobenzoic acid (DNB) at pH 3.6 containing 0.2 mmol/L cetyltrimethylammonium bromide as flow reverser. DNB was chosen because it has an effective mobility similar to the organic acids under investigation, good buffering capacity at pH 3.6, and good chromophoric characteristics for indirect UV-absorbance detection at 254 nm. Sample preparation involved dilution and filtration. The method showed good performance characteristics: Linearity at 6 to 285 mg/L (r > 0.99); detection and quantification limits of 0.64 to 1.55 and 2.12 to 5.15 mg/L, respectively; separation time of less than 5.5 min. Coefficients of variation for ten injections were less than 5% and recoveries varied from 95% to 102%. Application to 23 samples of Brazilian wine confirmed good repeatability and demonstrated wide variation in the organic acid concentrations. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A sensitive microextraction by packed sorbent-based methodology combined with ultra-high pressure liquid chromatography as a powerful technique for analysis of biologically active flavonols in wines

A new approach based on microextraction by packed sorbent (MEPS) and reversed-phase high-throughput ultra high pressure liquid chromatography (UHPLC) method that uses a gradient elution and diode array detection to quantitate three biologically active flavonols in wines, myricetin, quercetin, and kaempferol, is described. In addition to performing routine experiments to establish the validity of the assay to internationally accepted criteria (selectivity, linearity, sensitivity, precision, accuracy), experiments are included to assess the effect of the important experimental parameters such as the type of sorbent material (C2, C8, C18, SIL, and C8/SCX), number of extraction cycles (extract-discard), elution volume, sample volume, and ethanol content, on the MEPS performance. The optimal conditions of MEPS extraction were obtained using C8 sorbent and small sample volumes (250 μL) in five extraction cycle and in a short time period (about 5 min for the entire sample preparation step). Under optimized conditions, excellent linearity View the MathML source(Rvalues2>0.9963), limits of detection of 0.006 μg mL−1 (quercetin) to 0.013 μg mL−1 (myricetin) and precision within 0.5–3.1% were observed for the target flavonols. The average recoveries of myricetin, quercetin and kaempferol for real samples were 83.0–97.7% with relative standard deviation (RSD, %) lower than 1.6%. The results obtained showed that the most abundant flavonol in the analyzed samples was myricetin (5.8 ± 3.7 μg mL−1). Quercetin (0.97 ± 0.41 μg mL−1) and kaempferol (0.66 ± 0.24 μg mL−1) were found in a lower concentration. The optimized MEPSC8 method was compared with a reverse-phase solid-phase extraction (SPE) procedure using as sorbent a macroporous copolymer made from a balanced ratio of two monomers, the lipophilic divinylbenzene and the hydrophilic N-vinylpyrrolidone (Oasis HLB) were used as reference. MEPSC8 approach offers an attractive alternative for analysis of flavonols in wines, providing a number of advantages including highest extraction efficiency (from 85.9 ± 0.9% to 92.1 ± 0.5%) in the shortest extraction time with low solvent consumption, fast sample throughput, more environmentally friendly and easy to perform.

Development of a novel microextraction by packed sorbent-based approach followed by ultrahigh pressure liquid chromatography as a powerful technique for quantification phenolic constituents of biological interest in wines

A novel analytical approach, based on a miniaturized extraction technique, the microextraction by packed sorbent (MEPS), followed by ultrahigh pressure liquid chromatography (UHPLC) separation combined with a photodiode array (PDA) detection, has been developed and validated for the quantitative determination of sixteen biologically active phenolic constituents of wine. In addition to performing routine experiments to establish the validity of the assay to internationally accepted criteria (linearity, sensitivity, selectivity, precision, accuracy), experiments are included to assess the effect of the important experimental parameters on the MEPS performance such as the type of sorbent material (C2, C8, C18, SIL, and M1), number of extraction cycles (extract-discard), elution volume, sample volume, and ethanol content, were studied. The optimal conditions of MEPS extraction were obtained using C8 sorbent and small sample volumes (250 μL) in five extraction cycle and in a short time period (about 5 min for the entire sample preparation step). The wine bioactive phenolics were eluted by 250 μL of the mixture containing 95% methanol and 5% water, and the separation was carried out on a HSS T3 analytical column (100 mm × 2.1 mm, 1.8 μm particle size) using a binary mobile phase composed of aqueous 0.1% formic acid (eluent A) and methanol (eluent B) in the gradient elution mode (10 min of total analysis). The method gave satisfactory results in terms of linearity with r2-values > 0.9986 within the established concentration range. The LOD varied from 85 ng mL−1 (ferulic acid) to 0.32 μg mL−1 ((+)-catechin), whereas the LOQ values from 0.028 μg mL−1 (ferulic acid) to 1.08 μg mL−1 ((+)-catechin). Typical recoveries ranged between 81.1 and 99.6% for red wines and between 77.1 and 99.3% for white wines, with relative standard deviations (RSD) no larger than 10%. The extraction yields of the MEPSC8/UHPLC–PDA methodology were found between 78.1 (syringic acid) and 99.6% (o-coumaric acid) for red wines and between 76.2 and 99.1% for white wines. The inter-day precision, expressed as the relative standard deviation (RSD%), varied between 0.2% (p-coumaric and o-coumaric acids) and 7.5% (gentisic acid) while the intra-day precision between 0.2% (o-coumaric and cinnamic acids) and 4.7% (gallic acid and (−)-epicatechin). On the basis of analytical validation, it is shown that the MEPSC8/UHPLC–PDA methodology proves to be an improved, reliable, and ultra-fast approach for wine bioactive phenolics analysis, because of its capability for determining simultaneously in a single chromatographic run several bioactive metabolites with high sensitivity, selectivity and resolving power within only 10 min. Preliminary studies have been carried out on 34 real whole wine samples, in order to assess the performance of the described procedure. The new approach offers decreased sample preparation and analysis time, and moreover is cheaper, more environmentally friendly and easier to perform as compared to traditional methodologies.

Method development for the simultaneous determination of carboxylic acids, phenolic compounds, and sorbic acid in white wines

A reversed phase liquid chromatographic method was developed for the simultaneous determination of carboxylic acids and phenolics in white wines. The samples, diluted, were injected onto a Spherisorb ODS-2 column with a gradient of sulfuric acid (pH 2.5)/methanol as mobile phase. A diode array detector was used which was set at 210nm for carboxylic acids and altered to 278nm, during the run, far phenolics and sorbic acid. The identification of compounds was based on retention time, co-chromatography and UV spectrum. Some clean-up methods (sep-pak C-18 and an ion exchange column) mere tested and did not improve the results.The analysis was simple, with no sample preparation. Application of this method was illustrated by analyses of Brazilian Welchriesling wines.

Validation of an immunoassay method for the determination of traces of carbaryl in vegetable and fruit extracts by liquid chromatography with photodiode array and mass spectrometric detection

A competitive enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) method for carbaryl quantitation in crop extracts was validated by liquid chromatography (LC) with diode array detection (DAD). For this purpose, six crops (banana, carrot, green bean, orange, peach and potato) were chosen for recovery and reproducibility studies. The general sample preparation included extraction with methanol followed by liquid-liquid partitioning and clean-up on Celite-charcoal adsorbent column of the vegetable extracts. ELISA samples consisted of a diluted LC extract in assay phosphate buffer (pH 7.5). The potential effect of methanol in these samples was evaluated. It was observed that a maximum content of 10% methanol present in the assay buffer could be tolerated without expressive losses in the ELISA performance. Under these conditions, a IC50 similar to 1.48 mu g l(-1) was obtained. A minimum matrix effect with a 1:50 dilution of the methanolic extracts in assay buffer was noticed, except for green bean samples that inhibited completely the assay. For the vegetable extracts, the ELISA sensitivities varied from 3.9 to 5.7 mu g l(-1), and good recoveries (82-96%) with R.S.D.s ranging from 5.7 to 12.1% were found. An excellent correlation between the LC-DAD and ELISA techniques was obtained. The confirmation of the carbaryl in less concentrated samples was achieved by LC-mass spectrometry interfaced with atmospheric pressure chemical ionisation. The [M + H](+)= 202 and [M + H-57](+)=145 ions, equivalent to the protonated molecular and l-naphthol ions, respectively, were used to carbaryl identification in these samples. (C) 1998 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

An HPLC-PAD method to analyse flavonoid glycosides and styrylpyrones from Cryptocarya species (Lauraceae)

An HPLC-PAD method has been developed in order to evaluate simultaneously the main secondary metabolites, flavonoid glycosides and styrylpyrones, of leaves of Cryptocarya moschata. The sample preparation, consisting of extraction, liquid-liquid extraction and centrifugation, requires minimum sample manipulation but produces high yields with reproducibility, selectivity and simplicity. HPLC on a C, column presents each class of metabolites grouped and with good resolution of the main compounds. The experimental conditions can be used to study inter- and intra-specific variability of secondary metabolites in Cryptocarya spp. Copyright (c) 2005 John Wiley A Sons, Ltd.

Electrospray Ionization Mass Spectrometry Fingerprinting of Extracts of the Leaves of Arrabidaea chica

Arrabidaea chica (crajiru) is an important Amazonian plant. Its extracts are used as red pigments, antimicrobial agents and astringents. Three different varieties of this species are cultivated in the Amazon region. In this work, direct infusions of A. chica extracts from these three varieties were analyzed via electrospray ionization mass spectrometry (ESI(+)-MS) fingerprinting. Derived data from the spectra were classified by using a multivariate method (PLS-DA, partial least squares-discriminant analysis). The direct method that is herein presented relies on extraction of dry, powdered leaves with acidified methanol/water solution with no further sample preparation. The resulting supernatants were analyzed by direct infusion ESI(+)-MS, which provides characteristic fingerprints of the sample composition. 3-Deoxyanthocyanidins are important substances in A. chica, their ions were used as markers in the PLS-DA data treatment. PLS-DA was able to differentiate the three varieties. ESI(+)-MS fingerprinting works as a simple and fast method to differentiate varieties of A. chica.

Entwicklung massenspektrometrischer Isotopenverdünnungstechniken für die zuverlässige Bestimmung von Elementspuren und Schwefelspezies in Erdölprodukten

Einer der Hauptschwerpunkte der Arbeit lag in der Entwicklung einer spezies-spezifischen und einer spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA von Schwefelspezies in Petroprodukten. Es wurden hierzu Indikatoren, ausgehend von elementarem 34S-angereichertem Schwefel, im Mikromaßstab synthetisiert. Für die spezies-spezifische GC-ICP-Q-MSIVA wurde die erstmalige Synthese von 34S-markiertem Thiophen, Dibenzothiophen und 4-Methyldibenzothiophen verwirklicht. Als Indikatorsynthese für die spezies-unspezifische GC-ICP-Q-MSIVA erfolgte die erstmalige Darstellung von 34S-angereichertem Dimethyldisulid. Mit Hilfe der synthetisierten Verbindungen wurden spezies-spezifische und spezies-unspezifische massenspektrometrische Isotopenverdünnungsanalysen von Schwefelspezies in Petroprodukten durchgeführt. Vor allen GC-ICP-Q-MSIVA-Analysen erfolgte eine umfangreiche Speziesidentifizierung durch Aufstockexperimente mit kommerziell erhältlichen Standards und mit einem mit der GC gekoppelten Elektronenstoß (EI)-MS. Beide ICP-Q-MS Methoden zeichnen sich durch sehr niedrige Nachweisgrenzen (7 ng S/g) aus, welche auch eine Anwendbarkeit auf tiefentschwefelte Kraftstoffe garantieren. Mit der spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA ist neben einer Speziesanalyse auch eine Gesamtschwefelanalyse durch Aufsummierung aller in der Probe vorhandenen Spezies möglich. Es wurde im Rahmen dieser Arbeit auch der Einfluss möglicher Empfindlichkeitsänderungen des ICP-Q-MS durch koeluierende Kohlenwasserstoffe überprüft, wobei diese erwartungsgemäß auf das Ergebnis der spezies-spezifischen und spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA keinerlei Einfluss haben. Der zweite Hauptschwerpunkt der Arbeit lag auf der Ausarbeitung routinefähiger, schneller und zuverlässiger Methoden zur Gesamtelementspurenanalytik von Schwefel und Schwermetallen in Erdölen und Petroprodukten. Für die Gesamtschwefelanalyse wurde eine MSIVA nach thermaler Verdampfung mit 34S-markierten Dibenzothiophen als Indikator entwickelt. Die neu entwickelte Methode erlaubt eine sehr schnelle Bestimmung des Gesamtschwefelgehalts, wobei die eigentliche Messung des Isotopenverhältnisses innerhalb von Sekunden nach der Injektion der Probe erfolgt. Weiterhin zeichnet sich die Methode durch Robustheit und eine niedrige Nachweisgrenze (40 ng S/g) aus. Für die Analyse von Schwermetallen wurden erstmals Möglichkeiten einer direkten MSIVA von Erdölproben ohne zeitraubenden, kontaminationsträchtigen Aufschluss bzw. die schwierige Erzeugung einer Mikroemulsion zwischen hydrophober Probe und wässrigem Indikator entwickelt. Um eine homogene Verteilung des Indikators in der hydrophoben Probe zu ermöglichen, musste ausgehend von den zur Verfügung stehenden wässrigen Indikatorlösungen, eine Überführung des Indikators in ein organisches Lösungsmittel erfolgen. Hierzu wurde der jeweilige Metallindikator unter Komplexierung aus wässrigen Metallindikatorlösungen extrahiert. Für die Analyse der mit diesen Indikatorlösungen in organischer Phase versetzten Proben wurden zwei alternative Methoden ausgearbeitet. Bei der mit der Laserablation (LA) kombinierten ICP-SF-MSIVA wird die isotopenverdünnte Probe aus einer eigens für diesen Zweck entwickelten Probenhalterung ablatiert und so dem ICP-SF-MS zugeführt wird. Bei zeitlich sich verändernden Intensitäten der gemessenen Isotope werden aber reproduzierbare und konstante Isotopenverhältnisse erhalten. Im Falle einer homogenen Verteilung der Metallspuren wurde eine hervorragende Übereinstimmung mit Vergleichsmethoden und einem Referenzmaterial festgestellt. Im Falle einer heterogenen partikulären Verteilung der Metallspuren, wie sie z.B. bei Eisenspuren in den Erdölen vorlag, ist die Anwendbarkeit der LA-ICP-SF-MSIVA aufgrund des kleinen Probenvolumens (20 µL) jedoch begrenzt. Als Alternative zur LA-ICP-SF-MSIVA wurde ein System unter Verwendung der Fließinjektion für die Zuführung der isotopenverdünnten Probe zum ICP-SF-MS ausgearbeitet. Die isotopenverdünnte Probe wird hierbei in einen Eluentenstrom von Toluol injiziert und mit Hilfe einer Total-Consumption-Zerstäuber/Sprühkammer-Einheit vollständig bei einer Flussrate von 10 µL/min in das Plasma eingebracht. Neben einer nochmaligen Verkürzung der Analysenzeit und Vereinfachung der Probenvorbereitung bietet diese Methode zusätzlich stark verbesserte Nachweisgrenzen (z.B. Ni 0,9 ng/g). Leider sind mit diesem Verfahren bis jetzt nur Ni und Mo zuverlässig bestimmbar. Das in dieser Arbeit ausgearbeitete Methodenpaket erlaubt erstmals eine breite Einführung der ICP-MSIVA als zuverlässige Methode in die Routineanalytik der Petroindustrie. Durch die bewiesene Zuverlässigkeit, den geringen Zeitaufwand und die Robustheit der Methoden steht ihrem routinemäßigen Einsatz, außer einer weitergehenderen Automatisierung einzelner Verfahrensteile, prinzipiell nichts entgegen.

Rapid and simple LC-MS/MS-Screening of 64 novel psychoactive substances using dried blood spots

The range of novel psychoactive substances (NPS) including phenethylamines, cathinones, piperazines, tryptamines, etc. is continuously growing. Therefore, fast and reliable screening methods for these compounds are essential and needed. The use of dried blood spots (DBS) for a fast straightforward approach helps to simplify and shorten sample preparation significantly. DBS were produced from 10 µl of whole blood and extracted offline with 500 µl methanol followed by evaporation and reconstitution in mobile phase. Reversed-phase chromatographic separation and mass spectrometric detection (RP-LC-MS/MS) was achieved within a run time of 10 min. The screening method was validated by evaluating the following parameters: limit of detection (LOD), matrix effect, selectivity and specificity, extraction efficiency, and short-term and long-term stability. Furthermore, the method was applied to authentic samples and results were compared with those obtained with a validated whole blood method used for Routine analysis of NPS. LOD was between 1 and 10 ng/ml. No interference from Matrix compounds was observed. The method was proven to be specific and selective for the analytes, although with limitations for 3-FMC/flephedrone and MDDMA/MDEA. Mean extraction efficiency was 84.6 %. All substances were stable in DBS for at least a week when cooled. Cooling was essential for the stability of cathinones. Prepared samples were stable for at least 3 days. Comparison to the validated whole blood method yielded similar results. DBS were shown to be useful in developing a rapid screening method for NPS with simplified sample preparation. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd

Physical properties and neutron texture measuerments of deep-sea carbonates of DSDP Holes 62-463 and 62-465A

In weakly indurated, nannofossil-rich, deep-sea carbonates compressional wave velocity is up to twice as fast parallel to bedding than normal to it. It has been suggested that this anisotropy is due to alignment of calcite c-axes perpendicular to the shields of coccoliths and shield deposition parallel to bedding. This hypothesis was tested by measuring the preferred orientation (fabric) of calcite c-axes in acoustic anisotropic, calcareous DSDP sediment samples by X-ray goniometry, and it was found that the maximum c-axis concentrations are by far too low to explain the anisotropies. The X-ray method is subject to a number of uncertainties due to preparatory and technical shortcomings in weakly indurated rocks. The most serious weaknesses are: sample preparation, volume of measured sample (fraction of a mm3), beam defocusing and background intensity corrections, combination of incomplete pole figures, and necessity of recalculation of the c-axis orientations from other crystallographic directions. Goniometry using thermal neutrons overcomes most of these difficulties, but it is time consuming. We test the interferences made about velocity anisotropy by X-ray studies about the concentration of c-axes in deep-sea carbonates by employing neutron texture goniometry to eight DSDP samples comprising mostly nannofossil material. Fabric and sonic velocity were determined directly on the core specimens, thus from the same rock volume and requiring no preparation. The c-axis orientation is obtained directly from the [0006] calcite diffraction peak without corrections. The fabrics are clearly defined, but weak (1.1 to 1.86 times uniform) with the maximum about normal to bedding. They have crudely orthorhombic symmetry, but are not axisymmetric around the bedding normal. The observed c-axis intensities, although higher than determined by the X-ray method on other samples, are by far too low to explain the observed acoustic anisotropies.

On-line breath analysis of volatile organic compounds as a method for colorectal cancer detection

Background: Analysis of exhaled volatile organic compounds (VOCs) in breath is an emerging approach for cancer diagnosis, but little is known about its potential use as a biomarker for colorectal cancer (CRC). We investigated whether a combination of VOCs could distinct CRC patients from healthy volunteers. Methods: In a pilot study, we prospectively analyzed breath exhalations of 38 CRC patient and 43 healthy controls all scheduled for colonoscopy, older than 50 in the average-risk category. The samples were ionized and analyzed using a Secondary ElectroSpray Ionization (SESI) coupled with a Time-of-Flight Mass Spectrometer (SESI-MS). After a minimum of 2 hours fasting, volunteers deeply exhaled into the system. Each test requires three soft exhalations and takes less than ten minutes. No breath condensate or collection are required and VOCs masses are detected in real time, also allowing for a spirometric profile to be analyzed along with the VOCs. A new sampling system precludes ambient air from entering the system, so background contamination is reduced by an overall factor of ten. Potential confounding variables from the patient or the environment that could interfere with results were analyzed. Results: 255 VOCs, with masses ranging from 30 to 431 Dalton have been identified in the exhaled breath. Using a classification technique based on the ROC curve for each VOC, a set of 9 biomarkers discriminating the presence of CRC from healthy volunteers was obtained, showing an average recognition rate of 81.94%, a sensitivity of 87.04% and specificity of 76.85%. Conclusions: A combination of cualitative and cuantitative analysis of VOCs in the exhaled breath could be a powerful diagnostic tool for average-risk CRC population. These results should be taken with precaution, as many endogenous or exogenous contaminants could interfere as confounding variables. On-line analysis with SESI-MS is less time-consuming and doesn’t need sample preparation. We are recruiting in a new pilot study including breath cleaning procedures and spirometric analysis incorporated into the postprocessing algorithms, to better control for confounding variables.

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Screen-printed electrode-based electrochemical detector coupled with in-situ ionic-liquid-assisted dispersive liquid–liquid microextraction for determination of 2,4,6-trinitrotoluene

A novel method is reported, whereby screen-printed electrodes (SPELs) are combined with dispersive liquid–liquid microextraction. In-situ ionic liquid (IL) formation was used as an extractant phase in the microextraction technique and proved to be a simple, fast and inexpensive analytical method. This approach uses miniaturized systems both in sample preparation and in the detection stage, helping to develop environmentally friendly analytical methods and portable devices to enable rapid and onsite measurement. The microextraction method is based on a simple metathesis reaction, in which a water-immiscible IL (1-hexyl-3-methylimidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide, [Hmim][NTf2]) is formed from a water-miscible IL (1-hexyl-3-methylimidazolium chloride, [Hmim][Cl]) and an ion-exchange reagent (lithium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide, LiNTf2) in sample solutions. The explosive 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) was used as a model analyte to develop the method. The electrochemical behavior of TNT in [Hmim][NTf2] has been studied in SPELs. The extraction method was first optimized by use of a two-step multivariate optimization strategy, using Plackett–Burman and central composite designs. The method was then evaluated under optimum conditions and a good level of linearity was obtained, with a correlation coefficient of 0.9990. Limits of detection and quantification were 7 μg L−1 and 9 μg L−1, respectively. The repeatability of the proposed method was evaluated at two different spiking levels (20 and 50 μg L−1), and coefficients of variation of 7 % and 5 % (n = 5) were obtained. Tap water and industrial wastewater were selected as real-world water samples to assess the applicability of the method.

A solvent-free matrix application method for matrix-assisted laser desorption/ionization imaging of small molecules

Matrix application continues to be a critical step in sample preparation for matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry imaging (MSI). Imaging of small molecules such as drugs and metabolites is particularly problematic because the commonly used washing steps to remove salts are usually omitted as they may also remove the analyte, and analyte spreading is more likely with conventional wet matrix application methods. We have developed a method which uses the application of matrix as a dry, finely divided powder, here referred to as dry matrix application, for the imaging of drug compounds. This appears to offer a complementary method to wet matrix application for the MALDI-MSI of small molecules, with the alternative matrix application techniques producing different ion profiles, and allows the visualization of compounds not observed using wet matrix application methods. We demonstrate its value in imaging clozapine from rat kidney and 4-bromophenyl-1,4-diazabicyclo(3.2.2)nonane-4-carboxylic acid from rat brain. In addition, exposure of the dry matrix coated sample to a saturated moist atmosphere appears to enhance the visualization of a different set of molecules.

The development of direct ultra-fast PCR for forensic genotyping using short channel microfluidic systems with enhanced sieving matrices

There are situations in which it is very important to quickly and positively identify an individual. Examples include suspects detained in the neighborhood of a bombing or terrorist incident, individuals detained attempting to enter or leave the country, and victims of mass disasters. Systems utilized for these purposes must be fast, portable, and easy to maintain. The goal of this project was to develop an ultra fast, direct PCR method for forensic genotyping of oral swabs. The procedure developed eliminates the need for cellular digestion and extraction of the sample by performing those steps in the PCR tube itself. Then, special high-speed polymerases are added which are capable of amplifying a newly developed 7 loci multiplex in under 16 minutes. Following the amplification, a postage stamp sized microfluidic device equipped with specially designed entangled polymer separation matrix, yields a complete genotype in 80 seconds. The entire process is rapid and reliable, reducing the time from sample to genotype from 1-2 days to under 20 minutes. Operation requires minimal equipment and can be easily performed with a small high-speed thermal-cycler, reagents, and a microfluidic device with a laptop. The system was optimized and validated using a number of test parameters and a small test population. The overall precision was better than 0.17 bp and provided a power of discrimination greater than 1 in 106. The small footprint, and ease of use will permit this system to be an effective tool to quickly screen and identify individuals detained at ports of entry, police stations and remote locations. The system is robust, portable and demonstrates to the forensic community a simple solution to the problem of rapid determination of genetic identity.