Spektrometria mas to jedno z najważniejszych narzędzi współczesnej nauki. Pozwala określić, jakie cząsteczki znajdują się w danej próbce – od białek w komórkach po ślady substancji chemicznych. Problem polega jednak na tym, iż większość obecnych urządzeń analizuje jony pojedynczo lub w bardzo małych grupach. To ogranicza zarówno szybkość, jak i dokładność pomiarów, szczególnie w złożonych próbkach biologicznych.
Czytaj też: Odebrali sygnał, a teraz debatują nad nową fizyką. To neutrino trudno dopasować do istniejących ram
Nowy prototyp, określany jako MultiQ-IT, wprowadza zupełnie inne podejście. Zamiast sekwencyjnego badania cząsteczek wykorzystuje on masową równoległość. Dzięki temu potrafi jednocześnie wychwytywać, chłodzić, filtrować i analizować ponad miliard jonów. Kluczową innowacją jest przeprojektowana pułapka jonowa, czyli element urządzenia odpowiedzialny za przechwytywanie naładowanych cząstek. Naukowcy zainspirowali się sposobem, w jaki komórki biologiczne transportują i organizują cząsteczki. Zamiast jednego wejścia i wyjścia zastosowano setki, a nawet tysiące mikroskopijnych kanałów, które pozwalają dzielić strumień jonów na wiele równoległych ścieżek.
Efekt jest spektakularny. W testach wersja urządzenia wyposażona w setki portów była w stanie przechowywać nawet do dziesięciu miliardów ładunków jednocześnie. To około tysiąc razy więcej niż tradycyjne spektrometry. Tak ogromny wzrost przepustowości przekłada się bezpośrednio na jakość danych. Nowa technologia znacząco poprawia tzw. zakres dynamiczny i stosunek sygnału do szumu, co oznacza, iż urządzenie może wykrywać nawet bardzo rzadkie cząsteczki, które wcześniej “ginęły” w tle.
Czytaj też: Fizycy odwrócą kwantowy przepływ czasu? Nowy sposób kontroli zapewnia rewolucyjne podejście
To szczególnie ważne w biologii i medycynie. Dzięki takiej czułości możliwe może być na przykład pełne zmapowanie wszystkich białek w pojedynczej komórce, śledzenie tysięcy reakcji chemicznych jednocześnie czy dokładniejsze badania chorób na poziomie molekularnym. Sami zainteresowani podkreślają, że jest to dopiero prototyp, lecz jego możliwości pokazują kierunek rozwoju całej dziedziny. Spektrometria mas, która przez dekady rozwijała się stopniowo, może teraz przejść podobną rewolucję, jaką wcześniej przeszły genomika czy technologie komputerowe dzięki przejściu z analizy sekwencyjnej na równoległą.
Źródło: Rockefeller University, Science
