Phổ khối là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Phổ khối là kỹ thuật phân tích dựa trên đo tỷ số khối lượng trên điện tích của các ion để xác định khối lượng và cấu trúc phân tử. Phương pháp này sử dụng quá trình ion hóa, phân tách và phát hiện ion, áp dụng rộng rãi trong hóa học, sinh học và y học.

Định nghĩa và nguyên lý cơ bản của phổ khối

Phổ khối (Mass Spectrometry – MS) là một kỹ thuật phân tích hiện đại cho phép xác định chính xác khối lượng phân tử, thành phần nguyên tố, và cấu trúc hóa học của một hợp chất. Phương pháp này dựa trên nguyên lý đo tỷ số khối lượng trên điện tích (m/zm/z) của các ion được tạo ra từ mẫu phân tích. Các ion này được tạo bởi quá trình ion hóa, sau đó được dẫn qua một bộ phân tích khối và được phát hiện bằng đầu dò.

Phổ khối đóng vai trò quan trọng trong phân tích hóa sinh, dược phẩm, môi trường và công nghệ vật liệu. Trong lĩnh vực sinh học phân tử, phổ khối được sử dụng để xác định cấu trúc protein, peptide, và xác nhận trình tự acid nucleic. Trong công nghiệp dược, nó cho phép phát hiện các tạp chất ở mức vết và đánh giá độ tinh khiết của dược chất.

Kết quả đầu ra là một phổ khối, hiển thị cường độ tín hiệu tương ứng với các giá trị m/zm/z. Phân tích các đỉnh phổ cho phép xác định các ion phân tử chính, ion phân mảnh, đồng vị và các đặc tính cấu trúc của phân tử gốc.

Các thành phần chính của hệ thống phổ khối

Một thiết bị phổ khối tiêu chuẩn gồm ba thành phần chức năng cơ bản là: nguồn ion hóa, bộ phân tích khối và hệ thống phát hiện. Các bộ phận này hoạt động liên tục trong chuỗi quá trình tạo, phân tích và phát hiện ion từ mẫu đầu vào.

Chi tiết các thành phần chính như sau:

Thành phần Chức năng Ví dụ
Nguồn ion hóa Chuyển hóa phân tử thành ion EI, ESI, MALDI
Bộ phân tích khối Phân tách ion theo m/zm/z Quadrupole, TOF, Orbitrap
Đầu dò (detector) Phát hiện và ghi nhận tín hiệu ion Electron multiplier, Faraday cup

Ngoài ra, hệ thống MS hiện đại thường được tích hợp với thiết bị tách sắc ký (LC-MS, GC-MS) để tăng hiệu quả phân tích. Hệ điều hành máy tính điều khiển toàn bộ chu trình đo, xử lý dữ liệu và hiển thị kết quả.

Nguyên lý hoạt động của phổ khối

Quá trình phân tích phổ khối bao gồm ba giai đoạn chính: ion hóa mẫu, phân tách ion, và phát hiện. Đầu tiên, hợp chất được đưa vào buồng ion hóa nơi các phân tử trung hòa bị ion hóa bằng phương pháp phù hợp. Phương pháp ion hóa được chọn phụ thuộc vào tính chất mẫu: phân tử nhỏ thường dùng EI, còn các hợp chất sinh học lớn phù hợp với ESI hoặc MALDI.

Sau khi ion được tạo thành, chúng được gia tốc và dẫn vào bộ phân tích khối. Mỗi bộ phân tích sử dụng nguyên lý vật lý riêng để phân tách các ion theo m/zm/z. Ví dụ, TOF sử dụng thời gian bay trong điện trường; Quadrupole sử dụng điện thế dao động để ổn định chuyển động ion; Orbitrap sử dụng dao động tuần hoàn trong điện trường để xác định khối lượng.

Cuối cùng, các ion được phát hiện tại đầu dò. Đầu dò chuyển tín hiệu ion thành tín hiệu điện, được xử lý thành phổ khối. Độ phân giải, độ chính xác và độ nhạy của hệ thống phụ thuộc nhiều vào loại bộ phân tích khối và điều kiện ion hóa.

Các loại phổ khối và ứng dụng tương ứng

Tuỳ theo mục tiêu phân tích, nhiều cấu hình phổ khối khác nhau đã được phát triển. Mỗi loại cung cấp ưu điểm riêng về độ chính xác, độ nhạy, khả năng phân mảnh hoặc xử lý mẫu phức tạp. Các cấu hình phổ biến nhất bao gồm phổ khối đơn, phổ khối tandem và phổ khối độ phân giải cao.

Các loại phổ khối chính:

  • Single MS: Phân tích cơ bản m/zm/z, thường dùng để xác định khối lượng phân tử và định tính hợp chất.
  • MS/MS (Tandem MS): Phân tích hai cấp bằng cách phân mảnh ion mẹ để xác định cấu trúc phân tử, phổ biến trong proteomics và metabolomics.
  • TOF-MS (Time-of-Flight): Đo thời gian bay của ion để tính m/zm/z, cho phép phân tích nhanh, hiệu quả với độ phân giải cao.
  • Orbitrap và FT-ICR: Cung cấp độ chính xác khối lượng rất cao (ppm hoặc sub-ppm), ứng dụng trong phân tích phức tạp như lipidomics và phân tích nguyên tố hiếm.

Việc lựa chọn cấu hình MS phụ thuộc vào mục đích phân tích (định tính, định lượng, xác định cấu trúc), độ phức tạp mẫu và giới hạn phát hiện yêu cầu.

Phổ khối trong phân tích định lượng

Phổ khối không chỉ được sử dụng để xác định khối lượng và cấu trúc phân tử mà còn là công cụ mạnh trong phân tích định lượng. Phân tích định lượng bằng phổ khối cho phép xác định nồng độ của hợp chất trong mẫu thông qua cường độ tín hiệu ion. Điều này đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu dược động học, kiểm nghiệm thuốc, và phân tích dư lượng hóa chất trong môi trường.

Phương pháp phổ biến nhất là MS định lượng tương đối và MS định lượng tuyệt đối. Trong định lượng tương đối, tín hiệu ion của hợp chất đích được so sánh với tín hiệu của một chuẩn nội (internal standard) hoặc chuẩn ngoại (external standard). Trong định lượng tuyệt đối, sử dụng đường chuẩn để xây dựng mối quan hệ tuyến tính giữa nồng độ và cường độ tín hiệu. Kỹ thuật LC-MS/MS (sắc ký lỏng ghép nối phổ khối tandem) là tiêu chuẩn vàng cho các phân tích định lượng có độ nhạy và độ đặc hiệu cao.

Yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác định lượng:

  • Hiệu suất ion hóa và khả năng ion hóa của phân tử
  • Sự ức chế ion do nền mẫu (matrix effect)
  • Độ lặp lại của hệ thống (precision)
  • Độ tuyến tính của đường chuẩn
Phổ khối kết hợp sắc ký giúp loại bỏ nền phức tạp, tăng độ chính xác trong định lượng các chất ở mức cực thấp (ppt hoặc ppb).

Phân tích cấu trúc và xác định hợp chất

Phổ khối là công cụ hiệu quả để xác định cấu trúc phân tử nhờ khả năng ghi nhận các ion phân mảnh sau khi ion mẹ bị kích thích phân rã. Trong phân tích MS/MS, ion mẹ được chọn lọc và tách ra, sau đó được phân mảnh trong vùng va chạm (collision cell) để tạo ra các ion con, giúp suy ra các đặc điểm cấu trúc như vị trí liên kết, nhóm chức, hoặc motif lặp.

Phân tích cấu trúc bằng phổ khối đặc biệt quan trọng trong hóa học tự nhiên, nghiên cứu peptide, glycan và hợp chất hữu cơ mới. Ví dụ, việc xác định chuỗi amino acid trong peptide được thực hiện bằng cách phân tích phổ mảnh con theo dãy b-ion và y-ion. Các thuật toán tìm kiếm như SEQUEST hoặc Mascot giúp tự động hóa việc giải mã cấu trúc từ dữ liệu phổ.

So sánh giữa phổ phân tử và phổ mảnh:

Loại phổ Mục tiêu Thông tin cung cấp
MS đơn Xác định khối lượng phân tử Phân tử ion [M+H]+[M+H]^+ hoặc [MH][M-H]^-
MS/MS Phân tích cấu trúc Trình tự, nhóm chức, vị trí phân nhánh

Ứng dụng trong sinh học và y học

Trong lĩnh vực sinh học, phổ khối đã trở thành công cụ cốt lõi trong các ngành -omics: proteomics, metabolomics và lipidomics. Phổ khối giúp định danh protein, phát hiện biến đổi sau dịch mã (post-translational modification), cũng như xác định các chuyển hóa thứ cấp và sản phẩm trao đổi chất.

Trong y học lâm sàng, phổ khối được dùng trong:

  • Chẩn đoán bệnh di truyền qua sàng lọc sơ sinh bằng tandem MS
  • Giám sát điều trị thuốc (Therapeutic Drug Monitoring)
  • Phân tích biomarker ung thư hoặc rối loạn chuyển hóa
  • Phát hiện doping và chất cấm trong thể thao

Các hệ thống MS hiện đại cho phép phân tích hàng trăm chất cùng lúc từ thể tích mẫu rất nhỏ (dưới 10 µL), với thời gian phân tích nhanh và độ lặp lại cao, đóng vai trò quan trọng trong chẩn đoán cá thể hóa.

Phổ khối kết hợp với kỹ thuật khác

Để nâng cao khả năng tách chọn lọc và tăng độ nhạy, phổ khối thường được tích hợp với các phương pháp tiền xử lý mẫu hoặc kỹ thuật phân tách khác. Hai kỹ thuật phổ biến là:

  • LC-MS (Sắc ký lỏng – phổ khối): Phân tách hỗn hợp phức tạp trong dung dịch như huyết tương, dịch não tủy, dịch thực vật trước khi vào đầu dò MS.
  • GC-MS (Sắc ký khí – phổ khối): Ứng dụng trong phân tích các hợp chất dễ bay hơi, hữu cơ nhỏ như chất bảo quản, dung môi, thuốc trừ sâu.

Ngoài ra, công nghệ Imaging MS (phổ khối hình ảnh) còn cho phép tạo bản đồ phân tử trong mẫu mô, giúp nghiên cứu phân bố thuốc và chất chuyển hóa trong mô bệnh học mà không cần nhuộm màu.

Kết luận

Phổ khối là một trong những công cụ phân tích mạnh mẽ và linh hoạt nhất hiện nay, cho phép xác định chính xác khối lượng, cấu trúc và nồng độ của các phân tử trong hệ thống sinh học, y học và hóa học. Với độ nhạy cao, khả năng phân tích mẫu phức tạp và phạm vi ứng dụng rộng, phổ khối đã trở thành nền tảng trong nhiều lĩnh vực khoa học hiện đại.

Sự kết hợp của phổ khối với các kỹ thuật tách sắc ký, phân tích hình ảnh và trí tuệ nhân tạo đang mở ra những hướng tiếp cận mới cho y học chính xác, chẩn đoán sớm và kiểm soát chất lượng trong công nghiệp. Đầu tư vào kỹ thuật phổ khối là đầu tư vào năng lực phân tích chiến lược cho khoa học và công nghệ trong kỷ nguyên dữ liệu.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề phổ khối:

Ngăn ngừa quá trình Tự Hủy Tế Bào bởi Bcl-2: Ngăn chặn Sự Giải Phóng Cytochrome c khỏi Ty thể Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 275 Số 5303 - Trang 1129-1132 - 1997
Bcl-2 là một protein màng tích hợp chủ yếu nằm trên màng ngoài của ty thể. Việc biểu hiện quá mức Bcl-2 ngăn chặn các tế bào không trải qua quá trình tự hủy tế bào phản ứng với nhiều loại kích thích khác nhau. Cytochrome c trong bào tương là cần thiết để khởi đầu chương trình tự hủy tế bào, gợi ý một mối liên hệ có thể giữa Bcl-2 và cytochrome c, thường nằm trong khoang giữa màng ty thể. C...... hiện toàn bộ
#Bcl-2 #Cytochrome c #Tự hủy tế bào #Ty thể #Biểu hiện quá mức #Ngăn ngừa apoptosis
Khuyến nghị của Ủy ban Chuyên gia về Phòng ngừa, Đánh giá và Điều trị Thừa cân và Béo phì ở Trẻ em và Thanh thiếu niên: Báo cáo tóm tắt Dịch bởi AI
American Academy of Pediatrics (AAP) - Tập 120 Số Supplement_4 - Trang S164-S192 - 2007
Để sửa đổi các khuyến nghị năm 1998 về béo phì ở trẻ em, một Ủy ban Chuyên gia bao gồm đại diện từ 15 tổ chức chuyên môn đã bổ nhiệm các nhà khoa học và bác sĩ lâm sàng giàu kinh nghiệm vào 3 nhóm viết để xem xét tài liệu và đề xuất các phương pháp tiếp cận phòng ngừa, đánh giá và điều trị. Vì các chiến lược hiệu quả vẫn chưa được xác định rõ ràng, các nhóm viết sử dụng cả bằng chứng có sẵn và qua...... hiện toàn bộ
#béo phì trẻ em #phòng ngừa béo phì #đánh giá béo phì #điều trị béo phì #chỉ số khối cơ thể #động lực gia đình #chăm sóc sức khỏe trẻ em
Đột biến gen EGFR thường gặp trong ung thư phổi ở người không hút thuốc và liên quan đến độ nhạy của khối u với gefitinib và erlotinib Dịch bởi AI
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 101 Số 36 - Trang 13306-13311 - 2004
Đột biến soma trong miền tyrosine kinase (TK) của gen thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR) được cho là liên quan đến độ nhạy của ung thư phổi với gefitinib (Iressa), một chất ức chế kinase. Các đột biến xóa trùng khung xảy ra ở exon 19, trong khi các đột biến điểm xảy ra thường xuyên ở codon 858 (exon 21). Qua việc giải trình tự miền TK của EGFR... hiện toàn bộ
#EGFR; Mutations; Lung Cancer; Never Smokers; Gefitinib Sensitivity; Erlotinib Sensitivity; Tyrosine Kinase Domain
Một biến thể di truyền phổ biến trong vùng không phiên mã 3' của gen prothrombin liên quan đến mức prothrombin huyết thanh cao và tăng nguy cơ hình thành huyết khối tĩnh mạch Dịch bởi AI
Blood - Tập 88 Số 10 - Trang 3698-3703 - 1996
Chúng tôi đã khảo sát gen prothrombin như một gen ứng cử viên cho huyết khối tĩnh mạch ở những bệnh nhân được chọn có tiền sử gia đình về thrombophilia tĩnh mạch đã được ghi nhận. Tất cả các exon và vùng 5′-UT và 3′-UT của gen prothrombin đã được phân tích bằng phương pháp phản ứng chuỗi polymerase và giải trình tự trực tiếp ở 28 bệnh nhân. Ngoại trừ các vị trí đa hình đã biết, không phát ...... hiện toàn bộ
#gen prothrombin #huyết khối tĩnh mạch #allele A 20210 #mức prothrombin huyết thanh #đa hình gen
Hiện tượng tế bào giết người được kích hoạt bởi lymphokine. Sự ly giải các tế bào khối u rắn tươi kháng tự nhiên được kích hoạt bởi interleukin 2 từ bạch cầu lympho ngoại vi của người tự chủ. Dịch bởi AI
Journal of Experimental Medicine - Tập 155 Số 6 - Trang 1823-1841 - 1982
Sự kích hoạt trong các dịch siêu natant chứa interleukin 2 (IL-2) không có lectin từ tế bào bạch cầu đơn nhân máu ngoại vi (PBL) của bệnh nhân ung thư hoặc cá nhân bình thường dẫn đến biểu hiện khả năng ly giải tế bào đối với 20 trong số 21 tế bào khối u rắn tươi kháng tự nhiên được thử nghiệm. Các tế bào khối u rắn tươi có kháng thể đối với sự ly giải do NK trung gian trong 10 tương tác P...... hiện toàn bộ
Phát hiện nồng độ cao của microRNA liên quan đến khối u trong huyết thanh của bệnh nhân mắc lymphoma tế bào B lớn lan tỏa Dịch bởi AI
British Journal of Haematology - Tập 141 Số 5 - Trang 672-675 - 2008
Tóm tắtCác axit nucleic lưu thông đã được chứng minh có tiềm năng như là các dấu ấn chẩn đoán không xâm lấn trong ung thư. Vì vậy, chúng tôi đã điều tra xem microRNA có có giá trị chẩn đoán hay không bằng cách so sánh mức độ của MIRN155 (miR‐155), MIRN210 (miR‐210... hiện toàn bộ
#microRNA #lymphoma tế bào B lớn lan tỏa #dấu ấn chẩn đoán không xâm lấn #DLBCL #axit nucleic lưu thông
Hệ Vi sinh Đường ruột Điều chỉnh Hiệu quả Miễn dịch Kháng Ung thư của Cyclophosphamide Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 342 Số 6161 - Trang 971-976 - 2013
Vi sinh vật đường ruột đóng vai trò trong điều trị hiệu quả Vi sinh vật đường ruột đã được xác định là có liên quan đến sự phát triển của một số loại ung thư, chẳng hạn như ung thư đại trực tràng, nhưng - vì vai trò quan trọng của cư dân đường ruột trong việc trao đổi chất - chúng cũng có thể điều chỉnh hiệu quả của một số phương pháp điều trị ung thư. ...... hiện toàn bộ
#Vi sinh vật đường ruột #miễn dịch #ung thư #cyclophosphamide #oxaliplatin #phản ứng miễn dịch thích nghi #liệu pháp miễn dịch #hóa trị liệu #CpG oligonucleotides #khối u
Phân Tích Cập Nhật của KEYNOTE-024: Pembrolizumab So với Hóa Trị Liệu Dựa trên Bạch Kim cho Ung Thư Phổi Không Tế Bào Nhỏ Tiến Triển với Điểm Tỷ Lệ Khối U PD-L1 từ 50% trở lên Dịch bởi AI
American Society of Clinical Oncology (ASCO) - Tập 37 Số 7 - Trang 537-546 - 2019
Mục đíchTrong nghiên cứu KEYNOTE-024 giai đoạn III ngẫu nhiên, nhãn mở, pembrolizumab đã cải thiện đáng kể thời gian sống không tiến triển bệnh và tổng thời gian sống so với hóa trị liệu dựa trên bạch kim ở bệnh nhân ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC) tiến triển chưa được điều trị trước đó, có tỷ lệ phần trăm khối u thể hiện PD-L1 từ 50% trở lên và khô...... hiện toàn bộ
#Ung thư phổi không tế bào nhỏ #NSCLC #pembrolizumab #hóa trị liệu dựa trên bạch kim #khối u thể hiện PD-L1 #EGFR/ALK #tổng thời gian sống #thời gian sống không tiến triển #chuyển đổi điều trị #tỉ số nguy cơ #sự cố bất lợi độ 3 đến 5 #liệu pháp đơn tia đầu tiên
Phân tích đồng thời các chất chuyển hóa trong củ khoai tây bằng phương pháp sắc ký khí – khối phổ Dịch bởi AI
Plant Journal - Tập 23 Số 1 - Trang 131-142 - 2000
Tóm tắtMột phương pháp mới được trình bày, trong đó sắc ký khí kết hợp với khối phổ (GC–MS) cho phép phát hiện định lượng và định tính hơn 150 hợp chất trong củ khoai tây, với độ nhạy và tính đặc trưng cao. Trái ngược với các phương pháp khác được phát triển để phân tích chuyển hóa trong hệ thống thực vật, phương pháp này đại diện cho một cách tiếp cận không thiên ...... hiện toàn bộ
#sắc ký khí #khối phổ #chuyển hóa #phân tích định tính #củ khoai tây #hệ thống thực vật #sinh hóa học #biến đổi gen #sucrose #tinh bột #sinh lý học
Xác định sự trao đổi hydro amide bằng phổ khối: Một công cụ mới cho việc làm rõ cấu trúc protein Dịch bởi AI
Protein Science - Tập 2 Số 4 - Trang 522-531 - 1993
Tóm tắt Một phương pháp mới dựa trên sự phân mảnh protein và độ phân giải cao của sắc ký lỏng nối trực tiếp với phổ khối ion hóa bằng bom nguyên tử nhanh (HPLC‐FABMS) được mô tả để xác định tốc độ mà hydro amide trong protein trải qua quá trình trao đổi đồng vị. Cytochrom c của tim ngựa được ủ trong D2O tùy theo thời ...... hiện toàn bộ
Tổng số: 662   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 10