El instrumento combinado de análisis biológico multifuncional es un instrumento compuesto que integra una variedad de tecnologías de análisis, que realiza la detección multidimensional y de alto rendimiento de muestras biológicas a través de un diseño modular. Su objetivo central es resolver las limitaciones de una sola tecnología en el análisis de sistemas biológicos complejos y proporcionar un apoyo de datos más completo para la investigación en Ciencias de la vida, el diagnóstico de enfermedades, el desarrollo de medicamentos y otros campos. A continuación se detalla la composición y el principio de funcionamiento.

I. componentes

1. sistema de inyección y preprocesamiento

- módulo de alimentación automática de muestras: equipado con un brazo robótico de alta precisión y un disco de muestra para soportar la carga automatizada de muestras líquidas, sólidas y volátiles, compatible con contenedores de muestras multiformato (como microporos, tubos centrífuga, etc.).

- Unidad de preprocesamiento: función integrada de calentamiento, oscilación, centrifugación, etc., que puede completar los pasos de preprocesamiento como lisis celular, extracción de proteínas y purificación de ácidos nucleicos, y algunos modelos también están equipados con funciones de dilución o derivación en línea.

- sistema de distribución de muestras: microactualización de la inyección precisa a través de bombas peristálticas de alta precisión o bombas de inyección para evitar la contaminación cruzada.

2. sistemas de separación y enriquecimiento

- módulo de separación multimodo:

- Unidad de separación cromatográfica: contiene un sistema de Cromatógrafo Líquido (clar), cromatógrafo de gas (gc) o de ce, en el que se seleccionan columnas de fase inversa, de intercambio de iones o de penetración en gel en función de la naturaleza del objeto objetivo.

- dispositivos de separación de campos eléctricos: para la separación de partículas cargadas, como ácidos nucleicos y proteínas, que admiten técnicas de campo pulsado o bidimensional.

Columna de extracción en fase sólida (spe): se utiliza para el enriquecimiento selectivo de los objetos objetivo en la muestra y mejorar la sensibilidad de detección.

- pool de flujo en miniatura: se utiliza la tecnología de control de nanoflujo o microfluídico para lograr el control del sistema de reacción de nivel submicro.

3. sistema de detección multimodal

- módulo de detección óptica:

Detector fluorescente / fosfórico: para la cuantificación de trazas de adn, proteínas y metabolitos de moléculas pequeñas, la sensibilidad alcanza el nivel monomolecular.

- espectrómetro raman: reconocimiento de la estructura de la materia mediante huellas dactilares vibrantes moleculares, adecuado para pruebas no destructivas sin marcar.

- sensores de resonancia de plasma superficial (spr): monitorización en tiempo real de las interacciones biomoleculares (como la Unión de antígenos - anticuerpos).

- Unidad de detección de espectrometría de masas:

- desorción e ionización láser asistida por matriz - espectrometría de masas del tiempo de vuelo (maldi - TOF ms): para análisis proteómicos.

- espectrometría de masas de plasma acoplada inductivamente (icp - ms): detección de elementos metálicos y complejos de proteínas metálicas.

- matriz de sensores electroquímicos: detección de concentraciones de electrolitos mediante cambios en la corriente redox, adecuada para la monitorización rápida de la glucosa en sangre o los iones.

4. interfaz técnica conjunta

Interfaz de espectrometría de masas cromatográfica (lc - ms): análisis de espectrometría de masas en línea de componentes separados utilizando una fuente de iones de pulverización eléctrica (esi) o una fuente de iones químicos a presión atmosférica (apci).

- sistema colaborativo de espectrometría de masas espectral: adquisición simultánea de señales ópticas con datos de espectrometría de masas a través del acoplamiento de fibra óptica para mejorar la precisión de la identificación de compuestos.

Plataforma de fusión de datos multidimensional: integrar los datos originales de diferentes módulos de detección y utilizar algoritmos para compensar la señal y filtrar el ruido.

5. sistema inteligente de control y análisis de datos

Terminal de operación táctil: admite la programación gráfica del proceso experimental preestablecido, y el usuario puede personalizar el orden de detección y la combinación de parámetros.

- software auxiliar de inteligencia artificial:

- algoritmo de optimización adaptativa: ajustar automáticamente el gradiente de separación o la sensibilidad de detección de acuerdo con la respuesta de la muestra.

Biblioteca de aprendizaje automático: comparación de datos históricos para lograr una detección y predicción rápidas de objetos desconocidos.

- gestión de datos en la nube: soporte para cargar datos experimentales en tiempo real al sistema de gestión de información de laboratorio (lims) y generar informes que cumplan con las especificaciones de glp.

II. principios de funcionamiento

1. fase de procesamiento e inyección de muestras

Después del preprocesamiento automatizado de la muestra original, el sistema de inyección de muestra inyecta con precisión el módulo de separación. Por ejemplo, las muestras de suero eliminan proteínas de alta abundancia a través de columnas SPE y los metabolitos objetivo se enriquecen y entran en el sistema de cromatografía líquida.

2. separación multidimensional y adquisición de señales

- separación espacial: la columna de separación de la mezcla por diferencias polares, como la columna de fase inversa c18, que puede distinguir entre vitaminas liposolubles y metabolitos solubles en agua.

- detección resuelta en el tiempo: el detector fluorescente capta la señal de excitación del marcador a una longitud de onda específica, mientras que el espectrómetro de masas determina la relación de carga iónica a través de la diferencia de tiempo de vuelo.

Análisis paralelo: la misma muestra fluye a través de diferentes detectores (como la absorción ultravioleta y el espectro raman) para obtener simultáneamente información sobre la concentración y la estructura.

3. uso conjunto de datos y análisis complementario

- sinergia cualitativa y cuantitativa: la espectrometría de masas proporciona información precisa sobre el peso molecular, el espectro complementa las características de los grupos funcionales y deduce conjuntamente la estructura química de las sustancias desconocidas.

- Ampliación del rango dinámico: detección por fluorescencia de alta sensibilidad (nivel inferior de pg / ml) combinada con detección electroquímica de amplio rango lineal (hasta el nivel MOL / l) para cubrir las necesidades de análisis de concentraciones ultra trazas y máximas.

Eliminación de interferencias: monitoreo en tiempo real de la adsorción no específica a través de sensores SPR y corrección del error de cálculo del área del pico cromatográfico.

4. retroalimentación inteligente y salida de resultados

El sistema optimiza automáticamente los parámetros experimentales posteriores en función de los resultados de las pruebas, como ajustar el voltaje de la fuente de iones de espectrometría de masas para mejorar la respuesta de señal de los segmentos de péptidos de baja abundancia.

Los datos finales se fusionan a través de múltiples algoritmos (como el análisis de componentes principales pca, el método de mínimos cuadrados parciales pls) para generar informes visuales que apoyen el análisis de expresión diferencial y el cribado de biomarcadores.

III. ventajas tecnológicas y escenarios de aplicación

El instrumento rompe las limitaciones del análisis único tradicional a través de la tecnología de combinación modular:

- compatibilidad multimecánica: se pueden realizar pruebas simultáneas de metabolismo, Proteoma y grupo metálico para revelar cambios en la red molecular en el mecanismo de la enfermedad.

- flujo súper alto: se pueden completar cientos de análisis paralelos de muestras por hora, adaptados a las necesidades de pruebas clínicas y detección de alto flujo de medicamentos.

Detección de trazabilidad: el consumo de muestras analizadas individuales es tan bajo como el nanoaumento, y la tasa de utilización de muestras biológicas preciosas ha aumentado significativamente.