Interview with Prof. Kevin A. Schug

Význam tématu

Analytické metody s vysokou citlivostí a selektivitou hrají klíčovou roli v detekci stopových množství biologicky aktivních sloučenin a v hodnocení dopadu průmyslových procesů na životní prostředí. Technologie Shimadzu umožňují vývoj inovativních postupů pro klinické a environmentální analýzy, čímž se zvyšuje kvalita výzkumu i praxe.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem spolupráce prof. Kevina A. Schuga s firmou Shimadzu bylo zavést špičkovou instrumentaci pro separaci a detekci sloučenin v biologických vzorcích a posoudit možný vliv hydraulického štěpení na kvalitu podzemních vod. Partnerství vedlo k založení Shimadzu Center for Advanced Analytical Chemistry na UT Arlington.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu estrogenů v mozkomíšním moku a plazmě byla využita on-line příprava vzorku pomocí CoSense trap-and-elute spojená s triple quadrupole LC-ESI-MS/MS. Pro fundamentální studie a rozvoj metodiky byl použit LCMS-IT-TOF. Environmentální hodnocení kvality vody zahrnovalo GC-MS, headspace GC-FID/BID, ICP-OES a analýzy TOC/TN. V počátečních pracích se uplatnila také elektrosprayová ionizace na QP8000α.

Hlavní výsledky a diskuse

Byly vyvinuty ultra citlivé metody s detekčními limity v řádu ppt pro sledování estrogenů v mozkomíšním moku i plazmě. Studie optimalizace zachytávací efektivity v přístupových médiích MAYI trap odhalila klíčové parametry pro vyšší reprodukovatelnost. V environmentální oblasti bylo analyzováno více než 800 vzorků podzemní vody z oblasti hydraulického štěpení, čímž vznikl nejrozsáhlejší dataset svého druhu. První zprávy ukázaly nepřímé dopady těžby na kvalitu vody, což podtrhuje význam objektivního akademického výzkumu.

Přínosy a praktické využití metody

Metody pro detekci stopových estrogenů přispívají ke klinickému výzkumu léčby traumatického poškození mozku a dalším medicínským aplikacím. Environmentální analýza zajišťuje podklady pro regulaci a monitorování bezpečnosti těžby unconventionalními technologiemi. Partnerství navíc posiluje vzdělávání studentů a technický rozvoj laboratoří.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření on-line vzorkovacích technologií, širší aplikace necílených (untargeted) strategií a pokračující sběr dat v dlouhodobých a časově rozlišených studiích. Mezinárodní spolupráce umožní přenos know-how a vývoj nových špičkových řešení v analytické chemii.

Závěr

Spolupráce mezi UT Arlington a Shimadzu demonstruje úspěch kombinace špičkové instrumentace, odborné podpory a vzájemné flexibility. Výsledky projektu posouvají hranice klinických i environmentálních analýz a poskytují cenné zkušenosti pro studenty.

Reference

1. Beinhauer J.; Liangqiao B.; Fan H.; Sebela M.; Kukula M.; Barrera J.A.; Schug K.A. Bulk derivatization and cation exchange restricted access media-based trap-and-elute liquid chromatography-mass spectrometry method for determination of trace estrogens in serum. Anal. Chim. Acta 2015, 858, 74-81.
2. Schug K.A.; Sawicki I.; Carlton Jr. D.D.; Fan H.; McNair H.M.; Nimmo J.P.; Kroll P.; Smuts J.; Walsh P.; Harrison D. A vacuum ultraviolet detector for gas chromatography. Anal. Chem. 2014, 86, 8329-8335.
3. Papouskova B.; Fan H.; Lemr K.; Schug K.A. Aspects of trapping efficiency and matrix effects in development of a restricted access media-based trap-and-elute liquid chromatography-mass spectrometry method. J. Sep. Sci. 2014, 37, 2192-2199.
4. Fan H.; Papouskova B.; Lemr K.; Wigginton J.G.; Schug K.A. Bulk derivatization and direct injection of human cerebrospinal fluid for trace level quantification of endogenous estrogens using trap-and-elute LC-MS/MS. J. Sep. Sci. 2014, 37, 2010-2017.
5. Barnes J.S.; Schug K.A. Oxidative degradation of quercetin with hydrogen peroxide using continuous flow kinetic electrospray ion trap time of flight mass spectrometry. J. Agric. Food Chem. 2014, 62, 4322-4331.
6. Nguyen H.P.; Chandel N.S.; DeBerardinis R.J.; Schug K.A. Hydrophilic interaction liquid chromatography tandem mass spectrometry to detect and quantify dicarboxyethyl glutathione, a metabolic biomarker of fumarate hydratase-deficient cancer cell. J. Sep. Sci. 2013, 36, 3303-3309.
7. Fontenot B.E.; Hunt L.R.; Hildenbrand Z.L.; Carlton Jr. D.D.; Oka H.; Walton J.L.; Hopkins D.; Osorio A.; Bjorndal B.; Hu Q.; Schug K.A. An evaluation of water quality in private drinking water wells near natural gas extraction sites in the Barnett Shale Formation. Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 10032-10040.
8. Barnes J.S.; Foss Jr. F.W.; Schug K.A. Thermally accelerated oxidative degradation of quercetin using continuous flow kinetic electrospray-ion trap-time of flight mass spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2013, 24, 1513-1522.
9. Yang S.H.; Wang E.H.; Gurak J.A.; Bhawal S.; Deshmukh R.; Wijeratne A.B.; Edwards B.L.; Foss Jr. F.W.; Timmons R.B.; Schug K.A. Affinity mesh screen materials for selective extraction and analysis of antibiotics using transmission mode desorption electrospray ionization mass spectrometry. Langmuir 2013, 29, 8046-8053.
10. Tedmon L.; Barnes J.S.; Nguyen H.P.; Schug K.A. Differentiating isobaric steroid hormone metabolites using multi-stage tandem mass spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2013, 24, 399-409.