容积吸收微量采样器(VAMS)在全血微量元素分析中的效能评估：背景污染控制与儿童暴露监测研究

这篇研究深入评估了容积吸收微量采样技术(VAMS)在血液微量元素分析中的应用潜力。通过对比传统静脉穿刺与VAMS采样方法，研究发现VAMS存在显著的背景金属污染问题（如Al、Cr、Mn等），并开发了多阶段酸洗清洁方案（10% HNO3+5% HCl超声处理）。虽然清洁后部分金属背景浓度降低，但样本体积限制（仅10-90μL）和实验室间操作差异仍是该技术应用于儿童自闭症谱系障碍(ASD)环境暴露研究的重大挑战。

　　

ABSTRACT

研究聚焦容积吸收微量采样(VAMS)技术在血液微量元素分析中的双重特性：既具备革新性采样优势，又面临背景污染的严峻挑战。通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析发现，未处理VAMS空白样本中铝(Al)、铬(Cr)、锰(Mn)等金属背景浓度甚至超过儿童静脉血检测值。创新性开发的甲醇预湿-酸超声两步清洁法使部分金属背景降低达80%，但钼(Mo)、镉(Cd)等元素仍存在顽固残留。

1. 引言

微量采样技术自1913年干血斑(DBS)法问世以来，历经百年演进。2014年问世的VAMS技术通过亲水性聚合物尖端实现10-30μL精准采血，克服了传统DBS受血细胞比容影响的缺陷。然而在儿童自闭症谱系障碍(ASD)环境暴露研究中，采样器制造过程引入的金属污染成为关键瓶颈。神经毒性金属如铅(Pb)、汞(Hg)的背景干扰尤其突出，可能掩盖真实暴露水平。

2. 材料与方法

研究纳入22名3-10岁ASD患儿，同步采集静脉血(3-4mL)和VAMS样本(3×30μL)。在威斯康星州卫生实验室超净环境中，采用Thermo Element XR型ICP-MS进行分析。清洁方案突破性地结合甲醇预渗透与混合酸(10% HNO₃+5% HCl)超声处理，后续用ASTM 1级水冲洗。质量控制显示清洁后采样器吸水体积保持30±1μL，证实处理未损伤聚合物结构。

3. 结果

3.1 静脉血与VAMS对比

空白VAMS中Cr、Ni背景浓度分别达静脉血检测值的3.2倍和4.7倍。值得注意的是，钒(V)在酸洗阶段出现浓度反跳现象，提示金属-聚合物结合机制的复杂性。

3.2 清洁工艺优化

阶梯式处理使铝(Al)背景从58.7μg/L降至9.2μg/L，但钼(Mo)仅降低23%。稀土元素如镧(La)、钕(Nd)呈现间歇性污染特征，反映原料批次差异。

3.3 统计验证

ANOVA显示处理组间差异显著性(F=2.93,p=0.0325)，但Tukey检验未达最小显著差异阈值(22.895)。这提示需要更大样本量验证清洁效果。

4. 讨论

VAMS在ASD儿童研究中展现独特价值：

1. 1.

   最小化创伤：避免静脉穿刺对特殊儿童的应激

2. 2.

   样本溯源性：每个编码采样器实现全流程追踪

3. 3.

   运输优势：干燥样本可在室温保存

但技术瓶颈不容忽视：

• •

  体积限制：90μL总样本仅为常规分析的1/5

• •

  成本问题：每批次清洁增加约70美元成本

• •

  操作变异：家庭自采样误差率高达18%

5. 结论

该研究确立了VAMS在环境健康研究的应用框架：

1. 1.

   必须配套使用超净实验室(ISO 6级)

2. 2.

   推荐制造商实施出厂前清洁

3. 3.

   针对Pb、Hg等关键神经毒素需建立专属清洗方案

   未来突破方向包括开发100μL大容量采样器、标准化跨实验室协议，以及针对ASD儿童的家庭采样培训体系。