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MALDI-TOF Mass Spectrometry
  • 00:00Visão Geral
  • 00:52Principles of MALDI-TOF Mass Spectrometry
  • 02:32Plate, Matrix, and Sample Preparation
  • 04:19Running the Mass Spectrometer
  • 05:16Applications
  • 07:09Summary

MALDI-TOF 질량 분석

English

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Visão Geral

매트릭스 보조 레이저 탈광 이온화(MALDI)는 생체 분자 의 분석에 이상적인 질량 분광법 이온 소스이다. 기체 상태에서 화합물을 이온화하는 대신, 샘플은 레이저에 의해 강타되는 매트릭스에 내장되어 있습니다. 매트릭스는 에너지의 대부분을 흡수; 이 에너지 중 일부는 시료로 옮겨져 결과적으로 이온화됩니다. 그런 다음 시료 이온은 비행 시간 분석기(TOF)를 사용하여 식별할 수 있습니다.

이 비디오는 매트릭스 선택과 TOF가 질량 대 충전 비율을 해명하는 데 사용되는 방법을 포함하여 MALDI-TOF의 원칙을 다룹니다. 이 절차는 MALDI 플레이트의 준비, 플레이트에 샘플의 하중 및 TOF 질량 분광계의 작동을 보여줍니다. 최종 섹션에서는 전세포 분석, 복잡한 생물학적 샘플의 특성화 및 전자 스프레이 이온화를 포함한 응용 분야와 변이가 표시됩니다.

매트릭스 보조 레이저 탈광 이온화 또는 MALDI는 생체 분자 의 분석에 이상적인 질량 분광법 이온 소스입니다. 대부분의 이온 소스는 크고 깨지기 쉬운 생체 분자에서 구조적 정보를 제거합니다. MALDI는 크기와 전하에 따라 화합물을 분리하는 질량 분석기로 분자를 가속화하면서 구조적 무결성및 따라서 정보를 유지합니다. MALDI와 가장 일반적으로 결합된 것은 비행 시간, 즉 TOF 질량 분석기입니다. 이 비디오는 MALDI 이온화의 개념을 보여줍니다, 일반적인 절차, 그리고 생화학에 그것의 사용의 일부.

질량 분석이 작동하려면 분자가 기체 상태로 이온화되어야 합니다. MALDI에서, 샘플은 매트릭스에 내장되어 있으며, 전형적으로 방향족과 공각이중 결합을 포함하는 유기 화합물이다.

레이저 펄스가 이 혼합물을 공격할 때 매트릭스는 에너지의 대부분을 흡수하고, 빠르게 가열하고, 표면에서 탈고되거나 방출된다. 활력 매트릭스는 생체 분자에 에너지의 일부를 전송, 탈제 및 그(것)들을 이온화합니다.

MALDI는 일반적으로 비행 시간 또는 TOF 질량 분석기와 결합됩니다. 전기장은 이온에 운동 에너지를 적용하여 드리프트 튜브라고 하는 필드없는 영역으로 이동합니다. 튜브를 통과할 때 이온의 속도는 질량 대 전하 비율과 관련이 있으므로 무거운 입자가 계측기를 통해 느리게 이동합니다. 튜브 끝에 있는 검출기는 각 이온의 비행 시간을 측정합니다. 이러한 지식을 바탕으로 튜브 길이와 적용된 필드 강도뿐만 아니라 각 이온의 질량 대 전하 비율을 해명할 수 있습니다.

질량 스펙트럼이라고 하는 질량 대 충전 비율에 대한 신호 강도의 이 플롯은 수집된 스펙트럼 라이브러리와 비교할 수 있다. 일치하는 항목이 발견되지 않으면 탠덤 질량 분석법과 같은 추가 기술로 분자를 식별할 수 있습니다. 자세한 내용은 주제에 대한 이 컬렉션의 비디오를 참조하십시오.

MALDI-TOF의 기본 이 논의되었으므로 실험실의 과정을 살펴보겠습니다.

실험을 시작하기 전에 샘플이 디소베드되는 매트릭스의 선택을 고려하는 것이 중요합니다. 레이저 에너지를 흡수하고, 진공 상태에서 안정되고, 표적 분자와 반응하지 않아야 하며, 탈제할 수 있어야 합니다. 샘플에 따라 다른 행렬이 바람직합니다. 큰 단백질의 경우, CHCA와 DHB의 조합은 개별 행렬보다 해상도라고 불리는 봉우리의 더 나은 분리를 보여주었습니다.

샘플을 준비하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. “이중 레이어” 또는 “샌드위치” 메서드로 알려진 방법을 보여 드리겠습니다. 시작하려면 질량 분석법이 오염에 매우 민감하기 때문에 MALDI 플레이트를 초순수 시약으로 청소하십시오. 불활성 가스의 스트림으로 접시를 건조.

다음으로, 포화 매트릭스 용액이 이루어지며, 일반적으로 유기 용매를 한다. 용액은 MALDI 플레이트에 줄무늬가 있고 건조됩니다. 트리플루오로아세산 또는 TFA를 함유한 매트릭스의 제2 포화 용액이 제조된다. TFA는 기체 상으로 이온을 돕습니다.

다음으로, 시료 용액이 말린 매트릭스 스팟 위에 추가된다. 샘플 위에 TFA가 포함된 매트릭스 용액을 추가하여 행렬 “샌드위치”를 완성합니다. 스팟의 균일성은 저전원 현미경으로 확인할 수 있습니다.

다양한 알려진 질량과 혼합되어 m/z로 비행 시간을 상관시키는 데 사용되는 교정 표준을 플레이트합니다. 마지막으로 매트릭스를 음수 컨트롤로 단독으로 플레이트합니다.

반점을 분석하려면 대상 플레이트를 계측기에 배치합니다. 단단한 진공을 형성할 수 있도록 파편이 없는지 확인하십시오. 소프트웨어에서 표준, 음수 제어 및 관심 샘플을 선택합니다. 올바른 식별으로 반점에 레이블을 지정합니다.

이온 소스 와 렌즈 전압을 조작하여 분석 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이는 계측기 및 샘플의 세부 사항에 따라 달라집니다. 표준 지점에 집중하고 소프트웨어로 계측기를 보정합니다.

다음으로 각 샘플 반점에서 스펙트럼을 수집합니다. 수집된 데이터의 품질을 최대화하기 위해 그 자리에서 몇 가지 다른 위치를 사용해 보십시오. 완료되면 MALDI 플레이트를 수거하고 청소 후 재사용할 수 있습니다.

이제 절차를 검토한 결과 MALDI가 사용하는 방법 중 일부와 다른 이온화 기법을 살펴보겠습니다.

생체 분자 이외에, MALDI는 살아있는 세포를 분석하기 위하여 이용될 수 있습니다. 대식세포는 그들의 마이크로 환경에 근거를 둔 몇몇 다른 양식의 한에 취하는 면역 세포입니다. 세포를 다양한 신호 분자 또는 사이토카인에 노출시킨 후 플레이트에 직접 첨가하고 분석할 수 있습니다. MALDI 스펙트럼은 사용되는 사이토카인에 따라 고유한 “지문”으로 사용할 수 있습니다.

포유류 피지 분비물 과 같은 복잡한 생물학적 샘플은 MALDI 분석 전에 정화 단계를 필요로합니다. 얇은 층 크로마토그래피는 구성 요소의 극성에 의존하는 기술 중 하나입니다. 화합물은 TLC 파테로부터 수집되고, 정제되고, MALDI 매트릭스로 이송된다. 결과 스펙트럼은 포유류 피지 분비물에서 분리된 생체 분자의 정체성과 순도를 확인합니다.

생체 분자에 대한 또 다른 일반적인 이온 소스는 전기 분무 이온화, 또는 ESI입니다. 이 방법에서 샘플은 고전압이 적용되는 계측기로 주입되어 충전된 물방울의 에어로졸을 생성합니다. 액적의 용매가 증발함에 따라 전하가 완전히 기체가 될 때까지 시료 분자로 이동됩니다. ESI는 스포팅 절차를 필요로 하지 않으며, 샘플은 기기에 직접 주입될 수 있다. 반면에 ESI는 버퍼 구성 요소 및 기타 오염 물질의 존재에 더 민감하므로 MALDI가 더 견고합니다.

당신은 MALDI 질량 분석에 조브의 비디오를 보았다. 이 비디오는 악기 뒤에 이론을 설명, 일반적인 절차를 통해 갔다, 기술의 사용의 일부를 커버. 시청해 주셔서 감사합니다!

Procedimento

매트릭스 보조 레이저 탈광 이온화(MALDI)는 생체 분자 의 분석에 이상적인 질량 분광법 이온 소스이다. 기체 상태에서 화합물을 이온화하는 대신, 샘플은 레이저에 의해 강타되는 매트릭스에 내장되어 있습니다. 매트릭스는 에너지의 대부분을 흡수; 이 에너지 중 일부는 시료로 옮겨져 결과적으로 이온화됩니다. 그런 다음 시료 이온은 비행 시간 분석기(TOF)를 사용하여 식별할 수 있습니다. 이 비디오는 매트…

Declarações

No conflicts of interest declared.

Transcrição

Matrix-assisted laser desorption ionization, or MALDI, is a mass spectrometry ion source ideal for the analysis of biomolecules. Most ion sources remove structural information from large, fragile biomolecules. MALDI maintains structural integrity, and therefore information, while accelerating the molecules into the mass analyzer, which separates the compounds based on size and charge. The most commonly coupled with MALDI is the time of flight, or TOF, mass analyzer. This video will show the concepts of MALDI ionization, a general procedure, and some of its uses in biochemistry.

For mass spectrometry to function, molecules must be ionized into the gaseous state. In MALDI, the sample is embedded in a matrix, typically an organic compound containing aromatic and conjugated double bonds.

When a laser pulse strikes this mixture the matrix absorbs the majority of the energy, rapidly heats, and is desorbed, or released, from the surface. The energized matrix transfers some of its energy to the biomolecules, desorbing and then ionizing them.

MALDI is typically paired with a time of flight, or TOF, mass analyzer. An electric field applies kinetic energy to the ions, moving them into a field-free region called a drift tube. The velocity of the ions as they move through the tube is related to their mass-to-charge ratio, so heavier particles travel slower through instrument. A detector at the end of the tube measures each ion’s flight time. With this knowledge, as well as the tube length and applied field strength, the mass-to-charge ratio of each ion can be elucidated.

This plot of signal intensity to mass-to-charge-ratio, known as a mass spectrum, can be compared to a library of collected spectra. If no matches are found, it can molecules can be identified by further techniques, such as tandem mass spectrometry. For more information, see this collection’s video on the topic.

Now that the basics of MALDI-TOF have been discussed, let’s look at the process in the laboratory.

Before beginning an experiment, it’s important to consider the choice of matrix from which samples will be desorbed. It must absorb the laser energy, be stable in a vacuum, not react with the target molecules, and be able to desorb. Depending on the sample, different matrices are preferred. For a large protein, a combination of CHCA and DHB has shown better separation of the peaks, called resolution, than the individual matrices.

There are a number of ways to prepare samples. We’ll show what is known as the “double-layer”, or “sandwich,” method. To begin, clean the MALDI plate with ultra-pure reagents, as mass spectrometry is very sensitive to contamination. Dry the plate with a stream of inert gas.

Next, a saturated matrix solution is made, typically with an organic solvent . The solution is streaked onto the MALDI plate and dried. A second saturated solution of matrix containing trifluoroacetic acid, or TFA, is prepared. TFA helps ions into the gaseous phase.

Next, the sample solution is added on top of the dried matrix spot. Add the matrix solution containing TFA on top of the sample, thereby completing the matrix “sandwich”. Homogeneity of the spot can be verified under a low-powered microscope.

Plate a calibration standard, which is a mixture with a wide range of known masses and is used to correlate the time-of-flight to m/z. Finally, plate the matrix alone as a negative control.

To analyze the spots, place the target plate into the instrument. Ensure there’s no debris present, allowing for the formation of a tight vacuum. In the software, select the standard, negative control, and samples of interest. Label the spots with the correct identification.

The ion source and lens voltages can be manipulated to improve performance of the analysis. This will depend on the specifics of the instrument and sample. Focus on the standard spot and calibrate the instrument with the software.

Next, collect spectra from each of the sample spots. Try a few different locations on the spot to maximize the quality of the collected data. Once finished, the MALDI plate can be collected and reused after cleaning.

Now that we’ve reviewed a procedure, let’s look at some of the ways MALDI is utilized, and a different ionization technique.

In addition to biomolecules, MALDI can be used to analyze living cells. Macrophages are immune cells that take on one of several different forms, based on their microenvironment. After exposing the cells to various signaling molecules, or cytokines, they can be added directly to the plate, and analyzed. The MALDI spectra can be used as unique “fingerprints”, depending on the cytokine used.

Complex biological samples like mammalian sebaceous secretions require a step of purification before MALDI analysis. Thin layer chromatography is one such technique that relies on the components’ polarity. The compounds are collected from the TLC pate, purified, and transferred to a MALDI matrix. The resulting spectra verify the identity and purity of the separated biomolecules from the mammalian sebaceous secretions.

Another common ion source for biomolecules is electrospray ionization, or ESI. In this method, the sample is injected into the instrument, where a high voltage is applied, creating an aerosol of charged droplets. As the solvent in the droplet evaporates, the charge is moved to the sample molecules, till they are completely gaseous. ESI doesn’t require the spotting procedure, and the sample can be injected directly into the instrument. On the other hand, ESI is more sensitive to the presence of buffer components and other contaminants, meaning MALDI is more robust.

You’ve just watched JoVE’s video on MALDI mass spectrometry. This video described the theory behind the instrument, went over a general procedure, and covered some of the uses of the technique. Thanks for watching!

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Cite This
JoVE Science Education Database. JoVE Science Education. MALDI-TOF Mass Spectrometry. JoVE, Cambridge, MA, (2023).

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