The Development of Miniature MALDI Digital Ion Trap Mass Spectrometer

Význam tématu

Miniaturní hmotnostní spektrometry založené na MALDI technologii nabízejí možnost přenosných a nákladově efektivních analýz biomolekul. Tradiční systémy TOF/TOF jsou robustní, avšak objemné a energeticky náročné. Vývoj kompaktního MALDI-DIT-MS přináší flexibilitu, nižší spotřebu a zachování vysokého výkonu včetně schopnosti MSn.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo navrhnout a sestavit miniaturní MALDI digitální iontový pastový hmotnostní spektrometr (MALDImini-1) s následujícími vlastnostmi:

• kompaktní rozměry přístroje (~320×268×385 mm),
• široký m/z rozsah (600–5000),
• vysoká energie a spolehlivost MS a MSn měření.

Použitá metodika a instrumentace

Pro zachycení a analýzu iontů byl využit digitální iontový trap (DIT) poháněný nízkonapěťovým obdélníkovým RF signálem (±500 V) s modulovanou frekvencí. Laserová MALDI optika byla zjednodušena na jedno okno nad vzorkem a 90° ohyb iontů zajišťuje kvadrupolní deflektor. Vzorková komora je magneticky poháněná, což umožňuje snížit vnitřní objem a použít menší vakuové pumpy. Izolace prekurzorových iontů probíhá rychlou digitální asymetrickou vlnovou izolací (DAWI). Testovací standardy: Glu-1-fibrinopeptid B (CHCA matrix), BSA (sinapinová kyselina).

Hlavní výsledky a diskuse

Simulační studie SIMION® potvrdily zachytávání >90 % iontů v rozsahu m/z 600–5000 přes kvadrupolní odklon. Experimentální citlivost dosáhla:

• 1 fmol Glu-Fib: S/N > 5, m/z 1570;
• 250 fmol BSA: detekce zásadních nabitých stavů 1+, 2+, 3+, 4+.

MS/MS na 10 fmol Glu-Fib s DAWI a CID ukázalo čisté produktové ionty. MS3 na fragment m/z 1056 z 100 fmol Glu-Fib prokázalo detailní štěpení a identifikaci sekundárních produktů.

Přínosy a praktické využití metody

Díky nižšímu napájecímu napětí, kompaktním rozměrům a zjednodušené optice je MALDImini-1 vhodný pro mobilní aplikace, QA/QC kontrolu v terénu i laboratořích s omezeným prostorem. Umožňuje rychlé MSn analýzy biomolekul bez nutnosti velkých TOF/TOF zařízení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směry vývoje zahrnují:

• integrované mikro pumpy pro ultrakompaktní vakuum,
• rozšíření MALDI imaging funkcionality,
• propojení s kapilárními a mikrofluidními separačními systémy,
• optimalizace softwaru pro automatizaci a vzdálené ovládání.

Závěr

Navržený MALDImini-1 demonstruje, že digitální iontový trap s obdélníkovým RF signálem lze efektivně miniaturizovat, aniž by se snížil výkon MS a MSn. Přístroj splňuje nároky na citlivost, rozsah hmotností a flexibilitu použití v různých aplikacích.

Reference

• [1] Iwamoto S. et al. ASMS2007, WPE087.
• [2] Iwamoto S. et al. ASMS2008, ThP033.
• [3] Iwamoto S. et al. ASMS2009, MP202.
• [4] Brancia F.L. et al. J Am Soc Mass Spectrom. 2010, 21(9), 1530.