Multi-laser induced MALDI post ionization (MALDI-2+) on a MALDI/ESI dual source

Význam tématu

Matrix‐assisted laser desorpce/ionizace (MALDI) je klíčová technika ve hmotnostní spektrometrii pro analýzu biologických vzorků a organických látek, které jsou obtížně rozpustné či termolabilní. Rozšíření klasické MALDI o druhé laserové post‐ionizační rameno (MALDI-2) výrazně zlepšuje citlivost a počet detekovatelných signálů. Vyvinutá varianta MALDI-2+ využívá více odrazů druhého laseru pro širší prostorové pokrytí ablačního oblaku a dále posiluje ionizační účinek, což otevírá nové možnosti ve výzkumu prostorové proteomiky, metabolomiky a detekci obtížně dostupných látek, například organických pigmentů v tetovacích inkách.

Cíle a přehled studie / článku

Studie si kladla za cíl implementovat a optimalizovat technologii MALDI-2+ na modifikovaném Q-TOF systému s kombinovaným zdrojem MALDI/ESI. Autoři prezentují konstrukční řešení T‐tvarované kvadrupólové vodítko, metodiku vícečetných odrazů laserové post‐ionizace a ověření vlivu prostoru interferencí laseru na citlivost měření. Dále demonstrují aplikaci v detekci organických pigmentů (P.R.254, P.B.15, P.V.19, P.R.170) v prostředí komerčních tetovacích inků.

Použitá metodika a instrumentace

Byl použit modifikovaný hmotnostní spektrometr Shimadzu LCMS-9030® (Q-TOF) vybavený kombinovaným zdrojem MALDI/ESI. Klíčovým prvkem je T-tvarované segmentované kvadrupólové vodítko umožňující ortogonální příjem MALDI iontů a lineární průchod ESI iontů. Pro MALDI-2+ jsou vnitřní vakuové komory umístěny konvexní zrcadla na tříosém piezoelektrickém posuvném držáku, která odrážejí druhý laser až pětkrát zpět do iontového oblaku.

Hlavní výsledky a diskuse

• MALDI-2+ (jednoduchý odraz) dosahuje až dvojnásobného zlepšení citlivosti oproti MALDI-2.
• Pětinásobné odrazy (MALDI-2+) zvyšují signál kofeinu až trojnásobně a celkový iontový tok o více než faktor tři.
• Ve srovnání s klasickou MALDI překračuje nárůst citlivosti jeden řád velikosti.
• Při analýze organických pigmentů v tetovacích inkách MALDI-2+ snížilo mez detekce P.R.254 až o 50krát, přičemž koncentrace 5 μg/mL byla detekovatelná jen díky MALDI-2+.
• Spekulované vysvětlení zlepšení spočívá v rozšířeném prostorovém překryvu druhého laseru s ablačním oblakem, což zvyšuje pravděpodobnost post‐ionizace molekul.

Přínosy a praktické využití metody

MALDI-2+ umožňuje vyšší citlivost při zachování zobrazovací rozlišovací schopnosti, což je klíčové pro prostorové mapování metabolitů a proteinů. Výrazné zvýšení signálů vzácných či špatně rozpustných látek rozšiřuje aplikační spektrum hmotnostní spektrometrie ve forenzních, farmaceutických a průmyslových analýzách.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace do reálného čase řízených mikroskopických metod pro vysokorozlišovací MALDI zobrazování.
• Další optimalizace optických parametrů laserů a geometrie vodítka pro zvýšení účinnosti post‐ionizace.
• Aplikace v prostorové metabolomice a lipidomice tkáňových řezů s cílem detailního mapování biologických procesů.
• Rozšíření techniky pro cílenou detekci kontrolovaných látek v otázkách bezpečnosti potravin či environmentální analýzy.

Závěr

Vyvinutá technologie MALDI-2+ představuje významný krok ve zvýšení citlivosti MALDI hmotnostní spektrometrie díky vícečetné post‐ionizaci. Kombinovaný MALDI/ESI zdroj na Q-TOF přístroji poskytuje flexibilní platformu pro složité analýzy biomolekul a organických pigmentů. Další směřování vývoje povede k integraci s mikroskopickými zobrazovacími technikami a rozšíření metod v strukturální a prostorové analýze vzorků.

Reference

1. Soltwisch J., et al. Mass spectrometry imaging with laser-induced postionization. Science 348, 211–215 (2015).
2. Schreiver I., Eschner L.M., Luch A. Matrix-assisted laser desorption/ionization tandem mass spectrometry for identification of organic tattoo pigments in inks and tissue samples. Analyst 143, 3941–3950 (2018).