Surface Layer MALDI-MSI of Synthetic Materials on a Molecular Level
Aplikace | 2020 | BrukerInstrumentace
Analýza chemického složení povrchové vrstvy polymerů na molekulární úrovni je klíčová pro spolehlivost a výkonnost materiálů v průmyslových i biomedicínských aplikacích, v povlakových a tiskových technologiích. Disrupce homogenního rozložení aditiv či kopolymerů může vést k degradaci funkčních vlastností materiálů. SL-MALDI-MSI přináší přímou detekci intaktních molekul ve vrstvě do hloubky přibližně 2 nm, čímž překonává omezení tradičních povrchových analyz.
Cílem studie bylo vyvinout a demonstrovat povrchovou techniku matrix-assisted laserové desorpce ionizace (SL-MALDI-MSI) bez použití rozpouštědel, schopnou prostorového zobrazování chemického složení na tenkých vrstvách PMMA a PS. Studie zahrnovala modelové defekty způsobené kontaminací, maskováním, mechanickým poškrábáním a solvatací a jejich analýzu pomocí nového postupu.
Pro analýzu intaktních oligomerů byly použity:
U kontaminace PS na PMMA vzorek vykazoval v oblasti PS potlačení signálu PMMA oligomerů, což umožnilo jasnou lokalizaci pomoci SL-MALDI-MSI. Maskovací defekt vytvořený páskou se projevil výrazným okrajem na obrazech složených z [PMMAn+Na]+ iontů. Mechanické poškrábání a laserové rytí motivů odhalilo selektivní distribuci sodiovaných oligomerů PMMA. Při solvataci PS na vrstvu PMMA cyklohexanem bylo možné sledovat ostrou hranici mezi odstaněným a původním polymerem pomocí [PMMAn+Ag]+ a [PSn+Ag]+ iontů.
SL-MALDI-MSI poskytuje rychlou, vysoce specifickou a molekulárně selektivní analýzu povrchu s nanometrovým hloubkovým rozlišením. Umožňuje diagnostiku defektů, heterogenit a degradací polymerních povrchů v průmyslové výrobě, kvalitativní i kvantitativní kontrolu v coatings, adhezivech, textilním, elektronickém nebo biomedicínském průmyslu.
Metodu lze rozšířit na širší spektrum polymerů, kompozitů a aditiv, dále i na nestandardní matrice a kationizační prostředky. Perspektivní je vývoj kvantitativního zobrazování, hloubkové profilace vrstvy a integrace do real-time monitoringu výrobních procesů.
SL-MALDI-MSI je první analytická technika schopná zobrazovat intaktní molekulární ionty z povrchové vrstvy syntetických polymerů do hloubky cca 2 nm s vysokou prostorovou a chemickou selektivitou. Metoda otevírá nové možnosti pro základní výzkum i průmyslovou kontrolu kvality polymerních materiálů.
MALDI, MS Imaging, LC/TOF, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceBruker
Souhrn
Význam tématu
Analýza chemického složení povrchové vrstvy polymerů na molekulární úrovni je klíčová pro spolehlivost a výkonnost materiálů v průmyslových i biomedicínských aplikacích, v povlakových a tiskových technologiích. Disrupce homogenního rozložení aditiv či kopolymerů může vést k degradaci funkčních vlastností materiálů. SL-MALDI-MSI přináší přímou detekci intaktních molekul ve vrstvě do hloubky přibližně 2 nm, čímž překonává omezení tradičních povrchových analyz.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo vyvinout a demonstrovat povrchovou techniku matrix-assisted laserové desorpce ionizace (SL-MALDI-MSI) bez použití rozpouštědel, schopnou prostorového zobrazování chemického složení na tenkých vrstvách PMMA a PS. Studie zahrnovala modelové defekty způsobené kontaminací, maskováním, mechanickým poškrábáním a solvatací a jejich analýzu pomocí nového postupu.
Použitá metodika a instrumentace
Pro analýzu intaktních oligomerů byly použity:
- Bruker UltrafleX-III MALDI-TOF/TOF se Nd/YAG laserem
- Bruker rapifleX MALDI-TOF/TOF se smartbeam 3D laserem
Hlavní výsledky a diskuse
U kontaminace PS na PMMA vzorek vykazoval v oblasti PS potlačení signálu PMMA oligomerů, což umožnilo jasnou lokalizaci pomoci SL-MALDI-MSI. Maskovací defekt vytvořený páskou se projevil výrazným okrajem na obrazech složených z [PMMAn+Na]+ iontů. Mechanické poškrábání a laserové rytí motivů odhalilo selektivní distribuci sodiovaných oligomerů PMMA. Při solvataci PS na vrstvu PMMA cyklohexanem bylo možné sledovat ostrou hranici mezi odstaněným a původním polymerem pomocí [PMMAn+Ag]+ a [PSn+Ag]+ iontů.
Přínosy a praktické využití metody
SL-MALDI-MSI poskytuje rychlou, vysoce specifickou a molekulárně selektivní analýzu povrchu s nanometrovým hloubkovým rozlišením. Umožňuje diagnostiku defektů, heterogenit a degradací polymerních povrchů v průmyslové výrobě, kvalitativní i kvantitativní kontrolu v coatings, adhezivech, textilním, elektronickém nebo biomedicínském průmyslu.
Budoucí trendy a možnosti využití
Metodu lze rozšířit na širší spektrum polymerů, kompozitů a aditiv, dále i na nestandardní matrice a kationizační prostředky. Perspektivní je vývoj kvantitativního zobrazování, hloubkové profilace vrstvy a integrace do real-time monitoringu výrobních procesů.
Závěr
SL-MALDI-MSI je první analytická technika schopná zobrazovat intaktní molekulární ionty z povrchové vrstvy syntetických polymerů do hloubky cca 2 nm s vysokou prostorovou a chemickou selektivitou. Metoda otevírá nové možnosti pro základní výzkum i průmyslovou kontrolu kvality polymerních materiálů.
Reference
- Endres KJ, Hill JA, Lu K, Foster MD, Wesdemiotis C. Surface-layer MALDI-MSI of Synthetic Materials on a Molecular Level. Analytical Chemistry. 2018;90(22):13427-13433.
- Crecelius AC, Steinacker R, Meier A, Alexandrov T, Vitz J, Schubert US. Matrix-assisted laser desorption/ionization imaging of UV-degraded polystyrene films. Analytical Chemistry. 2012;84(16):6921-6925.
- Rivas D, Zonja B, Eichhorn P, Ginebreda A, Perez S, Barcelo D. MALDI-MSI study of polycaprolactone diol degradation under wastewater treatment. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2017;409(23):5401-5411.
- Fröhlich SM, Archodoulaki VM, Allmaier G, Marchetti-Deschmann M. MALDI imaging of ultrahigh molecular weight polyethylene joint implant surfaces. Analytical Chemistry. 2014;86(19):9723-9732.
Podobná PDF
High-speed MALDI-TOF/TOF imaging of mouse brain tissue performed on intact proteins and after on-tissue digestion
2017|Bruker|Aplikace
High-speed MALDI-TOF/TOF imaging of mouse brain tissue performed on intact proteins and after on-tissue digestion The unique flexibility of MALDI-TOF/TOF systems facilitates tissue imaging of intact proteins as well as of tryptic peptides resulting from on-tissue digestion. While intact protein…
Klíčová slova
imaging, imagingmaldi, malditissue, tissuetof, tofcerebellum, cerebellumintact, intactcortex, cortexhistones, histonesspatial, spatialproteins, proteinspeptides, peptidesprotein, proteinrapiflex, rapiflexbrain, brainmouse
MALDI-CID Study of Poly(methyl methacrylate)
2019|Bruker|Aplikace
MALDI-CID Study of Poly(methyl methacrylate) Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) was chosen for an in-detail analysis of poly(methyl methacrylate) (PMMA) in order to determine the possible fragmentation mechanism with the help of collision-induced dissociation. Every parent peak…
Klíčová slova
region, regionmaldi, maldipmma, pmmascission, scissionfragmentation, fragmentationmolar, molarpoly, polyparent, parenttrimer, trimertof, tofdimer, dimerexplained, explainedmethacrylate, methacrylatemonomer, monomerdistribution
Bruker Product Overview - Life Science Mass Spectrometry
2020|Bruker|Brožury a specifikace
Product Overview Life Science Mass Spectrometry Innovation with Integrity Mass Spectrometry Empowering Science with Innovation and Integrity As one of the world’s leading analytical instrumentation companies, Bruker offers a broad spectrum of advanced solutions in all fields of research and…
Klíčová slova
maldi, malditof, tofbruker, brukerrapiflex, rapiflexpasef, pasefevoq, evoqspectrometry, spectrometryscimax, scimaxmass, masstimstof, timstofmrms, mrmsproteomics, proteomicsmetaboscape, metaboscapelrf, lrfseries
High-performance MALDI imaging analysis of on-tissue digested proteins in mammalian FFPE tissues using the Bruker rapifleX MALDI-TOF/TOF
2017|Bruker|Aplikace
25 YEARS MALDI High-performance MALDI imaging analysis of on-tissue digested proteins in mammalian FFPE tissues using the Bruker rapifleX MALDI-TOF/TOF In this application note, we describe a workflow for MALDI Mass Spectrometry Imaging (MSI) of proteins from a variety of…
Klíčová slova
tissue, tissueffpe, ffpemaldi, maldiimage, imageimaging, imagingsegmentation, segmentationpeptides, peptidestof, tofrapiflex, rapiflexparaffin, paraffinsections, sectionsbruker, brukerscils, scilsstained, stainedwere