Capillary-flow LC-MS: combining high sensitivity, robustness, and throughput

Význam tématu

Kapilární tokové LC-MS spojuje výhody vysoké citlivosti nanoLC-MS s průchodností a robustností analytických průtokových metod.
Metoda snižuje spotřebu rozpouštědel, minimalizuje kontaminaci a umožňuje analýzu rozsáhlých souborů vzorků při zachování nízkých mezí detekce.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem technické poznámky je představit úplné řešení capLC-MS založené na přístrojové konfiguraci Thermo Scientific™ UltiMate™ 3000 RSLCnano, EASY-Spray® zdroji a adaptéru i alternativní Ion Max® rozhraní.
Článek popisuje dvě základní fluidické konfigurace (direct injection a trap-and-elute), demonstruje citlivost, opakovatelnost a robustnost řešení a uvádí příklady uplatnění v cílené kvantifikaci bílkovin i profilování proteomických vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

UltiMate 3000 RSLCnano s low-flow HPG pumpou (0,5–10 µL/min) a micro LPG pumpou (5–50 µL/min) umožňuje nastavení vazebných a separačních podmínek.
EASY-Spray® přenosová linka se 20 µm silikátovým emitorem a Ion Max®/HESI-II zdroj s 50 µm jehlou z nerez oceli zajišťují optimální ionizaci v rozsahu 1–15 µL/min.
Separační kolony Acclaim PepMap™ RSLC C18 (300 µm × 150 mm, 2 µm) a předkolony PepMap C18 (300 µm × 5 mm, 5 µm) se používají pro přímé injekce i prekoncentraci.
V MS analýzách byly využity přístroje Q Exactive™ HF (Full MS, DDA, PRM) a TSQ Quantiva™ (MRM).
Injekční módy: full loop (5 µL), µL pick-up (20 µL) a prekoncentrace na cartridge s pásmem 5–100 µL.

Hlavní výsledky a diskuse

Snížení průtokové rychlosti z 450 µL/min na 5–10 µL/min vede ke dvou- až čtyřnásobnému nárůstu signálu ve srovnání s analytickým průtokem.
Opakovatelnost retenčních časů ≤ 1 % RSD (500 injekcí) a ploch špiček ~ 5 % RSD (100 injekcí) potvrzuje vysokou stabilitu.
Cílená kvantifikace infliximabu pomocí PRM dosáhla LOQ 16 amol a LOD ~ 3 fmol v komplexním matrikci.
Profilování HeLa proteomu prokázalo identifikaci ~ 70 % proteinů oproti nanoLC-MS při stejném objemu vzorku (1 µg) a ~ 80 % při čtyřnásobném zatížení.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká citlivost pro stopové analýzy peptidů a malých molekul
• Krátké doby analýzy (gradienty 10–60 min) a vysoká průchodnost
• Robustní a snadná výměna fluidických modulů bez nástrojů
• Minimální mrtvé objemy díky fingertight nanoViper® spojům
• Vhodné pro rutinní analýzy velkých souborů, bioanalytiku, QA/QC i metabolomiku

Budoucí trendy a možnosti využití

Další miniaturizace a automatizace fluidiky zvýší průchodnost a reprodukovatelnost.
Integrace s pokročilými datovými platformami a LIMS umožní škálovatelnost do klinických a farmaceutických laboratoří.
Rozšíření o monolitické a plně pórové kolony nabídne širší paletu separačních režimů (HPIC, HILIC, RP).

Závěr

Capillary-flow LC-MS představuje efektivní kompromis mezi citlivostí nano- a rychlostí analytického průtoku.
Řešení Thermo Scientific kombinuje jednoduchou montáž, robustní provoz a univerzální aplikace pro cílenou kvantifikaci i komplexní proteomiku.

Reference

• Bruins AP. Mass spectrometry with ion sources operating at atmospheric pressure. Mass Spectrom Rev. 1991;10:53–77.
• Hopfgartner G, et al. Ion spray mass spectrometric detection for liquid chromatography. J Chromatogr A. 1993;647:51–61.
• Page JS, et al. Ionization and Transmission Efficiency in an Electrospray Ionization-Mass Spectrometry Interface. J Am Soc Mass Spectrom. 2007;18:1582–1590.
• Boychenko A, et al. Sensitive, Fast and Robust Quantification of Antibodies in Complex Matrices by Capillary Flow UHPLC and High-resolution Accurate-mass MS. ASMS2016 Poster PN64787.
• Meding S, Boychenko A. Capillary Flow LC-MS Unites Sensitivity and Throughput. Chromatography Today. 2016; June:43–45.
• Lopez-Ferrer D, et al. Increased MS Protein Identification Rates Using 75 cm Long nano LC C18 Separation Columns. HUPO2015 Poster PN64629.
• Schmidt A, et al. Effect of different solution flow rates on analyte ion signals in nano-ESI MS. J Am Soc Mass Spectrom. 2003;14(5):492–500.
• Thermo Fisher Scientific. UltiMate 3000 RSLCnano System-Versatility and Performance. BR-71898. 2016.
• Boychenko A, et al. Improved sensitivity and robustness with capillary flow LC-MS targeted protein quantification. EBF2016 Poster PO72318.