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Bildgebende Massenspektrometrie

 
Bildgebende räumlich-hochauflösende MALDI Massenspektrometrie von biologischen und technischen Proben

Rasternde (scannende) Microprobe MALDI (SMALDI) Massenspektrometrie ist eine Technik zur Analyse strukturierter biologischer und technischer Oberflächen wie Zelloberflächen, Gewebeproben und synthetischer Strukturen mit einer lateralen Auflösung von 1-10 µm. Diese Technik wurde im rasternden Microprobe MALDI-Flugzeit-Massenspektrometer LAMMA 2000, sowie in der Ionenquelle AP-SMALDI 10 in Kombination mit Orbitalfallenmassenspektrometern realisiert.

Das Ziel dieses Projektes ist es, topologische und Intensitätsinformationen für jede detektierte Substanz als Verteilungsbilder darzustellen (Abbildung 1). Weiterhin sollen die Probenpräparationen optimiert werden, um die Sensitivität, Massenauflösung und effektive laterale Auflösung zu verbessern.

Abbildung 1: Schematischer Ablauf eines Experimentes in der bildgebenden MALDI Massenspektrometrie (Histochem Cell Biol (2013) 139:759–783)

Während der Messung wird die Probe Punkt für Punkt mit einem Laser abgerastert (Abb.1.a). Material aus der Probe wird so desorbiert, ins Massenspektrometer transferiert und dort analysiert. Man erhält pro Messpunkt ein Massenspektrum (Abb.1.b). Die Signalintensitäten einer Substanz werden dann in jedem Massenspektrum ausgewertet und in Farbintensitäten eines Bildes transformiert (Abb.1.c). Es können Verteilungsbilder für alle Probensubstanzen im gesamten Massenbereich der Spektren erstellt werden. Ein begrenzender Faktor der örtlichen Auflösung ist die optische Auflösung des Instrumentes (Durchmesser des Laserspots). Mit dem LAMMA 2000 kann die Spotgröße auf 0,7 µm bei 337 nm Längenwelle reduziert werden. Die AP-SMALDI 10 Ionenquelle erreicht eine örtliche Auflösung von 5 µm ohne Überlappung der Laserablationsflächen. Kommerzielle bildgebende MALDI-Geräte besitzen oft eine geringere örtliche Auflösung.

Bei einer so hohen lateralen Auflösung, wird die Anwendung und Kristallisation des Matrixmaterials der beschränkende Parameter für die örtliche Auflösung, die für Verteilungsbilder erreicht werden kann. Um die Migration biologischer Komponenten zu minimieren, ist es wichtig, entsprechende Methoden der Matrixzugabe zu entwickeln. Präparationstechniken wie Airspray oder Bedampfung wurden hinsichtlich lateraler Migration, Integration des Analyten in die Matrix sowie effektivem Auflösungsverlust untersucht. Die optimierte Präperationsbedingungen, die zu Kristallgrößen im einstelligen Mikrometerbereich und zu einer homogenen Matrixbedeckung führen, wurde im Matrixsprayer SMALDIPrep bedienungsfreundlich umgesetzt.

Strukturierte biologische und künstliche Oberflächen wurden erfolgreich mit dem neuen automatischen Datenevaluierungssystem untersucht. Biologische Anwendungen demonstrieren die Nützlichkeit der rasternden Microprobe MALDI-Massenspektrometrie mit unteren Mikrometerberich.

 

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