SALDI-MS-kuvantamismassaspektrometrian käyttö luonnonyhdisteanalytiikassa

Abstract

SALDI-MS eli pinta-avusteinen laserdesorptioionisaatiomassaspektrometria on nykypäivänä laajasti sovellettu tekniikka pienikokoisten yhdisteiden analysointiin. SALDI osittain pohjautuu MALDI:in eli matriisiavusteiseen laserdesorptio/ionisaatiomassaspektrometriaan, joka testattiin ensimmäisiä kertoja noin 40 vuotta sitten. MALDI:lla on useita eri käyttökohteita esimerkiksi biokemiassa ja lääketieteessä. Se on erityisen käytännöllinen raskaampien molekyylien, kuten erilaisten proteiinien, polymeerien ja muiden makromolekyylien, tarkastelussa. Pienikokoisten, alle 1000 Da painoisten yhdisteiden tarkasteluun se ei sovellu, koska orgaaninen matriisiaines, esimerkiksi sinappihappo, aiheuttaa taustakohinaa spektrissä pienellä massavarausalueella m/z. SALDI ratkaisee tämän ongelman, sillä siinä orgaaninen matriisi korvataan epäorgaanisella nanoluokan substraatilla. Nanomateriaalit tai -partikkelit voidaan tehdä erilaisista metalleista, puolimetalleista tai hiiliyhdisteistä. Eräs suosituimpia materiaaleja on ollut titaanidioksipohjainen nanosubstraatti varustettuna kultaisilla nanopartikkeleilla. Epäorgaanisten substraattien toivottuja ominaisuuksia ovat hyvä UV-absorptiokyky ja korkea molaarinen absorptiokerroin, hydrofobisuus, suuri pinta-ala suhteessa pieneen kokoon sekä potentiaalisesti matala sulamispiste ja lämpökapasiteetti. SALDI-MS-analyysien haasteellisin vaihe on edellä mainittujen substraattien valmistus, sillä yleistä valmista pohjaa ei ole vielä olemassa. Substraattien valmistus on monivaiheinen prosessi, jossa alustan ominaisuuksia parannellaan ja kehitetään usealla eri modifikaatiolla, ja lopuksi substraatti vielä karakterisoidaan. SALDI-MS-analyysilaitteistossa käytetään usein MALDI:a ja lentoaikamassa-analysaattoria (MALDI-TOF-MS) sekä Nd:YAG-laseria aallonpituudella 355 nm. Tehokkaan substraatin ja hyvän laitteiston avulla on mahdollista visualisoida luonnonyhdisteitä erilaisissa näytteissä, kuten esimerkiksi hedelmäviipaleissa, lehdissä ja terälehdissä. Näytteen rakenne vaikuttaa siihen, kuinka paljon esikäsittelyä se vaatii. Valmis näyte voidaan painattaa substraattia vasten ja analysoimalla havainnollistaa yhdisteiden sijainnit, määrät ja esimerkiksi biosynteesireitit. Tulevaisuuden kehityskohteita ovat entistä nopeammat ja tehokkaat analyysit, sekä vähemmän aikaa vievät substraattien valmistusprosessit.

SALDI-MS or surface-assisted laser desorption ionization mass spectrometry is nowadays widely adapted in analysing small-weight molecular compounds. SALDI is partially based on MALDI or matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry, which was evaluated for the first time around forty years ago. MALDI is widely used for example in biochemistry and medicine. It is practical especially in analysing heavier molecules, like proteins, polymer chains and other macromolecules. It is not applicable for analysing smaller compounds with molecular weight under one thousand Da, because organic matrix causes background noise in spectrum in low mass region m/z. SALDI solves this problem, because in SALDI organic matrix compound, for example sinapinic acid, is substituted with nano class inorganic substrate. Nanomaterials or nanoparticles can be made from different metals, metalloids, or carbon compounds. One of the most popular compounds has been titanium dioxide based nanosubstrate with golden nanoparticles. Some of the desired properties for inorganic substrates are for example strong UV-absorption and high molar absorption coefficient, hydrophobicity, great area-to-size ratio and potentially low melting point and low heat capacity. The most challenging part in performing SALDI-MS analyses is the preparation of the substrates mentioned before, because there is not yet one general base. Preparation of substrates is multiple step process, which includes developing and improving qualities by several modifications. The substrate is also characterized in the end as well. MALDI-TOF-MS and Nd:YAG laser with wavelength of 335 nm are often used as equipment for SALDI-MS analyses. With effective substrate and equipment, it is possible to visualize natural compounds in different samples, for example fruit slices, leaves, and petals. The texture and structure of sample affect its preparation. Prepared sample can be imprinted on to the substrate’s surface and analysed. Thus, it demonstrates for example locations, intensities, and biosynthetic pathways of natural compounds. In the future it is expected that analyses shall become faster and more efficient, and the preparation processes of substrates shall be less time consuming.