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沃特世科技(上海)有限公司(Waters)
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当新型MALDI源遇上多极反射质谱,“1+1>2” !

发布:沃特世科技(上海)有限公司(Waters)
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今年ASMS,沃特世发布了 新一代飞行时间质谱SELECT SERIES MRT在配备DESI XS源和全新MALDI离子源的基础上,可配上电喷雾离子源(ESI),实现与UPLC-MS兼容。这意味着这款多极反射QTOF质谱在不损失扫描速度的前提下分辨率可达20万,不仅可实现全谱图范围的高质量成像,也可与液相相连,用于药物Discovery和各种组学研究等领域。


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今天,我们就着重来看一看当新型MALDI源遇上多极反射质谱时 “1+1>2” 所产生的效果。


硬件上的契合


SELECT SERIES MRT定位深度科学研究领域,采用前沿的混合四极杆多反射飞行时间质谱技术,具有出色的质量分辨率(大于200,000 FWHM)和质量精度,且不受采集速度的影响。它的TOF质量分析器使用1 m²的紧凑形几何路径,采用无光栅、阵列式透镜加导流板设计,可使离子通过多极反射实现47米ToF的飞行轨迹,同时避免像传统TOF因使用格栅反射器而导致的灵敏度损失。


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图1. MRT专 利型离子传输路径


与之匹配的新型MALDI源,采用强大的耐用型2.5 kHz固态Nd:YAG激光系统,可提供相当高的空间分辨率。在易用性方面也有非常大的提升,且配备隔离阀,可在不破坏真空的情况下轻松装卸样品靶板。此外,源六极组件可以轻松移除,无需工具即可进行清洁维护,以更大限度延长仪器运行时间系统耐用性


成像技术由于没有任何前端分离,MSI光谱图非常复杂,MRT的出色分辨率通过减少分析物信号的重叠来解决这一复杂性,获得更清晰的图像并减少背景干扰,同时优异的质量精度也使化合物鉴别具有更高的可信度。且MRT采用专 利型的编码频率推送(EFP)技术,获得精确去卷积高分辨质谱图的同时,与传统成像数据相比,数据量会大大降低,这也更加有利于后期对高分辨成像数据的处理。且MRT可以与DESI XS离子源MALDI源兼容,这两种源选项的结合提供了全光谱分子成像,这是一种可在空间分子轮廓领域获得广泛化合物覆盖的手段


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图2. 配备在MRT上的新型MALDI源设计,使用维护更简便。


超硬核质谱成像性能

本文展示了MALDI-MRT系统应用于小鼠脑切片的质谱成像数据。


实验条件

样品:

鼠脑切片,12 μm厚


MALDI条件:

  • 基质:2,5-二羟基苯甲酸

  • 激光频率:2 kHz

  • 激光光束直径:15/50 μm

  • MS条件:正离子模式

  • 样品板电压:20 V

  • 六极杆DC:10 V

  • 六极杆RF:350 V

  • 采集频率:10 Hz

  • MS分辨率:200,000


结果讨论

MALDI-MSI数据是在两个横向小鼠脑切片上分别以15和50 μm像素分辨率以10 Hz的扫描速率获取的。完成每个图像所需时间与生成像素数有关,15 μm实验的像素数约为410,000(12小时),而50 μm实验的像素数约为44,000(80分钟)。在如此短时间内以200,000 FWHM质量分辨率生成这些高质量图像的能力对于质谱成像系统来说是罕见的。图3A显示了15 μm下获得的质谱图。检测到的主要物种是脂质,信号在700到900 m/z之间。插图显示了200,000 FWHM下MS数据的超高分辨率。利用沃特世高清成像(HDI)软件处理这些数据,生成分子图像。图3B显示了从15 μm实验中确定的许多脂质合成图像,即蓝色的SM(34:1;O2),绿色的PS(O-37:1),红色的PS(40:0)。


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图3. MALDI质谱示例,显示MRT分析仪在脑切片谱图上的超高分辨率。


为了考察系统的准确性,将采集到的脂质数据使用LipidMaps数据库(LipidMaps.org)搜索其鉴定。表1列出了检测到的公认脂质及其化学式和质量误差。可看出在组织样本的背景条件下,测得脂质化合物的质谱偏差平均为348 ppb,非常准确的质量数


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表1.LipidMaps数据库(LipidMaps.org)中检测到的公认脂质及其化学式和质量误差。


使用MALDI-MRT另一个优势体现在,获得非常准的质量数的同时,即使非常接近的质量数也可以进行精确成像。如图3所示,在86 mDa窗口范围内有几个脂质信号,推测为SHexCer(37:6;O3)(828.49237 m/z)、PS(36:1)(828.51568 m/z)、PS(O-37:1)(828.55170 m/z)和PC(36:1)的a+2同位素(828.57056和828.57916 m/z)。MRT分析仪的高分辨率使每个信号都能够在小鼠脑切片中进行区分和唯 一的生物定位,提供高置信度的空间分布细节。其中后两个信号828.57056和828.57916 m/z构成了PC(36:1)的精细同位素结构钾加合物41K信号与13C2信号的分离。这种精细的同位素结构信息也更有利于未知化合物的结构确认。


采用50 μm的数据显示了获得高分辨率MS数据的速度,该个脑切片只需78分钟。采用15 μm数据显示了可以在空间上解析的精细细节,同时保持了较高的质量精度分辨率。可根据您不同的实验目的进行选择。


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图4. 超高质量分辨率允许在高速和空间细节下对等压脂质信号进行无干扰的生物定位。


总结

做质谱成像时一个关键挑战在于,在无色谱分离的情况下,能够非常自信、确认地从复杂样品中鉴别出物种及其分布。本文展示了将SELECT SERIES MALDI源与超高分辨率和质量精度的SELECT SERIES MRT相结合,为生物组织切片的质谱成像在提升采集速度的前提下,增加了优异的特异性。使鉴定并成像的21种脂质物种具有出色的质量精度(<400 ppb RMS)。MRT系统大于200,000 FWHM的分辨率表明能够定位仅相差19 mDa的脂质,但也能够在m/z 828处分离出精细的同位素结构(小于9 mDa),揭示了以前未发现的分子细节。MRT可配备DESI XS及MALDI源,提供全面的全光谱分子成像解决方案,是分子分布可视化的一个里程碑式进阶。同时MRT新增加的ESI离子源,会大大拓展其应用空间,我们将在后续推文中进行介绍,敬请期待!


2022-06-17
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