MS IMS 的原理及应用 IMS 实验过程 真空系统 MALDI 简介 IMS 的优势及存在的挑战
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- 豫 甄
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1 THIRD MILITARY MEDICAL UNIVERSITY Imaging Mass Spectrometry 陈惠蓉 科研部 生物医学分析测试中 心 蛋 白化学组
2 MS IMS 的原理及应用 IMS 实验过程 真空系统 MALDI 简介 IMS 的优势及存在的挑战
3 质谱基础 高真空 进样系统离 子源质量分析器检测器数据系统 质谱分析法主要是通过对样品离 子质荷比真空系统 (m/z) 的分析 而实现对样品进 行定性和定量的 一种 方法 电离装置 ( 离 子源 ) 把样品电离为离 子 质量分析器是把不同质荷比的离 子分开 经检测器检测之后可以得到样品的质谱图
4 离 子源 GC EI: 电 子电离源, 最常用的 气相离 子源, 有标准谱库 CI: 化学电离源, 可获得准分 子离 子 PCI,NCI ESI: 电喷雾源, 最常用的液相离 子源, 适用于极性较强的化合物, 可用于热不稳定化和物的分析 LC APCI: 大 气压化学电离源, 适用于中等极性或弱极性的小分 子化合物, 尤其是含杂原 子的化合物, 不适合热不真空系统稳定或在溶液中容易电离的化合物 APPI: 大 气压光电离源, 适用于弱极性的化合物, 如多环芳烃等 MALDI : 基质辅助激光解吸电离, 适用于分析 生物 大分 子, 主要与 TOF 联用
5 质量分析器 线性 分辨率 质量范围 四极杆 (Q) 好 低分辨 Da 离 子阱 (Trap) 不好 准 高分辨 Da 飞 行时间 (TOF) 较好 高分辨 理论上 无上限 傅立叶变换离 子回旋共振质谱仪 (FT) 真空系统 较好 高分辨 Da 磁质谱仪 较好 高分辨 Da LC-MS (Q-TOF, Orbitrap, QQQ); MALDI-TOF-TOF
6 MALDI 源 1987 年, 第 二届中日质谱分析联合讨论会上, 田中耕 一首次介绍了 MALDI 技术 ; 1988 年, 田中耕 一团队为 Terry Lee 博 士定制了世界上第 一台 MALDI 质谱 ; 1989 年, 岛津公司收购了位于英国曼彻斯特的 Kratos 公司 ; 1990 年, 曼彻斯特成为岛津新产品系列的研发中 心 ; 1991 年 Ø 发明了对 生物 大分 子的质谱分析法 ; Ø 发明了利用核磁共振技术测定溶液 中 生物 大分 子三维结构的 方法 ;
7 MALDI 源 基质辅助激光解吸电离 Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization
8 Imaging Richard M. Caprioli Vanderbilt University 1997 年, 首次提出质谱分 子影像概念 ;
9 MALDI Imaging Mass spectrometry Similar info to IHC How IMS differs: Ø More Versatile No prior knowledge or antibodies needed Not limited to proteins-lipids, metabolites, peptides, small molecules Examine distribution many molecules in same image Ø Lower spatial resolution Ø Not comprehensive-not all molecules ionize well
10 IMS application 1: molecular weight p-test-bsa.1\NO BARCODE Data: B1[c] 15 Mar :18 Cal: tof 15 Mar :13 Shimadzu Biotech Axima Resonance : Mode positive, Low 300+, Power: 56 %Int. 146 mv[sum= mv] Profiles Unsmoothed -Baseline {r6539} {r5079} {r4260} {r6293} {r5031} {r7545} {r6612} m/z 1[c].B
11 IMS application 2: Biomarkers Fig. Mouse brain tumor images. (A) Mouse model of human glioma showing proteins that localize to the tumor (histone H4), to the striatum (guanine nucleotide binding protein γ7), and one that is uniformly distributed throughout the normal brain tissue (cytochrome c oxidase polypeptide VIIc). Molecular imaging of proteins in tissues by mass spectrometry. Erin H. Seeley and Richard M. Caprioli, PNAS, 2008.
12 IMS application 2: Biomarkers
13 IMS application 3: Protein identification and distribution Infected Uninfected Monitoring the Inflammatory Response to Infection through the Integration of MALDI IMS and MRI. Ahmed S. Attia et al. Cell Host & Microbe. 2012
14 MALDI-IMS 实验过程 Fresh frozen tissues 1.Sample Preparation Tissue Slices Tissue rinsing Matrix Deposition 2. Analysis by MALDI-TOF mass spectrometry 3. data analysis
15 Tissue Slices 2 um (b) 5 um (c) 10 um (d) 15 um (e) 30 um (f) 40 um (g) MALDI-MS protein profiles obtained from sections of mouse brain Recommend 5-10 um
16 Tissue rinsing 推荐 : 乙醇梯度洗脱
17 Matrix Deposition
18 Data acquisition and analysis 2. Analysis by MALDI-TOF mass spectrometry 3. data analysis
19 影像质谱实验过程 Sample Preparation Data acquisition and analysis Fresh frozen tissues Tissue Slices Transfer in Mass Spectrometry Tissue rinsing Matrix Deposition
20 岛津系列 MALDI Assurance Line-TOF Confidence Reflect-TOF Performance Reflect- TOF-TOF Resonance Line-trap-TOF
21 MALDI-7090 主要参数 : 分辨率 :Line< Da, Reflect<8000Da; 采集速度 :2KHz ( 所有模式下 ); 高能碰撞诱导裂解 20KeV, 能有效 生成多种碎片离 子 ; 10 靶板集成进样器 ; MALDI Solution 软件
22 优势及存在的挑战 目前存在的问题和拟采取措施 提 高灵敏度 构建较小基质晶体, 均匀结晶 - 高信号, 低信噪比 ; 在蛋白质分 子上偶联 一个配体 - 提 高离 子化效率 ; 提 高分辨率 将激光束的直径由现有的 30um 降低到 1um 或者更低 ; 提 高扫描速度, 分析更多类型的样品 ; 提 高数据处理速度 发展更为专业 准确 高效的分析软件 ; 应用展望 研究对象将由现在的蛋白质和肽段逐渐扩展到其他内源性复合物和外源性化学物质 ; 无庸质疑, 质谱影象技术将对分析不同状态的组织和细胞的复杂过程起越来越重要的作用 ;
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24 Assurance TM 作为最简单易用的飞行时间质谱, 主要应用在快速准确的分子量测量工作 用户主要是多肽, 蛋白, 核酸的生产厂商, 由于大量生产的多肽, 蛋白, 核酸需要做快速的分子量测定, 保证其产品质量 传统的方法是进行电泳分析, 一般每个蛋白要半个小时到一个小时才能得到结果 而 AXIMA Assurance TM 则可以在几秒钟内对一个多肽, 蛋白或核酸的分子量进行准确测定, 而且大批量自动化可以使用专门进行质量控制的软件 OligoAnalysis TM, 自动生成报告, 表明目标物是否存在, 纯度, 或已知污染物等的识别等 因此 AXIMA Assurance TM 在 QA/QC 领域进行寡核苷酸 / 引物分析, 合成多肽 / 蛋 白分析, 聚合物分析, 或小分子分析等, 有着强大的应用能力 ConfidenceTM 作为岛津功能全面的科学研究级 MALDI-TOF 仪器, 性价比高, 是经费受限制的大学 科研单位用户的首选机型 可以全面的开展高通量蛋白质组学研究, 包括多肽, 蛋白分子量测定, 蛋白鉴定, 多肽序列分析, 翻译后修饰研究, 如磷酸化, 糖基化研究等 无缝 PSD 技术是该仪器的重要特色功能 该技术可以在 MALDI 激光能力增强的作用下, 通过岛津独有曲线反射场反射器, 得到明显优于其他同类 MALDI-TOF 质谱仪的多肽碎片信息质谱图, 相当与二级质谱的数据, 从而进行多肽序列分析, 更准确的进行多肽, 蛋白的鉴定 PerformanceTM 作为岛津功能全面的科学研究级 MALDI-TOF-TOF 仪器, 性价比高, 是经费充足的大学, 科研单位用户的首选机型 可以全面的开展高通量蛋白质组学研究, 包括多肽, 蛋白分子量测定, 蛋白鉴定, 多肽序列分析, 翻译后修饰研究, 如磷酸化, 糖基化研究等 高通量自动化蛋白鉴定, 高分辨双离子门, 高能 CID 技术进行 MS/MS, 新型曲线场反射器等尖端技术是该仪器成为蛋白质组学研究的有利工具 LMZ(low mass zoom) 功能是该仪器的一个优势, 可以对低质量端的谱图优化, 得到优秀的 低质量端数据, 如亚氨离子的信号得到增强, 帮助 MS/MS 谱图的准确解析 ResonanceTM 是岛津独有的, 也是目前 MALDI-TOF 市场上最高端的飞行时间质谱, 田中耕一先生是该仪器的主要研发人员和技术支持工程师之一 除了能完成目前市场上 MALDI-TOF,MALDI-TOF-TOF 的所有基本功能之外, 该仪器的最大特色是可以进行多级质谱高质量精度的分析 对于多年来生命科学的难题, 蛋白翻译后修饰的研究, 很多质谱仪器都束手无策的情况下, 该仪器的卓越性能使这些问题能够迎刃而解 尤其在复杂的糖蛋白研究分析中, 通过将糖肽在 AXIMA ResonanceTM 中多级质谱打碎, 解析出复杂的肽序列, 糖基化位点和糖链结构 目前很多进行翻译后修饰的研究单位都采用该仪器进行这方面的深入研究, 并发表高水平的学术文章
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