DE4017805A1 - Verfahren, praeparat und vorrichtung zur bereitstellung eines analytes fuer eine untersuchung - Google Patents

Verfahren, praeparat und vorrichtung zur bereitstellung eines analytes fuer eine untersuchung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Analytes für eine Untersuchung, bei dem die Analyt­ moleküle in einer im wesentlichen zweidimensionalen Schicht an einer Oberfläche eines Präparates gebunden werden.
Weiter betrifft die Erfindung ein Präparat zur Verwendung beim obengenannten Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In vielen praktischen Problemstellungen liegt ein Analyt, welches (weiter) untersucht werden soll, im wesentlichen als zweidimensionale Monoschicht, im allgemeinen auch noch immobilisiert, auf einer Oberfläche vor, oder es wird in dieser Form auf eine geeignete oder geeignet zu präpa­ rierende Oberfläche aufgebracht. Beispiele hierfür sind ein- oder zweidimensionale Elektrophorese-Gelplatten, Chro­ matographie-Platten oder Sensorflächen von Biosensoren.
Zu einer Untersuchung bzw. Weiteruntersuchung, z. B. nach Chromatographie oder Elektrophorese, des Analytes stellt sich das Problem, daß die Analytmoleküle, beispielsweise für eine Untersuchung durch Massenspektrometrie, gezielt von der Oberfläche entfernt werden müssen. Allgemein aus­ gedrückt, müssen die Analytmoleküle für eine Untersuchung bzw. Weiteruntersuchung bereitgestellt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das ein­ gangs genannte Verfahren zur Bereitstellung eines Analytes für eine Untersuchung zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Analytmoleküle mittels Laserdesorption von der Oberfläche desorbiert werden.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt können Ana­ lytmoleküle in vorteilhafter Weise gezielt von einer Ober­ fläche entfernt und für eine Untersuchung, beispielsweise auch durch Massenspektrometrie, bereitgestellt werden.
Eine Laserdesorption, insbesondere zur Vorbereitung einer Massenspektrometrie, ist an sich bei dreidimensionalen Proben bekannt, bei denen die Analytmoleküle in einer Volu­ menverteilung in einer geeigneten Matrix vorliegen.
Erfindungsgemäß wird nun mit Vorteil die Laserdesorption auch zur Bereitstellung eines Analytes von einer Ober­ fläche für eine Untersuchung verwendet. Die Anwendbarkeit der Laserdesorption auch für im wesentlichen zweidimensio­ nale Oberflächen-Proben ist überraschend.
Die erfindungsgemäße Laserdesorption wird dadurch ermög­ licht, daß ein Präparat, welches aus dem Analyten und Kom­ ponenten zur Absorption der Laserenergie besteht, verwen­ det wird. Als Absorptionskomponente kommt z. B. Nikotin­ säure in Frage. Es kommen aber z. B. auch Thymin, Pyrazin­ carbonsäure, Thioharnstoff oder Vanillinsäure in Frage.
Als Substrat, an dessen Oberfläche das Analyt gebunden wird, kann eine Substanz gewählt werden, die selbst zur Laserlichtabsorption geeignet ist, beispielsweise Polycar­ bonat.
Eine im wesentlichen zweidimensionale Probe kann zur (Weiter-)Untersuchung auf eine andere Oberfläche übertra­ gen (geblottet) werden, wobei die Zuordnung einzelner Ana­ lytbereiche auf der zweiten Oberfläche erhalten bleibt. Als Substrat, auf dessen Oberfläche geblottet wird, kommt beispielsweise Nitrozellulose in Frage.
Die Analytmoleküle können mittels Spacermolekülen an der Präparatoberfläche gebunden werden, wobei die Spacermole­ küle selbst Laserlichtabsorber sein können, z. B. L 3,5-Di­ nitrobenzoylphenylglycin, oder es können Spacermoleküle verwendet werden, die Laserlicht nicht absorbieren, z. B. Propylamin.
Die Analytmoleküle können vor der Laserdesorption mittels chemischer Reagenzien chemischen Reaktionen unterworfen werden. Beispielsweise sind typische Reagenzien für den Ab­ bau von Proteinen Proteasen, z. B. Trypsin.
Das Substrat des Präparates kann so gewählt werden, daß eine chromatographische oder elektrophoretische Trennung von Analyten einer Analytmischung durchgeführt werden kann. Als trennendes Substrat käme das in der Elektrophore­ se üblicherweise benutzte Polyacrylamid in Frage.
Liegen auf einer Oberfläche getrennte Bereiche von Analyt­ molekülen vor, so kann auf diese Bereiche nacheinander Laserdesorption angewendet werden, indem Laserlicht über diese Bereiche nacheinander gescannt wird. Hierzu können ein Laser und das Präparat relativ zueinander bewegt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der Laserdesorption zeichnet sich durch einen Laser aus, der Laserlicht auf ein Präparat sendet, wobei Bereiche des Prä­ parates vorzugsweise mit dem Laserlicht abgetastet werden können.
Ein Präparat, welches bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, zeichnet sich vorzugsweise aus durch ein Substrat, an dessen Oberfläche Analytmoleküle gebunden sind. Das Präparat weist Komponenten zur Absorption von Laserlicht auf. Dabei kann das Präparat die ursprüngliche Probe selbst sein, es kann sich bei dem Präparat aber auch um ein blot der ursprünglichen Probe handeln.
Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Präparat, mit dem Ana­ lytmoleküle für eine Untersuchung bereitge­ stellt werden,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Präparates gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Durch­ führung einer Laserdesorption zur Bereitstel­ lung von Analytmolekülen für eine Untersuchung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er­ findung und
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Durch­ führung einer Laserdesorption zur Bereitstel­ lung von Analytmolekülen für eine Untersuchung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Er­ findung.
Fig. 1 zeigt in der Draufsicht ein Präparat 10, welches aus einer Trägerplatte 11 (Fig. 2) und einer auf der Trä­ gerplatte 11 aufgebrachten Substratschicht 12 besteht. Auf der Oberfläche der Substratschicht 12 sind einzelne Analyt­ bereiche 13 angedeutet. In diesen Analytbereichen 13 sind Analytmoleküle an der Oberfläche des Substrates 12 im wesentlichen zweidimensional gebunden. Die in der Fig. 1 angedeuteten unterschiedlichen Analytbereiche 13 könnten beispielsweise aus einem einzigen Analytbereich einer Mischung von Analyten hervorgegangen sein, aus der die Ana­ lyte durch Chromatographie getrennt worden sind. Bei dieser Chromatographie sind die Analyte der einzelnen Ana­ lytbereiche 13 unterschiedlich weit auf der Substratober­ fläche gewandert.
Die Substratschicht 12 weist außer den Analyten auch Kom­ ponenten auf, die Laserlicht absorbieren können. Derartige Komponenten können auch die Substratkomponenten selbst sein. Somit können die Analyte des Präparats gemäß Fig. 1 mittels Laserdesorption für eine Untersuchung bzw. Weiter­ untersuchung bereitgestellt werden.
Das in Fig. 1 gezeigte Präparat 10 kann eine ursprüngliche Probe sein, es kann sich aber auch um ein blot von einer ursprünglichen Probe handeln, indem die Analytbereiche 13 unter Beibehaltung ihrer gegenseitigen Zuordnung von einer Oberfläche auf die Oberfläche der Substratschicht 12 des Präparates 10 übertragen worden sind.
Fig. 2 zeigt das Präparat 10 gemäß Fig. 1 in einer Seiten­ ansicht, aus der entnehmbar ist, daß die Analytbereiche 13 in einer im wesentlichen zweidimensionalen Schicht vor­ liegen.
Fig. 3 zeigt in der Draufsicht ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung, mit der Analytmoleküle eines Präparates 10 mittels Laserdesorption für eine Untersuchung bereitge­ stellt werden können.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 umfaßt einen Laser 14, der einen Laserstrahl 15 aussendet. Der Laserstrahl 15 wird mittels eines ersten Umlenkspiegels 16 umgelenkt und mit­ tels einer Fokussierlinse 17 fokussiert. Nach der Fokus­ sierung tritt der Laserstrahl 15 in die Vakuumkammer 18 einer Ionenquelle ein. In dieser Vakuumkammer 18 der Ionen­ quelle ist ein Präparat 10 angeordnet, welches beispiels­ weise auf einem Präparatträger angebracht sein kann. Der in die Vakuumkammer 18 eintretende Laserstrahl 15 wird mit­ tels eines zweiten Umlenkspiegels 19 ein zweites Mal umge­ lenkt. Hiernach trifft der Laserstrahl 15 auf das Präparat 10.
Damit mittels des Laserstrahls 15 die einzelnen Analytbe­ reiche 13 des Präparates 10 abgetastet werden können, ist das Präparat 10 in seiner Präparatebene verschiebbar ange­ ordnet und/oder ist der zweite Umlenkspiegel 19 drehbar gelagert, wie dies jeweils durch Pfeile in der Fig. 3 ange­ deutet ist.
In der Vakuumkammer 18 der Ionenquelle ist eine Ionenoptik 20 der Ionenquelle angeordnet, mittels der die Analytmole­ küle bzw. Analytionen, die mittels Laserdesorption vom Präparat 10 entfernt werden, extrahiert und zu einem Ionen­ strahl 21 fokussiert werden. Der Ionenstrahl 21 tritt aus der Vakuumkammer 18 der Ionenquelle heraus in eine Vakuum­ kammer 22 eines Analysators, mit dem die Analytmoleküle untersucht werden. Bei dem Analysator kann es sich bei­ spielsweise um ein Massenspektrometer handeln.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 umfaßt einen Laser 14, der einen Laserstrahl 15 aussendet. Der Laserstrahl 15 wird mittels zweier Umlenkspiegel 16 und 19 auf einen transpa­ renten Probenträger 23 gerichtet und über die Fokussierlin­ se 17 in die Ebene des Präparats 10 fokussiert. Der Proben­ träger 23 ist transparent für die verwendete Laserwellen­ länge und dient gleichzeitig zur Vakuumabdichtung der Vakuumkammer 18. Auf der dem Analysator zugewandten Seite ist das Präparat 10, wie in Fig. 2 dargestellt, angeord­ net.
Mit Hilfe der Umlenkspiegel 16 und 19 kann der Laserstrahl 15 über den Analytbereich gescannt werden, bei einer größeren Ausdehnung der Probe läßt sich der Probenträger relativ zum Laserstrahl verschieben, wie dies durch ent­ sprechende Pfeile in der Fig. 4 angedeutet wird.
In der Vakuumkammer 18 der Ionenquelle ist wieder eine Ionenoptik 20 der Ionenquelle angeordnet, mittels der die Analytmoleküle bzw. Analytionen, die mittels Laserdesorp­ tion vom Präparat 10 entfernt werden, extrahiert und zu einem Ionenstrahl 21 fokussiert werden. Der Ionenstrahl 21 tritt aus der Vakuumkammer 18 der Ionenquelle heraus in eine Vakuumkammer 22 eines Analysators, mit dem die Analyt­ moleküle untersucht werden. Bei dem Analysator kann es sich beispielsweise um ein Massenspektrometer handeln.
Bezugszeichenliste
10 Präparat
11 Trägerplatte
12 Substratschicht
13 Analytbereiche
14 Laser
15 Laserstrahl
16 1. Umlenkspiegel
17 Fokussierlinse
18 Vakuumkammer d. Ionenquelle
19 2. Umlenkspiegel
20 Ionenoptik
21 Ionenstrahl
22 Vakuumkammer d. Analysators
23 transparenter Probenträger

Claims (32)

1. Verfahren zur Bereitstellung eines Analytes für eine Untersuchung, bei dem die Analytmoleküle in einer im wesentlichen zweidimensionalen Schicht an einer Oberfläche eines Präparates gebunden werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Analytmoleküle mittels Laserdesorption von der Oberfläche desorbiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Präparat neben dem Analyten auch Komponenten zur Absorption der Laserenergie als Bestandteile beigegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorptionskomponenten Nikotinsäure beigegeben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat, an dessen Ober­ fläche das Analyt gebunden wird, eine Substanz gewählt wird, die selbst zur Laserlichtabsorption geeignet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat Polycarbonat verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskomponenten vor (unter) dem Analyt aufgebracht werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskomponenten nach (auf) dem Analyt aufgebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absorptionskomponenten durch Sprühen, Zentrifugieren oder Vakuumdeposition aufgebracht werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Analytbereiche unter Beibehal­ tung ihrer Zuordnung zueinander von einem anderen Träger herunter auf die Präparatoberfläche übertragen (geblottet) werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat für das Präparat, auf das übertragen (ge­ blottet) wird, Nitrozellulose verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analytmoleküle mittels Spacermolekülen an der Präparatoberfläche gebunden werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Spacer Propylamin verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Spacermoleküle gewählt werden, die zur Laserlichtab­ sorption geeignet sind.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Spacer L 3,5-Dinitrobenzoylphenylglycin verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analytmoleküle vor der Laserdesorption mittels chemischer Reagenzien chemischen Reaktionen unterworden werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als chemisches Reagenz für den Abbau von Proteinen eine Protease verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analytmoleküle kurz vor der Laserdesorption in ihrer Bindung an die Oberfläche ge­ lockert oder gelöst werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat, an dessen Ober­ fläche die Analytmoleküle gebunden werden, eine Substanz gewählt wird, welche zur Durchführung einer chromatogra­ phischen oder elektrophoretischen Trennung einer Mischung aus verschiedenen Analyten geeignet ist, und daß eine der­ artige Trennung vor der Laserdesorption durchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung einer Elektrophorese als Substrat Polyacrylamid verwendet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mittels Chromatographie oder Elektro­ phorese voneinander getrennten Analytbereiche unterschied­ licher Analytmoleküle mittels eines Lasers nacheinander gescannt und mit Laserlicht bestrahlt werden.
2l. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Präparat und der Laserstrahl zum Scannen relativ zueinander bewegt werden.
22. Bei dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden An­ sprüche verwendetes Präparat, bei dem Analytmoleküle in einer im wesentlichen zweidimensionalen Schicht an einer Oberfläche eines Substrates gebunden sind, gekenn­ zeichnet durch Komponenten, die absorptions­ fähig für Laserlicht sind.
23. Präparat nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche (13) mit Analytmolekülen auf die Präparatober­ fläche von einer anderen Probenoberfläche übertragen (ge­ blottet) worden sind.
24. Präparat nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat des Präparates, auf dessen Oberfläche die Analytbereiche (13) übertragen (geblottet) sind, Nitro­ zellulose ist.
25. Präparat nach einem der Ansprüche 22 bis 24, gekenn­ zeichnet durch Spacermoleküle, die die Analytmoleküle an der Präparatoberfläche binden.
26. Präparat nach einem der Ansprüche 22 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß das Substrat des Präparates zur Durchführung einer chromatographischen oder elektrophoreti­ schen Trennung einer Mischung aus verschiedenen Analyten geeignet ist.
27. Präparat nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Polyacrylamid ist.
28. Vorrichtung zur Bereitstellung eines Analytes, dessen Analytmoleküle in einer im wesentlichen zweidimensi­ onalen Schicht, vorzugsweise in verschiedenen Bereichen, an einer Oberfläche eines Präparates gebunden sind, ge­ kennzeichnet durch einen Laser (14) zur Durchführung einer Laserdesorption, wobei der Laserstrahl (15) und das Präparat (10) zum Scannen der Präparatober­ fläche mit dem Laserstrahl (15) relativ zueinander beweg­ lich sind.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich­ net, daß der Laserstrahl (15) definiert bewegbar angeord­ net ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Präparat (10) definiert bewegbar an­ geordnet ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Leitungs- oder Umlenkungselement (19) zur Leitung oder Umlenkung des Laserstrahls (15) derart beweglich angeordnet ist, daß mit dem Laserstrahl (15) die Analytbereiche (13) des Präpara­ tes (10) überstreichbar sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, ge­ kennzeichnet durch eine Zeit- und Ortssteuerung für das Laserscannen.
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