WO2005101452A1 - Preparation method or the microscopic analysis of the composition of substance mixtures - Google Patents

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WO2005101452A1
WO2005101452A1 PCT/DE2005/000690 DE2005000690W WO2005101452A1 WO 2005101452 A1 WO2005101452 A1 WO 2005101452A1 DE 2005000690 W DE2005000690 W DE 2005000690W WO 2005101452 A1 WO2005101452 A1 WO 2005101452A1
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analyte
analytes
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PCT/DE2005/000690
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Bernhard Spengler
Werner Bouschen
Daniel Eikel
Dieter Kirsch
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Justus-Liebig-Universität Giessen
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    • GPHYSICS
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    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
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    • H01J49/161Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
    • H01J49/164Laser desorption/ionisation, e.g. matrix-assisted laser desorption/ionisation [MALDI]

Definitions

  • the present invention relates to a method with which substance mixtures can be prepared for mass spectrometry in such a way that they can be examined by means of the spatially resolved microscopic surface analysis with a usable lateral resolution of a few micrometers, as well as the preparations produced with the aid of this method.
  • the preparation method according to the invention With the help of the preparation method according to the invention, the chemical composition of substance mixtures can be reproduced on a much smaller scale than before. At the same time, a larger mass range is accessible for mass spectrometry, so that biologically relevant substances can also be examined.
  • the present invention relates to the fields of chemistry, biology and biochemistry, physics and instrumental analysis.
  • the aim of spatially resolved, microscopic surface analysis is to qualitatively and / or quantitatively map the chemical composition of a sample or a mixture of substances (e.g. a biological cell, a biological tissue or a semiconductor sample) with high resolution.
  • a sample or a mixture of substances e.g. a biological cell, a biological tissue or a semiconductor sample
  • an analytical image shows the quantity distribution of a certain substance within the sample as an image (eg as a grayscale image).
  • SBADI-MS scanning microsonde matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry
  • MALDI-Imagin ' g is known to be operated only with a usable lateral resolution of about 25-30 ⁇ m, since with this method a chemical matrix substance in dissolved form must be added to also larger molecules (such as peptides and proteins The mixing process and the matrix crystals that form when they dry up limit the usable spatial resolution to the above-mentioned 25 to 30 ⁇ m, since analyte molecules are inevitably displaced spatially on the surface to this extent.
  • the crystals usually have a diameter of 5 ⁇ m to 500 ⁇ m, which also limits the usable spatial resolution
  • Part of the mechanistically based MALDI mass spectrometry lies in the much larger mass range, which can be examined (up to 10 6 u) and which thus makes biologically relevant substances such as proteins, oligosaccharides and lipids accessible.
  • Methods for evaporating samples with different materials are known from electron microscopy, but are not suitable for MALDI-MS, since other matrix materials such as gold are used in electron microscopy to make the surface conductive.
  • the selection of the matrix substance for the MALDI depends on the type of analyte molecules; well over a hundred different matrix substances have now become known.
  • the matrix substances used in high excess have the task, among other things, of separating the analyte molecules as much as possible and attaching them to the sample carrier, transferring them into the gas phase without formation of matrix or other molecules during the laser bombardment by forming a vapor cloud, and finally with protonation or Ionize deprotonation.
  • analyte and matrix A number of different methods have become known for the application of analyte and matrix. The simplest of these is to pipette a solution containing analyte and matrix onto a cleaned, metallic sample carrier.
  • the drop of solution forms a wetting surface on the metal surface (or its oxide layer), the size of which on hydrophilic surfaces corresponds to a multiple of a drop diameter. The size depends on the hydrophilicity and microstructuring of the metal surface and on the properties of the droplet, in particular the solvent.
  • a sample spot of small matrix crystals the size of this wetting area is formed, but as a rule there is no uniform coverage of the wetting area.
  • the crystals of the matrix usually begin to grow on the inner edge of the wetting on the metal plate. They grow towards the inside of the wetting surface. They often form radiation-like crystals, such as 2,5-dihydroxybenzoic acid (2,5-DHB) or 3-hydroxypicolinic acid (HPA), which extend towards the interior of the stain often lift off the carrier plate.
  • 2,5-DHB 2,5-dihydroxybenzoic acid
  • HPA 3-hydroxypicolinic acid
  • the matrix substance is already present on the carrier plate before the solvent droplets, which now only contain the analyte molecules, are applied. If the surface of the sample carrier plate is not hydrophilic but rather hydrophobic, smaller crystal conglomerates are formed, but the droplets tend to migrate in an uncontrollable manner when they dry out. The location of the crystal conglomerates can therefore not be predicted and requires a search in the MALDI process. In addition, there is a great risk that droplets will combine and make separate analysis of the samples impossible.
  • Sample carrier plate is already coated with a matrix layer and many analytes are applied simultaneously - for example with the help of a Multipette. Since the sample droplets released on the matrix with diameters of 200 ⁇ m to 600 ⁇ m are very small, very small amounts of analyte are sufficient. All- However, with this technique it is not possible to examine the surfaces on which the analyte or analytes are located on a microscale.
  • DE 197 54 978 A1 describes a method for producing and loading MALDI sample carriers, in which the sample carrier consists of an electrically conductive material, the surface of which is made hydrophobic.
  • hydrophilic anchor areas for the analytes are arranged in a grid and the hydrophilic solution of the analytes is applied. Even with this method, it is not possible to examine surfaces which contain analyte mixtures on a microscale.
  • the coupling of thin-layer chromatography and mass spectrometry is set out in DE 199 37438 C2: there analytes are separated on a TLC plate, which also serves as a carrier plate for the subsequent MS; following the DC, the carrier plate is provided with matrix solution and examined by mass spectrometry. Since the droplets with matrix solution have diameters between 10 and 50 ⁇ m, they are too large for mass spectrometric methods with a resolution of 1 ⁇ m.
  • DE 44 08 034 C1 describes a method for MALDI analysis of samples that were previously separated by means of 2D gel electrophoresis.
  • sample carrier plates are used, which are coated with an optically smooth, adsorptive matrix layer.
  • the analyte samples are transferred from the moist electrophoresis plate to the matrix by direct contact, preferably by electrophoretic transport, the two-dimensional distribution of the analytes being retained.
  • the matrix layer has a thickness of 300 nm to 600 nm.
  • DE 100 27 794 A1 describes a method for analyzing enzyme-catalyzed reactions using MALDI-TOF-MS, in which a solution containing matrix and analyte is applied to a polished, coated or vapor-coated carrier material with the aid of a nanoplotter.
  • a solution containing matrix and analyte is applied to a polished, coated or vapor-coated carrier material with the aid of a nanoplotter.
  • the production of structured bio sample carriers for MS analysis is disclosed in DE 100 43 042 A1.
  • There solutions from biomolecules and matrix substances are applied to hydro- or lyophobic surfaces, which contain hydrophilic anchor areas as well as affinity sorbents for the biomolecules. Fine crystalline matrix crystals form on the hydrophilic anchor areas, into which at least at least partially biomolecules are involved.
  • homogeneous incorporation of the biomolecules into the matrix cannot
  • DE 198 34 070 A1 describes such a method. Since liquid matrices are used there, the matrix liquid consisting of an ether polyol or a polyether polyol, the investigation of crystalline surfaces is not possible with this method.
  • DE 196 17 011 A1 describes a method for generating ions of high molecular weight analytes using MALDI, in which the matrix consists of at least two components, one component of which is decomposed by the action of the laser radiation (explosive).
  • the method is also suitable for laser foci with diameters in the range between 3 ⁇ m and 10 ⁇ m; within this focus diameter, however, the entire layer is removed at once, except for the sample carrier underneath.
  • the method is therefore not suitable for a three-dimensional analysis.
  • a method for the MALDI analysis of biological samples is disclosed in US Pat. No. 5,808,300.
  • a solution of the molecules to be analyzed is produced and deposited as a linear trace on an electrically conductive carrier material by capillary electrophoresis and dried.
  • the matrix with the analyte material can be dissolved and recrystallized.
  • this method can only be used up to laser foci greater than or equal to 25 ⁇ m and is therefore not suitable for microscopic surface analysis.
  • the present invention For the first time, it enables substance mixtures to be analyzed to be prepared for mass spectrometry in such a way that analyte molecules are incorporated into the matrix in a direction-controlled manner, the spatial redistribution of analyte molecules in the matrix being kept within such narrow limits that the scanning microsensor-matrix-assisted laser desorption 5 ionization mass spectrometry results in a spatial shift of less than or equal to 3 ⁇ m.
  • the object of the present invention is to provide a method for the preparation of analytes for mass spectrometry which avoids the disadvantages of the prior art with regard to the size of the matrix crystals and ensures a direction-controlled incorporation of the analyte molecules into the matrix, with direction-controlled Installation is understood; that the analyte molecules are installed in all three spatial directions essentially in the relative position to one another in which they were before being installed in the matrix.
  • This object is achieved according to the invention by a method in which the analyte is first applied to a sample carrier, then the matrix is deposited on the analyte which is essentially solid at room temperature and standard pressure and o finally the analyte or the analytes by vapor deposition of the matrix layer with a vaporous solvent for the matrix can be incorporated.
  • Another object of the invention is to provide a device for carrying out the method according to the invention. This object is achieved according to the invention by the subject matter of claim 15.
  • the device according to claim 17 having the advantage that the thickness of the matrix can be controlled and the device according to claim 18 having the advantage that the degree of integration of the analyte can be controlled is, so that overall a quality control of the preparation is guaranteed.
  • the device according to claim 19 has the advantage that it enables a high throughput of the preparation to be produced, in which the preparation takes place in a manner comparable to an assembly line production or a production at rotary tables.
  • An analyte is understood to be a mixture of at least one substance, this being at least one substance of chemical and / or biological and / or biochemical origin.
  • a sample carrier for mass spectrometry is a device which receives the analyte or analytes or on which the analyte or the analytes and the matrix are applied.
  • the matrix in connection with the matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry is a substance whose energy absorption is matched to the wavelength of the desorption laser, so that the matrix is the energy of the Absorbs laser light and desorbs and protonates the analyte (s) embedded in the matrix, which is why the analyte can enter the gas phase and be analyzed without fragmentation.
  • the preparation method according to the invention for micro-range analysis of the composition of substance mixtures avoids the disadvantages of the prior art by applying the analyte or analytes to the sample carrier in a first step, applying the matrix in the second step and incorporating the or the in a third step Analytes into the matrix.
  • the matrix and the incorporation of the analyte are applied sequentially and not simultaneously.
  • analytes and / or matrix substances can be applied to sample carriers. These methods are suitable both for applying the analyte to the sample carrier (first step of the preparation method according to the invention) and for applying the matrix (second step of the preparation method according to the invention), the same or different of these known methods for applying analyte and matrix can be used. These methods known to the person skilled in the art are given below as methods for applying the matrix, it being known to the person skilled in the art that he can also use them for applying the analyte or analytes.
  • the matrix is preferably evaporated as a solid and then deposited on the analyte or analytes. It is obvious to the person skilled in the art that he can also use the vapor deposition method to apply the analyte.
  • the analyte is integrated into the matrix in the method according to the invention by exposing the sample carrier to a solvent vapor after the vapor deposition of the matrix, preference being given to using solvents in which the matrix substance dissolves to generate the vapor.
  • the matrix can optionally be exposed to a gas-steam mixture, for example in the case of analytes sensitive to oxidation or decomposition.
  • This gas-steam mixture consists of an inert carrier gas (“gas”) that cannot be condensed under reaction conditions and a component (“steam”) that can be condensed under reaction conditions.
  • gas inert carrier gas
  • steam component
  • Reaction conditions mean the selected combination of pressure and temperature.
  • the matrix sub- punch in a vacuum chamber, which can be evacuated in a pressure range from atmospheric pressure to 1 * 10 "7 mBar, in a container.
  • the matrix substance can sublime into the gas phase and is deposited on the side of the sample carrier on which the analyte is located with the sample carrier installed at a distance of 5 to 40 mm above the container, and the sample carrier is installed in such a way that the matrix substance is deposited on the analyte or analytes when it is deposited at pressures and temperatures at which the matrix material sublimes from the storage container and is deposited on the sample carrier material without the matrix substance and / or analyte decomposing.
  • a temperature sensor can be attached to the outer wall of the container to control the temperature of the container a pressure range from approx. 100 mbar to approx.
  • the thickness of the deposited matrix layer can be determined, for example, by methods known to the person skilled in the art, such as mass determination (quartz crystal measurement), mechanical scanning (probe cut method), optical interferometry (Tolanski interferometer), electron microscopy, scanning tunneling microscopy, scanning probe microscopy or laser scanning microscopy.
  • This second step of the preparation can also be replaced by other techniques known to the person skilled in the art which do not, or only within the resolution of, the spatial distribution of the analyte on the surface of the sample carrier
  • Modify mass spectrometer This includes methods that spray the matrix in a suitable solvent with a gas stream or with an electrical potential (electrospray), apply the matrix by mechanically distributing the solid, by stamping or printing, thermal transfer process, laser printing process, inkjet printing process, applying the matrix by
  • the matrix In order to spray the matrix by means of a gas stream, the matrix is dissolved in a solvent and finely atomized by means of a gas stream from a solvent reservoir through a nozzle (gas stream).
  • the drops that form in the The micrometer range is deposited on the analyte (s) and dries there immediately.
  • the amount of solvent that reaches the sample and thus also the migration of the analyte on the surface can be determined by the choice of the distance between the nozzle and the sample carrier.
  • the drops can be generated by an electric field between the nozzle and the sample surface.
  • the matrix solvent droplets can also be generated by ultrasonic nebulization known to the person skilled in the art.
  • droplets are released from a reservoir of matrix solution by means of ultrasound from the surface of the matrix solution.
  • Another possibility known to those skilled in the art for applying the matrix is the mechanical distribution of the matrix by means of, for example, a scraper or a spatula, by pouring the matrix onto the sample and finely distributing it using the spatula.
  • the matrix can also be applied to the sample carrier with the aid of a stamp to which the matrix is applied and which is then pressed onto the sample carrier, or other printing methods.
  • Another printing process is the laser printing process, in which the matrix is applied to the sample carrier with a roller and heated with a laser beam in order to adhere to the surface.
  • the matrix can be applied to the sample carrier by thermal transfer or inkjet printing processes. The matrix is either heated briefly in solution in a reservoir and sprayed through the expansion through a nozzle on the sample carrier or with the help of a
  • the sample carriers are exposed to a moist environment in a second step, so that the analyte is adequately incorporated into the Matrix happens and at the same time migration is minimized.
  • This is achieved by exposing the applied matrix layer to a solvent vapor.
  • the sample carrier is placed in a gas-tight, sealed container together with a solvent reservoir in which one or more solvents are located.
  • a solvent or solvent mixture in which the matrix substance is soluble is to be selected.
  • the solvent reservoir is heated so that a solvent vapor is formed in the container and thus also above the sample carrier, heating with solvent vapor until the container atmosphere is saturated.
  • the sample holder can remain in the container for up to 14 days.
  • the extent of the direction-controlled installation of the analyte or analytes is sufficient if the matrix particles have a size which corresponds approximately to the resolution of the desired laser of 0.5 ⁇ m to 3 ⁇ m to be used in the later SMALDI measurement.
  • the adequate integration of the analyte or analytes into the matrix can be checked, for example, by methods known to those skilled in the art, such as polarization microscopy, light microscopy and fluorescence microscopy. Evaporation of the matrix with a solvent vapor probably triggers recrystallization of the matrix layer. When the degree of recrystallization of the matrix is checked by means of polarizing microscopy, the absorption of polarized light is measured.
  • Recrystallized areas of the matrix appear in different colors in the polarizing microscope, since the spectral absorption depends on the direction of radiation and wavelength. Before recrystallization, the matrix layer appears uniformly white or gray in polarized light. The recrystallization is complete when colored areas with dimensions in the range of at least 0.5 micrometers have arisen in polarized light.
  • the degree of recrystallization can be monitored with the aid of fluorescence microscopy by monitoring the lateral uniformity of the microscopic distribution of matrix and analyte, which fluoresce at different wavelengths.
  • matrix substances usually have natural fluorescence
  • peptides or proteins that contain tryptophan can be observed via its natural fluorescence, for example.
  • methods are known for carrying out fluorescent labeling of any peptides or proteins, in order in this way to fluoresce at suitable wavelengths To be able to observe the matrix and proteins.
  • the microscopic intermixing of analyte and matrix can also be checked by only observing the covering matrix layer in reflected light fluorescence microscopy before recrystallization, while after recrystallization both matrix and analyte can be observed via their fluorescence signals ,
  • the action of the solvent vapor on the matrix layer can be monitored using a quartz balance by determining the frequency shift during the moistening phase: the mass of the evaporated matrix layer initially increases due to solvent absorption and then decreases again during the recrystallization of the matrix.
  • the recrystallization and the incorporation of the analyte can be regarded as successful if the uptake of solvent took place over a period of several hours or days, preferably 3 hours to 14 days.
  • the solvent vapor causes the matrix to recrystallize.
  • the analyte is built into the matrix layer on the surface of the sample carrier. Since the matrix layer should have a thickness of 0.5 ⁇ m to a maximum of 3 ⁇ m, the duration of the recrystallization process can limit the migration of the analyte in such a way that the analyte penetrates completely into the layer, but does not penetrate more than approx. Moved 1 ⁇ m to 3 ⁇ m away from its original location (see Fig. 18).
  • the solvent vapor can also be generated by methods known to those skilled in the art for spraying the solvent (see also spraying the matrix) or atomizing by means of ultrasonic atomization (see also ultrasonic atomization of the matrix).
  • the recrystallization of the matrix layer can be influenced by temperature and pressure inside the container. At temperatures in the range from 40 to 80 ° C., recrystallization of the layer can be observed within 1 to 5 days, the recrystallization being checked as described above, for example by means of light, polarization or fluorescence microscopy or with the aid of a quartz balance.
  • the process can be accelerated by increasing the temperature, the temperature being selected so that chemical see reactions and / or decomposition of the analyte (s) to be avoided.
  • the recrystallization can also be accelerated by increasing the pressure in the container.
  • a matrix layer is obtained which both fulfills the necessary requirement for the incorporation of the analyte or analytes into the matrix and leads to a direction-controlled incorporation of the analyte into the matrix.
  • Effective spatial resolution is understood to mean the resolution that can be achieved with the aid of the mass spectrometer (determining the resolution: laser focus) and the preparation of the sample (determining the resolution: migration of the analyte or analytes).
  • the matrix should be present in a molar excess of approximately 100: 1 to 100000: 1 in order to spatially separate the analyte molecules and thereby to minimize the intermolecular interactions between the analyte molecules. If the substances to be examined lie on a surface and / or are bound to this surface, the preparation must ensure that the analyte and the matrix are mixed sufficiently. takes place to ensure the spatial separation of the molecules. Binding to surfaces can take place, for example, but not exhaustively, by means of anchors or beads.
  • Scanning mass spectrometry is understood to mean 5 mass spectrometric methods in which the laser beam or the ion beams or the neutral particle beams on the one hand and the sample surface on the other hand are defined and moved relative to one another in such a way that mass spectra of all areas of the sample surface are recorded and the mass spectra obtained at their respective origin can be assigned on the sample surface.
  • the prepared sample can also be used for microscopic methods of mass spectrometry.
  • Large area is understood to mean a laser beam that shots an area of the sample surface that is larger than the area in which the detector can separate ions with regard to their different origins on the sample surface.
  • a distribution image of the ions can thus be created by reading out individual imaging locations of the detector.
  • analytes can be applied to a sample carrier. This includes, for example, spraying on the dissolved analyte and then drying it. Drying can be carried out according to methods known to the person skilled in the art, such as, for example, but not exhaustively, at room temperature and standard pressure, at temperatures above room temperature and / or at pressures under normal pressure and by lyophilization.
  • biological samples such as, for example, cells, cell components, cell extracts and tissue sections, can be applied to the sample carrier by pressing on, growing on or sticking on.
  • sample carriers whose surface is provided with so-called anchor molecules, these anchors specifically binding certain groups of substances from an analyte mixture, but not binding other groups of substances.
  • sample carriers are known to the person skilled in the art, the surface of which is provided with so-called beads, these beads in turn having anchor molecules on their surface. By depositing the beads with a size of a few nanometers down to the micrometer range, the available surface can be provided with anchor molecules greatly enlarge.
  • solid supports which consist, for example, of beads, needles, combs or wafers.
  • the method according to the invention is suitable for all matrix substances known to the person skilled in the art. These include, but are not limited to: 2-aminobenzoic acid, 3-aminobenzoic acid, 3,5-dimethoxy-4-hydroxycinnamic acid (sinapic acid), alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA), 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA), 2 , 5-dihydroxybenzoic acid (2,5-DHB), 2,3-dihydroxybenzoic acid, 2,4-dihydroxybenzoic acid, 2,6-dihydroxybenzoic acid, 3,4-dihydroxybenzoic acid, 2,5-dihydroxybenzoic acid, picolinic acid, 2,4,6- Trihydroxyacetophenone, 2,3,4-trihydroxyacetophenone, nitrobenzyl alcohol, nicotinic acid, ferulic acid, caffeic acid, ellagic acid, cis-o-cumaric acid, trans-o-cumaric acid, cis
  • a condensable component such as, but not exhaustive, water, methanol, ethanol, acetone, acetonitrile, propanol, isopropanol, n-butanol, iso- Butanol, tert-butanol, ethyl acetate, benzene, toluene, 1, 2-dimethylbenzene, 1, 3-dimethylbenzene, 1, 4-dimethylbenzene, cyclohexane, cyclohexanol, dichloromethane, chloroform, trifluoroacetic acid, acetic acid, dimethylformamide, diethylamine , Phenylethylamine can be used.
  • a condensable component such as, but not exhaustive, water, methanol, ethanol, acetone, acetonitrile, propanol, isopropanol, n-butanol, iso- Butanol, tert-butanol
  • solvents for example from the groups of esters, ethers, carboxylic acids, amines, aliphatic, aromatics, araliphatics and haloaliphatics as well as mixtures of at least two solvents are known to the person skilled in the art and can be used without leaving the scope of protection of the patent claims.
  • These solvents can be wholly or partially deuterated, so that D 2 O can be used instead of water, for example, in order to be able to exchange easily removable, acidic protons in the matrix and / or analyte substance for deuterium ions if the atmosphere is to be exchanged is taken care of.
  • Deuteration and exchange of the atmosphere are known to the person skilled in the art and can be found, for example, in B. Spengler, F.
  • an inert gas can optionally be used in addition to the vaporizable solvent, such as air, nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, carbon dioxide and mixtures thereof
  • the gas composition of this inert gas can be changed during the vapor deposition, for example by exchanging one gas for another, for example air can be exchanged for nitrogen in order to avoid oxidation reactions.
  • sample carrier materials which are suitable for the application of analytes and matrices for mass spectrometric examinations. These include, but are not limited to, gold, aluminum, steel, silicon, Teflon, quartz, metals, metal alloys, metal oxides, PVDF, cellulose, regenerated cellulose, anionically modified cellulose, cationically modified cellulose, nylon, nitrocellulose and those known to those skilled in the art
  • Functionalized surfaces that can be loaded with beads or anchor molecules, for example. Functionalized surfaces are to be understood as meaning such chemical structures which selectively bind physically and / or chemically and / or matrix molecules and / or react chemically or biochemically with anchor and / or matrix molecules.
  • sample carrier materials that are not electrically conductive are used, they have to connect them to an electrically conductive material in order to obtain a sample carrier suitable for mass spectrometry if the sample carrier is to be the first acceleration electrode within the mass spectrometer .
  • size and shape of the sample carrier (for example round or rectangular) must be selected depending on the respective measuring system and on the samples to be measured.
  • Measureroscopically structured samples are understood to mean those samples whose spatial dimensions can only be resolved with a microscope, that is to say that the spatial dimensions are approximately 1 nm to 200 ⁇ m. According to the present invention, layers which are exclusively uniform are referred to as being sufficiently uniform have such inhomogeneities which are smaller than the laser focus, preferably smaller than 3 ⁇ m.
  • analyte bwz. the analytes and the matrix substance can also be applied by repeating a single method several times and / or by combining several methods for applying analyte or matrix.
  • Solvent reservoirs known to the person skilled in the art are suitable for recrystallization of the matrix layer, for example, but not exhaustively: containers or beakers which are open so that the solvent vapors can escape; Materials that absorb the solvent, such as, but not limited to, impregnated wipes made of paper, textile materials or plastics, and sponges; Containers or beakers from which the solvent is sprayed or pressed through a nozzle or membrane; Containers or cups from which droplets are transported into the gas phase using ultrasound (ultrasonic nebulizers). It is known to the person skilled in the art that these solvent reservoirs can also be used in the preparation of the matrix layer.
  • the analyte is separated and thus migrated according to its hydrophobicity or polarity. Since the analytes, here for example peptides, have a different polarity due to their amino acid composition, their affinity for the different polar solvents is different. In most cases, the matrix is dissolved in a mixture of several solvents (e.g. water: polar solvent, ethanol: weakly polar solvent).
  • solvents e.g. water: polar solvent, ethanol: weakly polar solvent
  • the non-polar solvent predominantly evaporates due to the higher vapor pressure and the hydrophilic components of the analyte accumulate in the liquid rest of the sample in the middle before it also dries up.
  • the same phenomena also take place on a microscale.
  • the rate of crystallization is a decisive factor for the conditions in the crystals.
  • Embodiment 1 Meligration in Dried-droplet Standard Preparation
  • the crystallization procedure of the so-called “Dried-droplet” standard method leads to a circular sample approximately one to two millimeters in size, the edge of which consists of larger crystals and the inner area of which is made of finer crystals.
  • the sample plate (aluminum carrier with 8 ⁇ m gold coating, 20 mm diameter) as described below, to avoid contamination of the plate with other substances, in particular sodium and potassium ions, for this purpose 5 to 10 times 2 to 5 ml of different solvents (eg: acetone (ACS, Merck, Darmstadt), isopropanol (LiChrosolv, Merck, Darmstadt), water (ACS, Sigma-Aldrich, Frankfurt), ethanol (Uvasol, Merck, Darmstadt)) and added with a dust and lint-free paper towel (e.g.
  • the sample plate is dried either in the air for several minutes or under a hot air stream in a few seconds.
  • the size of the crystals formed strongly depends on the speed of drying or crystallization. If the sample plate is dried in air, a distinctive edge of the sample is created, which consists of large, up to several
  • Embodiment 2 shows the distribution images of a peptide mixture of the highly hy • drophilic liptropin 1-10 and the highly hydrophobic anti-inflammatory peptide.
  • a "Dried-droplet" preparation as in Embodiment 1 used. 1 ⁇ l peptide mixture in ethanol / water (1: 1 v / v, 5 * 10 "5 mol / l) was added to the sample carrier (aluminum carrier with 8 ⁇ m gold coating, 20 mm diameter) and with 1 ⁇ l matrix (2, 5-DHB) in ethanol / water (2: 3 v / v,
  • FIG. 5 shows a clear segregation of the two analytes through the different grayscale images, while the intensity of the matrix signal is evenly distributed across the crystal.
  • Embodiment 3 Full MALDI Standard Preparation
  • a modified method means that hardly any segregation effects are observed within the crystals.
  • Figure 6 is a peptide mixture of dynorphin 1-9 (hydrophobic) and vasopressin [Arg ⁇ ] (hydrophilic) in the same solvent ratios and with the same matrix solution as in embodiment 2 with a concentration of 5 * 10 "5 mol / l each.
  • rapid crystallization was now carried out.
  • the grayscale images of the rastered image section (generation as in exemplary embodiment 8) of 100 ⁇ m by 100 ⁇ m show the distribution of the two analytes and the matrix ( Figure 6).
  • the two peptides are largely homogeneously distributed was determined with an Olympus BX41 microscope with integrated scale.
  • Including the third component (matrix) shows an even distribution of analyte and matrix. Since the analytes are only measured at the locations where the matrix or a matrix crystal is also present, the distribution depends on the distribution of the matrix, but the mixture of the peptides is homogeneously distributed within the crystal.
  • Embodiment 4 Standard Preparation of Peptides of Different Sizes
  • a comparison of peptides of different sizes also shows that the analytes can be inhomogeneously distributed within the larger matrix crystals and separate during the preparation. Likewise, the analytes can also be distributed inhomogeneously within microcrystalline matrices. In addition to the time required for the matrix-analyte mixture to dry out, the hydrophobicity or the polarity, the size of the peptides also plays a role. According to Bouschen, W; Flad, T .; Müller, CA, Spengler, B. Characterization of biological samples by Scanning Microprobe MALDI (SMALDI) mass spectrometry with 1 ⁇ m lateral resolution, 50 th American Society for Mass Spectrometry Conference; 2.6.
  • SALDI Scanning Microprobe MALDI
  • Example 7 The sample was prepared as in Example 3, the measurement as described in Example 8.
  • 0.5 ⁇ l analyte and 0.5 ⁇ l are mixed on the sample plate and dried in a warm air stream (approx. 60 ° C.) in approx.
  • the sample shows an edge with large crystals and a finely crystalline inner area of the sample. Again, an area of 100 ⁇ m by 100 ⁇ m was scanned with a step size of 1 ⁇ m, however the spatial analytical resolution of these images is due to an improvement in the optical The quality of the laser focus is noticeably higher than in Figure 5 and Figure 6.
  • the grayscale ( Figure 7) shows an inhomogeneous distribution of the analytes within a crystal, although the difference in hydrophilicity for these peptides is not as great as in the first example ,
  • Embodiment 5 Evaporation
  • the first step for applying the matrix to the sample to be examined consists in evaporating the matrix as a solid and then depositing it on the sample.
  • the sample carriers were vaporized with an evaporation system.
  • the device consists of a glass bell, which is evacuated with an external gas ballast pump (D12, 12 m 3 / h, Leybold AG, Cologne, Germany) and an internal oil diffusion pump (130 l / min).
  • the final pressure when using the oil diffusion pump is MO '5 mbar, with the gas ballast pump alone 1 -10 "3 mbar can be reached.
  • the vacuum is controlled by a vacuum gauge from Pfeiffer Vacuum (Asslar, Germany, Compact Filling Range Gauge) With the help of various valves, the vacuum in the glass bell can be continuously adjusted from atmospheric pressure to 1 • 10 "3 mbar.
  • the glass bell contains two independent electrode systems that can hold different filaments or boats.
  • the electrodes can be supplied with a current of up to 40 A to allow the materials to evaporate.
  • a boat is used in which up to 50 mg material can be heated.
  • a boat is a thin-rolled metal container that is clamped between two electrodes and heated by a current that is passed through the boat ( Figure 11).
  • a thermal sensor which measures the temperature by means of resistance measurement, is attached to the boat to set a constant temperature over a longer period of time.
  • Embodiment 5a Resistance of matrix substances when heated
  • the three matrices 2,5-DHB (melting point: 236 ° C - 238 ° C), sinapic acid (melting point: 203 ° C - 205 ° C) and CHCA (melting point: 252 ° C) were used. All three matrices were first examined for their resistance to heating. For this purpose, a sample holder was mounted 15 mm above the boat in which the matrix was located, with the sample holder side down. The boat was filled with 10 mg to 60 mg of the respective matrix substance. The boat was heated in such a way that the temperature was raised by 10 ° C. per minute from room temperature. It was possible to prepare up to five samples with the stated amounts of matrix substance.
  • Embodiment 5b Mass spectrometric measurement of the matrix layers
  • the grown layers were then measured using the "Lamma 2000" mass spectrometer, the same measurement conditions as in Aus leadership example 7 were chosen.
  • the 2.5-DHB layer was first formed by heating the matrix in the vapor deposition system at 100 ° C. to 140 ° C. for 9 to 15 minutes at atmospheric pressure. Was preferably heated at 130 ° C for 12 minutes at atmospheric pressure.
  • the layer on the support showed a spectrum in the mass spectrometer that was comparable to normal prepared MALDI-MS spectra (embodiment 1, Figure 12, top).
  • Embodiment 5c sublimation of the matrix at reduced pressure
  • Embodiment 5d Evaporation of sample carriers to which analyte was previously applied
  • Embodiment 6 Function of the matrix after vapor deposition
  • Figure 14 shows that the matrix is largely unchanged chemically even after sublimation according to the exemplary embodiments 5 to 5d and that it still fulfills its function in the desorption / ionization process.
  • the sample carrier was loaded with a drop of the peptide mixture according to embodiment 5d. After the drop had dried, the matrix layer (2,5-DHB) was evaporated. The matrix layer produced was then redissolved in the area of the dried drop with 1 ⁇ l ethanol / water 1: 1 (v / v) and dried again using a warm air stream (60 ° C.). The resulting matrix crystals now showed the typical appearance of a normal MALDI preparation according to embodiment 1.
  • Embodiment 7 Moistening the matrix
  • Evaporation and the subsequent dissolution and recrystallization of the matrix layer proved to be a sensible strategy for matrix preparation while maintaining detection sensitivity and spatial resolution.
  • the separation of the preparation into two steps was a crucial point in order to achieve extensive control over the preparation conditions for producing a homogeneous matrix layer with integration of the analyte.
  • the sample carriers were exposed to a moist environment.
  • the fully steamed sample carriers were placed in a closed glass container.
  • a paper towel for example Kimwipes (Kimberly-Clark, Neenah, USA), was placed under the sample holder and soaked in distilled water. The container was then heated from the bottom so that an atmosphere saturated with water formed around the sample holder.
  • the container was placed about 0.5 cm to 2 cm deep, preferably 1 cm deep, in a sand bath with temperature control for heating.
  • the container was wrapped with a sealing film, for example Parafilm M (Karl Hecht KG, Sondheim, Germany) to seal it to prevent it from drying out.
  • a sealing film for example Parafilm M (Karl Hecht KG, Sondheim, Germany) to seal it to prevent it from drying out.
  • the first experiments were carried out with 1 ml of distilled water and a temperature of the sand bath of 65 ° C. Later tests were carried out with 0.5 ml of water and higher temperatures of 80 ° C, since the condensation on the lid could be limited by reducing the amount of water added and the risk of droplets being reduced so far that no more drops from the lid dripped. The temperature was measured with a thermometer at the bottom of the container.
  • Embodiment 7a changing the rate of crystallization
  • the crystallization could be accelerated by increasing the temperature of the humid atmosphere.
  • Experiments with a temperature of 125 ° C in the sand bath led to recrystallization after only 24 hours, and after three days no further change in the sample surface could be found.
  • the changes in the surface were determined by optical inspection using an Olympus BX41 microscope with an integrated scale.
  • a further increase in the temperature no longer seemed sensible due to the melting temperatures of the matrices used of 200 to 260 ° C.
  • Temperatures higher than 70 ° C on the sample plate should be avoided with regard to the samples to be measured, since from these temperatures the denaturation of proteins begins and undesirable changes occur in biological samples.
  • Embodiment 7b control of the spatial distribution of a felt pen line after recrystallization
  • Embodiment 7c Control of the spatial distribution of peptides after recrystallization.
  • the change in the layers by incubation with water also depends on the analyte or analytes themselves.
  • a different crystallization behavior of the matrix was found when comparing the areas within and next to the applied peptide mixture.
  • Figure 17 1 .mu.l of the peptide mixture of substance P, melittin and insulin prepared as described in exemplary embodiment 5d was applied to a gold sample carrier which had previously been coated extensively with a dilute red dye. After the drop had dried, the support was evaporated for five minutes with 2.5-DHB at 48 ° C.
  • Embodiment 7d Measurement of the analyte prepared according to the invention by means of SMALDI mass spectrometry
  • Figure 18 shows that a spatial analytical resolution of approximately 2 ⁇ m can be achieved with this preparation method according to embodiment 7c by means of SMALDI mass spectrometry according to embodiment 8. Two measurements of the same sample site were carried out. A range of 100 ⁇ m by 100 ⁇ m was scanned with a step size of 1 ⁇ m. One laser shot per raster step was emitted on the sample and a mass spectrum was recorded. Figure 18 shows the intensity distributions for three masses.
  • the distribution of the individual components shows that both the matrix and the red dye are evenly distributed. Since exactly the edge of the dried drop was scanned, substance P as an analyte of the peptide mixture is not evenly distributed. A border in the upper area of the image of approx. 3 ⁇ m width can clearly be seen, in which the intensity of the substance P mass signal drops to zero.
  • the intensities achieved in these measurements are significantly more intense compared to the spray method. This suggests a much better incorporation of the analyte from the surface into the resulting matrix crystals.
  • a second measurement of the same sample location and the same measurement conditions as for the first measurement proves that the matrix layer is relatively thin (less than 2 ⁇ m), since it has already been partially removed. In order to achieve a low spatial migration of the analyte, these thin layers are necessary. Installation in much thicker matrix layers with usable signal intensities inevitably results in higher migration. The expected dependence of the intensity of the peptide signal on the matrix signal can also be seen.
  • the measurements illustrate the possibility of processing complex biological or synthetic surfaces with the preparation method described.
  • Embodiment 8 Measurement of the analyte by scanning mass spectrometry
  • Embodiment 8a Components of the measuring device
  • a flight tube - a field grating, a detector consisting of a double microchannel plate with an active diameter of 40 mm,
  • Vacuum pumps oil rotary pump to generate the fore vacuum (pump capacity 16m 3 / h, Leybold AG, Cologne), turbomolecular pump to generate the High vacuum (360 l / s, Leybold AG, C perfume), pressure in the vacuum chamber after pumping out approx. 5 * 10 "7 mbar
  • Embodiment 8b Selected distances within the measuring device • Pinhole - sample surface: 3.9 mm
  • Embodiment 8c Selected potentials
  • Embodiment 8d Scanning the sample carrier Scan area: 100 ⁇ m x 100 ⁇ m Scan step size: 1 ⁇ m scan speed: 10 pixels per second 10,000 mass spectra per pixel
  • Embodiment 8e pre-focusing
  • an Nd: YLF laser for example Model 421 QD (ADLAS, Lübeck), can be used, output energy 100 ⁇ J per nanosecond pulse at 524 nm.
  • a quadrupling the frequency of this laser 5 is achieved externally by a temperature-controlled BBO crystal (barium laboratory to generate the second nonlinear harmonic).
  • the final pulse energy is approx. 15 ⁇ J at 262 nm.
  • the Nd: YLF laser beam has a strictly elliptical shape after being quadrupled by the BBO crystal.
  • a special optical correction is necessary to ensure a high numerical aperture at the entrance of the focusing objective lenses.
  • the ratio of the large and small diameter of the ellipse is approximately 1: 8 when using this laser.
  • the beam After prefocusing with a spherical lens, the beam therefore fills a narrow strip only in the input lens of the focusing lens.
  • a special optical unit5 was developed for the circularization, which pre-focuses the two beam axes differently (see FIG. 4).
  • the x-axis is the small, the y-axis the large ellipse axis.
  • Both axes are 28-29-focused by cylindrical lenses, both one-dimensional foci being adjusted to the same focal plane and a circular beam profile is obtained in this way.
  • the pre-focusing of the Nd: YLF laser beam has already been published by Spengler and Hubert (B. Spengler and M.
  • Embodiment 8g Peak Detection and Statistical Evaluation The individual spectra obtained per sample position were summed, then the centroids 23 were calculated and mass, peak areas 22 and location coordinates were assigned. The frequency distribution of all detected masses was then determined. The maxima were determined in the histogram and the mass windows for the images were determined. For each image, the center of gravity 24 was calculated by weighting the individual masses with the peak areas, and the relative measurement uncertainty Si was determined.
  • Embodiment 8h image creation
  • the peak areas of each detected mass were converted into 16 bit gray levels.
  • the entire group of images was scaled for maximum contrast in order to be able to compare all of the images obtained from 2,5-DHB, substance P, melittin and insulin.
  • individual images were scaled to get maximum contrast for the distribution of each individual substance.
  • Embodiment 8i Alternative scanning of the analytes to be examined
  • the X-Y-Z shift table was not moved in this experiment, but the laser was moved relative to the shift table.
  • a laser with a focus diameter of 0.3 ⁇ m to 0.6 ⁇ m was used, the scan step size was also 1 ⁇ m (not shown).
  • Embodiment 9 Analytes at risk of oxidation or decomposition
  • Exemplary embodiment 10 Preferred method for applying the matrix
  • Illustration 1
  • the middle column shows the size of the migration of the analyte on the surface.
  • the right column shows the size of the integration of the analyte from the surface into the matrix layer.
  • the laser beam 7 is directed through a lens with a central bore 5 onto the piezo table 6 with the sample carrier.
  • the emitted ions are accelerated by means of the ion-optical arrangement 4 through the ion guide channel 1 and through the flight tube 2 to the detector 3.
  • Light from a light source for sample observation 11 is likewise directed onto the sample carrier via dichroic mirrors 10; a CCD camera 8 generates optical images of the examined sample area.
  • Figure 4 Comparison between edge and center of a Dried-Droplet preparation: a) measurement of large crystals of the edge (30 measurements averaged) b) measurement of fine crystalline center (30 measurements averaged)
  • Figure 5 Comparison between edge and center of a Dried-Droplet preparation: a) measurement of large crystals of the edge (30 measurements averaged) b) measurement of fine crystalline center (30 measurements averaged)
  • Figure 5 Comparison between edge and center of a Dried-Droplet preparation: a) measurement of large crystals of the edge (30 measurements averaged) b) measurement of fine crystalline center (30 measurements averaged)
  • Figure 5 Comparison between edge and center of a Dried-Droplet preparation: a) measurement of large crystals of the edge (30 measurements averaged) b) measurement of fine crystalline center (30 measurements averaged)
  • Dried-droplet preparation with 2,5-DHB as a matrix Slow crystallization (approx. 10 minutes) results in large crystals with different analyte distributions. (100 ⁇ m x 100 ⁇ m, 1 ⁇ m raster) a) distribution pattern 2,5-DHB, matrix, m / z 137.1 b) distribution pattern anti-inflammatory peptide, m / z 1084.5, hydrophobic c) distribution pattern lipotropin 1-10, m / z 950.5, hydrophilic
  • Rapid crystallization produces small crystals with a homogeneous distribution of the analyte. (100 ⁇ m x 100 ⁇ m, 1 ⁇ m raster) a) distribution pattern 2.5-DHB, matrix, m / z 154.1 b) distribution pattern vasopressin [Arg8], m / z 1137.7, hydrophilic c) distribution pattern dynorphin 1-9, m / z 1084.5, hydrophobic
  • Edge of a third-droplet preparation with 2.5-DHB as a matrix (100 ⁇ m x 100 ⁇ m, 1 ⁇ m raster)
  • Fine crystalline crystals inside a third-droplet preparation with 2.5-DHB as a matrix 100 ⁇ m x 100 ⁇ m, 1 ⁇ m step size
  • the current control 15 of the electrodes 13 is required for temperature control 16 of the boat 19 (not visible).
  • the pressure control 17 is controlled via the valve 22.
  • the sample plate 20 is clamped in the sample holder 18 for vapor deposition. Between the electrodes 13, the boat H® is filled with matrix and over the Current control 15 (not visible) heated.
  • the temperature control 16 (not visible) can be carried out via a temperature sensor 21.
  • Figure 11 Microscopic image of a vaporized sample holder: gold sample holder with dye from a felt pen (upper part of the picture) and vaporization 2,5-DHB (left part of the picture) a) 650 x 500 ⁇ m b) 65 x 50 ⁇ m
  • Figure 18 Ion distribution images of the boundary of a prepared peptide mixture (100 x 100 ⁇ m, 1 ⁇ m increment) a) 2,5-DHB, m / z 273 b) Red felt tip pen color, m / z 450 c) Substance P, m / z 1348
  • Figure 19 Container 23 for moistening the sample carrier with analyte 20 a) Container 23 with lid 24 b) Container 23 without lid with sample carrier 20 on sample support 25

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Abstract

The invention relates to a novel method for the preparation of surfaces for high resolution scanning MALDI mass spectrometry (SMALDI). The analyte or analytes are firstly applied to the sample support surface and then the matrix, whereby the matrix has a layer thickness of 0.5 µm to 3 µm. The matrix is then vapour-treated with a solvent atmosphere, recrystallising the same and thus integrating the analytes. By means of said vapour-treatment method the analyte molecules migrate during the recrystallisation and the resultant integration of the analyte on a scale corresponding to just the layer thickness of the matrix, in other words 0.5 µm to 3 µm. Surfaces prepared by said method are thus suitable for the spatially-resolved, scanning MALDI-mass spectrometry, as the location of origin and thus spatial information about the analyte molecule during the preparation are largely retained. The invention further relates to a device for carrying out said method.

Description

Präparationsverfahren für die Mikrobereichsanalytik der Zusammensetzung von Substanzgemischen Preparation method for micro-range analysis of the composition of substance mixtures
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem Substanzgemische derart für die Massenspektrometrie präpariert werden können, dass sie mittels der ortsaufgelösten mikroskopischen Oberflächenanalytik mit einer nutzbaren Lateral- Auflösung von wenigen Mikrometern untersucht werden können, sowie die mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellten Präparate. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Präparationsmethode kann die chemische Zusammensetzung von Substanzgemischen in einem wesentlich kleineren Maßstab abgebildet werden als bisher. Gleichzeitig wird ein größerer Massenbereich für die Massenspektrometrie zu- gänglich, so dass auch biologisch relevante Substanzen untersucht werden können. [Beschreibung und Einleitung des allgemeinen Gebietes der Erfindung]The present invention relates to a method with which substance mixtures can be prepared for mass spectrometry in such a way that they can be examined by means of the spatially resolved microscopic surface analysis with a usable lateral resolution of a few micrometers, as well as the preparations produced with the aid of this method. With the help of the preparation method according to the invention, the chemical composition of substance mixtures can be reproduced on a much smaller scale than before. At the same time, a larger mass range is accessible for mass spectrometry, so that biologically relevant substances can also be examined. [Description and Introduction of the General Field of the Invention]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gebiete Chemie, Biologie und Biochemie, Physik und instrumenteile Analytik.The present invention relates to the fields of chemistry, biology and biochemistry, physics and instrumental analysis.
[Stand der Technik][State of the art]
Ziel der ortsaufgelösten, mikroskopischen Oberflächenanalytik ist es, die chemische Zusammensetzung einer Probe oder eines Substanzgemisches (z.B. einer biologischen Zelle, eines biologischen Gewebes oder einer Halbleiterprobe) mit hoher Auflösung qualitativ und/oder quantitativ abzubilden. Anders als ein optisches Mikroskopbild zeigt ein solches analytisches Bild die Mengenverteilung eines bestimmten Stoffes innerhalb der Probe als Bild an (z.B. als Graustufenbild). Dies ist in zweidimensionalen Abbildungen bislang möglich unter Anderem mit Hilfe lasergestützter, massenspektrometrischer Verfahren (Lasermikrosonden- massenspektrometrie) mit einer räumlichen Auflösung von 0,5 bis 1 μm und einer oberen Massengrenze von ca. 500 bis 800 u. Im Gegensatz zur Lasermikroson- denmassenspektrometrie, bei der eine Probe ohne Vorbehandlung unmittelbar mit Hilfe eines hoch fokussierten Laserstrahls abgerastert wird, konnte die so genannte „Scannende Mikrosonden-Matrix-assistierte Laserdesorptions-Ionisations- Massenspektrometrie" (SMALDI-MS) ), auch unter dem Begriff "MALDI-Imagin'g" bekannt, nur mit einer nutzbaren Lateral-Auflösung von etwa 25-30 μm betrieben werden, da bei dieser Methode eine chemische Matrixsubstanz in gelöster Form zugegeben werden muss, um auch größere Moleküle (wie z.B. Peptide und Proteine) abbilden zu können. Der Vermischungsprozess sowie die sich beim Ein- trocknen bildenden Matrixkristalle begrenzen die nutzbare Ortsauflösung auf die genannten 25 bis 30 μm, da Analytmolekule zwangsläufig in diesem Maße räumlich auf der Oberfläche verlagert werden. Des weiteren besitzen die Kristalle meist einen Durchmesser von 5 μm bis 500 μm, was die nutzbare Ortsauflösung ebenfalls begrenzt. Der Vorteil der mechanistisch zu Grunde liegenden MALDI- Massenspektrometrie liegt im wesentlich größeren Massenbereich, der untersucht werden kann (bis zu 106 u) und der somit biologisch relevanten Substanzen wie Proteine, Oligosaccharide und Lipide zugänglich macht. Verfahren zur Bedampfung von Proben mit verschiedenen Materialien sind aus der Elektronenmikroskopie bekannt, eignen sich jedoch nicht für die MALDI-MS, da in der Elektronenmikroskopie andere Matrixmaterialien wie beispielsweise Gold verwendet werden, um die Oberfläche leitfähig zu machen.The aim of spatially resolved, microscopic surface analysis is to qualitatively and / or quantitatively map the chemical composition of a sample or a mixture of substances (e.g. a biological cell, a biological tissue or a semiconductor sample) with high resolution. Unlike an optical microscope image, such an analytical image shows the quantity distribution of a certain substance within the sample as an image (eg as a grayscale image). Up to now, this has been possible in two-dimensional images, among other things, with the aid of laser-assisted, mass spectrometric methods (laser microprobe mass spectrometry) with a spatial resolution of 0.5 to 1 μm and an upper mass limit of approx. 500 to 800 u. In contrast to laser microsonde mass spectrometry, in which a sample is scanned directly without pretreatment with the help of a highly focused laser beam, the so-called "scanning microsonde matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry" (SMALDI-MS)), also under the The term "MALDI-Imagin ' g" is known to be operated only with a usable lateral resolution of about 25-30 μm, since with this method a chemical matrix substance in dissolved form must be added to also larger molecules (such as peptides and proteins The mixing process and the matrix crystals that form when they dry up limit the usable spatial resolution to the above-mentioned 25 to 30 μm, since analyte molecules are inevitably displaced spatially on the surface to this extent. Furthermore, the crystals usually have a diameter of 5 μm to 500 μm, which also limits the usable spatial resolution Part of the mechanistically based MALDI mass spectrometry lies in the much larger mass range, which can be examined (up to 10 6 u) and which thus makes biologically relevant substances such as proteins, oligosaccharides and lipids accessible. Methods for evaporating samples with different materials are known from electron microscopy, but are not suitable for MALDI-MS, since other matrix materials such as gold are used in electron microscopy to make the surface conductive.
Die Auswahl der Matrixsubstanz für die MALDI hängt von der Art der Analytmolekule ab; es sind inzwischen weit über hundert verschiedene Matrixsubstanzen bekannt geworden. Die in hohem Überschuss eingesetzten Matrixsubstanzen haben dabei unter anderem die Aufgabe, die Analytmolekule möglichst zu vereinzeln und am Probenträger anzubinden, während des Laserbeschusses durch Bildung einer Dampfwolke möglichst ohne Anlagerung von Matrix- oder anderen Molekülen in die Gasphase zu übertragen, und schließlich unter Protonierung oder Deprotonie- rung zu ionisieren. Für diese Aufgabe hat es sich als günstig erwiesen, die Analytmolekule vereinzelt in die Kristalle der Matrixsubstanzen bei deren Kristallisation oder zumindest fein verteilt in die Grenzflächenbereiche zwischen den Khställchen einzubauen. Es scheint dabei wesentlich zu sein, die Analytmolekule voneinander zu trennen, also keine Cluster von Analytmolekülen in der aufgetragenen Probe zuzulassen.The selection of the matrix substance for the MALDI depends on the type of analyte molecules; well over a hundred different matrix substances have now become known. The matrix substances used in high excess have the task, among other things, of separating the analyte molecules as much as possible and attaching them to the sample carrier, transferring them into the gas phase without formation of matrix or other molecules during the laser bombardment by forming a vapor cloud, and finally with protonation or Ionize deprotonation. For this task it has proven to be advantageous to incorporate the analyte molecules individually into the crystals of the matrix substances during their crystallization or at least finely distributed in the interface regions between the small balls. It seems essential to separate the analyte molecules from each other, i.e. not to allow clusters of analyte molecules in the applied sample.
Für das Auftragen von Analyt und Matrix sind eine Reihe verschiedenartiger Methoden bekannt geworden. Die einfachste davon ist das Aufpipettieren einer Lösung, die Analyt und Matrix enthält, auf einen gereinigten, metallischen Proben- träger. Der Lösungstropfen bildet auf der Metalloberfläche (oder seiner Oxidschicht) eine Benetzungsf lache, deren Größe auf hydrophilen Oberflächen einem Mehrfachen eines Tropfendurchmessers entspricht. Die Größe hängt von der Hy- drophilie und Mikrostrukturierung der Metalloberfläche und von den Eigenschaften des Tröpfchens, insbesondere des Lösungsmittels, ab. Es bildet sich dabei nach dem Auftrocknen der Lösung ein Probenfleck aus kleinen Matrixkriställchen in der Größe dieser Benetzungsfläche, wobei sich in der Regel aber keine gleichmäßige Belegung der Benetzungsfläche zeigt. Die Kriställchen der Matrix beginnen in wässrigen Lösungen in der Regel am Innenrand der Benetzung auf der Metallplatte zu wachsen. Sie wachsen zum Inneren der Benetzungsfläche hin. Häufig bilden sie strahlenartige Kristalle, wie zum Beispiel bei 2,5-Dihydroxybenzoesäure (2,5-DHB) oder 3-Hydroxypicolinsäure (HPA), die sich zum Inneren des Flecks hin oft von der Trägerplatte abheben. Bei Verwendung von 2,5-DHB ist das Zentrum des Flecks häufig leer oder mit feinen Kriställchen bedeckt, die aber oft wegen ihrer hohen Konzentration an Alkalisalzen kaum für die MALDI-Ionisierung brauchbar sind. Die Beladung mit Analytmolekülen ist sehr ungleichmäßig. Diese Belegungsart erfordert daher während der MALDI-Ionisierung eine visuelle Betrachtung der Probenträgeroberfläche durch ein Videomikroskop, das bei den meisten kommerziell erhältlichen Massenspektrometern für diese Art von Analysen zu finden ist. lonenausbeute und Massenauflösung schwanken im Probenfleck von Ort zu Ort. Es ist oft ein mühsamer Vorgang, eine günstige Stelle des Probenflecks mit guter Analytionenausbeute und guter Massenauflösung zu finden, und nur Erfahrung und Ausprobieren helfen hier bislang weiter. Es gibt zwar Steuerprogramme für Massenspektrometer mit Algorithmen zum automatisierten Aufsuchen der besten Flecken für die MALDI-Ionisierung, doch sind diese Verfahren mit ihren vielen Versuchen und Bewertungen notwendigerweise recht langsam.A number of different methods have become known for the application of analyte and matrix. The simplest of these is to pipette a solution containing analyte and matrix onto a cleaned, metallic sample carrier. The drop of solution forms a wetting surface on the metal surface (or its oxide layer), the size of which on hydrophilic surfaces corresponds to a multiple of a drop diameter. The size depends on the hydrophilicity and microstructuring of the metal surface and on the properties of the droplet, in particular the solvent. After the solution has dried on, a sample spot of small matrix crystals the size of this wetting area is formed, but as a rule there is no uniform coverage of the wetting area. In aqueous solutions, the crystals of the matrix usually begin to grow on the inner edge of the wetting on the metal plate. They grow towards the inside of the wetting surface. They often form radiation-like crystals, such as 2,5-dihydroxybenzoic acid (2,5-DHB) or 3-hydroxypicolinic acid (HPA), which extend towards the interior of the stain often lift off the carrier plate. When using 2,5-DHB, the center of the spot is often empty or covered with fine crystals, which are often of little use for MALDI ionization due to their high concentration of alkali salts. The loading of analyte molecules is very uneven. This type of assignment therefore requires a visual observation of the sample carrier surface through a video microscope during MALDI ionization, which can be found in most commercially available mass spectrometers for this type of analysis. The ion yield and mass resolution fluctuate in the sample spot from place to place. It is often a tedious process to find a favorable spot on the sample spot with good analyte ion yield and good mass resolution, and so far only experience and trial and error have helped here. There are control programs for mass spectrometers with algorithms for automatically finding the best spots for MALDI ionization, but these methods, with their many attempts and evaluations, are necessarily quite slow.
Bei anderen Auftragungsmethoden ist die Matrixsubstanz bereits vor dem Aufbringen der Lösungsmitteltröpfchen, die nun nur die Analytmolekule enthalten, auf der Trägerplatte vorhanden. Ist die Oberfläche der Probenträgerplatte nicht hydrophil, sondern hydrophob, so werden zwar kleinere Kristallkonglomerate gebildet, aber die Tröpfchen tendieren dazu, beim Eintrocknen in unkontrollierbarer weise zu wandern. Der Ort der Kristallkonglomerate ist daher nicht vorauszusagen und erfordert eine Suche beim MALDI-Prozess. Außerdem besteht die große Gefahr, dass sich Tröpfchen vereinigen und so eine getrennte Analyse der Proben unmöglich machen.In other application methods, the matrix substance is already present on the carrier plate before the solvent droplets, which now only contain the analyte molecules, are applied. If the surface of the sample carrier plate is not hydrophilic but rather hydrophobic, smaller crystal conglomerates are formed, but the droplets tend to migrate in an uncontrollable manner when they dry out. The location of the crystal conglomerates can therefore not be predicted and requires a search in the MALDI process. In addition, there is a great risk that droplets will combine and make separate analysis of the samples impossible.
Der Stand der Technik kennt zahlreiche Verfahren, mit denen auch kleinste Ana- lytmengen einer MALDI-Analyse zugänglich gemacht werden können und die es gestatten, MALDI-Probenträgerplatten in kurzer Zeit mit einer Vielzahl von Analyten zu belegen sowie einer automatischen MS zugänglich zu machen. So be- schreibt die DE 196 28 178 C1 ein Verfahren, bei dem eine MALDI-The prior art knows numerous methods with which even the smallest analyte quantities can be made accessible to a MALDI analysis and which allow MALDI sample carrier plates to be loaded with a large number of analytes in a short time and to be made accessible to automatic MS. DE 196 28 178 C1 describes a method in which a MALDI
Probenträgerplatte bereits mit einer Matrixschicht belegt ist und viele Analyten gleichzeitig - beispielsweise mit Hilfe einer Multipette - aufgetragen werden. Da die auf der Matrix frei gesetzten Probentröpfchen mit Durchmessern von 200 μm bis 600 μm sehr klein sind, sind sehr geringe Analytmengen ausreichend. Aller- dings ist es mit dieser Technik nicht möglich, die Oberflächen, auf denen sich der oder die Analyten befinden, im Mikromaßstab zu untersuchen. Die DE 197 54 978 A1 beschreibt eine Methode zur Herstellung und Beladung von MALDI- Probenträgern, bei dem der Probenträger aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, dessen Oberfläche hydrophob gemacht wird. Anschließend werden rasterförmig angeordnete hydrophile Ankerbereiche für die Analyten erzeugt und die hydrophile Lösung der Analyten aufgebracht. Auch mit diesem Verfahren ist es nicht möglich, Oberflächen, die Analytengemische enthalten, im Mikromaßstab zu untersuchen. Die Kopplung von Dünnschichtchromatographie und Massenspek- trometrie wird in der DE 199 37438 C2 dargelegt: Dort werden Analyten auf einer DC-Platte getrennt, die gleichzeitig als Trägerplatte für die sich daran anschließende MS dient; im Anschluss an die DC wird die Trägerplatte mit Matrixlösung versehen und massenspektrometrisch untersucht. Da die Tröpfchen mit Matrixlösung Durchmesser zwischen 10 und 50 μm aufweisen, sind sie für massenspek- trometrische Verfahren mit einer Auflösung von 1 μm zu groß. Die DE 44 08 034 C1 beschreibt ein Verfahren zur MALDI-Analyse von Proben, die zuvor mittels 2D- Gelelektrophorese getrennt wurden. Hierbei werden Probenträgerplatten eingesetzt, die mit einer optisch glatten, adsorptiven Matrixschicht überzogen sind. Die Analytproben werden durch direkten Kontakt, bevorzugt durch elektrophoretischen Transport, von der feuchten Elektrophoreseplatte auf die Matrix übertragen, wobei die zweidimensionale Verteilung der Analyten erhalten bleibt. Die Matrixschicht hat dabei eine Dicke von 300 nm bis 600 nm.Sample carrier plate is already coated with a matrix layer and many analytes are applied simultaneously - for example with the help of a Multipette. Since the sample droplets released on the matrix with diameters of 200 μm to 600 μm are very small, very small amounts of analyte are sufficient. All- However, with this technique it is not possible to examine the surfaces on which the analyte or analytes are located on a microscale. DE 197 54 978 A1 describes a method for producing and loading MALDI sample carriers, in which the sample carrier consists of an electrically conductive material, the surface of which is made hydrophobic. Subsequently, hydrophilic anchor areas for the analytes are arranged in a grid and the hydrophilic solution of the analytes is applied. Even with this method, it is not possible to examine surfaces which contain analyte mixtures on a microscale. The coupling of thin-layer chromatography and mass spectrometry is set out in DE 199 37438 C2: there analytes are separated on a TLC plate, which also serves as a carrier plate for the subsequent MS; following the DC, the carrier plate is provided with matrix solution and examined by mass spectrometry. Since the droplets with matrix solution have diameters between 10 and 50 μm, they are too large for mass spectrometric methods with a resolution of 1 μm. DE 44 08 034 C1 describes a method for MALDI analysis of samples that were previously separated by means of 2D gel electrophoresis. Here, sample carrier plates are used, which are coated with an optically smooth, adsorptive matrix layer. The analyte samples are transferred from the moist electrophoresis plate to the matrix by direct contact, preferably by electrophoretic transport, the two-dimensional distribution of the analytes being retained. The matrix layer has a thickness of 300 nm to 600 nm.
In der DE 100 27 794 A1 wird ein Verfahren zur Analyse Enzym-katalysierter Um- Setzungen über MALDI-TOF-MS beschrieben, bei dem eine Matrix und Analyt enthaltende Lösung mit Hilfe eines Nanoplotters auf ein poliertes, beschichtetes oder bedampftes Trägermaterial aufgebracht wird. Dies führt jedoch zu einer inhomogenen Verteilung des Analyten im auf der Matrix abgesetzten Probentropfen. Die Herstellung strukturierter Bioprobenträger für die MS-Analyse ist in der DE 100 43 042 A1 offengelegt. Dort werden Lösungen aus Biomolekülen und Matrixsubstanzen auf hydro- oder lyophobe Oberflächen aufgebracht, die hydrophile Ankerbereiche sowie Affinitätssorbentien für die Biomoleküle enthalten. Auf den hydrophilen Ankerbereichen bilden sich feinkristalline Matrixkristalle, in die zumin- dest zum Teil Biomoleküle eingebunden sind. Ein homogener Einbau der Biomoleküle in die Matrix lässt sich auf diese Weise jedoch nicht erzielen.DE 100 27 794 A1 describes a method for analyzing enzyme-catalyzed reactions using MALDI-TOF-MS, in which a solution containing matrix and analyte is applied to a polished, coated or vapor-coated carrier material with the aid of a nanoplotter. However, this leads to an inhomogeneous distribution of the analyte in the sample drop deposited on the matrix. The production of structured bio sample carriers for MS analysis is disclosed in DE 100 43 042 A1. There solutions from biomolecules and matrix substances are applied to hydro- or lyophobic surfaces, which contain hydrophilic anchor areas as well as affinity sorbents for the biomolecules. Fine crystalline matrix crystals form on the hydrophilic anchor areas, into which at least at least partially biomolecules are involved. However, homogeneous incorporation of the biomolecules into the matrix cannot be achieved in this way.
Des weiteren kennt der Stand der Technik Verfahren zur Ionisierung hochmole- kularer Analyte. Die DE 198 34 070 A1 beschreibt ein solches Verfahren. Da dort flüssige Matrices verwendet werden, wobei die Matrixflüssigkeit aus einem Ether- Polyol oder einem Polyether-Polyol besteht, ist die Untersuchung kristalliner Oberflächen mit diesem Verfahren nicht möglich. Die DE 196 17 011 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Ionen hochmolekularer Analyte mittels MALDI, bei der die Matrix aus mindestens zwei Komponenten besteht, von denen eine Komponente durch die Einwirkung der Laserstrahlung zersetzt wird (Sprengstoff). Hierdurch eignet sich die Methode auch für Laserfoci mit Durchmessern im Bereich zwischen 3 μm und 10 μm; innerhalb dieses Fokusdurchmessers wird jedoch die gesamte Schicht auf einmal bis auf den Probenträger darunter abgetra- gen. Damit ist die Methode nicht für eine dreidimensionale Analyse geeignet. In der US 5,808,300 wird ein Verfahren für die MALDI-Analyse biologischer Proben offenbart. Dabei wird eine Lösung der zu analysierenden Moleküle hergestellt und über Kapillarelektrophorese als lineare Spur auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial abgeschieden und getrocknet. Optional kann die Matrix mit dem Analytmaterial angelöst und rekristallisiert werden. Diese Methode ist jedoch nur bis zu Laserfoci größer oder gleich 25 μm einsetzbar und daher nicht für Oberflächenanalysen im Mikromaßstab geeignet. In der DE 102 07 615 A1 wird eine Methode zur Herstellung ultraphober Oberflächen beschrieben, auf der hydrophile und / oder oleophile Bereiche reversibel erzeugt werden können. Auf diesen Oberflächen werden zunächst Lösungen von MALDI-Matrices abgeschieden und anschließend Analytlösungen aufgebracht. Durch das Anlösen und Rekristallisieren der Matrix werden die Analyten in die MALDI-Matrix eingebaut.Furthermore, the prior art knows methods for ionizing high-molecular analytes. DE 198 34 070 A1 describes such a method. Since liquid matrices are used there, the matrix liquid consisting of an ether polyol or a polyether polyol, the investigation of crystalline surfaces is not possible with this method. DE 196 17 011 A1 describes a method for generating ions of high molecular weight analytes using MALDI, in which the matrix consists of at least two components, one component of which is decomposed by the action of the laser radiation (explosive). As a result, the method is also suitable for laser foci with diameters in the range between 3 μm and 10 μm; within this focus diameter, however, the entire layer is removed at once, except for the sample carrier underneath. The method is therefore not suitable for a three-dimensional analysis. A method for the MALDI analysis of biological samples is disclosed in US Pat. No. 5,808,300. A solution of the molecules to be analyzed is produced and deposited as a linear trace on an electrically conductive carrier material by capillary electrophoresis and dried. Optionally, the matrix with the analyte material can be dissolved and recrystallized. However, this method can only be used up to laser foci greater than or equal to 25 μm and is therefore not suitable for microscopic surface analysis. DE 102 07 615 A1 describes a method for producing ultraphobic surfaces on which hydrophilic and / or oleophilic areas can be reversibly produced. Solutions of MALDI matrices are first deposited on these surfaces and then analyte solutions are applied. By dissolving and recrystallizing the matrix, the analytes are built into the MALDI matrix.
Bei allen Methoden des Standes der Technik mit Ausnahme der US 5,808,300 wird die Lösung des Analyten entweder auf einen schon vorher mit Matrix präparierten Probenträger aufgebracht, oder Matrix- und Analytlösung werden gemeinsam aufgebracht . Bei diesen Vorgehensweisen kommt es zwangsläufig zum Wandern der Analytmolekule in der Matrixschicht. Der dreidimensionale Aufbau der Analytschicht wird dabei in jedem Fall verändert: Analytmolekule, die vor dem Einbau in die Matrix beispielsweise in Richtung der x-Koordinate in der Reihenfolge A, B, C vorlagen, können nach dem Einbau in die Matrix z.B. in der Reihenfolge B, C, A vorliegen. Dies gilt für alle drei Raumrichtungen, so dass mit den Verfahren des Standes der Technik eine Richtungskontrolle des Einbaus der Analy- 5 ten in die Matrix nicht möglich ist. Auch die in der US 5,808,300 beschriebene Technik, Matrices auf Analyten in Form von Gewebeschnitten aufzubringen, erlaubt keine solche Richtungskontrolle des Einbaus der Analyten in die Matrix und gestattet bei der MALDI-Messung daher keine räumlichen Auflösungen im Bereich von 1 μm.0 Die vorliegende Erfindung gestattet es erstmals, zu analysierende Substanzgemische solchermaßen für die Massenspektrometrie zu präparieren, dass Analytmolekule richtungskontrolliert in die Matrix eingebaut werden, wobei sich die räumliche Umverteilung von Analytmolekülen in der Matrix in derart engen Grenzen hält, dass bei der scannenden Mikrosonden-Matrix-assistierten Laserdesorptions-5 lonisations-Massenspektrometrie eine räumliche Verschiebung kleiner oder gleich 3 μm ergibt.In all methods of the prior art with the exception of US Pat. No. 5,808,300, the solution of the analyte is either applied to a sample carrier which has already been prepared with matrix, or the matrix and analyte solution are applied together. With these procedures, the analyte molecules inevitably migrate in the matrix layer. The three-dimensional structure of the analyte layer is changed in any case: analyte molecules in front of the Installation in the matrix, for example in the direction of the x coordinate in the order A, B, C, may be present in the order, for example, in the order B, C, A after installation in the matrix. This applies to all three spatial directions, so that with the methods of the prior art it is not possible to check the direction in which the analytes are incorporated into the matrix. The technique described in US Pat. No. 5,808,300 for applying matrices to analytes in the form of tissue sections does not allow such a directional control of the incorporation of the analytes into the matrix and therefore does not permit spatial resolutions in the range of 1 μm in the MALDI measurement. The present invention For the first time, it enables substance mixtures to be analyzed to be prepared for mass spectrometry in such a way that analyte molecules are incorporated into the matrix in a direction-controlled manner, the spatial redistribution of analyte molecules in the matrix being kept within such narrow limits that the scanning microsensor-matrix-assisted laser desorption 5 ionization mass spectrometry results in a spatial shift of less than or equal to 3 μm.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie bereit zu stellen, das die Nachteile des o Standes der Technik im Hinblick auf die Größe der Matrixkristalle vermeidet und einen richtungskontrollierten Einbau der Analytmolekule in die Matrix gewährleistet, wobei unter richtungskontrolliertem Einbau verstanden wird; dass die Analytmolekule in allen drei Raumrichtungen im Wesentlichen in derjenigen relativen Position zueinander eingebaut werden, in der sie vor Einbau in die Matrix vorla-5 gen.The object of the present invention is to provide a method for the preparation of analytes for mass spectrometry which avoids the disadvantages of the prior art with regard to the size of the matrix crystals and ensures a direction-controlled incorporation of the analyte molecules into the matrix, with direction-controlled Installation is understood; that the analyte molecules are installed in all three spatial directions essentially in the relative position to one another in which they were before being installed in the matrix.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, bei dem zuerst der Analyt auf einen Probenträger aufgebracht, danach die Matrix auf dem bei Raumtemperatur und Normdruck im Wesentlichen festen Analyten abgelagert und o zuletzt der Analyt oder die Analyten durch Bedampfung der Matrixschicht mit einem dampfförmigen Lösungsmittel für die Matrix inkorporiert werden. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzusehen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Gegenstand von Anspruch 15.This object is achieved according to the invention by a method in which the analyte is first applied to a sample carrier, then the matrix is deposited on the analyte which is essentially solid at room temperature and standard pressure and o finally the analyte or the analytes by vapor deposition of the matrix layer with a vaporous solvent for the matrix can be incorporated. Another object of the invention is to provide a device for carrying out the method according to the invention. This object is achieved according to the invention by the subject matter of claim 15.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich durch die Unteran- Sprüche 16 bis 19, wobei die Vorrichtung gemäß Anspruch 17 den Vorteil aufweist, dass die Dicke der Matrix kontrollierbar ist und die Vorrichtung gemäß Anspruch 18 den Vorteil aufweist, dass der Grad der Integration des Analyten kontrollierbar ist, so dass insgesamt eine Qualitätskontrolle der Praparation gewährleistet ist. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 19 weist den Vorteil auf, dass damit ein hoher Durchsatz der Praparation erzeugt werden kann, in dem die Praparation vergleichbar einer Fließbandproduktion oder einer Produktion an Rundtischen abläuft.Advantageous embodiments of the device result from subclaims 16 to 19, the device according to claim 17 having the advantage that the thickness of the matrix can be controlled and the device according to claim 18 having the advantage that the degree of integration of the analyte can be controlled is, so that overall a quality control of the preparation is guaranteed. The device according to claim 19 has the advantage that it enables a high throughput of the preparation to be produced, in which the preparation takes place in a manner comparable to an assembly line production or a production at rotary tables.
Unter Analyt wird dabei ein Gemisch aus mindestens einer Substanz verstanden, wobei diese mindestens eine Substanz chemischen und/oder biologischen und/oder biochemischen Ursprungs ist.An analyte is understood to be a mixture of at least one substance, this being at least one substance of chemical and / or biological and / or biochemical origin.
Dem Fachmann ist bekannt, dass es sich bei einem Probenträger für die Massen- spektometrie um eine Vorrichtung handelt, die den oder die Analyten aufnimmt oder auf welchem der Analyt oder die Analyten sowie die Matrix aufgebracht wer- den.It is known to the person skilled in the art that a sample carrier for mass spectrometry is a device which receives the analyte or analytes or on which the analyte or the analytes and the matrix are applied.
Dem Fachmann ist bekannt, dass es sich bei der Matrix im Zusammenhang mit der Matrix-Assistierten Laser Desorptions-Ionisations Massenspektrometrie (MALDI-MS) um eine Substanz handelt, deren Energieabsorption auf die Wellenlänge des Desorptionslasers abgestimmt ist, so dass die Matrix die Energie des Laserlichtes aufnimmt und den oder die in der Matrix eingebetteten Analyten mit desorbiert und protoniert, weshalb der Analyt ohne Fragmentierung in die Gasphase gelangt und analysiert werden kann.It is known to the person skilled in the art that the matrix in connection with the matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-MS) is a substance whose energy absorption is matched to the wavelength of the desorption laser, so that the matrix is the energy of the Absorbs laser light and desorbs and protonates the analyte (s) embedded in the matrix, which is why the analyte can enter the gas phase and be analyzed without fragmentation.
Die erfindungsgemäße Präparationsmethode für die Mikrobereichsanalytik der Zusammensetzung von Substanzgemischen vermeidet die Nachteile des Standes der Technik, indem in einem ersten Schritt der oder die Analyten auf den Probenträger aufgebracht werden, im zweiten Schritt die Matrix aufgebracht wird und in einem dritten Schritt die Inkorporation des oder der Analyten in die Matrix erfolgt. Aufbringen der Matrix und Inkorporation des Analyten erfolgen dabei nacheinander und nicht zeitgleich.The preparation method according to the invention for micro-range analysis of the composition of substance mixtures avoids the disadvantages of the prior art by applying the analyte or analytes to the sample carrier in a first step, applying the matrix in the second step and incorporating the or the in a third step Analytes into the matrix. The matrix and the incorporation of the analyte are applied sequentially and not simultaneously.
Dem Fachmann sind zahlreiche Methoden bekannt, mit denen Analyten und / oder Matrixsubstanzen auf Probenträger aufgebracht werden können. Diese Methoden eignen sich sowohl zur Aufbringung des Analyten auf den Probenträger (erster Schritt der erfindungsgemäßen Präparationsmethode) als auch zur Aufbringung der Matrix (zweiter Schritt der erfindungsgemäßen Präparationsmethode), wobei für die Aufbringung von Analyt und Matrix jeweils dieselbe oder unter- schiedliche dieser bekannten Methoden verwendet werden können. Diese dem Fachmann bekannten Methoden sind im Folgenden als Methoden zur Aufbringung der Matrix angegeben, wobei dem Fachmann bekannt ist, dass er sie auch zur Aufbringung des oder der Analyten verwenden kann. Bei der erfindungsgemäßen Präparationsmethode wird die Matrix bevorzugt als Feststoff aufgedampft und an- schließend auf dem oder den Analyten abgelagert. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass er die Methode des Aufdampfens ebenso zur Aufbringung des Analyten verwenden kann.Numerous methods are known to the person skilled in the art with which analytes and / or matrix substances can be applied to sample carriers. These methods are suitable both for applying the analyte to the sample carrier (first step of the preparation method according to the invention) and for applying the matrix (second step of the preparation method according to the invention), the same or different of these known methods for applying analyte and matrix can be used. These methods known to the person skilled in the art are given below as methods for applying the matrix, it being known to the person skilled in the art that he can also use them for applying the analyte or analytes. In the preparation method according to the invention, the matrix is preferably evaporated as a solid and then deposited on the analyte or analytes. It is obvious to the person skilled in the art that he can also use the vapor deposition method to apply the analyte.
Die Integration des Analyten in die Matrix erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfah- ren, indem der Probenträger nach dem Aufdampfen der Matrix einem Lösungsmitteldampf ausgesetzt wird, wobei bevorzugt solche Lösungsmittel zur Erzeugung des Dampfes verwendet werden, in denen sich die Matrixsubstanz löst. Optional kann die Matrix, beispielsweise im Falle oxidations- oder zersetzungsempfindlicher Analyten, einem Gas-Dampf-Gemisch ausgesetzt werden. Dieses Gas-Dampf-Gemisch besteht aus einem inerten, bei Reaktionsbedingungen nicht kondensierbaren Trägergas („Gas") sowie einer unter Reaktionsbedingungen kondensierbaren Komponente („Dampf"). Unter inert sind dabei solche Gase zu verstehen, die im kondensierten Dampf nicht löslich sind. Unter Reaktionsbedingungen wird hierbei die gewählte Kombination aus Druck und Temperatur ver- standen.The analyte is integrated into the matrix in the method according to the invention by exposing the sample carrier to a solvent vapor after the vapor deposition of the matrix, preference being given to using solvents in which the matrix substance dissolves to generate the vapor. The matrix can optionally be exposed to a gas-steam mixture, for example in the case of analytes sensitive to oxidation or decomposition. This gas-steam mixture consists of an inert carrier gas (“gas”) that cannot be condensed under reaction conditions and a component (“steam”) that can be condensed under reaction conditions. Inert is to be understood as meaning gases which are not soluble in the condensed steam. Reaction conditions mean the selected combination of pressure and temperature.
Um die Matrix mit Hilfe des Bedampfungsverfahrens auf den Probenträger aufzubringen, auf dem sich bereits der oder die Analyten befinden, wird die Matrixsub- stanz in einer Vakuumkammer, die in einem Druckbereich von Atmosphärendruck bis 1*10"7 mBar evakuiert werden kann, in einem Behälter erhitzt. In diesem Druckbereich kann die Matrixsubstanz in die Gasphase sublimieren und schlägt sich auf derjenigen Seite des Probenträgers nieder, auf dem sich der Analyt be- findet, wobei der Probenträger in einem Abstand von 5 bis 40 mm über dem Behälter installiert ist. Die Installation des Probenträgers erfolgt dabei derart, dass die Matrixsubstanz sich beim Niederschlagen auf dem oder den Analyten ablagert. Das Aufdampfen der Matrix erfolgt erfindungsgemäß bei solchen Drücken und Temperaturen, bei denen das Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter subli- miert und sich auf dem Probenträgermaterial niederschlägt, ohne dass Matrixsubstanz und / oder Analyt sich zersetzen. Zur Temperaturkontrolle des Behälters kann ein Thermofühler an der Außenwand des Behälters angebracht werden. Es sind ein Druckbereich von ca. 100 mBar bis etwa 1*10"2 mBar und ein Temperaturbereich von 20 °C bis 130 °C zu wählen, so dass innerhalb von 2-15 Minuten eine amorphe Schicht Matrix über dem oder den Analyten auf dem Probenträger abgeschieden wird. Die Dicke der abgeschiedenen Matrixschicht kann beispielsweise dem Fachmann bekannte Methoden wie Massenbestimmung (Schwingquarzmessung), mechanische Abtastung (Tastschnittverfahren), optische Interferometrie (Tolanski-Interferometer), Elektronenmikroskopie, Rastertunnelmi- kroskopie, Rastersondenmikroskopie oder Laserscanning-Mikroskopie bestimmt werden.In order to apply the matrix to the sample carrier on which the analyte or analytes are already located using the vapor deposition process, the matrix sub- punch in a vacuum chamber, which can be evacuated in a pressure range from atmospheric pressure to 1 * 10 "7 mBar, in a container. In this pressure range, the matrix substance can sublime into the gas phase and is deposited on the side of the sample carrier on which the analyte is located with the sample carrier installed at a distance of 5 to 40 mm above the container, and the sample carrier is installed in such a way that the matrix substance is deposited on the analyte or analytes when it is deposited at pressures and temperatures at which the matrix material sublimes from the storage container and is deposited on the sample carrier material without the matrix substance and / or analyte decomposing. A temperature sensor can be attached to the outer wall of the container to control the temperature of the container a pressure range from approx. 100 mbar to approx. 1 * 10 "2 mbar and a temperature range from 20 ° C to 130 ° C so that an amorphous layer of matrix is deposited over the analyte or analytes on the sample carrier within 2-15 minutes. The thickness of the deposited matrix layer can be determined, for example, by methods known to the person skilled in the art, such as mass determination (quartz crystal measurement), mechanical scanning (probe cut method), optical interferometry (Tolanski interferometer), electron microscopy, scanning tunneling microscopy, scanning probe microscopy or laser scanning microscopy.
Dieser zweite Schritt der Praparation kann auch durch andere dem Fachmann bekannte Techniken ersetzt werden, die die räumliche Verteilung des Analyten auf der Oberfläche des Probenträgers nicht oder nur innerhalb der Auflösung desThis second step of the preparation can also be replaced by other techniques known to the person skilled in the art which do not, or only within the resolution of, the spatial distribution of the analyte on the surface of the sample carrier
Massenspektrometers verändern. Dazu gehören Methoden, die die Matrix in einem geeigneten Lösungmittel mit einem Gasstrom oder mit einem elektrischen Potential versprühen (Elektrospray), Matrix durch mechanisches Verteilen des Feststoffes aufbringen, durch Stempeln oder Drucken, Thermotransferverfahren, Laserdruckverfahren, Tintenstrahldruckverfahren, Aufbringen der Matrix durchModify mass spectrometer. This includes methods that spray the matrix in a suitable solvent with a gas stream or with an electrical potential (electrospray), apply the matrix by mechanically distributing the solid, by stamping or printing, thermal transfer process, laser printing process, inkjet printing process, applying the matrix by
Molekularstrahlepitaxie, Elektrodiffusion oder elektrochemisches Abscheiden. Um die Matrix mittels eines Gasstroms zu versprühen, wird die Matrix in einem Lösungsmittel gelöst und mittels eines Gasstromes aus einem Lösungsmittelreser- vior durch eine Düse fein zerstäubt (Gasstrom). Die entstehenden Tropfen im Mi- krometerbereich lagern sich auf dem oder den Analyten ab und trocknen dort sofort ein. Dem Fachmann ist bekannt, dass durch die Wahl des Abstandes zwischen Düse und Probenträger die Menge des Lösungsmittels, die die Probe erreicht, bestimmt werden kann und damit auch die Migration des Analyten auf der Oberfläche. Alternativ können die Tropfen durch ein elektrisches Feld zwischen Düse und Probenoberfläche erzeugt werden.Molecular beam epitaxy, electrodiffusion or electrochemical deposition. In order to spray the matrix by means of a gas stream, the matrix is dissolved in a solvent and finely atomized by means of a gas stream from a solvent reservoir through a nozzle (gas stream). The drops that form in the The micrometer range is deposited on the analyte (s) and dries there immediately. It is known to the person skilled in the art that the amount of solvent that reaches the sample and thus also the migration of the analyte on the surface can be determined by the choice of the distance between the nozzle and the sample carrier. Alternatively, the drops can be generated by an electric field between the nozzle and the sample surface.
Die Verfahren werden beispielsweise beschrieben in Herbert Budzikiewicz: Massenspektrometrie. Eine Einführung. 4. Aufl., VCH, Weinheim, 1998 oder F. Lottspeich, H. Zorbas: Bioanalytik, Spektrum Akademischer Verlag, 1. Aufl. 1998. Weiterhin können die Matrix-Lösungsmitteltröpfchen auch durch dem Fachmann bekannte Ultraschallverneblung erzeugt werden. Hierbei werden aus einem Reservoir an Matrixlösung durch Ultraschall Tröpfchen aus der Oberfläche des Matrixlösung herausgelöst. Eine weitere dem Fachmann bekannte Möglichkeit zum Auftragen der Matrix ist die mechanische Verteilung der Matrix durch beispielsweise einen Schaber oder einen Spatel, indem die Matrix auf die Probe geschüttet und mit Hilfe des Spatels fein verteilt wird. Die Matrix kann auch mit Hilfe eines Stempels, auf den die Matrix aufgetragen wird und der dann auf den Probenträger gedrückt wird, oder anderer Druckverfahren auf den Probenträger aufgetragen werden. Ein weiteres Druck- verfahren ist das Laserdruckverfahren, bei dem die Matrix mit einer Walze auf den Probenträger aufgetragen und mit einem Laserstrahl erhitzt wird, um auf der Oberfläche zu haften. Des Weiteren kann die Matrix durch Thermotransfer- oder Tintenstrahldruckverfahren auf den Probenträger aufgebracht werden. Die Matrix wird in gelöster Form in einem Reservoir entweder kurzzeitig erhitzt und durch die Expansion durch eine Düse auf der Probenträger gesprüht oder mit Hilfe einesThe methods are described, for example, in Herbert Budzikiewicz: mass spectrometry. An introduction. 4th edition, VCH, Weinheim, 1998 or F. Lottsspeich, H. Zorbas: Bioanalytik, Spektrum Akademischer Verlag, 1st edition 1998. Furthermore, the matrix solvent droplets can also be generated by ultrasonic nebulization known to the person skilled in the art. Here, droplets are released from a reservoir of matrix solution by means of ultrasound from the surface of the matrix solution. Another possibility known to those skilled in the art for applying the matrix is the mechanical distribution of the matrix by means of, for example, a scraper or a spatula, by pouring the matrix onto the sample and finely distributing it using the spatula. The matrix can also be applied to the sample carrier with the aid of a stamp to which the matrix is applied and which is then pressed onto the sample carrier, or other printing methods. Another printing process is the laser printing process, in which the matrix is applied to the sample carrier with a roller and heated with a laser beam in order to adhere to the surface. Furthermore, the matrix can be applied to the sample carrier by thermal transfer or inkjet printing processes. The matrix is either heated briefly in solution in a reservoir and sprayed through the expansion through a nozzle on the sample carrier or with the help of a
Piezokristalls durch Anlegen einer elektrischen Spannung auf den Probenträger gesprüht. Die genannten Druckverfahren sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise in „Der Brockhaus. Naturwissenschaft und Technik", Version 3.0, CD-ROM, Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG, Mannheim; Spek- trum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, 2003 nachgeschlagen werden.Piezo crystal sprayed by applying an electrical voltage to the sample holder. The printing processes mentioned are known to the person skilled in the art and can be found, for example, in “Der Brockhaus. Naturwissenschaft und Technik ", Version 3.0, CD-ROM, Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG, Mannheim; Spectrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, 2003.
Um eine verbesserte Integration des Analyten in die aufgedampfte Matrixschicht zu erreichen, werden die Probenträger in einem zweiten Schritt einer feuchten Umgebung ausgesetzt, so dass ein ausreichender Einbau des Analyten in die Matrix geschieht und gleichzeitig Migration minimiert wird. Dies wird erreicht, indem die aufgebrachte Matrixschicht einem Lösungsmitteldampf ausgesetzt wird. Der Probenträger wird dazu zusammen mit einem Lösungsmittelreservoir, in dem sich ein oder mehrere Lösungsmittel befinden, in einen gasdichten abgeschlosse- nen Behälter gegeben. Dabei ist ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch zu wählen, in welchem die Matrixsubstanz löslich ist. Das Lösungsmittelreservoir wird erhitzt, so dass sich in dem Behälter und damit auch über dem Probenträger ein Lösungsmitteldampf ausbildet, wobei bis zur Sättigung der Behälteratmosphäre mit Lösungsmitteldampf erhitzt wird. Der Probenträger kann bis zu 14 Tagen in dem Behälter verbleiben. Das Ausmaß des richtungskontrollierten Einbaus des oder der Analyten ist hinreichend, wenn die Matrixteilchen eine Größe aufweisen, die in etwa der Auflösung des gewünschten, bei der späteren SMALDI-Messung einzusetzenden Lasers von 0,5 μm bis 3 μm entspricht. Die hinreichende Integration des oder der Analyten in die Matrix kann beispiels- weise durch dem Fachmann bekannte Methoden wie Polarisationsmikroskopie, Lichtmikroskopie und Fluoreszenzmikroskopie kontrolliert werden. Das Bedampfens der Matrix mit einem Lösungsmitteldampf löst wahrscheinlich eine Umkristallisation der Matrixschicht aus. Bei der Kontrolle des Grades der Umkristallisation der Matrix mit Hilfe der Polarisationsmikroskopie wird die Ab- soprtion polarisierten Lichtes gemessen. Umkristallisierte Bereiche der Matrix erscheinen im Polarisationsmikroskop in unterschiedlichen Farben, da die spektrale Absorption von Einstrahlrichtung und Wellenlänge abhängig ist. Vor der Umkristallisation erscheint die Matrixschicht gleichmäßig weiß oder grau im polarisierten Licht. Die Umkristallisation ist abgeschlossen, wenn im polarisierten Licht farbige Bereiche mit Ausdehnungen im Bereich von mindestens 0,5 Mikrometern entstanden sind.In order to achieve an improved integration of the analyte into the evaporated matrix layer, the sample carriers are exposed to a moist environment in a second step, so that the analyte is adequately incorporated into the Matrix happens and at the same time migration is minimized. This is achieved by exposing the applied matrix layer to a solvent vapor. For this purpose, the sample carrier is placed in a gas-tight, sealed container together with a solvent reservoir in which one or more solvents are located. A solvent or solvent mixture in which the matrix substance is soluble is to be selected. The solvent reservoir is heated so that a solvent vapor is formed in the container and thus also above the sample carrier, heating with solvent vapor until the container atmosphere is saturated. The sample holder can remain in the container for up to 14 days. The extent of the direction-controlled installation of the analyte or analytes is sufficient if the matrix particles have a size which corresponds approximately to the resolution of the desired laser of 0.5 μm to 3 μm to be used in the later SMALDI measurement. The adequate integration of the analyte or analytes into the matrix can be checked, for example, by methods known to those skilled in the art, such as polarization microscopy, light microscopy and fluorescence microscopy. Evaporation of the matrix with a solvent vapor probably triggers recrystallization of the matrix layer. When the degree of recrystallization of the matrix is checked by means of polarizing microscopy, the absorption of polarized light is measured. Recrystallized areas of the matrix appear in different colors in the polarizing microscope, since the spectral absorption depends on the direction of radiation and wavelength. Before recrystallization, the matrix layer appears uniformly white or gray in polarized light. The recrystallization is complete when colored areas with dimensions in the range of at least 0.5 micrometers have arisen in polarized light.
Mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie kann der Grad der Umkristallisation verfolgt werden, indem die laterale Gleichmäßigkeit der mikroskopischen Verteilung von Matrix und Analyt verfolgt wird, welche bei unterschiedlichen Wellenlängen fluo- reszieren. Während übliche Matrixsubstanzen meist eine natürliche Fluoreszenz aufweisen, können beispielsweise Peptide oder Proteine, die Tryptophan enthalten, über dessen natürliche Fluoreszenz beobachtet werden. Des Weiteren sind Methoden bekannt, um eine Fluoreszenzmarkierung beliebiger Peptide oder Proteine durchzuführen, um so bei geeigneten Wellenlängen die Fluoreszenzen von Matrix und Proteinen beobachten zu können. Neben der lateralen Gleichmäßigkeit kann außerdem die erzielte mikroskopische Durchmischung von Analyt und Matrix kontrolliert werden, indem in der Auflicht-Fluoreszenzmikroskopie vor der Umkri- stallisatioon nur die bedeckende Matrixschicht beobachtet wird, während nach der Umkristallisation sowohl Matrix als auch Analyt über deren Fluorsezenzsignale beobachtet werden können.The degree of recrystallization can be monitored with the aid of fluorescence microscopy by monitoring the lateral uniformity of the microscopic distribution of matrix and analyte, which fluoresce at different wavelengths. While conventional matrix substances usually have natural fluorescence, peptides or proteins that contain tryptophan can be observed via its natural fluorescence, for example. Furthermore, methods are known for carrying out fluorescent labeling of any peptides or proteins, in order in this way to fluoresce at suitable wavelengths To be able to observe the matrix and proteins. In addition to the lateral uniformity, the microscopic intermixing of analyte and matrix can also be checked by only observing the covering matrix layer in reflected light fluorescence microscopy before recrystallization, while after recrystallization both matrix and analyte can be observed via their fluorescence signals ,
Des weiteren lässt sich das Einwirken des Lösungsmitteldampfes auf die Matrixschicht mit Hilfe einer Quarzwaage verfolgen, indem die Frequenzverschiebung während der Befeuchtungsphase bestimmt wird: Die Masse der aufgedampften Matrixschicht nimmt durch Lösungsmittelaufnahme zunächst zu und anschließend während der Umkristallisation der Matrix wieder ab. Die Umkristallisation und der Einbau des Analyten können als erfolgreich angesehen werden, wenn die Aufnahme von Lösungsmittel über einen Zeitraum von mehreren Stunden oder TA- gen, bevorzugt 3 Stunden bis 14 Tagen, verlief.Furthermore, the action of the solvent vapor on the matrix layer can be monitored using a quartz balance by determining the frequency shift during the moistening phase: the mass of the evaporated matrix layer initially increases due to solvent absorption and then decreases again during the recrystallization of the matrix. The recrystallization and the incorporation of the analyte can be regarded as successful if the uptake of solvent took place over a period of several hours or days, preferably 3 hours to 14 days.
Auf Grund der guten Löslichkeit der Matrixsubstanz in dem Lösungsmittel bzw. in dem Lösungsmittelgemisch bewirkt der Lösungsmitteldampf eine Umkristallisation der Matrix. Bei diesem Prozess wird der Analyt auf der Oberfläche des Probenträgers mit in die Matrixschicht eingebaut. Da die Matrixschicht eine Dicke von 0,5 μm bis maximal 3 μm aufweisen sollte, kann durch die Dauer des Umkristallisati- onsprozesses die Migration des Analyten derart beschränkt werden, dass der Analyt zwar vollständig in die Schicht eindringt, aber sich nicht mehr als ca. 1 μm bis 3 μm von seinem ursprünglichen Ort wegbewegt (siehe Abb. 18). Die Erzeugung des Lösungsmitteldampfes kann genauso durch dem Fachmann bekannte Verfahren zum Versprühen des Lösungsmittels (siehe auch Versprühen der Matrix) oder Vernebeln durch Ultraschallvemeblung erfolgen (siehe auch Ultraschall- vernebelung der Matrix).Due to the good solubility of the matrix substance in the solvent or in the solvent mixture, the solvent vapor causes the matrix to recrystallize. In this process, the analyte is built into the matrix layer on the surface of the sample carrier. Since the matrix layer should have a thickness of 0.5 μm to a maximum of 3 μm, the duration of the recrystallization process can limit the migration of the analyte in such a way that the analyte penetrates completely into the layer, but does not penetrate more than approx. Moved 1 μm to 3 μm away from its original location (see Fig. 18). The solvent vapor can also be generated by methods known to those skilled in the art for spraying the solvent (see also spraying the matrix) or atomizing by means of ultrasonic atomization (see also ultrasonic atomization of the matrix).
Die Umkristallisation der Matrixschicht kann durch Temperatur und Druck innerhalb des Behälters beeinflusst werden. Bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 80 °C kann eine Umkristallisation der Schicht innerhalb von 1 bis 5 Tagen beobachtet werden, wobei die Kontrolle der Umkristallisation wie oben beschrieben beispielsweise mittels Licht-, Polarisations- oder Fluoreszenzmikroskopie doer mit Hilfe einer Quarzwaage erfolgt. Durch Erhöhung der Temperatur kann der Vorgang beschleunigt werden, wobei die Temperatur so zu wählen ist, dass chemi- sehe Reaktionen und / oder Zersetzungen des oder der Analyten vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich zur Temperaturerhöhung kann die Umkristallisation auch durch eine Erhöhung des Druckes im Behälter beschleunigt werden.The recrystallization of the matrix layer can be influenced by temperature and pressure inside the container. At temperatures in the range from 40 to 80 ° C., recrystallization of the layer can be observed within 1 to 5 days, the recrystallization being checked as described above, for example by means of light, polarization or fluorescence microscopy or with the aid of a quartz balance. The process can be accelerated by increasing the temperature, the temperature being selected so that chemical see reactions and / or decomposition of the analyte (s) to be avoided. As an alternative or in addition to the temperature increase, the recrystallization can also be accelerated by increasing the pressure in the container.
Durch beide Schritte der Praparation, d.h. durch das Aufbringen der Matrix und die anschließende Umkristallisation, wird eine Matrixschicht erhalten, die sowohl die notwendige Voraussetzung der Inkorporation des oder der Analyten in die Matrix erfüllt, als zu einem richtungskontrollierten Einbau des Analyten in die Matrix führt.Through both steps of the preparation, i.e. by the application of the matrix and the subsequent recrystallization, a matrix layer is obtained which both fulfills the necessary requirement for the incorporation of the analyte or analytes into the matrix and leads to a direction-controlled incorporation of the analyte into the matrix.
Bei der ortsaufgelösten Analyse von biologischen oder synthetischen Proben ist die Praparation der Probe ein entscheidender Schritt, der die erreichbare Empfindlichkeit, die Massenauflösung und die effektive räumliche Auflösung der Messung limitiert. Unter effektiver räumlicher Auflösung wird dabei die Auflösung ver- standen, die mit Hilfe des Massenspektrometers (auflösungsbestimmend: Laserfokus) und der Praparation der Probe (auflösungsbestimmend: Migration des oder der Analyten) erreicht werden kann.In the spatially resolved analysis of biological or synthetic samples, the preparation of the sample is a decisive step that limits the sensitivity that can be achieved, the mass resolution and the effective spatial resolution of the measurement. Effective spatial resolution is understood to mean the resolution that can be achieved with the aid of the mass spectrometer (determining the resolution: laser focus) and the preparation of the sample (determining the resolution: migration of the analyte or analytes).
Es existiert ein prinzipieller Unterschied zwischen einer standardisierten MALDI- MS Praparation gemäß dem Stand der Technik und der Praparation einer Oberfläche für die massenspektrometrische Analytik. Bei der Praparation nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik liegen der Analyt oder die Analyten in der Regel in gelöster Form vor oder werden in eine gelöste Form gebracht. Dies erleichtert die notwendigen Voraussetzungen für eine MALDI-Präparation erheb- lieh, da in diesem Fall die Probe mit der Matrix gemischt werden kann oder eineThere is a fundamental difference between a standardized MALDI-MS preparation according to the state of the art and the preparation of a surface for mass spectrometric analysis. In the case of the preparation according to a method according to the prior art, the analyte or the analytes are generally in dissolved form or are brought into a dissolved form. This considerably eases the necessary requirements for a MALDI preparation, since in this case the sample can be mixed with the matrix or one
Vermischung des oder der Analyten sowie Matrix auf dem Probeteller vor dem Auskristallisieren stattfindet. Dadurch findet eine Separation der einzelnen Analytmolekule voneinander durch die Matrix statt. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Matrix in einem molaren Überschuss von etwa 100:1 bis 100000:1 vorliegen vorliegen sollte, um so die Analytmolekule räumlich zu trennen und dadurch die intermolekularen Wechselwirkungen zwischen den Analytmolekülen zu minimieren. Wenn die zu untersuchenden Substanzen auf einer Oberfläche liegen und/oder an diese Oberfläche gebunden sind, muss bei der Praparation erreicht werden, dass eine ausreichende Vermischung des Analyten und der Matrix statt- findet, um die räumliche Trennung der Moleküle zu gewährleisten. Eine Bindung an Oberflächen kann beispielsweise, aber nicht erschöpfend, mittels sog. Anker oder über Beads stattfinden. Dem Fachmann ist bekannt, dass eine Vermischung mit der Matrix prinzipiell nur möglich ist, wenn die Analyten in der festen Phase 5 auf der Oberfläche vorliegen, so dass die Matrix in gelöster Form auf die Oberfläche einwirken und den oder die Analyten lösen muss. Dies bedeutet gleichzeitig, dass bei einer MALDI-Präparation gemäß dem Stand der Technik die räumliche Lokalisation der Substanzen durch diesen Schritt vollständig verloren geht, da die Flüssigkeit bis zu mehreren Minuten auf der Oberfläche verbleibt, bevor das Lö-0 sungsmittel verdampft. Der Informationsgewinn, der durch die hohe räumliche Auflösung eines Gerätes mit einem hoch fokussierten Laserstrahl und einer daraus resultierenden räumlichen Auflösung im Bereich von möglichen Fokusmaximum des Laserstrahls erzielt wird, geht dann durch die Praparation im Vorhinein verloren (vgl. Spengler B., Hubert, M.: Scanning microprobe matrix-assisted laser5 desorption ionization (SMALDI) mass spectrometry: Instrumentation for sub- micrometer resolved LDI and MALDI surface analysis, Journal of the American Society of Mass Spectrometry; 13 (2002) 735-748).Mixing of the analyte or analytes and matrix takes place on the sample plate before crystallization. As a result, the individual analyte molecules are separated from one another by the matrix. It is known to the person skilled in the art that the matrix should be present in a molar excess of approximately 100: 1 to 100000: 1 in order to spatially separate the analyte molecules and thereby to minimize the intermolecular interactions between the analyte molecules. If the substances to be examined lie on a surface and / or are bound to this surface, the preparation must ensure that the analyte and the matrix are mixed sufficiently. takes place to ensure the spatial separation of the molecules. Binding to surfaces can take place, for example, but not exhaustively, by means of anchors or beads. It is known to the person skilled in the art that mixing with the matrix is in principle only possible if the analytes are present on the surface in the solid phase 5, so that the matrix must act on the surface in dissolved form and dissolve the analyte or analytes. At the same time, this means that in a MALDI preparation according to the prior art, the spatial localization of the substances is completely lost by this step, since the liquid remains on the surface for up to several minutes before the solvent evaporates. The information gained, which is achieved by the high spatial resolution of a device with a highly focused laser beam and a resulting spatial resolution in the range of the possible maximum focus of the laser beam, is then lost in advance through the preparation (see Spengler B., Hubert, M .: Scanning microprobe matrix-assisted laser5 desorption ionization (SMALDI) mass spectrometry: Instrumentation for sub-micrometer resolved LDI and MALDI surface analysis, Journal of the American Society of Mass Spectrometry; 13 (2002) 735-748).
Es ist also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darauf zu achten, dass das o Ausmaß der Wegbewegung des Analyten von seinem jeweiligen Auftragungsort geringer als der Durchmesser des Laser- oder lonenstrahlfokus des Massenspek- trometer bleibt und gleichzeitig ein Einbau der Analytmolekule in die Matrix stattfindet, um die so vorbereitete Probe in der rasternden Massenspektrometrie verwenden zu können. Unter rasternder Massenspektrometrie werden dabei solche5 massenspektrometrischen Verfahren verstanden, bei denen der Laserstrahl oder die lonenstrahlen oder die Neutralteilchenstrahlen einerseits und Probenoberfläche andererseits definiert und relativ zueinander bewegt werden, und zwar derart, dass Massenspektren aller Bereiche der Probenoberfläche aufgenommen werden und die erhaltenen Massenspektren ihrem jeweiligen Entstehungsort auf der Pro- o benoberfläche zugeordnet werden können.In the method according to the invention, care should be taken to ensure that the extent of the analyte's movement away from its respective application location remains less than the diameter of the laser or ion beam focus of the mass spectrometer, and at the same time that the analyte molecules are incorporated into the matrix in order to to be able to use the prepared sample in scanning mass spectrometry. Scanning mass spectrometry is understood to mean 5 mass spectrometric methods in which the laser beam or the ion beams or the neutral particle beams on the one hand and the sample surface on the other hand are defined and moved relative to one another in such a way that mass spectra of all areas of the sample surface are recorded and the mass spectra obtained at their respective origin can be assigned on the sample surface.
Weiterhin kann die vorbereitete Probe auch für mikroskopische Verfahren der Massenspektrometrie verwendet werden. Darunter versteht man, dass von der Probe mit Hilfe eines großflächigen Laserstrahls Ionen in die Gasphase gebracht werden und mit Hilfe einer lonenoptik diese Ionen auf einen Detektor derart abgebildet werden, dass sich der räumliche Entstehungsort der Ionen und der Abbildungsort einander zuordnen lassen. Unter großflächig wird dabei ein Laserstrahl verstanden, der einen Bereich der Probenoberfläche beschießt, welcher größer ist als derjenige Bereich ist, in dem der Detektor Ionen im Hinblick auf ihre unterschiedlichen Entsteh ungsorte auf der Probenoberfläche trennen kann. Durch Auslesen einzelner Abbildungsorte des Detektors kann somit ein Verteilungsbild der Ionen erstellt werden.Furthermore, the prepared sample can also be used for microscopic methods of mass spectrometry. This means that ions are brought into the gas phase from the sample with the help of a large-area laser beam and with the aid of ion optics, these ions are imaged on a detector in such a way that the spatial origin of the ions and the imaging location can be assigned to one another. Large area is understood to mean a laser beam that shots an area of the sample surface that is larger than the area in which the detector can separate ions with regard to their different origins on the sample surface. A distribution image of the ions can thus be created by reading out individual imaging locations of the detector.
Dem Fachmann sind zahlreiche Verfahren bekannt, mit deren Hilfe Analyten auf einen Probenträger aufgebracht werden können. Hierzu zählt beispielsweise das Aufsprühen des gelösten Analyten und anschließendes Trocknen. Das Trocknen kann hierbei nach dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen, wie beispielweise, aber nicht erschöpfend, bei Raumtemperatur und Normdruck, bei Temperatu- ren über Raumtemperatur und/oder bei Drücken unter Normaldruck sowie durch Lyophilisieren. Des weiteren ist dem Fachmann bekannt, dass biologische Proben, wie beispielsweise Zellen, Zellbestandteile, Zellextrakte und Gewebeschnitte, durch Aufpressen, Aufwachsen oder Aufkleben auf den Probenträger aufgebracht werden können. Es ist ebenso möglich, Zellen nach dem Fachmann bekannten Verfahren auf dem Probenträger aufwachsen zu lassen, wobei der Fachmann weiß, dass er ein Probenträgermaterial zu wählen hat, auf welchem die aufzuwachsende Zelllinie haftet. Das Aufbringen biologischer Proben ist beispielsweise in L. Li, R.W. Garden, E.V. Romanova, and J.V. Sweedler: „In situ sequencing of peptides from biological tissues and Single cells using MALDI-PSD/CID analysis.", Analytical Chemistry; 71 (1999) 5451-5458 beschrieben.Numerous methods are known to the person skilled in the art, with the aid of which analytes can be applied to a sample carrier. This includes, for example, spraying on the dissolved analyte and then drying it. Drying can be carried out according to methods known to the person skilled in the art, such as, for example, but not exhaustively, at room temperature and standard pressure, at temperatures above room temperature and / or at pressures under normal pressure and by lyophilization. Furthermore, it is known to the person skilled in the art that biological samples, such as, for example, cells, cell components, cell extracts and tissue sections, can be applied to the sample carrier by pressing on, growing on or sticking on. It is also possible to grow cells on the sample carrier by methods known to the person skilled in the art, the person skilled in the art knowing that he has to choose a sample carrier material on which the cell line to be grown adheres. The application of biological samples is described, for example, in L. Li, R.W. Garden, E.V. Romanova, and J.V. Sweedler: "In situ sequencing of peptides from biological tissues and single cells using MALDI-PSD / CID analysis.", Analytical Chemistry; 71 (1999) 5451-5458.
Des weiteren sind dem Fachmann Probenträger bekannt, deren Oberfläche mit sog. Ankermolekülen versehen sind, wobei diese Anker gezielt bestimmte Gruppen von Substanzen aus einem Analytgemisch binden, andere Substanzgruppen jedoch nicht gebunden werden. Des weiteren sind dem Fachmann Probenträger bekannt, deren Oberfläche mit sog. Beads versehen sind, wobei diese Beads ihrerseits Ankermoleküle auf ihrer Oberfläche besitzen. Durch Ablagern der Beads mit einer Größe von wenigen Nanometern bis in den Mikrometerbereich lassen sich zur Verfügung stehende Oberfläche die mit Ankermolekülen versehen ist stark vergrößern. Des weiteren kennt der Fachmann feste Träger, die beispielsweise aus Kügelchen, Nadeln, Kämmen oder Wafern bestehen.Furthermore, the person skilled in the art is familiar with sample carriers whose surface is provided with so-called anchor molecules, these anchors specifically binding certain groups of substances from an analyte mixture, but not binding other groups of substances. Furthermore, sample carriers are known to the person skilled in the art, the surface of which is provided with so-called beads, these beads in turn having anchor molecules on their surface. By depositing the beads with a size of a few nanometers down to the micrometer range, the available surface can be provided with anchor molecules greatly enlarge. In addition, the person skilled in the art knows solid supports which consist, for example, of beads, needles, combs or wafers.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle dem Fachmann bekannten Matrixsubstanzen. Hierzu zählen beispielsweise, aber nicht erschöpfend: 2- Aminobenzoesäure, 3-Aminobenzoesäure, 3,5-Dimethoxy-4-hydroxyzimtsäure (Sinapinsäure), alpha-Cyano-4-hydroxyzimtsäure (CHCA), 3-Hydroxypicolinsäure (3-HPA), 2,5-Dihydroxybenzoesäure (2,5-DHB), 2,3-Dihydroxybenzoesäure, 2,4- Dihydroxybenzoesäure, 2,6-Dihydroxybenzoesäure, 3,4-Dihydroxybenzoesäure, 2,5-Dihydroxybenzoesäure, Picolinsäure, 2,4,6-Trihydroxyacetophenon, 2,3,4- Trihydroxyacetophenon, Nitrobenzylalkohol, Nikotinsäure, Ferulasäure, Kaffeesäure, Ellagsäure, cis-o-Cumarsäure, trans-o-Cumarsäure, cis-p-Cumarsäure, trans-p-Cumarsäure, 6-Aza-2-thiothymidin, Harnstoff, Bernsteinsäure, Adipinsäu- re, Malonsäure und Malononitril.The method according to the invention is suitable for all matrix substances known to the person skilled in the art. These include, but are not limited to: 2-aminobenzoic acid, 3-aminobenzoic acid, 3,5-dimethoxy-4-hydroxycinnamic acid (sinapic acid), alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA), 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA), 2 , 5-dihydroxybenzoic acid (2,5-DHB), 2,3-dihydroxybenzoic acid, 2,4-dihydroxybenzoic acid, 2,6-dihydroxybenzoic acid, 3,4-dihydroxybenzoic acid, 2,5-dihydroxybenzoic acid, picolinic acid, 2,4,6- Trihydroxyacetophenone, 2,3,4-trihydroxyacetophenone, nitrobenzyl alcohol, nicotinic acid, ferulic acid, caffeic acid, ellagic acid, cis-o-cumaric acid, trans-o-cumaric acid, cis-p-cumaric acid, trans-p-cumaric acid, 6-aza-2- thiothymidine, urea, succinic acid, adipic acid, malonic acid and malononitrile.
Zur Herstellung des Lösungsmitteldampfes zur Umkristallisation der Matrixschicht sowie zur Herstellung dieser Matrixschicht können als kondensierbare Komponente dem Fachmann bekannte Lösungsmittel wie beispielsweise, aber nicht erschöpfend, Wasser, Methanol, Ethanol, Aceton, Acetonitril, Propanol, Isopropa- noi, n-Butanol, iso-Butanol, tert.-Butanol, Essigsäureethylester, Benzol, Toluol, 1 ,2-Dimethylbenzol, 1 ,3-Dimethylbenzol, 1 ,4-Dimethylbenzol, Cyclohexan, Cyclo- hexanol, Dichlormethan, Chloroform, Trifluoressigsäure, Essigsäure, Dimethylfor- mamid, Diethylamin, Phenylethylamin verwendet werden. Weitere Lösungsmittel, beispielsweise aus den Gruppen der Ester, Ether, Carbonsäuren, Amine, Alipha- ten, Aromaten, Araliphaten und Halogenaliphaten sowie Gemische aus mindestens zwei Lösungsmitteln sind dem Fachmann bekannt und können, ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen, verwendet werden. Dabei können diese Lösungsmittel ganz oder teilweise deuteriert sein, so dass beispielsweise an Stelle von Wasser D2O eingesetzt werden kann, um leicht ablösbare, saure Protonen in der Matrix- und/oder Analytsubstanz gegen Deuteriumionen ausgetauscht werden können, wenn für einen Austausch der Atmosphäre gesorgt wird. Deuterierung und Austausch der Atmosphäre sind dem Fachmann bekannt und können z.B. in B. Spengler, F. Lützenkirchen, R. Kaufmann: „On-target Deuterati- on for Peptide Sequencing by Laser Mass Spectrometry", Organic Mass Spectrometry, 28 (1993), 1482-1490 nachgeschlagen werden. Zur Herstellung des Gas- Dampf-Gemisches sind dabei solche Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische zu wählen, in denen die gewählte Matrixsubstanz löslich ist. Im Falle des Vorliegen von Analyten, die beispielsweise oxidationsempfindlich oder leicht zersetzlich sind, kann optional zusätzlich zu dem verdampfbaren Lösungsmittel ein Inertgas verwendet werden. Als Inertgas eignen sich beispielsweise Luft, Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Kohlendioxid sowie Gemische dieser Gase. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Gaszusammensetzung dieses Inertgases (Trägergases) während der Bedampfung verändert werden kann, beispielsweise durch Austausch eines Gases gegen ein anderes. So kann beispielsweise Luft gegen Stickstoff ausgetauscht werden, um Oxidationsreaktio- nen zu vermeiden.For the production of the solvent vapor for the recrystallization of the matrix layer and for the production of this matrix layer, known to the person skilled in the art as a condensable component such as, but not exhaustive, water, methanol, ethanol, acetone, acetonitrile, propanol, isopropanol, n-butanol, iso- Butanol, tert-butanol, ethyl acetate, benzene, toluene, 1, 2-dimethylbenzene, 1, 3-dimethylbenzene, 1, 4-dimethylbenzene, cyclohexane, cyclohexanol, dichloromethane, chloroform, trifluoroacetic acid, acetic acid, dimethylformamide, diethylamine , Phenylethylamine can be used. Other solvents, for example from the groups of esters, ethers, carboxylic acids, amines, aliphatic, aromatics, araliphatics and haloaliphatics as well as mixtures of at least two solvents are known to the person skilled in the art and can be used without leaving the scope of protection of the patent claims. These solvents can be wholly or partially deuterated, so that D 2 O can be used instead of water, for example, in order to be able to exchange easily removable, acidic protons in the matrix and / or analyte substance for deuterium ions if the atmosphere is to be exchanged is taken care of. Deuteration and exchange of the atmosphere are known to the person skilled in the art and can be found, for example, in B. Spengler, F. Lützenkirchen, R. Kaufmann: “On-target deuteration on for Peptide Sequencing by Laser Mass Spectrometry ", Organic Mass Spectrometry, 28 (1993), 1482-1490. To produce the gas-steam mixture, solvents or solvent mixtures in which the selected matrix substance is soluble should be selected. In the case of analytes which are, for example, sensitive to oxidation or easily decomposable, an inert gas can optionally be used in addition to the vaporizable solvent, such as air, nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, carbon dioxide and mixtures thereof The person skilled in the art is aware that the gas composition of this inert gas (carrier gas) can be changed during the vapor deposition, for example by exchanging one gas for another, for example air can be exchanged for nitrogen in order to avoid oxidation reactions.
Der Fachmann kennt zahlreiche Probenträgermaterialien, die für die Aufbringung von Analyten und Matrices für massenspektrometrische Untersuchungen geeignet sind. Hierzu zählen beispielsweise, aber nicht erschöpfend, Gold, Aluminium, Stahl, Silicium, Teflon, Quarz, Metalle, Metalllegierungen, Metalloxide, PVDF, Cellulose, regenerierte Cellulose, anionisch modifizierte Cellulose, kationisch mo- difizierte Cellulose, Nylon, Nitrocellulose und dem Fachmann bekannte funktiona- lisierte Oberflächen, die beispielsweise mit Beads oder Ankermolekülen beladen sein können. Unter funktionalisierten Oberflächen sind dabei solche chemischen Strukturen zu verstehen, welche Analyt- und/oder Matrixmoleküle selektiv physikalisch und / oder chemisch binden und / oder chemisch oder biochemisch mit Anker- und / oder Matrixmolekülen reagieren. Dem Fachmann ist bekannt, dass er im Falle der Verwendung von Probenträgermaterialien, die nicht elektrisch leitfähig sind, diese mit einem elektrisch leitfähigen Material verbinden muss, um einen für die Massenspektrometrie geeigneten Probenträger zu erhalten, falls der Probenträger die erste Beschleunigungselektrode innerhalb des Massenspektrometers darstellen soll. Dem Fachmann ist bekannt, dass Größe und Form der Probenträger (beispielsweise rund oder rechteckig) abhängig vom jeweiligen Messsystem und von den zu messenden Proben ausgewählt werden müssen. Unter „mikroskopisch strukturierten Proben" werden dabei solche Proben verstanden, deren räumliche Dimensionen nur mit einem Mikroskop aufgelöst werden können, d.h. dass die räumlichen Dimensionen etwa 1 nm bis 200 μm betragen. Als hinreichend gleichmäßig werden gemäß der vorliegenden Erfindung solche Schichten bezeichnet, die ausschließlich solche Inhomogenitäten aufweisen, welche kleiner als der Laserfokus sind, bevorzugt kleiner al 3 μm.The person skilled in the art knows numerous sample carrier materials which are suitable for the application of analytes and matrices for mass spectrometric examinations. These include, but are not limited to, gold, aluminum, steel, silicon, Teflon, quartz, metals, metal alloys, metal oxides, PVDF, cellulose, regenerated cellulose, anionically modified cellulose, cationically modified cellulose, nylon, nitrocellulose and those known to those skilled in the art Functionalized surfaces that can be loaded with beads or anchor molecules, for example. Functionalized surfaces are to be understood as meaning such chemical structures which selectively bind physically and / or chemically and / or matrix molecules and / or react chemically or biochemically with anchor and / or matrix molecules. It is known to the person skilled in the art that if sample carrier materials that are not electrically conductive are used, they have to connect them to an electrically conductive material in order to obtain a sample carrier suitable for mass spectrometry if the sample carrier is to be the first acceleration electrode within the mass spectrometer , It is known to the person skilled in the art that the size and shape of the sample carrier (for example round or rectangular) must be selected depending on the respective measuring system and on the samples to be measured. “Microscopically structured samples” are understood to mean those samples whose spatial dimensions can only be resolved with a microscope, that is to say that the spatial dimensions are approximately 1 nm to 200 μm. According to the present invention, layers which are exclusively uniform are referred to as being sufficiently uniform have such inhomogeneities which are smaller than the laser focus, preferably smaller than 3 μm.
Dem Fachmann ist bekannt, dass der Analyt bwz. die Analyten sowie die Matrixsubstanz auch durch mehrmalige Wiederholung eines einzigen Verfahrens und / oder durch Kombination mehrerer Verfahren zur Aufbringung von Analyt bzw. Matrix aufgebracht werden können.The person skilled in the art is aware that the analyte bwz. the analytes and the matrix substance can also be applied by repeating a single method several times and / or by combining several methods for applying analyte or matrix.
Zur Umkristallisation der Matrixschicht eignen sich dem Fachmann bekannte Lösungsmittelreservoire wie beispielsweise, aber nicht erschöpfend: Behälter oder Becher die offen sind, damit die Lösungsmitteldämpfe entweichen können; Materialien, die das Lösungsmittel aufsaugen, wie beispielsweise, aber nicht erschöpfend getränkte Tücher aus Papier, Textilmaterialien oder Kunststoffen sowie Schwämme; Behälter oder Becher, aus denen das Lösungsmittel versprüht wird oder mittels Druck durch eine Düse oder eine Membran gedrückt wird; Behälter oder Becher, aus denen mit Hilfe von Ultraschall Tröpfchen in die Gasphase befördert werden (Ultraschallvernebler). Dem Fachmann ist bekannt, dass diese Lösungsmittelreservoire auch bei der Praparation der Matrixschicht einsetzbar sind.Solvent reservoirs known to the person skilled in the art are suitable for recrystallization of the matrix layer, for example, but not exhaustively: containers or beakers which are open so that the solvent vapors can escape; Materials that absorb the solvent, such as, but not limited to, impregnated wipes made of paper, textile materials or plastics, and sponges; Containers or beakers from which the solvent is sprayed or pressed through a nozzle or membrane; Containers or cups from which droplets are transported into the gas phase using ultrasound (ultrasonic nebulizers). It is known to the person skilled in the art that these solvent reservoirs can also be used in the preparation of the matrix layer.
Werden die Standardmethoden zur Probenpräparation in Hinblick auf Kristallgrö- ße, Migration und Verhalten des Analyten bei Einbau in den Kristall untersucht, so zeigt sich, dass eine Auftrennung und damit eine Migration des Analyten nach seiner Hydrophobizität bzw. seiner Polarität stattfindet. Da die Analyten, hier beispielsweise Peptide, eine unterschiedliche Polarität aufgrund ihrer Aminosäurezusammensetzung vorweisen, ist ihre Affinität zu den verschiedenen polaren Lö- sungsmitteln unterschiedlich. Die Matrix ist in den meisten Fällen in einem Gemisch aus mehreren Lösungsmitteln gelöst (z. B.: Wasser: polares Lösungsmittel, Ethanol: schwach polares Lösungsmittel). Bei der Auskristallisation der Probe wird aufgrund des höheren Dampfdruckes zunächst vorwiegend das unpolare Lösungsmittel verdampft und es reichern sich die hydrophilen Anteile des Analyten im flüssigen Rest der Probe in der Mitte an, bevor auch dieser eintrocknet. Dieselben Phänomene finden auch im Mikromaßstab statt. Gleichzeitig ist die Geschwindigkeit der Auskristallisation ein entscheidender Faktor für die Verhältnisse in den Kristallen. Werden nun die einzelnen Kristalle untersucht auf die Verteilung des Analyten, so stehen die gefundenen Ergebnisse im Gegensatz zu den Untersuchungen die an Matrix-Kristallen von Horneffer, V.; Forsmann, A.; Strupat, K.; Hillenkamp, F.; Kubitscheck, U; Localization of analyte molecules in MALDI prepa- rations by confocal laser scanning microscopy, Analytical Chemistry; 73 (2001 ) 1016-1022 durchgeführt wurden. Die Bilder, die von Kristallen mittels konfokaler Mikroskopie gemacht wurden, weisen nicht auf eine unterschiedliche Verteilung der Analyten innerhalb des Kristalls hin. Zu diesen Untersuchungen sind die Kristalle allerdings über einen viel längeren Zeitraum gezüchtet worden und erheblich größer, so dass von einer Kristallisation aus dem chemischen Gleichgewicht heraus ausgegangen werden kann. Eine inhomogene Verteilung wird bei der MALDI- Matrixpräparation offenbar erst durch die schnelle Eintrocknung der Probe verursacht. Darauf weisen auch die Messungen in Abbildung 6 hin.If the standard methods for sample preparation are examined with regard to crystal size, migration and behavior of the analyte when incorporated into the crystal, it can be seen that the analyte is separated and thus migrated according to its hydrophobicity or polarity. Since the analytes, here for example peptides, have a different polarity due to their amino acid composition, their affinity for the different polar solvents is different. In most cases, the matrix is dissolved in a mixture of several solvents (e.g. water: polar solvent, ethanol: weakly polar solvent). When the sample crystallizes out, the non-polar solvent predominantly evaporates due to the higher vapor pressure and the hydrophilic components of the analyte accumulate in the liquid rest of the sample in the middle before it also dries up. The same phenomena also take place on a microscale. At the same time, the rate of crystallization is a decisive factor for the conditions in the crystals. If the individual crystals are now examined for the distribution of the analyte, the results found are in contrast to the studies carried out on matrix crystals from Horneffer, V .; Forsmann, A .; Strupat, K .; Hillenkamp, F .; Kubitscheck, U; Localization of analyte molecules in MALDI preparations by confocal laser scanning microscopy, analytical chemistry; 73 (2001) 1016-1022. The images taken from crystals using confocal microscopy do not indicate a different distribution of the analytes within the crystal. For these investigations, however, the crystals have been grown over a much longer period and are considerably larger, so that crystallization from the chemical equilibrium can be assumed. In MALDI matrix preparation, an inhomogeneous distribution is apparently only caused by the rapid drying of the sample. This is also indicated by the measurements in Figure 6.
Dem Fachmann ist ohne Weiteres ersichtlich, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Praparation von Analyten zur automatisierten Herstellung vpn Prä- paraten für analytische Messungen, bevorzugt für massenspektrometrische Messungen, eignet. It is readily apparent to the person skilled in the art that the method according to the invention for the preparation of analytes is suitable for the automated production of preparations for analytical measurements, preferably for mass spectrometric measurements.
[Ausführungsbeispiele][Embodiments]
Ausführungsbeispiel 1 ("Migration in Dried-droplet-Standardpräparation")Embodiment 1 ("Migration in Dried-droplet Standard Preparation")
Die Kristallisationsprozedur der sogenannten „Dried-droplet" Standard methode führt zu einer etwa ein bis zwei Millimeter großen kreisförmigen Probe, deren Rand aus größeren Kristallen und deren innerer Bereich aus feineren Kristallen besteht. Vor der Praparation wird der Probenteller (Aluminiumträger mit 8 μm Goldbeschichtung, 20 mm Durchmesser) wie unten beschrieben intensiv gesäubert, um eine Kontamination des Tellers mit anderen Substanzen, insbesondere Natrium- und Kaliumionen, zu vermeiden. Dazu wird auf den Probenteller 5 bis 10 mal 2 bis 5 ml verschiedener Lösungsmittel ( z. B.: Aceton (ACS, Merck, Darmstadt), Isopropanol (LiChrosolv, Merck, Darmstadt), Wasser (ACS, Sigma-Aldrich, Frankfurt), Ethanol (Uvasol, Merck, Darmstadt)) aufgetropft und mit einem staub- und fusselfreien Papiertuch (z.B. KimWipes, Kimberly-Clark, Neenah, USA) abge- rieben. Anschließend werden 2 bis 5 ml Ethanol auf den Probenträger getropft und unter einem heißen Luftstrom mittels eines Föns bei ca. 80 °C getrocknet. Auf den noch handwarmen Probenträger werden 0,5 μl der Analytgemischlösung (typische Konzentrationen: 1*10"7 mol/l bis 5*10"5 mol/l) getropft. Danach gibt man 0,5 μl 2,5-DHB-Lösung (10 mg/ml in Ethanol/ 0,1 % wässriger TFA, 60:40 V/V) zu dem Tropfen hinzu und vermischt sie. Abhängig von der gewünschten Dauer des Kristallisationsvorgangs wird der Probenteller entweder an der Luft mehrere Minuten oder unter einem heißen Luftstrom in wenigen Sekunden getrocknet. Die Größe der entstehenden Kristalle hängt dabei stark von der Geschwindigkeit des Eintrocknens bzw. der Kristallisation ab. Wird der Probenteller an Luft getrocknet, entsteht ein ausgeprägter Rand der Probe, der aus großen, bis zu mehrerenThe crystallization procedure of the so-called "Dried-droplet" standard method leads to a circular sample approximately one to two millimeters in size, the edge of which consists of larger crystals and the inner area of which is made of finer crystals. Before preparation, the sample plate (aluminum carrier with 8 μm gold coating, 20 mm diameter) as described below, to avoid contamination of the plate with other substances, in particular sodium and potassium ions, for this purpose 5 to 10 times 2 to 5 ml of different solvents (eg: acetone (ACS, Merck, Darmstadt), isopropanol (LiChrosolv, Merck, Darmstadt), water (ACS, Sigma-Aldrich, Frankfurt), ethanol (Uvasol, Merck, Darmstadt)) and added with a dust and lint-free paper towel (e.g. KimWipes, Kimberly-Clark, Neenah, USA), then 2 to 5 ml of ethanol are dropped onto the sample holder and under a hot air stream using a hair dryer dried at approx. 80 ° C. 0.5 μl of the analyte mixture solution (typical concentrations: 1 * 10 "7 mol / l to 5 * 10 " 5 mol / l) are added dropwise to the sample carrier, which is still warm to the touch. Then 0.5 μl of 2.5-DHB solution (10 mg / ml in ethanol / 0.1% aqueous TFA, 60:40 V / V) is added to the drop and mixed. Depending on the desired duration of the crystallization process, the sample plate is dried either in the air for several minutes or under a hot air stream in a few seconds. The size of the crystals formed strongly depends on the speed of drying or crystallization. If the sample plate is dried in air, a distinctive edge of the sample is created, which consists of large, up to several
100 μm langen Kristallen besteht. Durch die Erhöhung des Wasseranteils auf bis zu 100 % in der Matrixlösung kann dieser Effekt, gegeben durch den wesentlich geringeren Dampfdruck des Wassers, noch verstärkt werden. Da der innere Teil der Probe während der Kristallisation des Randes immer noch mit Flüssigkeit be- deckt ist, entstehen die Kristalle im inneren Bereich erst kurz bevor die Probe eintrocknet. Dabei bildet sich in kurzer Zeit ein Schicht von vielen sehr kleinen Kristallen. Diese Schicht lässt sich klar vom Rand der Probe, meist durch einen schmalen Bereich zwischen Rand und feinkristallinem Innerem, in dem fast keine Kristalle vorhanden sind, differenzieren. Es kann so schon auf sehr einfache Weise gezeigt werden, dass durch die Art und Weise des Kristallisationsvorganges innerhalb der Probe eine Trennung der Analyten vor sich geht. Bereits der Vergleich zwischen 30 bis 40 aufsummierte Massenspektren nach Ausführungsbei- spiel 7 vom Rand bzw. vom inneren Bereich der Probe zeigt (Abbildung 4), dass die fast unvermeidlichen Verunreinigungen einer Probe durch Natrium- oder Kaliumionen im Inneren der Probe stärker lokalisiert sind als am Rand.100 μm long crystals. By increasing the water content in the matrix solution up to 100%, this effect, given the much lower vapor pressure of the water, can be intensified. Since the inner part of the sample is still covered with liquid during the crystallization of the edge, the crystals in the inner area only form shortly before the sample dries up. A layer of many very small crystals is formed in a short time. This layer can be clearly seen from the edge of the sample, usually through a narrow area between the edge and the finely crystalline interior, in which there is almost none Crystals are present, differentiate. It can thus be shown in a very simple manner that the analyte is separated by the way the crystallization process takes place within the sample. Already the comparison between 30 and 40 accumulated mass spectra according to example 7 from the edge or from the inner area of the sample shows (Figure 4) that the almost inevitable contamination of a sample by sodium or potassium ions is more localized inside the sample than on Edge.
Ausführungsbeispiel 2 („Langsame MALDI-Standardpräparation") Abbildung 5 stellt die Verteilungsbilder eines Peptidgemischs aus dem stark hy- •ä drophilen Liptropin 1-10 und dem stark hydrophoben Anti-Inflammatory Peptid dar. Es wurde eine „Dried-droplet" Praparation wie in Ausführungsbeispiel 1 verwendet. 1 μl Peptidgemisch in Ethanol / Wasser (1 :1 v/v, 5*10"5 mol/l) wurde auf den Probenträger (Aluminiumträger mit 8 μm Goldbeschichtung, 20 mm Durch- messer) gegeben und mit 1 μl Matrix (2,5-DHB) in Ethanol/ Wasser (2:3 v/v,Embodiment 2 ("Slow MALDI Standard Preparation") Figure 5 shows the distribution images of a peptide mixture of the highly hy • drophilic liptropin 1-10 and the highly hydrophobic anti-inflammatory peptide. A "Dried-droplet" preparation as in Embodiment 1 used. 1 μl peptide mixture in ethanol / water (1: 1 v / v, 5 * 10 "5 mol / l) was added to the sample carrier (aluminum carrier with 8 μm gold coating, 20 mm diameter) and with 1 μl matrix (2, 5-DHB) in ethanol / water (2: 3 v / v,
20 μg/ml) auf dem Teller vermischt. Die Probe kristallisierte dann ca. fünf Minuten an der Raumluft aus. Durch die langsame Auskristallisation entstanden am Rand der Probe große 2,5-DHB-Kristalle mit einer Größe bis zu 500 μm. Dabei wurde ein Bereich von 100 μm mal 100 μm mit einer Auflösung von 1 μm abgerastert. Die Graustufenverteilungsbilder (vgl. Ausführungsbeispiel 8 und Abbildung 5) zeigten eine unterschiedliche Verteilung der Peptidsignale innerhalb eines großen Kristalls. Die linke Seite der Bilder wird von einem Kristall dominiert, der größer ist als der Bildausschnitt. In der Mitte ist eine schmale Nadel mit einer Breite von ca. 10 μm zu sehen. Die Größe der Kristalle wurde mit einem Olympus BX41 Mikro- skop mit integrierter Skala bestimmt. Während innerhalb des großen Kristalls das hydrophile Peptid den oberen rechten Teil dominiert, ist das hydrophobe Peptid im linken unteren Bereich zu finden. In Abbildung 5 ist eine klare Segregation der beiden Analyten durch die verschiedenen Graustufenbilder dargestellt, während die Intensität des Matrixsignals gleichmäßig über den Kristall verteilt ist.20 μg / ml) mixed on the plate. The sample then crystallized in the room air for about five minutes. The slow crystallization resulted in large 2.5 DHB crystals with a size of up to 500 μm at the edge of the sample. A range of 100 μm by 100 μm was scanned with a resolution of 1 μm. The grayscale distribution images (see Example 8 and Figure 5) showed a different distribution of the peptide signals within a large crystal. The left side of the pictures is dominated by a crystal that is larger than the image section. In the middle you can see a narrow needle with a width of approx. 10 μm. The size of the crystals was determined using an Olympus BX41 microscope with an integrated scale. While the hydrophilic peptide dominates the upper right part of the large crystal, the hydrophobic peptide can be found in the lower left area. Figure 5 shows a clear segregation of the two analytes through the different grayscale images, while the intensity of the matrix signal is evenly distributed across the crystal.
Ausführungsbeispiel 3 („Schnelle MALDI-Standardpräparation")Embodiment 3 ("Fast MALDI Standard Preparation")
Anders als im Ausführungsbeispiel 2 führt eine abgewandelte Methode dazu, dass innerhalb der Kristalle kaum Segregationseffekte beobachtet werden. In Abbildung 6 ist ein Peptidgemisch aus Dynorphin 1-9 (hydrophob) und Vasopressin [Argδ] (hydrophil) in denselben Lösungsmittelverhältnissen und mit derselben Matrixlösung wie in Ausführungsbeispiel 2 mit einer Konzentration von jeweils 5*10"5 mol/l präpariert worden. Allerdings wurde nun eine rasche Kristallisation durchgeführt. Durch das Aufheizen des Probentellers vor der Probenpräparation auf 65 °C bis 75 °C, bevorzugt auf 70 °C, bzw. durch Trocknen der Probe unter einem heißen Luftstrom bei 70 °C bis 90 °C, bevorzugt 80 °C, kann eine sehr schnelle Auskristallisation in etwa 5 - 10 Sekunden erreicht werden. Die dadurch entstehenden Kristalle sind erheblich kleiner als die bei langsamer Kristallisation erzeugten. Die Graustufenbilder des abgerasterten Bildausschnittes (Erzeugung wie in Ausfüh- rungsbeispiel 8) von 100 μm mal 100 μm zeigen die Verteilung der beiden Analyten und der Matrix (Abbildung 6). Innerhalb der Kristalle, die eine Größe von 10 μm bis 50 μm haben, sind die beiden Peptide weitgehend homogen verteilt. Die Größe der Kristalle wurde mit einem Olympus BX41 Mikroskop mit integrierter Skala bestimmt. Unter Einbeziehung der dritten Komponente (Matrix) zeigt sich eine Gleichverteilung von Analyt und Matrix. Da die Analyten nur an den Stellen gemessen werden, an denen auch Matrix bzw. ein Matrixkristall vorhanden ist, ist die Verteilung von der Verteilung der Matrix abhängig, aber innnerhalb des Kristalls ist das Gemisch der Peptide homogen verteilt.In contrast to example 2, a modified method means that hardly any segregation effects are observed within the crystals. In Figure 6 is a peptide mixture of dynorphin 1-9 (hydrophobic) and vasopressin [Argδ] (hydrophilic) in the same solvent ratios and with the same matrix solution as in embodiment 2 with a concentration of 5 * 10 "5 mol / l each. However, rapid crystallization was now carried out. By heating the sample plate to 65 ° C. before the sample preparation to 75 ° C., preferably to 70 ° C., or by drying the sample under a hot air stream at 70 ° C. to 90 ° C., preferably 80 ° C., a very rapid crystallization can be achieved in about 5 to 10 seconds The grayscale images of the rastered image section (generation as in exemplary embodiment 8) of 100 μm by 100 μm show the distribution of the two analytes and the matrix (Figure 6). Inside the crystals , which have a size of 10 μm to 50 μm, the two peptides are largely homogeneously distributed was determined with an Olympus BX41 microscope with integrated scale. Including the third component (matrix) shows an even distribution of analyte and matrix. Since the analytes are only measured at the locations where the matrix or a matrix crystal is also present, the distribution depends on the distribution of the matrix, but the mixture of the peptides is homogeneously distributed within the crystal.
Ausführungsbeispiel 4 („Standardpräparation unterschiedlich große Peptide")Embodiment 4 ("Standard Preparation of Peptides of Different Sizes")
Auch im Vergleich unterschiedlich großer Peptide zeigt sich, dass innerhalb der größeren Matrix-Kristalle die Analyten inhomogen verteilt sein können und sich während der Praparation trennen. Ebenso können auch innerhalb mikrokristalliner Matrices die Analyten inhomogen verteilt sein. Neben der Zeit, die das Matrix-Analyt-Gemisch zum Eintrocknen benötigt, der Hydrophobizität bzw. der Polarität spielt auch die Größe der Peptide eine Rolle. Dies wird nach Bouschen, W; Flad, T.; Müller, C. A., Spengler, B. Characterization of biological samples by Scanning Microprobe MALDI (SMALDI) mass spectrometry with 1 μm lateral resolution, 50th American Society for Mass Spectrometry Conference; 02.06. - 06.06.2002, Orlando, Florida, in Abbildung 7 und Abbildung 8 deutlich. Die Praparation der Probe erfolgte dabei wie in Ausführungsbeispiel 3, die Messung wie in Ausführungsbeispiel 8 beschrieben. Ein Peptidgemisch aus Substanz P, Melittin und humanem Insulin (Einzelkonzentration je 5*10"5 mol/l, im Verhältnis SubstanzP : Melittin : Humaninsulin = 1 :2:4 gemischt) in Wasser/Ethanol (1 :1 v/v) wird mit 2,5-DHB (20 mg/ml, Wasser/Ethanol, 6:4 v/v) wie in Ausführungsbeispiel 1 präpariert. Es werden 0,5 μl Analyt und 0,5 μl auf dem Probenteller gemischt und unter einen warmen Luftstrom (ca. 60°C) in ca. 1 Minute getrocknet. Die Probe zeigt einen Rand mit großen Kristallen und einen feinkristallinen inneren Bereich der Probe. Auch hier wurde ein Bereich von 100 μm mal 100 μm mit einer Schrittweite von 1 μm abgerastert, allerdings ist die räumliche analytische Auflösung dieser Bilder auf Grund einer Verbesserung der optischen Qualität des Laserfokus erkennbar höher als in Abbildung 5 und Abbildung 6. In den Graustufen (Abbildung 7) ist eine inhomogene Verteilung der Analyten innerhalb eines Kristalls zu erkennen, obwohl bei diesen Peptiden der Unterschied in der Hydrophilie nicht so groß ist wie in dem ersten Beispiel.A comparison of peptides of different sizes also shows that the analytes can be inhomogeneously distributed within the larger matrix crystals and separate during the preparation. Likewise, the analytes can also be distributed inhomogeneously within microcrystalline matrices. In addition to the time required for the matrix-analyte mixture to dry out, the hydrophobicity or the polarity, the size of the peptides also plays a role. According to Bouschen, W; Flad, T .; Müller, CA, Spengler, B. Characterization of biological samples by Scanning Microprobe MALDI (SMALDI) mass spectrometry with 1 μm lateral resolution, 50 th American Society for Mass Spectrometry Conference; 2.6. - 06.06.2002, Orlando, Florida, clearly shown in Figure 7 and Figure 8. The sample was prepared as in Example 3, the measurement as described in Example 8. A peptide mixture of substance P, melittin and human insulin (individual concentration each 5 * 10 "5 mol / l, in the ratio substance P: melittin: human insulin = 1: 2: 4 mixed) in water / ethanol (1: 1 v / v) with 2.5-DHB (20 mg / ml, water / Ethanol, 6: 4 v / v) as in Example 1. 0.5 μl analyte and 0.5 μl are mixed on the sample plate and dried in a warm air stream (approx. 60 ° C.) in approx. 1 minute The sample shows an edge with large crystals and a finely crystalline inner area of the sample. Again, an area of 100 μm by 100 μm was scanned with a step size of 1 μm, however the spatial analytical resolution of these images is due to an improvement in the optical The quality of the laser focus is noticeably higher than in Figure 5 and Figure 6. The grayscale (Figure 7) shows an inhomogeneous distribution of the analytes within a crystal, although the difference in hydrophilicity for these peptides is not as great as in the first example ,
Ausführungsbeispiel 5: Bedampfung Der erste Schritt zum Aufbringen der Matrix auf die zu untersuchende Probe besteht im Verdampfen der Matrix als Feststoff und anschließendem Ablagern auf der Probe. Die Bedampfung der Probenträger erfolgte mit einer Verdampfungsanlage. Die Vakuumbedampfungsanlage JEE-4B von Joel (Japan) ( Abbildung 9), ursprünglich eingesetzt zur Praparation von Proben für die Elektronenmikroskopie, wird hier zur MALDI-Präparation von biologischen Materialen verwendet.Embodiment 5: Evaporation The first step for applying the matrix to the sample to be examined consists in evaporating the matrix as a solid and then depositing it on the sample. The sample carriers were vaporized with an evaporation system. The vacuum evaporation system JEE-4B from Joel (Japan) (Figure 9), originally used for the preparation of samples for electron microscopy, is used here for the MALDI preparation of biological materials.
Das Gerät besteht aus einer Glasglocke, die mit einer externen Gasballastpumpe (D12, 12 m3/h, Leybold AG, Köln, Deutschland) und einer internen öldiffusions- pumpe (130 l/min) evakuiert wird. Der Enddruck bei Einsatz der öldiffusions- pumpe liegt bei MO'5 mbar, mit der Gasballastpumpe allein werden 1 -10"3 mbar erreicht. Die Kontrolle des Vakuums erfolgt über eine Vakuummessröhre der Firma Pfeiffer Vakuum (Asslar, Deutschland, Compact Füll Range Gauge). Mit Hilfe verschiedener Ventile kann das Vakuum in der Glasglocke stufenlos von Atmo- sphärendruck bis 1 10"3 mbar eingestellt werden. In der Glasglocke befinden sich zwei unabhängige Elektrodensysteme, die verschiedene Heizfäden oder Schiffchen aufnehmen können. Die Elektroden können mit einen Strom von bis zu 40 A beschickt werden, um eine Verdampfung der Materialien zu ermöglichen. Bei der Verdampfung von Matrix wird ein Schiffchen verwendet, in dem bis zu 50 mg Ma- terial erhitzt werden können. Ein Schiffchen ist ein aus dünngewalztem Metall bestehender Behälter, der zwischen zwei Elektroden eingespannt wird und der mittels eines Stromes, der durch das Schiffchen geleitet wird, erhitzt wird (Abbildung 11 ). Dabei ist zur Temperatursteuerung (bis 300 °C) ein Thermofühler, der mittels Widerstandsmessung die Temperatur misst, an dem Schiffchen angebracht, um eine konstante Temperatur über einen längeren Zeitraum einzustellen.The device consists of a glass bell, which is evacuated with an external gas ballast pump (D12, 12 m 3 / h, Leybold AG, Cologne, Germany) and an internal oil diffusion pump (130 l / min). The final pressure when using the oil diffusion pump is MO '5 mbar, with the gas ballast pump alone 1 -10 "3 mbar can be reached. The vacuum is controlled by a vacuum gauge from Pfeiffer Vacuum (Asslar, Germany, Compact Filling Range Gauge) With the help of various valves, the vacuum in the glass bell can be continuously adjusted from atmospheric pressure to 1 10 "3 mbar. The glass bell contains two independent electrode systems that can hold different filaments or boats. The electrodes can be supplied with a current of up to 40 A to allow the materials to evaporate. When evaporating matrix, a boat is used in which up to 50 mg material can be heated. A boat is a thin-rolled metal container that is clamped between two electrodes and heated by a current that is passed through the boat (Figure 11). For temperature control (up to 300 ° C), a thermal sensor, which measures the temperature by means of resistance measurement, is attached to the boat to set a constant temperature over a longer period of time.
Ausführungsbeispiel 5a: Beständigkeit von Matrixsubstanzen beim ErhitzenEmbodiment 5a: Resistance of matrix substances when heated
Es wurden die drei Matrices 2,5-DHB (Schmelzpunkt: 236 °C - 238 °C), Sinapin- säure (Schmelzpunkt: 203 °C - 205 °C) und CHCA (Schmelzpunkt: 252 °C) verwendet. Alle drei Matrices wurden zunächst auf ihre Beständigkeit beim Erhitzen untersucht. Dazu wurde ein Probenträger 15 mm oberhalb des Schiffchens, in dem sich die Matrix befand, mit der Probenträgerseite nach unten montiert. Das Schiffchen wurde mit 10 mg bis 60 mg der jeweiligen Matrixsubstanz befüllt. Das Erhitzen des Schiffchens erfolgte derart, dass die Temperatur ausgehend von Raumtemperatur um 10 °C pro Minute erhöht wurde. Dabei konnten mit den angegebenen Mengen an Matrixsubstanz bis zu fünf Proben präpariert werden. Schon die ersten Versuchen zeigten, dass es nicht notwendig war, die Matrices bis zum Schmelzpunkt zu erhitzen, da sich bereits bei niedrigeren Temperaturen durch Sublimation bei Normaldruck eine Schicht auf dem Probenträger ablagerte. Schon bei Temperaturen in einem Bereich von 80 °C bis 130 °C sublimierte genügend Material, um eine feinkristalline Schicht auf dem Probenträger zu bilden (Abbildung 11 , rechtes Photo). Beim erstmaligen Erhitzen der Matrixsubstanz ist darauf zu achten, dass die Temperatur um maximal 5 °C pro Minute erhöht wird, da bei stärkerem Erhitzen das in der Matrixsubstanz enthaltene Kristallwasser zu schnell verdampft, wodurch das Matrixmaterial schlagartig sublimiert und bei der anschließend Resublimation derart große Matrixkristalle entstehen, dass die Matrixkristalle nicht am Probenträger haften.The three matrices 2,5-DHB (melting point: 236 ° C - 238 ° C), sinapic acid (melting point: 203 ° C - 205 ° C) and CHCA (melting point: 252 ° C) were used. All three matrices were first examined for their resistance to heating. For this purpose, a sample holder was mounted 15 mm above the boat in which the matrix was located, with the sample holder side down. The boat was filled with 10 mg to 60 mg of the respective matrix substance. The boat was heated in such a way that the temperature was raised by 10 ° C. per minute from room temperature. It was possible to prepare up to five samples with the stated amounts of matrix substance. Even the first experiments showed that it was not necessary to heat the matrices to the melting point, since a layer was already deposited on the sample carrier by sublimation at normal pressure at lower temperatures. Even at temperatures in the range of 80 ° C to 130 ° C, enough material sublimated to form a fine crystalline layer on the sample carrier (Figure 11, right photo). When heating the matrix substance for the first time, make sure that the temperature is increased by a maximum of 5 ° C per minute, because when heated more intensely, the crystal water contained in the matrix substance evaporates too quickly, causing the matrix material to sublime abruptly and such large matrix crystals during subsequent sublimation arise that the matrix crystals do not adhere to the sample carrier.
Ausführungsbeispiel 5b: Massenspektrometrische Messung der MatrixschichtenEmbodiment 5b: Mass spectrometric measurement of the matrix layers
Die aufgewachsenen Schichten wurden anschließend mit dem Massenspektro- meter „Lamma 2000" vermessen, wobei dieselben Messbedingungen wie in Aus- führungsbeispiel 7 gewählt wurden. Die 2,5-DHB-Schicht wurde zunächst gebildet, indem die Matrix in der Bedampfungsanlage für 9 bis 15 Minuten auf 100 °C bis 140°C bei Atmosphärendruck erwärmt wurde. Bevorzugt wurde bei 130 °C für 12 Minuten bei Atmosphärendruck erwärmt. Die Schicht auf dem Träger zeigte im Massenspektrometer ein Spektrum, das vergleichbar war zu normal präparierten MALDI-MS-Spektren (Ausführungsbeispiel 1 , Abbildung 12, oben). Im niedrigen Massenbereich von m/z = 46 u bis 137 u fanden sich in geringer Intensität Abbauprodukte von 2,5-DHB, wobei unter geringer Intensität verstanden wird, dass die Signalintensitäten nur um einen Faktor 2 bis 5 über dem Grundrauschen lagen. Im Gegensatz zu den Massenspektren einer MALDI-Präparation waren im Spektrum mehr 2,5-DHB-Cluster im Massenbereich von m/z = 300 u bis 600 u zu sehen.The grown layers were then measured using the "Lamma 2000" mass spectrometer, the same measurement conditions as in Aus leadership example 7 were chosen. The 2.5-DHB layer was first formed by heating the matrix in the vapor deposition system at 100 ° C. to 140 ° C. for 9 to 15 minutes at atmospheric pressure. Was preferably heated at 130 ° C for 12 minutes at atmospheric pressure. The layer on the support showed a spectrum in the mass spectrometer that was comparable to normal prepared MALDI-MS spectra (embodiment 1, Figure 12, top). Degradation products of 2,5-DHB were found in low intensity in the low mass range from m / z = 46 u to 137 u, whereby low intensity means that the signal intensities were only a factor of 2 to 5 above the background noise. In contrast to the mass spectra of a MALDI preparation, more 2,5-DHB clusters in the mass range from m / z = 300 u to 600 u could be seen in the spectrum.
Ausführungsbeispiel 5c: Sublimation der Matrix bei vermindertem DruckEmbodiment 5c: sublimation of the matrix at reduced pressure
Weitere Versuche zeigten, dass die Bildung von Abbauprodukten und Clustern unterdrückt werden könne, wenn die Sublimation der Matrix bei einem reduzierten Druck und damit auch bei einer reduzierten Temperatur erfolgte (Abbildung 12, unteres Spektrum). Als optimaler Wert für die Sublimation von 2,5-DHB ergab sich ein Druckbereich von 5*10"1 mbar bis 5 mBar, bevorzugt ein Druck von 1 mbar. Daraus folgte für 2,5-DHB eine Temperaturbereich von 40 bis 60 °C, bevorzugt von 48° C, zur Sublimierung. Der Probenträger wurde 5 Minuten bedampft. Die beiden anderen Matrices, Sinapinsäure und CHCA, zeigten ein ähnliches Verhalten. Sinapinsäure sublimiert bei Normaldruck ab ca. 90 °C, bei einem reduzierten Druck von 1 mbar bei 45 °C. CHCA sublimiert bei ca. 110 °C unter Normaldruck und bei 1 mbar bei 53 °C. In den Massenspektren fanden sich ebenfalls Abbau- produkte und Cluster der Matrices. Die Schichten, die auf die Probenträgen aufgedampft wurden, erwiesen sich als wenig stabil gegenüber mechanischer Belastung (Abbildung 11 , linkes Photo). Schon der Beschuss mit dem hochfokussier- ten Stickstofflaserstrahl reichte aus, um größere Teile aus den Schichten herauszubrechen. Insbesondere war dies bei Sinapinsäure und CHCA zu beobachten.Further experiments showed that the formation of degradation products and clusters could be suppressed if the sublimation of the matrix was carried out at a reduced pressure and thus also at a reduced temperature (Figure 12, lower spectrum). The optimum value for the sublimation of 2.5-DHB was a pressure range of 5 * 10 "1 mbar to 5 mbar, preferably a pressure of 1 mbar. This resulted in a temperature range of 40 to 60 ° C. for 2.5-DHB , preferably from 48 ° C. for sublimation The sample carrier was steamed for 5 minutes The two other matrices, sinapic acid and CHCA, showed a similar behavior: Sinapic acid sublimates at normal pressure from about 90 ° C. at a reduced pressure of 1 mbar 45 ° C. CHCA sublimates at about 110 ° C. under normal pressure and at 1 mbar at 53 ° C. The mass spectra also contained degradation products and clusters of the matrices. The layers which were evaporated onto the sample supports turned out to be not very stable against mechanical stress (Figure 11, left photo) Even the bombardment with the highly focused nitrogen laser beam was sufficient to break larger parts out of the layers, especially with sinapic acid and CHCA Want.
Bei einer Laserenergie nahe der Schwelle der lonendetektion konnten die Beschädigungen der Schichten derart reduziert werden, dass Messungen mit einem Fokusdurchmesser und einer analytischen Auflösung von 0,5 bis 5 μm möglich waren. Bei einem Laserfokus von 0,8 μm betrug diese Laserenergie nahe der Schwelle der lonendetektion ca. 1*1010 W/cm2; bei einem Laserfokus von 15 μm ca. 1*107 W/cm2. Der vorher auf den Probenträger mit Hilfe eines Filzstiftes aufgebrachte rote Farbstoff des Filzstiftes verdeutlichte, dass durch das Aufbringen der Matrix nach diesem Ausführungsbeispiel eine vor der Praparation aufge- brachte Substanz nicht über die analytische Auflösung hinausgehend migriert. Die deutliche Grenze zwischen Farbstrich und Goldoberfläche bleibt auch nach der Bedampfung mit Matrix erhalten und zeigt im Auflösungsbereich von 0,5 bis 3 μm keine Migration. Die Aufnahmen wurden mit einem Olympus BX41 Mikroskop mit integrierter Skala aufgenommen.With laser energy close to the threshold of ion detection, the damage to the layers could be reduced in such a way that measurements with a focus diameter and an analytical resolution of 0.5 to 5 μm were possible. With a laser focus of 0.8 μm, this laser energy was close to that Threshold of ion detection approx. 1 * 10 10 W / cm 2 ; with a laser focus of 15 μm approx. 1 * 10 7 W / cm 2 . The red dye of the felt-tip pen previously applied to the sample carrier with the aid of a felt-tip pen made it clear that by applying the matrix in accordance with this exemplary embodiment, a substance applied before the preparation does not migrate beyond the analytical resolution. The clear boundary between the colored line and the gold surface is retained even after vapor deposition with the matrix and shows no migration in the resolution range from 0.5 to 3 μm. The pictures were taken with an Olympus BX41 microscope with an integrated scale.
Ausführungsbeispiel 5d: Bedampfung von Probenträgern, auf die zuvor Analyt aufgebracht wurdeEmbodiment 5d: Evaporation of sample carriers to which analyte was previously applied
Um die erzeugten Matrixschichten in Hinblick auf ihre Fähigkeit zu überprüfen, mit ihnen MALDI-Massenspektrometrie von Oberflächen zu betreiben, wurde vor der Bedampfung nach diesem Ausführungsbeispiel auf den Probenträger nach Ausführungsbeispiel 1 ein Gemisch aus den drei Peptiden Substanz P, Melittin und Insulin aufgebracht. Es wurden die einzelnen Komponenten jeweils mit einer Konzentration von 1*10"5 mol/l in Ethanol/Wasser 1 :1 (v/v) gelöst und dann im Verhältnis 1 :2:4 (Substanz P : Melittin : Insulin) gemischt. Dieses Gemisch zeigte im Massenspektrum bei MALDI-Präparation nach Ausführungsbeispiel 1 ein Massenspektrum mit guter, etwa gleich hohe Signalintensität für alle drei Komponenten. Auf den Probenträger wurde 1 μl des Gemischs aufgebracht. Nach ca. 10 Minuten bei Raumtemperatur und Normdruck war der Tropfen vollständig eingetrocknet, so dass eine Bedampfung mit Matrix nach diesem Ausführungsbeispiel durchgeführt werden konnte. Nach der Bedampfung des Probenträgers mit MatrixIn order to check the matrix layers produced with regard to their ability to operate MALDI mass spectrometry of surfaces with them, a mixture of the three peptides substance P, melittin and insulin was applied to the sample holder according to embodiment 1 before the evaporation according to this embodiment. The individual components were each dissolved at a concentration of 1 * 10 "5 mol / l in ethanol / water 1: 1 (v / v) and then mixed in a ratio of 1: 2: 4 (substance P: melittin: insulin). This mixture showed a mass spectrum with good, approximately equally high signal intensity for all three components in the mass spectrum for MALDI preparation according to embodiment example 1. 1 μl of the mixture was applied to the sample holder, and the drop was completely dry after about 10 minutes at room temperature and standard pressure , so that vapor deposition with matrix could be carried out according to this exemplary embodiment, after the vapor deposition of the sample carrier with matrix
(2,5-DHB) wiesen die Massenspektren zunächst nur sehr geringe Signalintensitäten der drei Substanzen auf. Bei Bestrahlungsstärken von etwa 1*107 W/cm2 bis etwa 1*10 W/cm bei einem Laserfokus von ca. 1 μm, die üblicherweise bei MALDI-Messungen mit dem in Anwendungsbeispiel 8 beschriebenen Gerät ver- wendet werden, konnten keine Massensignale der Peptide detektiert werden. Erst bei fünffach bis zehnfach erhöhter Bestrahlungsstärke im Bereich von 5*1010 W/cm2 bis 10*1010 W/cm2 (Anwendungsbeispiel 8) und Aufsummierung von 200 bis 400 Einzelspektren wurden schwache Massensignale erkennbar (Abbildung 13). Auch bei Geräten mit Laserfoci von 50 μm bis 200 μm, bei denen die Be- strahlungsstärken im Bereich von 1*106 W/cm2 bis 1*101 W/cm2 liegen, führt erst eine fünffache bis zehnfache Verstärkung der Bestrahlungsstärke zu einem Messsignal. Die geringe Intensität der Peptidsignale (Abbildung 13) kann mit der mangelhaften Vermischung der Analyten mit der Matrix erklärt werden. Der Einbau des Analyten ist den Matrixkristall ist zwar zur Messung laut Horneffer, V.; Dreisewerd, K; Ludemann, H. C; Hillenkamp, F.; Lage, M.; Strupat, K.; Is the incorporation of analytes into matrix crystals a prerequiste for matrix-assisted laser desorpti- on/ionisation mass spectrometry? A study of five positional isomers of dihydroxy- benzoic acid; International Journal of Mass Spectrometry; 187 (1999) 859-870, nicht zwingend notwendig, allerdings ist, bedingt durch den kleinen Laserfokus, der Bereich aus dem Matrix und Analyt gleichzeitig desorbiert werden, sehr klein. Bei der Aufsummierung der Einzelspektren wurde beobachtet, dass die Signalintensitäten der Peptide innerhalb von mehreren Einzelmessungen stark schwanken. Bei mehrfachem Beschuss derselben Probenstelle ist zunächst nur Matrix im Massenspektrum zu sehen. Nach 5 - 10 Laserschüssen werden die Analyten für 2 - 3 Schüsse im Spektrum sichtbar. Danach nahm die Signalintensität für diese Probenstelle insgesamt ab. Dieses Phänomen deutete auf eine mangelhafte Integration des Analyten in die Matrix hin. Erst wenn die bedampfte Schicht nahezu abgetragen war, wurden für wenige Laserschüsse Analyt und Matrix gemeinsam desorbiert. Im Anschluss daran war die Probe an dieser Stelle aufgebraucht.(2,5-DHB), the mass spectra initially showed only very low signal intensities for the three substances. At irradiance levels of approximately 1 * 10 7 W / cm 2 to approximately 1 * 10 W / cm with a laser focus of approximately 1 μm, which are usually used in MALDI measurements with the device described in application example 8, no mass signals could be obtained of the peptides are detected. Weak mass signals were only recognizable when the irradiance was increased five to ten times in the range from 5 * 10 10 W / cm 2 to 10 * 10 10 W / cm 2 (application example 8) and the sum of 200 to 400 individual spectra (Figure 13). Also for devices with laser foci from 50 μm to 200 μm, in which the radiation strengths in the range from 1 * 106 W / cm2 to 1 * 101 W / cm2, only a five to ten-fold increase in the irradiance leads to a measurement signal. The low intensity of the peptide signals (Figure 13) can be explained by the poor mixing of the analytes with the matrix. The incorporation of the analyte is the matrix crystal is for measurement according to Horneffer, V .; Dreisewerd, K; Ludemann, H. C; Hillenkamp, F .; Lage, M .; Strupat, K .; Is the incorporation of analyzes into matrix crystals a prerequiste for matrix-assisted laser desorption / ionization mass spectrometry? A study of five positional isomers of dihydroxybenzoic acid; International Journal of Mass Spectrometry; 187 (1999) 859-870, not absolutely necessary, however, due to the small laser focus, the area from which the matrix and analyte are desorbed at the same time is very small. When summing up the individual spectra, it was observed that the signal intensities of the peptides fluctuate widely within several individual measurements. If the same sample point is bombarded several times, only the matrix in the mass spectrum is visible. After 5-10 laser shots, the analytes are visible in the spectrum for 2-3 shots. The signal intensity for this sample site then decreased overall. This phenomenon indicated poor integration of the analyte into the matrix. Only when the vaporized layer had almost been removed were the analyte and matrix desorbed together for a few laser shots. The sample was then used up at this point.
Ausführungsbeispiel 6: Funktion der Matrix nach BedampfungEmbodiment 6: Function of the matrix after vapor deposition
Abbildung 14 zeigt, dass die Matrix auch nach der Sublimation gemäß den Ausführungsbeispielen 5 bis 5d chemisch weitgehend unverändert vorliegt und ihre Funktion im Desorptions/Ionisationsprozess nach wie vor erfüllt. Der Probenträger wurde dazu nach Ausführungsbeispiel 5d mit einem Tropfen des Peptidgemischs beladen. Nach dem Eintrocknen des Tropfens wurde die Matrixschicht (2,5-DHB) aufgedampft. Anschließend wurde die erzeugte Matrixschicht im Bereich des eingetrockneten Tropfens mit 1 μl Ethanol/Wasser 1 :1 (v/v) wieder aufgelöst und durch einen warmen Luftstrom (60 °C) erneut getrocknet. Die entstandenen Matrixkristalle zeigten nun das typische Aussehen einer normalen MALDI-Präparation nach Ausführungsbeispiel 1. Auch die resultierenden Massenspektren nach Ausführungsbeispiel 7 unterschieden sich nicht von den typischen Massenspektren einer normalen MALDI-Präparation. Durch die jetzt wieder mögliche Reduzierung der Bestrahlungsstärke wegen des besseren Einbaus der Analyten in die Matrix waren in diesem Spektrum keine Matrixcluster zu beobachten. Bemerkenswert ist, dass jetzt auch keine Abbauprodukte der Matrix zu sehen waren (Abbildung 14, Ausschnitt).Figure 14 shows that the matrix is largely unchanged chemically even after sublimation according to the exemplary embodiments 5 to 5d and that it still fulfills its function in the desorption / ionization process. For this purpose, the sample carrier was loaded with a drop of the peptide mixture according to embodiment 5d. After the drop had dried, the matrix layer (2,5-DHB) was evaporated. The matrix layer produced was then redissolved in the area of the dried drop with 1 μl ethanol / water 1: 1 (v / v) and dried again using a warm air stream (60 ° C.). The resulting matrix crystals now showed the typical appearance of a normal MALDI preparation according to embodiment 1. The resulting mass spectra according to embodiment 7 did not differ from the typical mass spectra of a normal MALDI preparation. Because of the possible reduction now Due to the better incorporation of the analytes into the matrix, the irradiance was not observed in this spectrum. It is noteworthy that no degradation products of the matrix were now visible (Figure 14, section).
Ausführungsbeispiel 7: Befeuchten der MatrixEmbodiment 7: Moistening the matrix
Die Bedampfung und das anschließende Lösen und Umkristallisieren der Matrixschicht zeigte sich als sinnvolle Strategie zur Matrixpräparation unter Erhalt von Nachweisempfindlichkeit und Ortsauflösung. Die Trennung der Praparation in zwei Schritte (Aufdampfen der Matrix und Integration des Analyten) stellte dabei einen entscheidenden Punkt dar, um eine weitreichende Kontrolle über die Präparationsbedingungen zur Erzeugung einer homogenen Matrixschicht mit Integration des Analyten zu erzielen. Um eine verbesserte Integration des Analyten in die aufgedampfte Matrixschicht nach Ausführungsbeispiel 5d zu erreichen, wurden die Probenträger einer feuchten Umgebung ausgesetzt.Evaporation and the subsequent dissolution and recrystallization of the matrix layer proved to be a sensible strategy for matrix preparation while maintaining detection sensitivity and spatial resolution. The separation of the preparation into two steps (vapor deposition of the matrix and integration of the analyte) was a crucial point in order to achieve extensive control over the preparation conditions for producing a homogeneous matrix layer with integration of the analyte. In order to achieve an improved integration of the analyte into the evaporated matrix layer according to embodiment 5d, the sample carriers were exposed to a moist environment.
Dazu wurden die fertig bedampften Probenträger in einen geschlossenen Glasbehälter gegeben. Unter die Probenträger wurde ein Papiertuch, z.B. Kimwipes (Kimberly-Clark, Neenah, USA) gelegt, das mit destilliertem Wasser getränkt war. Der Behälter wurde dann von unten erhitzt, so dass sich eine mit Wasser gesättigte Atmosphäre um den Probenträger bildete. Bei der Wahl des Behälters war zu beachten, dass das gebildete Kondenswasser am Deckel und am Rand des Behälters ablief und nicht auf die Probe tropfen kann. Der Behälter wurde zum Erhitzen etwa 0,5 cm bis 2 cm tief, bevorzugt 1 cm tief, in ein Sandbad mit Tempera- turkontrolle gestellt. Um eine übersättigte Atmosphäre über mehrere Tage hinweg aufrecht zu erhalten, wurde der Behälter mit einer Verschlussfolie, z.B. Parafilm M (Karl Hecht KG, Sondheim, Deutschland) zum Abdichten umwickelt, um ein Austrocknen zu verhindern. Die ersten Versuche wurden mit 1 ml destilliertem Wasser und einer Temperatur des Sandbades von 65 °C durchgeführt. Spätere Versuche wurden mit 0,5 ml Wasser und höheren Temperaturen von 80 °C durchgeführt, da durch die Reduzierung der zugegebenen Wassermenge die Kondensation am Deckel begrenzt werden konnte und so die Gefahr von Tropfenbildung so weit verringert werden, so das keine Tropfen mehr vom Deckel tropften. Die Temperatur wurde mit einem Thermometer am Boden des Behälters gemessen. In den ersten Versuchen zeigte sich nach zwei bis drei Tagen der Inkubation eine erkennbare Umkristallisation der Matrixschichten abhängig von der Wahl der Matrix (Abbildung 15). Während 2,5-DHB optisch deutliche Veränderungen aufwies, waren die Veränderungen bei Sinapinsäure und CHCA kaum sichtbar. Die Umkristal- lisation wurde durch optischeBegutachtung mit einem Olympus BX41 Mikroskop mit integrierter Skala kontrolliert.For this purpose, the fully steamed sample carriers were placed in a closed glass container. A paper towel, for example Kimwipes (Kimberly-Clark, Neenah, USA), was placed under the sample holder and soaked in distilled water. The container was then heated from the bottom so that an atmosphere saturated with water formed around the sample holder. When choosing the container, it should be noted that the condensed water formed on the lid and on the edge of the container did not drip onto the sample. The container was placed about 0.5 cm to 2 cm deep, preferably 1 cm deep, in a sand bath with temperature control for heating. In order to maintain a supersaturated atmosphere over several days, the container was wrapped with a sealing film, for example Parafilm M (Karl Hecht KG, Sondheim, Germany) to seal it to prevent it from drying out. The first experiments were carried out with 1 ml of distilled water and a temperature of the sand bath of 65 ° C. Later tests were carried out with 0.5 ml of water and higher temperatures of 80 ° C, since the condensation on the lid could be limited by reducing the amount of water added and the risk of droplets being reduced so far that no more drops from the lid dripped. The temperature was measured with a thermometer at the bottom of the container. In the Initial experiments showed a recognizable recrystallization of the matrix layers depending on the choice of matrix after two to three days of incubation (Figure 15). While 2,5-DHB showed visually significant changes, the changes in sinapic acid and CHCA were barely visible. The recrystallization was checked by optical inspection with an Olympus BX41 microscope with an integrated scale.
Die inkubierten Schichten aus 2,5-DHB kristallisierten wesentlich schneller um. Schon nach 1 bis 3 Stunden wurden erste optische Veränderungen sichtbar, und nach 14 Tagen war der Prozess vollkommen abgeschlossen. Das unterschiedli- ehe Verhalten der drei Matrices ist durch ihre unterschiedliche Wasserlöslichkeiten bedingt. Während sich Sinapinsäure und CHCA sehr schlecht in Wasser lösen, ist 2,5-DHB gut wasserlöslich. Die 2,5-DHB-Schicht wurde durch die Umkristallisation wesentlich stabiler, und das Herauslösen von großen Teilen durch mechanische Belastungen oder durch Laserbeschuss wurde verhindert.The incubated layers of 2,5-DHB recrystallized much faster. The first optical changes became visible after 1 to 3 hours and the process was completely completed after 14 days. The different behavior of the three matrices is due to their different water solubilities. While sinapic acid and CHCA dissolve very poorly in water, 2,5-DHB is readily water-soluble. The 2.5-DHB layer became much more stable due to the recrystallization, and the removal of large parts by mechanical loads or by laser bombardment was prevented.
Ausführungsbeispiel 7a: Verändern der KristallisationsgeschwindigkeitEmbodiment 7a: changing the rate of crystallization
Die Kristallisation konnte durch die Erhöhung der Temperatur der feuchten Atmosphäre beschleunigt werden. Versuche mit einer Temperatur von 125 °C des Sandbades führten schon nach 24 Stunden zur Umkristallisation, und nach drei Tagen konnte keine weitere Veränderung der Probenoberfläche festgestellt werden. Die Veränderungen der Oberfläche wurde durch optische Begutachtung mit einem Olympus BX41 Mikroskop mit integrierter Skala bestimmt. Eine weitere Erhöhung der Temperatur schien auf Grund der Schmelztemperaturen der verwendeten Matrices von 200 bis 260 °C nicht mehr sinnvoll. Höhere Temperaturen als 70 °C am Probenteller sind im Hinblick auf die zu vermessenden Proben zu vermeiden, da ab diesen Temperaturen die Denaturierung von Proteinen einsetzt und so bei biologischen Proben unerwünschte Veränderungen eintreten.The crystallization could be accelerated by increasing the temperature of the humid atmosphere. Experiments with a temperature of 125 ° C in the sand bath led to recrystallization after only 24 hours, and after three days no further change in the sample surface could be found. The changes in the surface were determined by optical inspection using an Olympus BX41 microscope with an integrated scale. A further increase in the temperature no longer seemed sensible due to the melting temperatures of the matrices used of 200 to 260 ° C. Temperatures higher than 70 ° C on the sample plate should be avoided with regard to the samples to be measured, since from these temperatures the denaturation of proteins begins and undesirable changes occur in biological samples.
Ausführungsbeispiel 7b: Kontrolle der räumlichen Verteilung eines Filzstift- Striches nach UmkristallisationEmbodiment 7b: control of the spatial distribution of a felt pen line after recrystallization
Die Randbegrenzung eines Filzstiftstriches in Abbildung 16 (linkes Photo) zeigt sowohl vor als auch nach der Bedampfung mit Matrix nach Ausführungsbeispiel 5c und Inkubation mit Wasser (rechtes Photo) nach diesem Ausführungsbeispiel weiterhin eine scharfe Grenze zwischen Farbe und unbehandeltem Aluminiumprobenträger. Trotz der Veränderung durch die Praparation kann bei dieser Art der Behandlung nach optischer Begutachtung durch ein Olympus BX41 Mikroskop mit integrierter Skala davon ausgegangen werden, dass die räumliche Verteilung der Analyten auf der Oberfläche der Probe innerhalb der Auflösung des rastern- den Lasers nach Ausführungsbeispiel 7 erhalten bleibt.The boundary of a felt pen line in Figure 16 (left photo) shows both before and after vapor deposition with the matrix according to embodiment 5c and incubation with water (right photo) according to this embodiment still a sharp line between paint and untreated aluminum sample holder. Despite the change due to the preparation, this type of treatment based on optical assessment using an Olympus BX41 microscope with an integrated scale can be assumed to maintain the spatial distribution of the analytes on the surface of the sample within the resolution of the scanning laser according to embodiment 7 remains.
Ausführungsbeispiel 7c: Kontrolle der räumlichen Verteilung von Peptiden nach Umkristallisation Die Veränderung der Schichten durch Inkubation mit Wasser hängt auch von dem oder den Analyten selber ab. Schon beim Auftragen von Peptidgemischen auf die Oberfläche nach Anwendungsbeipiel 1 und anschließender Praparation nach Ausführungsbeispiel 5d und diesem Ausführungsbeispiel (7c) zeigte sich ein unterschiedliches Kristallisationsverhalten der Matrix beim Vergleich der Bereiche innerhalb und neben dem aufgetragenen Peptidgemisch. (Abbildung 17). Auf einem Goldprobenträger, der zuvor großflächig mit einem verdünnten roten Farbstoff bestrichen worden war, wurde 1 μl des wie in Ausführungsbeispiel 5d beschrieben hergestellten Peptidgemischs aus Substanz P, Melittin und Insulin aufgetragen. Nachdem der Tropfen eingetrocknet war, wurde der Träger fünf Minuten mit 2,5-DHB bei 48 °C in der Bedampfungsanlage bedampft. Danach wurde er 24 Stunden bei einer Sandbadtemperatur von 125 °C mit Wasser inkubiert. Die Grenze des zuvor eingetrockneten Tropfens war nach dem Bedampfen mit Matrix und auch nach der Inkubation der Analyten mit Wasser noch eindeutig zu erkennen (Abbildung 17). Auch eine Umkristallisation der Matrix war zu beobachten. Dennoch blieb die scharfe Grenze des vorher aufgegebenen Peptidgemischs nach optischer Begutachtung durch ein Olympus BX41 Mikroskop mit integrierter Skala erhalten. Dieses Beispiel zeigt, dass eine Praparation ohne eine merkliche Wanderung des Peptidgemischs möglich ist. Ausführungsbeispiel 7d: Messung des erfindungsgemäß präparierten Analyten mittels SMALDI-MassenspektrometrieEmbodiment 7c: Control of the spatial distribution of peptides after recrystallization. The change in the layers by incubation with water also depends on the analyte or analytes themselves. Already when applying peptide mixtures to the surface according to application example 1 and subsequent preparation according to embodiment 5d and this embodiment (7c), a different crystallization behavior of the matrix was found when comparing the areas within and next to the applied peptide mixture. (Figure 17). 1 .mu.l of the peptide mixture of substance P, melittin and insulin prepared as described in exemplary embodiment 5d was applied to a gold sample carrier which had previously been coated extensively with a dilute red dye. After the drop had dried, the support was evaporated for five minutes with 2.5-DHB at 48 ° C. in the vapor deposition unit. It was then incubated with water at a sand bath temperature of 125 ° C. for 24 hours. The limit of the previously dried drop was clearly recognizable after vapor deposition with the matrix and also after incubation of the analytes with water (Figure 17). A recrystallization of the matrix was also observed. Nevertheless, the sharp limit of the previously applied peptide mixture was retained after optical inspection using an Olympus BX41 microscope with an integrated scale. This example shows that preparation is possible without a noticeable migration of the peptide mixture. Embodiment 7d: Measurement of the analyte prepared according to the invention by means of SMALDI mass spectrometry
Abbildung 18 zeigt, dass eine räumliche analytische Auflösung von etwa 2 μm mit dieser Präparationsmethode gemäß Ausführungsbeispiel 7c mittels SMALDI- Massenspektrometrie nach Ausführungsbeispiel 8 erreicht werden kann. Es wurden zwei Messungen der gleichen Probenstelle durchgeführt. Ein Bereich von 100 μm mal 100 μm wurde mit einer Schrittweite von 1 μm abgerastert. Jeweils ein Laserschuss pro Rasterschritt wurde auf den Probe abgegeben und ein Mas- senspektrum aufgenommen. In Abbildung 18 sind die Intensitätsverteilungen für drei Massen dargestellt. Die obere Reihe zeigt das Massesignal der aufgetragenen Matrix 2,5-DHB ([2*2,5-DHB-2*H2O+H]+ = 273 u), die mittlere Reihe gehört zu dem zuvor aufgetragenen verdünnten roten Farbstoff (m/z = 450 u) und die untere Reihe gehört zum Peptid Substanz P (m/z = 1348,6 u). Die Verteilung der einzel- nen Komponenten zeigt, dass sowohl die Matrix als auch der rote Farbstoff gleichmäßig verteilt sind. Da exakt der Rand des eingetrockneten Tropfens abgerastert wurde, ist Substanz P als ein Analyt des Peptidgemischs nicht gleichmäßig verteilt. Deutlich ist eine Grenze im oberen Bereich des Bildes von ca. 3 μm Breite zu sehen, in dem die Intensität des Substanz P-Massesignals auf Null abfällt. Die erzielten Intensitäten dieser Messungen fallen deutlich intensiver im Vergleich zur Sprühmethode aus. Dies lässt auf einen wesentlich besseren Einbau des Analyten von der Oberfläche in die entstehenden Matrixkristalle schließen. Eine zweite Messung der gleichen Probenstelle und gleichen Messbedingungen wie bei der ersten Messung belegt, dass die Matrixschicht relativ dünn ist (kleiner 2 μm), da sie schon teilweise abgetragen ist. Um eine geringe räumliche Migration des Analyten zu erreichen, sind diese dünnen Schichten notwendig. Der Einbau in wesentlich dickere Matrixschichten mit verwertbaren Signalintensitäten hat zwangsläufig eine höhere Migration zur Folge. Ebenfalls zu sehen ist die erwartete Abhängigkeit der Intensität des Peptidsignals vom Matrixsignal. Die Messungen ver- deutlichen die Möglichkeit einer Aufbereitung komplexer biologischer oder synthetischer Oberflächen mit der beschriebenen Präparationsmethodik. Mit dieser Präparationsmethode erstmals ein Verfahren zur Verfügung, mit dem SMALDI- Massenspektrometrie mit einer räumlichen analytischen Auflösung von 2 μm durchgeführt werden kann. Ausführungsbeispiel 8 („Messung des Analyten durch rasternde Massenspektrometrie")Figure 18 shows that a spatial analytical resolution of approximately 2 μm can be achieved with this preparation method according to embodiment 7c by means of SMALDI mass spectrometry according to embodiment 8. Two measurements of the same sample site were carried out. A range of 100 μm by 100 μm was scanned with a step size of 1 μm. One laser shot per raster step was emitted on the sample and a mass spectrum was recorded. Figure 18 shows the intensity distributions for three masses. The top row shows the mass signal of the applied matrix 2,5-DHB ([2 * 2,5-DHB-2 * H 2 O + H] + = 273 u), the middle row belongs to the previously applied diluted red dye ( m / z = 450 u) and the bottom row belongs to the peptide substance P (m / z = 1348.6 u). The distribution of the individual components shows that both the matrix and the red dye are evenly distributed. Since exactly the edge of the dried drop was scanned, substance P as an analyte of the peptide mixture is not evenly distributed. A border in the upper area of the image of approx. 3 μm width can clearly be seen, in which the intensity of the substance P mass signal drops to zero. The intensities achieved in these measurements are significantly more intense compared to the spray method. This suggests a much better incorporation of the analyte from the surface into the resulting matrix crystals. A second measurement of the same sample location and the same measurement conditions as for the first measurement proves that the matrix layer is relatively thin (less than 2 μm), since it has already been partially removed. In order to achieve a low spatial migration of the analyte, these thin layers are necessary. Installation in much thicker matrix layers with usable signal intensities inevitably results in higher migration. The expected dependence of the intensity of the peptide signal on the matrix signal can also be seen. The measurements illustrate the possibility of processing complex biological or synthetic surfaces with the preparation method described. With this preparation method, a method is available for the first time with which SMALDI mass spectrometry can be carried out with a spatial analytical resolution of 2 μm. Embodiment 8 ("Measurement of the analyte by scanning mass spectrometry")
Ein Probengemisch, das 2,5-Dihydroxybenzoesäure (2,5-DHB), Substanz P (ein Peptid), Melittin und Insulin enthielt, wurde mittels SMALDI-Flugzeit-MS untersucht. Die Probenmatrix bestand aus 2,5-DHB.A sample mixture containing 2,5-dihydroxybenzoic acid (2,5-DHB), substance P (a peptide), melittin and insulin was examined by SMALDI time-of-flight MS. The sample matrix consisted of 2,5-DHB.
Ausführungsbeispiel 8a: Bestandteile der MesseinrichtungEmbodiment 8a: Components of the measuring device
Verwendet wurde ein Massenspektrometer „LAMMA 2000" (Abbildung 2), enthal- tend: einen Stickstofflaser (N2-Laser): VSL 337 N D-Laser (Laser Science Inc., Cambridge, Massachusetts, USA), λ = 337 nm, Pulswiederholungsrate 10 Hz, Pulsdauer 3 ns, laterale Auflösung = Fokusdurchmesser des Laserstrahls: 0.6- 1.5 μm, - eine lonenquelle, enthaltend eine Lochblende mit einem Öffnungsdurchmesser von 7 mm sowie ein Gitter, einen lonenführungskanal, Öffnung 4mm Durchmesser (Innenmaß), der sich konisch über eine Strecke von 8 mm auf ein Innenmaß von 6 mm erweiterte,A "LAMMA 2000" mass spectrometer (Figure 2) was used, comprising: a nitrogen laser (N 2 laser): VSL 337 N D laser (Laser Science Inc., Cambridge, Massachusetts, USA), λ = 337 nm, Pulse repetition rate 10 Hz, pulse duration 3 ns, lateral resolution = focus diameter of the laser beam: 0.6-1.5 μm, - an ion source, containing a pinhole with an opening diameter of 7 mm and a grid, an ion guide channel, opening 4mm diameter (internal dimension), which is conical expanded over a distance of 8 mm to an internal dimension of 6 mm,
- ein Flugrohr, - ein Feldabschlussgitter, einen Detektor, bestehend aus einer Doppel-Mikrokanalplatte mit einem aktiven Durchmesser von 40 mm,- a flight tube, - a field grating, a detector consisting of a double microchannel plate with an active diameter of 40 mm,
- X-Y-Z-Piezotisch (Graf Mikrotechnik, Wertingen), auf dem der Probenträger befestigt wurde und durch dessen Verschieben des Probenträgers bei ortsfe- stem Laserstrahl gerastert wurde. Vor Messbeginn wurde der Verschiebetisch zur einmaligen Fokussierung des Probenträgers ein Mal in z-Richtung bewegt. Während der Messung erfolgte die Bewegung nur in x- und y-Richtung. Rasterweite: 100 μm x 100 μm, minimale Schrittweite 0.25 μm- X-Y-Z piezo table (Graf Mikrotechnik, Wertingen), on which the sample holder was attached and by moving the sample holder was scanned with a stationary laser beam. Before the start of the measurement, the sliding table was moved once in the z direction to focus the sample carrier once. During the measurement, the movement was only in the x and y directions. Screen size: 100 μm x 100 μm, minimum step size 0.25 μm
- Mikroprozessorsystem zur Kontrolle des Verschiebetisches (Motorola 68000 Mikroporzessor, Motorola Inc., Schaumburg, Illinois)- Microprocessor system for controlling the sliding table (Motorola 68000 microporcessor, Motorola Inc., Schaumburg, Illinois)
- Vakuumpumpen: ölrotationspumpe zur Erzeugung des Vorvakuums (Pumpleistung 16m3/h, Leybold AG, Köln), Turbomolekularpumpe zur Erzeugung des Hochvakuums (360 l/s, Leybold AG, Köln), Druck in der Vakuumkammer nach Auspumpen ca. 5*10"7 mbar- Vacuum pumps: oil rotary pump to generate the fore vacuum (pump capacity 16m 3 / h, Leybold AG, Cologne), turbomolecular pump to generate the High vacuum (360 l / s, Leybold AG, Cologne), pressure in the vacuum chamber after pumping out approx. 5 * 10 "7 mbar
Ausführungsbeispiel 8b: Gewählte Abstände innerhalb der Messeinrichtung • Lochblende - Probenoberfläche: 3,9 mmEmbodiment 8b: Selected distances within the measuring device • Pinhole - sample surface: 3.9 mm
• Lochblende - Gitter: 8,6 mm,• Pinhole - grid: 8.6 mm,
• Gitter - lonenführungskanalöffnung: 1 ,9 mm,• Grid - ion guide channel opening: 1.9 mm,
• lonenführungskanalöffnung - Feldabschlußgitter vor Detektor: 1306 mm und• ion guide channel opening - field termination grid in front of detector: 1306 mm and
• Feldabschlussgitter - Detektoroberfläche: 20 mm.• Field termination grid - detector surface: 20 mm.
Ausführungsbeispiel 8c: Gewählte PotentialeEmbodiment 8c: Selected potentials
• Lochblende: festgelegt auf +10000 V,• Pinhole: fixed at +10000 V,
• Probenteller: +13261 V,• sample plate: +13261 V,
• Gitter: -1810 V, • Detektoroberfläche: -1850 V,• grid: -1810 V, • detector surface: -1850 V,
• lonenführungskanal, Flugrohr und Feldabschlussgitter lagen auf Massepotential (0V)• ion guide channel, flight tube and field termination grid were at ground potential (0V)
Ausführungsbeispiel 8d: Scannen des Probeträgers Scanbereich: 100 μm x 100 μm Scanschrittweite: 1 μm Scangeschwindigkeit: 10 Pixel pro Sekunde 10000 Massenspektren pro PixelEmbodiment 8d: Scanning the sample carrier Scan area: 100 μm x 100 μm Scan step size: 1 μm scan speed: 10 pixels per second 10,000 mass spectra per pixel
Ausführungsbeispiel 8e: VorfokussierungEmbodiment 8e: pre-focusing
Der Laserstrahl wurde außerhalb des Vakuums im Submikrometerbereich vorfo- kussiert. Hierfür wurden dem Fachmann bekannte Suprasil®-Quarzlinsen zur Vorfokussierung mit astigmatischer Korrektur eingesetzt, die den Laserstrahl auf etwa 10 μm vorfokussierten. Ausführungsbeispiel 8f: Verwendung eines Nd:YLF-Lasers Alternativ zum Stickstofflaser (N2-Laser) kann ein Nd:YLF-Laser, beispielsweise Model 421 QD (ADLAS, Lübeck) verwendet werden, Ausstoßenergie 100 μJ pro Nanosekundenpuls bei 524 nm. Eine Vervierfachung der Frequenz dieses Lasers 5 wird extern durch einen Temperatur-gesteuerten BBO-Kristall (Bariumbetaborat zur Erzeugung der zweiten nichtlinearen Oberschwingung) erreicht. Die endgültige Pulsenergie beträgt ca. 15 μJ bei 262 nm. Der Strahl des Nd:YLF-Lasers besitzt nach Vervierfachung durch den BBO-Kristall eine streng elliptische Form. In diesem Fall ist eine spezielle optische Korrektur erforderlich, um eine hohe numeri- o sehe Apertur am Eingang der fokussierenden Objektivlinsen sicher zu stellen. Das Verhältnis von großem und kleinem Durchmesser der Ellipse beträgt bei Verwendung dieses Lasers etwa 1 :8. Nach Vorfokussierung mit einer spärischen Linse füllt der Strahl deshalb nur in der Eingangslinse des Fokussierungsobjektivs einen schmalen Streifen aus. Aus diesem Grunde wurde eine spezielle optische Einheit5 für die Zirkularisierung entwickelt, die die beiden Strahlachsen unterschiedlich vorfokussiert (siehe Fig. 4). Bei der x-Achse handelt es sich um die kleine, bei der y-Achse um die große Ellipsenachse. Beide Achsen werden durch zylindrische Linsen 28-29-fokussiert, wobei beide eindimensionalen Foci auf dieselbe Brennebene justiert werden und auf diese Weise ein kreisförmiges Strahlenprofil erhalten o wird. Die Vorfokussierung des Nd:YLF-Laserstrahls wurde bereits von Spengler und Hubert publiziert (B. Spengler und M. Hubert, Scanning Microprobe matrix- Assisted Laser Desorption lonization (SMALDI) Mass Spectrometry: Instrumentation for Sub-Micrometer Resolved LDI and MALDI Surface Analysis, Journal of the American Society of Mass Spectrometry 2002, 13, 735-748).5 Ausführungsbeispiel 8g: Peakerkennung und statistische Auswertung Die erhaltenen Einzelspektren pro Probenposition wurden summiert, anschließend wurden die Zentroide 23-berechnet und Masse, Peakflächen 22-und Ortskoordinaten zugeordnet. Danach wurde die Häufigkeitsverteilung aller detektierten Mas- 0 sen bestimmt. Im Histogrammm wurden die Maxima bestimmt und die Massenfenster für die Bilder fest gelegt. Für jedes Bild wurde der Massenschwerpunkt 24 durch Gewichtung der Einzelmassen mit den Peakflächen berechnet, und es wurde die relative Messunsicherheit Si-ermittelt. Ausführungsbeispiel 8h: BilderstellungThe laser beam was pre-focused outside the vacuum in the submicrometer range. Suprasil® quartz lenses known to those skilled in the art were used for prefocusing with astigmatic correction, which prefocused the laser beam to approximately 10 μm. Embodiment 8f: Use of an Nd: YLF laser As an alternative to the nitrogen laser (N 2 laser), an Nd: YLF laser, for example Model 421 QD (ADLAS, Lübeck), can be used, output energy 100 μJ per nanosecond pulse at 524 nm. A quadrupling the frequency of this laser 5 is achieved externally by a temperature-controlled BBO crystal (barium laboratory to generate the second nonlinear harmonic). The final pulse energy is approx. 15 μJ at 262 nm. The Nd: YLF laser beam has a strictly elliptical shape after being quadrupled by the BBO crystal. In this case, a special optical correction is necessary to ensure a high numerical aperture at the entrance of the focusing objective lenses. The ratio of the large and small diameter of the ellipse is approximately 1: 8 when using this laser. After prefocusing with a spherical lens, the beam therefore fills a narrow strip only in the input lens of the focusing lens. For this reason, a special optical unit5 was developed for the circularization, which pre-focuses the two beam axes differently (see FIG. 4). The x-axis is the small, the y-axis the large ellipse axis. Both axes are 28-29-focused by cylindrical lenses, both one-dimensional foci being adjusted to the same focal plane and a circular beam profile is obtained in this way. The pre-focusing of the Nd: YLF laser beam has already been published by Spengler and Hubert (B. Spengler and M. Hubert, Scanning Microprobe matrix-Assisted Laser Desorption lonization (SMALDI) Mass Spectrometry: Instrumentation for Sub-Micrometer Resolved LDI and MALDI Surface Analysis, Journal of the American Society of Mass Spectrometry 2002, 13, 735-748) .5 Embodiment 8g: Peak Detection and Statistical Evaluation The individual spectra obtained per sample position were summed, then the centroids 23 were calculated and mass, peak areas 22 and location coordinates were assigned. The frequency distribution of all detected masses was then determined. The maxima were determined in the histogram and the mass windows for the images were determined. For each image, the center of gravity 24 was calculated by weighting the individual masses with the peak areas, and the relative measurement uncertainty Si was determined. Embodiment 8h: image creation
Die Peakflächen jeder detektierten Masse wurden in 16 Bit Graustufen umgerechnet. Dabei wurde die gesamte Gruppe von Bildern auf maximalen Kontrast ska- liert, um alle von 2,5-DHB, Substanz P, Melittin und Insulin erhaltenen Bilder miteinander vergleichen zu können. Parallel dazu wurden Einzelbilder skaliert, um einen maximalen Kontrast für die Verteilung jeder einzelnen Substanz zu bekommen.The peak areas of each detected mass were converted into 16 bit gray levels. The entire group of images was scaled for maximum contrast in order to be able to compare all of the images obtained from 2,5-DHB, substance P, melittin and insulin. In parallel, individual images were scaled to get maximum contrast for the distribution of each individual substance.
Ausführungsbeispiel 8i: Alternatives Scannen der zu untersuchenden Anayl- tenEmbodiment 8i: Alternative scanning of the analytes to be examined
Der X-Y-Z-Verschiebetisch wurde in diesem Versuch nicht bewegt, sondern der Laser wurde relativ zum Verschiebetisch bewegt. Es wurde ein Laser mit einem Fokusdurchmesser von 0,3 μm bis 0,6 μm verwendet, die Scanschrittweite betrug ebenfalls 1 μm (ohne Abbildung).The X-Y-Z shift table was not moved in this experiment, but the laser was moved relative to the shift table. A laser with a focus diameter of 0.3 μm to 0.6 μm was used, the scan step size was also 1 μm (not shown).
Ausführungsbeispiel 9: Oxidations- oder zersetzungsgefährdete AnalytenEmbodiment 9: Analytes at risk of oxidation or decomposition
Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Praparation von Analyten verwendet, die eine oder mehrere Substanzen enthalten, welche leicht oxidierbar sind und/oder sich leicht zersetzen, empfiehlt es sich, bei der Behandlung der Matrix mit Lösungsmitteldampf zusätzlich ein inertes Trägergas gemäß Anspruch 5 einzusetzen (ohne Abbildung).If the method according to the invention is used for the preparation of analytes which contain one or more substances which are easily oxidizable and / or decompose easily, it is advisable to additionally use an inert carrier gas according to claim 5 when treating the matrix with solvent vapor (without illustration) ).
Ausführungsbeispiel 10: Bevorzugtes Verfahren zur Aufbringung der Matrix Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Praparation von Oberflächen zur Mikrobereichsanalytik ist es besonders vorteilhaft, die Matrix mit Hilfe des Bedamp- fungsverfahrens nach Anspruch 12 aufzubringen, wobei bevorzugt Schichtdicken der Matrix von 0,5 μm bis 3 μm erzeugt werden (ohne Abbildung). [Abbildungslegenden und Bezugszeichenliste] BezugszeichenlisteExemplary embodiment 10: Preferred method for applying the matrix In the method according to the invention for the preparation of surfaces for micro-range analysis, it is particularly advantageous to apply the matrix using the vapor deposition method according to claim 12, wherein layer thicknesses of the matrix of 0.5 μm to 3 μm are preferred be (without picture). [Legends of Figures and List of Reference Numbers] List of Reference Numbers
Im Folgenden sind 19 Zeichungen aufgeführt.19 drawings are listed below.
1. lonenführungskanal1. ion guide channel
2. Flugrohr mit Vakuumgehäuse2. Flight tube with vacuum housing
3. Detektor3. Detector
4. ionenoptische Anordnung 5. Objektiv mit zentraler Bohrung4. ion-optical arrangement 5. lens with central bore
6. X-Y-Z-Piezotisch und X-Y-Z-Schrittmotortisch6. X-Y-Z piezo table and X-Y-Z stepper motor table
7. Laser7. Laser
8. CCD-Kamera (Charge Coupied Device-Kamera)8.CCD camera (Charge Coupied Device camera)
9. Vorfokussierung mit astigmatischer Korrektur 10. Dichroitische Spiegel9. Pre-focusing with astigmatic correction. 10. Dichroic mirrors
11. Lichtquelle für Probenbeobachtung11. Light source for sample observation
12. Verdampfungsanlage12. Evaporation plant
13. Elektroden zum Anschluss des Schiffchens13. Electrodes for connecting the boat
14. Vakuumbehälter 15. Stromkontrolle für Elektroden14. Vacuum container 15. Current control for electrodes
16. Temperaturkontrolle16. Temperature control
17. Druckkontrolle17. Pressure control
18. Probenhalter18. Sample holder
19. Schiffchen 20. Probenträger mit Analyten19. Shuttle 20. Sample carrier with analytes
21. Temperaturfühler21. Temperature sensor
22. Ventil22.Valve
23. Behälter mit Lösungsmittelreservoir23. Container with solvent reservoir
24. Deckel des Behälters 25. Probenauflage Abbildungslegenden24. Lid of the container 25. Sample support Figure legends
Abbildung 1 :Illustration 1 :
Verschiedene Verfahren zu Praparation von Oberflächen: a) Standardpräparation b) Elektrospray c) Sprühverfahren d) BedampfungsverfahrenDifferent methods for surface preparation: a) standard preparation b) electrospray c) spraying method d) vapor deposition method
Die mittlere Spalte verdeutlicht die Größe der Migration des Analyten auf der Oberfläche. Die rechte Spalte verdeutlicht die Größe der Integration des Analyten von der Oberfläche in die Matrixschicht.The middle column shows the size of the migration of the analyte on the surface. The right column shows the size of the integration of the analyte from the surface into the matrix layer.
Abbildung 2:Figure 2:
Der Laserstrahl 7 wird nach astigmatischer Korrektur und Vorfokussierung 9 und Umlenkung über dichroitische Spiegel 10 durch ein Objektiv mit zentraler Bohrung 5 auf den Piezotisch 6 mit dem Probeträger gelenkt. Die emittierten Ionen werden mittels der ionenoptischen Anordnung 4 durch den lonenführungskanal 1 und durch das Flugrohr 2 zum Detektor 3 beschleunigt. Licht aus einer Lichtquelle zur Probenbeobachtung 11 wird ebenfalls über dichroitische Spiegel 10 auf den Pro- benträger gelenkt; eine CCD-Kamera 8 erzeugt dabei optische Bilder des untersuchten Probenbereiches.After astigmatic correction and pre-focusing 9 and deflection via dichroic mirrors 10, the laser beam 7 is directed through a lens with a central bore 5 onto the piezo table 6 with the sample carrier. The emitted ions are accelerated by means of the ion-optical arrangement 4 through the ion guide channel 1 and through the flight tube 2 to the detector 3. Light from a light source for sample observation 11 is likewise directed onto the sample carrier via dichroic mirrors 10; a CCD camera 8 generates optical images of the examined sample area.
Abbildung 3:Figure 3:
Darstellung der durch automatische Bildverarbeitung ohne Pre-Scan bzw. ohne Vorgabe von Massen erhaltenen Abbildungen der Oberflächenverteilungen von 2,5-DHB, Substanz P, Melittin und Insulin sowie von verschiedenen Isotopome- ren, Derivaten und Anlagerungsprodukten derselben.Representation of the images of the surface distributions of 2,5-DHB, substance P, melittin and insulin, as well as of different isotopomers, derivatives and addition products thereof, obtained by automatic image processing without pre-scan or without specifying masses.
Abbildung 4: Vergleich zwischen Rand und Mitte einer Dried-Droplet Praparation: a) Messung großer Kristalle des Randes (30 Messungen gemittelt) b) Messung feinkristalline Mitte (30 Messungen gemittelt) Abbildung 5:Figure 4: Comparison between edge and center of a Dried-Droplet preparation: a) measurement of large crystals of the edge (30 measurements averaged) b) measurement of fine crystalline center (30 measurements averaged) Figure 5:
Dried-droplet Praparation mit 2,5-DHB als Matrix: Durch langsame Auskristallisation (ca. 10 Minuten) entstehen große Kristalle mit unterschiedlicher Verteilung des Analyten. (100 μm x 100 μm, 1 μm Rasterweite) a) Verteilungsbild 2,5-DHB, Matrix, m/z 137.1 b) Verteilungsbild Anti-Inflammatory Peptid, m/z 1084.5, hydrophob c) Verteilungsbild Lipotropin 1-10, m/z 950.5, hydrophilDried-droplet preparation with 2,5-DHB as a matrix: Slow crystallization (approx. 10 minutes) results in large crystals with different analyte distributions. (100 μm x 100 μm, 1 μm raster) a) distribution pattern 2,5-DHB, matrix, m / z 137.1 b) distribution pattern anti-inflammatory peptide, m / z 1084.5, hydrophobic c) distribution pattern lipotropin 1-10, m / z 950.5, hydrophilic
Abbildung 6:Figure 6:
Dried-droplet Praparation mit 2,5-DHB als Matrix: Durch schnelle Auskristallisation (ca. 10 Sekunden) entstehen kleine Kristalle mit homogener Verteilung des Analyten. (100 μm x 100 μm, 1 μm Rasterweite) a) Verteilungsbild 2,5-DHB, Matrix, m/z 154.1 b) Verteilungsbild Vasopressin [Arg8], m/z 1137.7, hydrophil c) Verteilungsbild Dynorphin 1-9, m/z 1084.5, hydrophobThird-droplet preparation with 2,5-DHB as a matrix: Rapid crystallization (approx. 10 seconds) produces small crystals with a homogeneous distribution of the analyte. (100 μm x 100 μm, 1 μm raster) a) distribution pattern 2.5-DHB, matrix, m / z 154.1 b) distribution pattern vasopressin [Arg8], m / z 1137.7, hydrophilic c) distribution pattern dynorphin 1-9, m / z 1084.5, hydrophobic
Abbildung 7:Figure 7:
Rand einer Dried-droplet Praparation mit 2,5-DHB als Matrix (100 μm x 100 μm, 1 μm Rasterweite)Edge of a third-droplet preparation with 2.5-DHB as a matrix (100 μm x 100 μm, 1 μm raster)
Abbildung 8:Figure 8:
Feinkristalliner Kristalle im Inneren einer Dried-droplet Praparation mit 2,5-DHB als Matrix (100 μm x 100 μm, 1 μm Rasterschrittweite)Fine crystalline crystals inside a third-droplet preparation with 2.5-DHB as a matrix (100 μm x 100 μm, 1 μm step size)
Abbildung 9:Figure 9:
Verdampfungsanlage Jeol JEE-4B 12 mit Vakuumbehälter 14. Die Stromkontrolle 15 der Elektroden 13 wird zur Temperaturkontrolle 16 des Schiffchens 19 (nicht sichtbar) benötigt. Die Druckkontrolle 17 wird über das Ventil 22 gesteuert.Evaporation plant Jeol JEE-4B 12 with vacuum container 14. The current control 15 of the electrodes 13 is required for temperature control 16 of the boat 19 (not visible). The pressure control 17 is controlled via the valve 22.
Abbildung 10:Figure 10:
Der Probenteller 20 wird im Probenhalter 18 zur Bedampfung eingespannt. Zwischen den Elektroden 13 wird das Schiffchen H® mit Matrix befüllt und über die Stromkontrolle 15 (nicht sichtbar) erhitzt. Über einen Temperaturfühler 21 kann die Temperaturkontrolle 16 (nicht sichtbar) erfolgen.The sample plate 20 is clamped in the sample holder 18 for vapor deposition. Between the electrodes 13, the boat H® is filled with matrix and over the Current control 15 (not visible) heated. The temperature control 16 (not visible) can be carried out via a temperature sensor 21.
Abbildung 11 : Mikroskopische Aufnahme eines bedampften Probenträgers: Goldprobenträger mit Farbstoff eines Filzstiftes (oberer Bildteil) und Bedampfung 2,5-DHB (linker Bildteil) a) 650 x 500 μm b) 65 x 50 μmFigure 11: Microscopic image of a vaporized sample holder: gold sample holder with dye from a felt pen (upper part of the picture) and vaporization 2,5-DHB (left part of the picture) a) 650 x 500 μm b) 65 x 50 μm
Abbildung 12:Figure 12:
Massenspektren von thermisch sublimierter und rekondensierter Matrix a) 2,5-DHB sublimiert bei 130 °C unter Normaldruck in 12 Minuten b) 2,5-DHB sublimiert bei 48 °C bei 1 mBar in 5 MinutenMass spectra of thermally sublimed and recondensed matrix a) 2,5-DHB sublimates at 130 ° C under normal pressure in 12 minutes b) 2,5-DHB sublimates at 48 ° C at 1 mBar in 5 minutes
Abbildung 13:Figure 13:
MALDI - Massenspektren einer Peptid-Mischung nach Bedampfung mit thermisch sublimierter und re-kondensierter Matrix (2,5-DHB) bei a) hoher und b) mittlerer Laserintensität (jeweils 300 Spektren aufsummiert)MALDI - mass spectra of a peptide mixture after vapor deposition with thermally sublimed and recondensed matrix (2,5-DHB) with a) high and b) medium laser intensity (300 spectra added up)
Abbildung 14:Figure 14:
MALDI-Massenspektrum von 2,5-DHB/Peptid-Mix nach Anlösen der Bedampfung mit Ethanol/Wasser 1 :1 (30 Spektren aufsummiert)MALDI mass spectrum of 2,5-DHB / peptide mix after the evaporation was dissolved with ethanol / water 1: 1 (30 spectra added up)
Abbildung 15:Figure 15:
Inkubation von 2,5-DHB-Schicht mit Wasser a) Träger mit 2,5-DHB bedampft b) Träger mit 2,5-DHB bedampft und 3 Tage mit Wasser befeuchtet c) Träger mit 2,5-DHB bedampft und 14 Tage mit Wasser befeuchtetIncubation of 2.5-DHB layer with water a) support vaporized with 2.5-DHB b) support vaporized with 2.5-DHB and moistened with water for 3 days c) vaporized support with 2.5-DHB and 14 days moistened with water
Abbildung 16:Figure 16:
Filzstiftstrich auf Gold proberträger a) vor und b) nach Bedampf ung mit 2,5-DHB und Befeuchtung (650 x 500 μm) Abbildung 17:Felt pen stroke on gold test carrier a) before and b) after steaming with 2.5-DHB and moistening (650 x 500 μm) Figure 17:
Veränderung des Randes des Peptidgemischtropfens auf Goldträger (650 x 500 μm) a) Nach Bedampfung mit 2,5-DHB b) Nach Inkubation mit WasserChange of the edge of the peptide mixture drop on gold carrier (650 x 500 μm) a) After evaporation with 2,5-DHB b) After incubation with water
Abbildung 18: lonenverteilungsbilder der Grenze eines präparierten Peptidgemischs (100 x 100 μm, 1 μm Schrittweite) a) 2,5-DHB, m/z 273 b) Rote Filzstiftfarbe, m/z 450 c) Substanz P, m/z 1348Figure 18: Ion distribution images of the boundary of a prepared peptide mixture (100 x 100 μm, 1 μm increment) a) 2,5-DHB, m / z 273 b) Red felt tip pen color, m / z 450 c) Substance P, m / z 1348
Abbildung 19: Behälter 23 zum Befeuchten des Probenträgers mit Analyten 20 a) Behälter 23 mit Deckel 24 b) Behälter 23 ohne Deckel mit Probenträger 20 auf Probenauflage 25 Figure 19: Container 23 for moistening the sample carrier with analyte 20 a) Container 23 with lid 24 b) Container 23 without lid with sample carrier 20 on sample support 25

Claims

[Ansprüche] [Expectations]
1. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der oder die Analyten auf den Probenträger aufgebracht, danach die Matrix auf dem oder den im Wesentli- chen festen Analyten abgelagert und zuletzt der Analyt durch Behandlung der Matrix mit einem Dampf eines Lösungsmittels der Matrix richtungskontrolliert in die Matrix inkorporiert wird.1. Process for the preparation of analytes for mass spectrometry, characterized in that in a first step the analyte or analytes are applied to the sample carrier, then the matrix is deposited on the essentially solid analyte or analytes and finally the analyte by treating the matrix with a vapor of a solvent of the matrix is incorporated into the matrix in a direction-controlled manner.
2. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Zweck der richtungskontrol- lierten Inkorporation des oder der Analyten in die Matrix nacheinander folgende Schritte durchgeführt werden:2. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to claim 1, characterized in that for the purpose of the directionally controlled incorporation of the analyte or analytes into the matrix, the following steps are carried out in succession:
- Probenträger in einen im Wesentlichen abgeschlossenen Behälter überführen, wobei der Behälter ein Lösungsmittelreservoir oder eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Lösungsmittelreservoirs enthält, - Befüllen des Lösungsmittelreservoirs mit einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch und, falls es sich nicht um ein in den Behälter integriertes Lösungsmittelreservoir handelt, Verbringen des gefüllten Lösungsmittelreservoirs in den Behälter,- Transfer the sample holder into a substantially closed container, the container containing a solvent reservoir or a device for receiving a solvent reservoir, - Filling the solvent reservoir with a solvent or a solvent mixture and, if it is not a solvent reservoir integrated in the container, move it the filled solvent reservoir in the container,
- Lösungsmittelreservoir erhitzen bis zur Sättigung der Behälteratmosphäre mit Lösungsmitteldampf,- heat the solvent reservoir until the container atmosphere is saturated with solvent vapor,
- Probenträger 3 Stunden bis 14 Tage unter der gesättigten Lösungsmitteldampfatmosphäre im Behälter belassen, bis die Integration des oder der Analyten in die Matrixschicht beendet ist,- Leave the sample holder in the container under the saturated solvent vapor atmosphere for 3 hours to 14 days until the integration of the analyte or analytes into the matrix layer has ended,
- den Matrixschicht und Analyt enthaltenden Probenträger aus dem Behälter entfernen. - Remove the sample carrier containing the matrix layer and analyte from the container.
3. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel oder die Lösungsmittel zur Befüllung des Lösungsmittelreservoirs ausgewählt sind aus der Gruppe Wasser, Methanol, Ethanol, Aceton, Acetonitril, Propanol, Isopropanol, 5 n-Butanol, iso-Butanol, tert.-Butanol, Essigsäureethylester, Benzol, Toluol, 1 ,2- Dimethylbenzol, 1 ,3-Dimethylbenzol, 1 ,3. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to claim 2, characterized in that the solvent or solvents for filling the solvent reservoir are selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, acetone, acetonitrile, propanol, isopropanol and 5 n-butanol , isobutanol, tert-butanol, ethyl acetate, benzene, toluene, 1, 2-dimethylbenzene, 1, 3-dimethylbenzene, 1,
4-Dimethylbenzol, Cyclohexan, Cyclo- hexanol, Dichlormethan, Chloroform, Trifluoressigsäure, Essigsäure, Dime- thylformamid, Diethylamin, Phenylethylamin, Ester, Ether, Carbonsäuren, Ami- ne, Aliphaten, Aromaten, Araliphaten, Halogenaliphaten.0 4. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel ganz oder teilweise deuteriert ist, wobei es sich bevorzugt um D2O handelt. 4-Dimethylbenzene, cyclohexane, cyclohexanol, dichloromethane, chloroform, trifluoroacetic acid, acetic acid, dimethylformamide, diethylamine, phenylethylamine, esters, ethers, carboxylic acids, amines, aliphatics, aromatics, araliphatics, haloalipates. 4. Process for preparation of analytes for mass spectrometry according to claim 2 or 3, characterized in that the solvent is wholly or partially deuterated, which is preferably D 2 O.
5. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre5 bei der Integration des oder der Analyten in die Matrixschicht zusätzlich zum Lösungsmitteldampf ein Trägergas enthält, ausgewählt aus der Gruppe Luft, Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Kohlendioxid. 5. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to one of claims 2 to 4, characterized in that the atmosphere 5 contains a carrier gas in addition to the solvent vapor when the analyte or analytes are integrated into the matrix layer, selected from the group consisting of air, nitrogen and helium , Neon, argon, krypton, xenon, carbon dioxide.
6. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammen- o setzung des Trägergases während der Integration des oder der Analyten in die Matrixschicht verändert wird. 6. Process for the preparation of analytes for mass spectrometry according to one of claims 2 to 5, characterized in that the composition of the carrier gas is changed during the integration of the analyte or analytes into the matrix layer.
7. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Probenträgers ausgewählt ist aus Metallen, bevorzugt Gold oder Aluminium,5 Metalllegierungen, Stahl, Silicium, Teflon, Quarz, PVDF, Cellulose, regene- rierter Cellulose, anionisch modifizierter Cellulose, kationisch modifizierter Cellulose, Nylon, Nitrocellulose, mit Beads oder Ankermolekülen modifizierten Oberflächen. 7. Process for the preparation of analytes for mass spectrometry according to one of claims 2 to 6, characterized in that the material of the sample holder is selected from metals, preferably gold or aluminum, 5 metal alloys, steel, silicon, Teflon, quartz, PVDF, cellulose rain rated cellulose, anionically modified cellulose, cationically modified cellulose, nylon, nitrocellulose, surfaces modified with beads or anchor molecules.
8. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß 5 einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Methode zur Aufbringung des oder der Analyten auf den Probenträger ausgewählt ist aus Aufsprühen und anschließendem Trocknen, Bindung des oder der Analyten an Ankermoleküle oder Beads oder mit Ankermolekülen versehene Beads, Bindung an feste Träger, Bindung an Kügelchen, Bindung an Nadeln, Bindung an0 Kämme, Bindung an Wafer, Versprühen in einem geeigneten Lösungsmittel mit Hilfe eines Gasstromes, Versprühen in einem geeigneten Lösungsmittel mit Hilfe eines elektrischen Potentials (Elektrospray-Verfahren), mechanisches Verteilen des festen Analyts oder der festen Analyte, Stempeln, Drucken, Laserdruckverfahren, Thermotransferverfahren, Tintenstrahldruckverfahren, Mo-5 lekularstrahlepitaxie, Elektrodiffusion, elektrochemisches Abscheiden, Ultra- schallvemebelung, Sublimieren und anschließendes Niederschlagen, sowie - falls es um Analyten biologischen Ursprungs handelt - Aufpressen, Aufwachsen oder Kleben. 9. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß o einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Methode zur Aufbringung der Matrix ausgewählt ist aus Versprühen in einem geeigneten Lösungsmittel mit Hilfe eines Gasstromes, Versprühen in einem geeigneten Lösungsmittel mit Hilfe eines elektrischen Potentials (Elektrospray-Verfahren), mechanisches Verteilen des festen Analyts oder der festen Analyte, Stempeln, 5 Drucken, Laserdruckverfahren, Thermotransferverfahren, Tintenstrahldruck- verfahren, Molekularstrahlepitaxie, Elektrodiffusion, elektrochemisches Abscheiden, Ultraschallvernebelung, Sublimieren und anschließendes Niederschlagen.8. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to 5 one of claims 2 to 7, characterized in that the method for applying the analyte or analytes to the sample carrier is selected from spraying and subsequent drying, binding of the analyte or analytes to anchor molecules or Beads or beads provided with anchor molecules, binding to solid supports, binding to beads, binding to needles, binding to combs, binding to wafers, spraying in a suitable solvent using a gas stream, spraying in a suitable solvent using an electrical potential (electrospray -Method), mechanical distribution of the solid analyte or analytes, stamping, printing, laser printing processes, thermal transfer processes, ink jet printing processes, Mo-5 lecular beam epitaxy, electrodiffusion, electrochemical deposition, ultrasonic nebulization, sublimation and subsequent deposition, and - if it concerns An alyten of biological origin - pressing, growing or gluing. 9. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to one of claims 2 to 8, characterized in that the method for applying the matrix is selected from spraying in a suitable solvent using a gas stream, spraying in a suitable solvent using a electrical potential (electrospray process), mechanical distribution of the solid analyte or analytes, stamping, 5 printing, laser printing process, thermal transfer process, ink jet printing process, molecular beam epitaxy, electrodiffusion, electrochemical deposition, ultrasonic nebulization, sublimation and subsequent precipitation.
10. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des oder der Analyten und/oder die Aufbringung der Matrixsubstanz durch Bedampfung der Probenträgeroberfläche erfolgt, wobei nacheinander folgende Schritte durchgeführt werden:10. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to one of claims 2 to 9, characterized in that the application of the analyte or analytes and / or the application of the matrix substance is carried out by vapor deposition of the sample carrier surface, the following steps being carried out in succession:
- den oder die Analyten oder die Matrixsubstanz in einen Behälter einer Va- kuumkammer bringen,- bring the analyte (s) or the matrix substance into a container of a vacuum chamber,
- Probenträger im Abstand von 5 mm bis 40 mm zu diesem Behälter in der so in der Vakuumkammer befestigen, dass die zu bedampfende Seite des Probenträgers dem oder den die Analyten oder der Matrixsubstanz zugewandt ist, - Vakuumkammer evakuieren, wobei der Druck innerhalb der Kammer nach erfolgter Evakuierung bevorzugt 100 mBar bis 1*10"2 mBar beträgt,- Secure the sample holder at a distance of 5 mm to 40 mm to this container in the vacuum chamber so that the side of the sample holder to be evaporated faces the analyte or the matrix substance, - Evacuate the vacuum chamber, the pressure inside the chamber decreasing evacuation is preferably 100 mbar to 1 * 10 "2 mbar,
- Behälter erhitzen, bis der oder die Analyten oder die Matrixsubstanz sublimieren, und anschließende diese Temperatur halten,- heat the container until the analyte (s) or the matrix substance sublime and then maintain this temperature,
- den oder die Analyten oder die Matrixsubstanz auf der Probenträgerober- fläche abscheiden, bevorzugt innerhalb von 2 bis 15 Minuten,- deposit the analyte (s) or the matrix substance on the sample carrier surface, preferably within 2 to 15 minutes,
- Wärmezufuhr beenden und Vakuumkammer belüften, bis der Druck im Inneren dem Umgebungsdruck entspricht,- stop the supply of heat and ventilate the vacuum chamber until the pressure inside corresponds to the ambient pressure,
- bedampften Probenträger entnehmen.- Remove the vaporized sample holder.
11. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Matrixsubstanz gemäß dem Verfahren nach Anspruch 10 erfolgt, wobei bevorzugt Schichtdicken von 0,5 μm bis 3 μm erzeugt werden. 12. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixsub- stanz ausgewählt ist aus 2-Aminobenzoesäure, 3-Aminobenzoesäure, 3,5- Dimethoxy-4-hydroxyzimtsäure (Sinapinsäure), alpha-Cyano-4- hydroxyzimtsäure (CHCA), 3-Hydroxypicolinsäure (3-HPA), 2,5- Dihydroxybenzoesäure (2,5-DHB), 2,3-Dihydroxybenzoesäure, 2,4- Dihydroxybenzoesäure, 2,6-Dihydroxybenzoesäure, 3,4- Dihydroxybenzoesäure, 2,5-Dihydroxybenzoesäure, Picolinsäure, 2,4,6- Trihydroxyacetophenon, 2,3,4-Trihydroxyacetophenon, Nitrobenzylalkohol, Nikotinsäure, Ferulasäure, Kaffeesäure, Ellagsäure, cis-o-Cumarsäure, trans-o- Cumarsäure, cis-p-Cumarsäure, trans-p-Cumarsäure, 6-Aza-2-thiothymidin, Harnstoff, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Malonsäure, Malononitril. 13. Verfahren zur Praparation von Analyten für die Massenspektrometrie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyt oder die Analyten und / oder die Matrixsubstanz durch mehrmalige Wiederholung eines Verfahrens und / oder durch Kombination mehrerer Verfahren zur Aufbringung von Analyt und / oder Matrixsubstanz aufgebracht werden. 14. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 2 bis 13 für die Analyse von Substanzen chemischen, biologischen und / oder biochemischen Ursprungs, bevorzugt für die Analyse mittels der hoch auflösenden scannenden MALDI-Massenspektrometrie. 15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend - eine Halterung (18) für einen Träger (20),11. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to one of claims 2 to 10, characterized in that the application the matrix substance is carried out according to the method of claim 10, layer thicknesses of 0.5 μm to 3 μm being preferably produced. 12. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to one of claims 2 to 11, characterized in that the matrix substance is selected from 2-aminobenzoic acid, 3-aminobenzoic acid, 3,5-dimethoxy-4-hydroxycinnamic acid (sinapic acid), alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA), 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA), 2,5-dihydroxybenzoic acid (2,5-DHB), 2,3-dihydroxybenzoic acid, 2,4-dihydroxybenzoic acid, 2,6-dihydroxybenzoic acid , 3,4-dihydroxybenzoic acid, 2,5-dihydroxybenzoic acid, picolinic acid, 2,4,6-trihydroxyacetophenone, 2,3,4-trihydroxyacetophenone, nitrobenzyl alcohol, nicotinic acid, ferulic acid, caffeic acid, ellagic acid, cis-o-cumaric acid, trans-o - Cumaric acid, cis-p-cumaric acid, trans-p-cumaric acid, 6-aza-2-thiothymidine, urea, succinic acid, adipic acid, malonic acid, malononitrile. 13. A method for the preparation of analytes for mass spectrometry according to one of claims 2 to 12, characterized in that the analyte or the analytes and / or the matrix substance by repeated repetition of a method and / or by combining several methods for applying analyte and / or matrix substance can be applied. 14. Use of the method according to one of claims 2 to 13 for the analysis of substances of chemical, biological and / or biochemical origin, preferably for the analysis by means of the high-resolution scanning MALDI mass spectrometry. 15. Device for performing the method according to one of claims 1 to 13, comprising - a holder (18) for a carrier (20),
- sowie Mittel zur Aufbringung eines oder meherer Analyten auf den Träger (20), - und Mittel (19) zur Ablagerung einer Matrix auf dem oder den Analyten,- and means for applying one or more analytes to the support (20), and means (19) for depositing a matrix on the analyte or analytes,
5 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Mittel (23) zur Zuführung eines Dampfes eines Lösungsmittels für die Matrix aufweist. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (23) zur Zuführung eines Dampfes eines Lösungsmittels für die Matrix in Form eines beheizbaren Flüssigkeitsbades ausgeführt sind.0 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Mittel zur Bestimmung der Dicke der Matrix während der Ablagerung der Matrix auf dem Analyten aufweist, zum Beispiel in Form einer Schwingquarzwaage, die so angeordnet ist, dass die Mittel zur Ablagerung der Matrix auf dem Analyten im Wesentlichen im gleichen Wirk-5 Verhältnis zur Wiegefläche der Schwingquarzwaage wie zur Oberfläche des Analyten stehen. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Mittel zur Bestimmung des Grades der Integration des Analyten in die Matrix aufweist, zum Beispiel in Form von Mitteln zur Be- o Stimmung des Volumens der Matrix, welche während des Integrationsvorgangs quillt, oder in Form eines Mikroskops oder in Form eines Fluoreszenzmikroskops im Falle von fluoreszenzmarkierten Analyten oder in Form eines Polarisationsmikroskops im Falle, dass die Integration des Analyten eine Umkristallisation der Matrix auslöst. 5 characterized in that the device further comprises means (23) for supplying a vapor of a solvent for the matrix. 16. The device according to claim 15, characterized in that the means (23) for supplying a vapor of a solvent for the matrix are designed in the form of a heatable liquid bath. 17. The device according to one of claims 15 to 16, characterized in that the The device further comprises means for determining the thickness of the matrix during the deposition of the matrix on the analyte, for example in the form of a quartz crystal balance, which is arranged in such a way that the means for depositing the matrix on the analyte have essentially the same ratio to the Weighing surface of the quartz crystal balance must be at the surface of the analyte. 18. Device according to one of claims 15 to 17, characterized in that the device further comprises means for determining the degree of integration of the analyte in the matrix, for example in the form of means for determining the volume of the matrix, which during of the integration process swells, or in the form of a microscope or in the form of a fluorescence microscope in the case of fluorescence-labeled analytes or in the form of a polarization microscope in the event that the integration of the analyte triggers a recrystallization of the matrix.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung für einen oder mehrere Träger (20) relativ zu den Mitteln zum Aufbringen eines Analyten und den Mitteln (19) zur Ablagerung einer Matrix auf dem Analyten beweglich ausgebildet ist und die Anordnung so ausge- führt ist, dass der oder die Träger9. Device according to one of claims 15 to 18, characterized in that the holder for one or more carriers (20) is designed to be movable relative to the means for applying an analyte and the means (19) for depositing a matrix on the analyte and the arrangement is such that the carrier or carriers
- zunächst mit den Mitteln zur Aufbringung eines Analyten auf den oder die Träger (20),- initially with the means for applying an analyte to the carrier (s) (20),
- danach mit den Mitteln (19) zur Ablagerung einer Matrix auf dem oder den Analyten und den zugeordneten Mitteln zur Bestimmung der Dicke der Matrix,- thereafter with the means (19) for depositing a matrix on the analyte or analytes and the associated means for determining the thickness of the matrix,
- und danach mit den Mitteln (23) zur Zuführung eines Dampfes mit den zugeordneten Mitteln zur Bestimmung des Grades der Integration des Analyten in die Matrix in Wechselwirkung tritt zur Automatisierung der Praparation. - and then interacts with the means (23) for supplying a steam with the associated means for determining the degree of integration of the analyte in the matrix for automation of the preparation.
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