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基质辅助激光脱附时间分辨质谱

基质辅助激光脱附电离(英语:Matrix-assisted laser desorption/ionization ,MALDI)是一种用于质谱法的温和离子化技术,可以得到用常规离子化方法容易解离为碎片的一些完整大分子质谱讯息,比如生物分子类的DNA生物高分子蛋白质多肽,以及其他大分子量的有机分子,如高分子树状分子和其他高分子。在这方面类似于同样是软离子化方法的电洒游离法英语Electrospray ionization(ESI),不过MALDI更容易得单电荷的离子峰。

MALDI方法过程分为三个步骤。首先,将样品溶液与合适的基质水溶液混合,并取微量混合液体滴置于金属样品板等待干燥。第二步,将脉冲激光照射到样本,引发样品和基质材料的电离和脱附。最后,分析物分子与电离后的基质在脱附过程中进行电荷转移反应,将分析物分子电离。在大多数的生物分子分析上,例如蛋白质多肽,分析物通常都是以质子化去质子化形式产生。在MALDI反应之后,所有产生的离子即被金属样品板上的电压加速进入质谱仪来分析。

历史

基质辅助激光脱附电离(MALDI)这个术语是由弗伦茨·希伦坎普英语Franz Hillenkamp(Franz Hillenkamp),迈克尔·卡拉斯英语Michael Karas(Michael Karas)和他们的同事在1985年提出的。这些研究人员发现,氨基酸丙氨酸可以更容易地离子化,如果它被与氨基酸色氨酸混合,并用266纳米的脉冲激光照射。吸收激光能量的色氨酸能帮助非吸收性的丙氨酸被离子化。当与这种“基质”混合,高达2843Da溶血肽英语Melittin多肽都可以被离子化。真正突破大分子量蛋白质的电离技术则是在1985年初,由在岛津制作所工作的田中耕一和他的同事使用被他们称为“超细金属加液体基质方法”,以混合30纳米颗粒在甘油中,并用337纳米的激光进行电离。使用这种激光和基质组合,田中耕一能够电离高达34472Da的蛋白羧-A分子,而此方法后来被称为软激光脱附法(Soft Laser Desorption,简称SLD)。2002年,约翰·贝内特·芬恩田中耕一因各自开发出ESI与SLD方法,而共享一半的诺贝尔化学奖。随后,卡拉斯和希伦坎普使用尼克酸(nicotinic acid)基质和一个266纳米的激光能够电离67 kDa蛋白质白蛋白(albumin).。进一步改进是通过使用355纳米的激光肉桂酸衍生物阿魏酸咖啡酸芥子酸作为基质实现。由于337纳米波长运行的小型和相对廉价的氮激光出现,在1990年代初期推出的第一款商业仪器把MALDI仪器带给了越来越多的研究人员。今天,大部分被用于MALDI质谱分析的基质都是有机化合物。

应用

生物化学

在蛋白质组学中,MALDI用于快速鉴定通过凝胶电泳分离的蛋白质:SDS-PAGE大小排除层析法英语Size-exclusion chromatography,亲和层析,强/弱离子交换,同位素编码蛋白标记(ICPL)和双向电泳肽质量指纹识别英语Peptide mass fingerprinting是MALDI-TOF质谱仪最流行的分析应用。 MALDI TOF / TOF质谱仪用于揭示肽的氨基酸序列,使用源后衰变或高能碰撞诱导的解离英语Collision-induced dissociation(进一步使用参见质谱法)。

有机化学

一些合成大分子,例如索烃轮烷树状物和超支化聚合物,以及其他组件,具有延伸到数千或数万的分子量,其中大多数电离技术难以产生分子离子。 MALDI是一种简单快速的分析方法,可以让化学家快速分析这些合成的结果并验证其结果[来源请求]

聚合物

在高分子化学中,MALDI可用于确定摩尔质量分布英语Molar mass distribution分散度英语Dispersity大于1.2的聚合物很难通过MALDI进行表征,原因是信号强度与较高质量的低聚物有所区别。

聚合物的良好基质是二乙醇英语Dithranol或三氟乙酸银(AgTFA)。 样品必须首先与二乙醇混合,然后添加AgTFA。 否则样品将从溶液中沉淀出来。

微生物学

MALDI/TOF光谱用于鉴定微生物,例如细菌或真菌。 将一部分微生物菌落放在样品靶标上,并覆盖基质。 生成的质谱图通过专用软件进行分析,并与存储的配置文件进行比较。 通过该程序进行的物种诊断比基于免疫学或生化测试的其他程序更快,更准确且更便宜。 MALDI/TOF正在成为医学微生物实验室中进行物种鉴定的标准方法。

与其他微生物鉴定方法相比,一个主要优点是它能够以低成本直接,可靠地从用于分离它们的选择性培养基中鉴定出多种微生物。 无需纯化可疑或“推测性”菌落,可大大缩短周转时间。

另一个优点是可以预测细菌对抗生素的敏感性英语Antibiotic sensitivity。 单个质谱峰可以预测金黄色葡萄球菌的耐甲氧西林(methicillin resistance), MALDI还可以检测耐碳青霉烯的肠杆菌科的碳青霉烯酶,包括鲍氏不动杆菌克雷伯氏肺炎菌。 但是,大多数介导抗生素抗性的蛋白质的蛋白质峰解释范围都大于MALDI-TOF的2000–20,000 Da范围,并且仅偶尔出现,如在2011年NIH的KPC暴发中,可以得出峰值与赋予耐药性的蛋白质之间的相关性。

寄生虫学

MALDI/TOF光谱已被用于检测和鉴定各种寄生虫,例如锥虫,利什曼原虫疟原虫。 除了这些单细胞的寄生虫外,MALDI/TOF还可以用于鉴定寄生昆虫,例如虱子或尾虫(cercariae),即吸虫的自由游动阶段。

医学

MALDI/TOF光谱通常与其他分析和光谱技术一起用于疾病的诊断。 MALDI/TOF是一种很有潜力的诊断工具,因为它可以快速鉴定蛋白质和蛋白质的变化,而无需测序的成本或计算能力,也不需要解决X射线晶体学中晶体结构所需的技能或时间。

参看

外部链接


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