Modified target surface to enhance performance during MALDI analysis

Význam tématu

Metoda MALDI (Matrix‐Assisted Laser Desorption/Ionization) hmotnostní spektrometrie představuje nenahraditelný nástroj pro rychlou a citlivou analýzu biomolekul, peptidů, proteinů a malých organických látek. Zvýšení hustoty vzorků a snížení objemu kapalin na analytickém místě umožňuje vyšší průchodnost, úsporu vzorku a lepší senzitivitu, což je klíčové zejména v oblasti drug discovery, proteomiky a bioanalytiky.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat, jak povrchová úprava MALDI targetů pomocí technologie Aquarray Droplet Microarray (DMA) optimalizuje přípravu vzorků a zvýší citlivost MALDI analýzy. Jako modelový analyzát byl použit Glu1‐Fibrinopeptid B (GluFib) a srovnány výsledky na dvou typech Shimadzu MALDI přístrojů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu vzorků byly Shimadzu FleximassTM‐SR0 MALDI targety chemicky modifikovány do vzoru omnifilních skvrn obklopených omnifobními oblastmi. Na tomto povrchu vznikly nanodroplety o průměru 900 µm s mezerou 225 µm, což umožnilo umístit až 705 vzorků na jednu destičku (běžně 48 vzorků).

Vzorky a matrix (CHCA) byly aplikovány:

• automaticky pomocí non‐contact liquid dispenseru I-DOT Mini AQ Edition (50 nL analyzátu + 50 nL matrix),
• manuálně pipetou (100 nL analyzátu + 100 nL matrix).

Analýza byla prováděna na:

• Shimadzu MALDI-8020 bench-top TOF instrumentu,
• Shimadzu MALDIminiTM-1 bench-top MALDI digital ion trap (DIT) instrumentu.

Použitá instrumentace

• Aquarray Droplet Microarray (DMA) módifikace povrchu,
• Shimadzu FleximassTM-SR0 MALDI targety,
• Non‐contact liquid dispenser I-DOT Mini AQ Edition,
• Shimadzu MALDI-8020 TOF,
• Shimadzu MALDImini-1 DIT.

Hlavní výsledky a diskuse

Na modifikovaných površích se počet analyzovatelných vzorků zvýšil 14krát (705 vs. 48). Limit detekce GluFib na MALDI-8020 klesl na 10 amol (oproti specifikovaným 250 amol), což představuje ~25násobné zlepšení. Na MALDImini-1 byl zjištěn LOD okolo 50 amol (oproti 1 fmol), tj. ~20násobný nárůst citlivosti. Obě platformy ukázaly konzistentní zlepšení. Vyšší hustota nanodropletů vede k lepší lokalizaci matrix a analyzátu, zefektivnění ionizace a snížení šumu.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zvýšení throughput v high‐throughput aplikacích,
• Signifikantní úspora objemu vzorku a reagenčních roztoků,
• Možnost plné automatizace přípravy vzorků,
• Vysoká citlivost vhodná pro vzácné nebo drahé analyty.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metody na další typy biologických a chemických analyzátů,
• Integrace s jinými hyphenovanými metodami (LC-MALDI, IMS-MALDI),
• Další optimalizace povrchových úprav pro specifické aplikace,
• Plná automatizace ve velkoplošných screeningových platformách.

Závěr

Kombinace Aquarray DMA technologie s MALDI přístroji Shimadzu poskytuje výrazný nárůst počtu analyzovatelných vzorků a citlivosti. Tato přístupná a snadno rozšiřitelná metoda má potenciál zásadně zlepšit workflow v analytických laboratořích zaměřených na proteomiku, metabolomiku a drug discovery.

Reference

1. Benz M, Asperger A, Hamester M, Welle A, Heissler S, Levkin PA (2020) A combined high-throughput and high-content platform for unified on-chip synthesis, characterization and biological screening. Nature Communications, 11, 5391.
2. Benz M, Molla MR, Böser A, Rosenfeld A, Levkin PA (2019) Marrying chemistry with biology by combining on-chip solution-based combinatorial synthesis and cellular screening. Nature Communications, 10, 2879.