ART CONSERVATION WITH DESI MS IMAGING: DIRECT MAPPING OF COMPOUND LOCALIZATION ON WOOD SAMPLES

Význam tématu

Ochrana uměleckých a historických dřevěných artefaktů vyžaduje neinvazivní analytické metody, které zachovávají integritu vzorku. Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry Imaging (DESI MSI) v kombinaci s ion mobility MS umožňuje mapování molekulárního složení dřeva přímo na povrchu, aniž by bylo nutné vzorky destruktivně připravovat.

Cíle a přehled studie

• Mapovat prostorové rozložení endogenních metabolitů v historickém dřevě francouzského barberry (Berberis vulgaris) a kubánského mahagonu (Swietenia mahagoni).
• Ověřit schopnost DESI MSI provádět opakované analýzy bez viditelného poškození vzorku.
• Demonstrace využití ion mobility (TWIMS) pro rozlišení izobarických sloučenin.

Použitá metodika a instrumentace

• Ionizační technika: DESI MSI v módech pozitivní a negativní ionizace.
• Instrumentace: Waters DESI XS zdroj, SYNAPT™ XS ion mobility QToF (TWIMS) pro shape/structure separaci před ToF MS.
• DESI solvent: 98:2 methanol:voda s 0,01 % formiové kyseliny, průtok 2 µL/min, tlak N2 0,9 bar, sprayer voltage 0,7 kV.
• Rozlišení MSI: pixel size 50 µm.
• Software: MassLynx™ 4.2 pro akvizici dat, HDI™ 1.6 pro vizualizaci obrazu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Distribuce alkaloidu berberinu v barberry dřevě kopírovala falešné letokruhy, potvrzeno overlay obrazů MSI a fotografie dřeva.
• Lipid PA(28:4) sledoval skutečné letokruhy, odlišení od berberinu demonstrovalo selektivitu metody.
• Ion mobility separace odhalila dvě izobarické volné mastné kyseliny s rozlišením 2 mDa, které by bez TWIMS zůstaly nerozlišeny.
• U kubánského mahagonu byla lokalizována hydroxybenzoová, hydroxycinnamová a vanillaktická kyselina na různých površích včetně shellakového nátěru.

Přínosy a praktické využití metody

• Neinvazivní chemická charakterizace cenných dřevěných artefaktů bez destrukce vzorku.
• Možnost opakovaných měření na stejném objektu podporuje dlouhodobé sledování stavu.
• Detailní lokalizace metabolit v souvislosti s anatomickou strukturou dřeva, podpora rozhodování v konzervační praxi.
• Zvýšená selektivita díky kombinaci DESI a ion mobility MS, včetně rozlišení izobarických látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metodiky o další ambientní ionizační techniky pro širší spektrum analyzovatelných sloučenin.
• Vývoj pokročilého softwaru pro automatizované zpracování a interpretaci MSI dat.
• Aplikace v autentizaci uměleckých děl a zjišťování restaurátorských zásahů.
• Přenosné systémy pro terénní analýzy kulturního dědictví, včetně textilií či papíru.

Závěr

DESI MS Imaging doplněná o ion mobility představuje výkonný a šetrný nástroj pro mapování endogenních sloučenin v historickém dřevě bez potřeby přípravy vzorku. Metoda umožňuje detailní prostorové rozlišení, identifikaci izobarických struktur a zachování integrity vzorku, což přináší významné přínosy pro konzervation science a uměleckou restauraci.

Reference

1. Wishart DS a kol. HMDB 5.0: the Human Metabolome Database for 2022. Nucleic Acids Res. 2022;50(D1):D622–31.
2. Yang X a kol. Comparative metabolomics analysis reveals the color variation between heartwood and sapwood of Chinese fir. Ind. Crop Prod. 2021;169:113656.
3. Abreu IN a kol. A metabolite roadmap of the wood-forming tissue in Populus tremula. New Phytol. 2020;228:1559–1572.
4. Waters Corporation. Pub. #720004176EN, April 2012.