기질 보조 레이저 탈착 이온화
매트릭스 보조 레이저 탈착 이온화(MALDI)는 분자 파편화를 최소화하는 방식으로 대분자로부터 이온을 생성하는 질량 분석의 소프트 이온화 기술입니다. MALDI는 펩타이드, 단백질, 핵산, 폴리머의 분자량 분포 및 올리고머 분석과 같은 생체 대분자의 분자량을 측정하는 데 널리 사용되어 왔습니다. MALDI 질량 분석은 높은 민감도, 넓은 적용 범위, 간단한 작동이라는 특징을 가지고 있습니다. 이 기술은 전통적인 질량 분석 기술을 고분자, 비휘발성, 열에 불안정한 샘플 분석으로 확장합니다.
MALDI 방법은 세 단계로 나뉩니다. 먼저 샘플을 적절한 매트릭스 물질과 혼합하여 금속 판에 적재합니다. 그 다음, 펄스 레이저로 샘플을 조사하여 샘플과 매트릭스 물질의 증발과 탈착을 유도합니다. 마지막으로, 분석 대상 분자는 열 플룸 내에서 양성자화 또는 탈양성자화되어 이온화되고, 이후 질량 분석기로 가속되어 분석됩니다.
MALDI의 원리
열에 민감한 화합물의 경우, 빠르게 가열하면 열 분해를 방지할 수 있습니다. MALDI 기술은 이 원리와 유사합니다: 아주 작은 영역에서, 짧은 시간 간격(ns 수준) 동안, 레이저가 고강도 펄스 에너지를 분석물에 제공하여 즉시 탈착 및 이온화를 유도하며 열 분해를 방지합니다. MALDI는 비휘발성 샘플의 직접 증발 및 이온화를 위한 질량 분석 이온화 방법이지만, 그 이온화 메커니즘은 아직 명확하지 않습니다. 고체 형태로 이온이 형성되는 두 가지 가능성이 있으며, 레이저 조사만이 단순한 방출이거나 레이저에 의해 유도된 이온-분자 반응에 의해 생성될 수 있습니다.
매트릭스 보조 레이저 탈착 이온화
MALDI 매트릭스
매트릭스는 테스트하려는 샘플과 함께 공존하며, 레이저가 샘플을 직접 조사하여 손상시키는 것을 방지하기 위해 레이저 에너지를 흡수하는 물질입니다. 측정할 샘플은 높은 희석 비율(매트릭스: 샘플 = 10000:1)로 매트릭스에 분산되어 있으며, 매트릭스는 특정 파장의 펄스 레이저 에너지를 효과적으로 흡수한 다음 샘플로 고르게 전달하여 샘플을 즉시 증발시키고 이온화합니다. 또한, 대량의 매트릭스는 측정할 샘플을 효과적으로 분산시켜 샘플 분자 간의 상호작용을 줄여줍니다.
매트릭스의 선택은 MALDI 분석에서 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 이상적인 매트릭스는 일반적으로 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다: 사용된 레이저 파장에서 강한 전자 흡수, 우수한 진공 안정성, 낮은 증기압 및 고체 분석물과의 우수한 혼합성을 갖추고 있습니다. MALDI 기술에서는 매트릭스가 샘플 분석에 특별한 역할을 합니다: 샘플을 희석하여 대분자의 집합을 분리하고, 레이저가 샘플을 직접 조사하여 샘플 분자가 분해되는 것을 방지하기 위해 매트릭스가 레이저 에너지를 흡수한 후 샘플로 전달합니다. 매트릭스의 선택은 주로 사용된 레이저의 파장에 따라 결정되며, 그 다음으로 분석 대상의 특성에 따라 결정됩니다. 일반적으로 사용되는 매트릭스로는 니코틴산, 2,5-디하이드록시벤조산 및 3-하이드록시피콜린산이 있습니다.
대부분의 MALDI는 고체(결정체) 유기 매트릭스를 사용하지만, 이러한 매트릭스는 낮은 질량 영역에서 배경 피크를 생성하여 소분자 화합물의 특성을 방해할 수 있습니다. 최근에는 매트릭스 간섭을 줄이거나 제거할 수 있는 새로운 유형의 매트릭스 물질이 보고되었습니다. 예를 들어, 고분자량 포르피린, 계면활성제 억제 매트릭스, 무기 재료, 탄소 나노튜브 및 다공성 실리콘 등이 있습니다. 또한, 매트릭스 용액에 매트릭스 첨가제를 추가하면 분석 결과가 개선되며, 탈착의 민감도, 재현성, 해상도 및 신호 억제 능력이 크게 향상됩니다.
MALDI의 기술적 특징
전자 충격 이온화 및 화학 이온화와 같은 다른 질량 분석 이온화 기술과 비교하여, MALDI 기술은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:
1. 다른 이온화 기술로는 이온화하기 어려운 샘플(특히 생체 대분자)을 이온화할 수 있으며, 명백한 파편이 없는 완전한 이온화 산물을 얻을 수 있습니다.
2. 주로 단일 전하 분자 이온 피크와 간단한 질량 스펙트럼을 가지고 있어 다성분 샘플의 분석에 적합합니다.
3. 샘플 처리에 대한 요구가 엄격하지 않으며, 심지어 처리 없이도 직접 분석할 수 있습니다.
4. MALDI는 푸리에 변환 이온 사이클로트론 공명 질량 분석(FTICR-MS)과 결합하여 그 해상도가 더욱 향상됩니다.
MALDI의 응용
MALDI는 대분자로부터 최소한의 파편화로 이온을 생성할 수 있는 소프트 이온화 기술입니다. MALDI는 생체 분자, 대형 유기 분자 등의 분석에 적용되어 왔습니다.
펩타이드 및 단백질: MALDI 기술은 펩타이드 및 단백질의 분자량과 순도를 측정하는 데 널리 사용됩니다. 예를 들어, 소 탄산무수효소, 벌독 펩타이드, 소 인슐린, 소 인슐린 B 체인, 쇼트박테리오신 S, 미오글로빈, 사이토크롬 C, 트립신원 등이 있습니다. 복잡한 생체 혼합물, 특히 특정 농도의 염 및 완충 용액을 포함하는 샘플의 경우, 신속한 원자 충격(FAB) 및 전기분무 이온화(ESI) 분석이 펩타이드 이온 신호에 억제 작용을 일으킬 수 있습니다. 그러나 MALDI-MS를 사용하여 단백질 가수분해 산물을 분석할 때는 이러한 문제가 발생하지 않습니다. MALDI는 효소적 분해 또는 화학적 분해와 결합하여 단백질 구조 연구 및 유전자 공학 약물과 천연 성분의 구조 일치성 확인에 유용한 방법입니다. 또한, MALDI 기술은 단백질 내 이황화 결합의 위치를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
핵산: 핵산은 극성을 띠고 열에 불안정하여 직접 레이저 탈착 시 쉽게 파손됩니다. MALDI는 핵산 분석, 특히 올리고뉴클레오타이드 분석에서 큰 잠재력을 보여줍니다. 일반적인 매트릭스는 DNA를 완전히 탈착 및 이온화할 수 없으므로 초기 분석은 50개의 염기 이하의 올리고뉴클레오타이드로 제한되었습니다. Becker는 DNA에서 저온 냉동 용액 매트릭스의 적용을 연구하여 MALDI-MS 방법이 100개 이상의 염기를 분석하는 데 사용할 수 있음을 증명했습니다.
탄수화물: MALDI는 탄수화물, 당지질 및 인지질 분석에 사용되었습니다. Papac 등은 2,5-디하이드록시벤조산(DHB)을 매트릭스로 사용하여 중성 당 성분을 양이온 모드에서 측정하는 반사 MALDI를 제안했습니다. 2,4,6-트리하이드록시아세토페논(THAP)을 매트릭스로 사용하여 산성 당 성분을 음이온 모드에서 측정하는 선형 MALDI를 사용했습니다.
고분자 화합물: 고분자 화합물의 몰 질량 및 분포 측정은 고분자 재료의 연구 및 개발에서 매우 중요합니다. MALDI-MS로 고분자 재료의 몰 질량을 측정하는 데는 다음과 같은 특징이 있습니다: 1, 샘플이나 Mark-Houwink 상수에 의존하지 않고 측정; 2, 절대 몰 질량을 측정하여 광산란 및 막 투과법보다 정확도가 높습니다; 3, 평균값만이 아닌 몰 질량 분포를 획득합니다; 말단 구조 정보를 동시에 제공합니다; 공중합체 및 접합 중합체와 같은 폴리머의 몰 질량을 측정할 수 있습니다.
MALDI 질량 분석기는 높은 민감도, 넓은 적용 범위, 간단한 작동의 특징을 가지고 있습니다. 이 기술은 소분자 연구를 주로 하는 전통적인 질량 분석 기술을 고분자, 비휘발성, 열에 불안정한 샘플 분석으로 확장합니다.
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