MALDI-TOF Mass 의 원리 및 응용

MALDI-TOF Mass의 원리 및 응용 (Matrix AssistedLaserDesorption Ionization –Time Of Flight Mass Spectrometry)

MALDI 시료 플레이트에 준비 Laser Sample plate • 시료 (A) 가 과량의 매트릭스(M)과 혼합되어 MALDI plate에 건조됨. • 레이저 섬광이 매트릭스 분자들을 이온화함. • 시료분자들이 매트릭스로부터 proton transfer 에 의해 이온화됨: • MH+ + A  M + AH+. hn AH+ Ground Grid Variable Grid +20 kV • 매트릭스 는 유기산 (organic acid : M) 종류를 사용 • 여기에서는 시료가 protonation 되는 것을 설명하고 있으나, 물질에 따라 deprotonation 이 쉽게 되어 이온화 되는 경우도 있음. • 측정되는 질량값은 시료분자 (A)\의 분자량+1 이거나, 분자량-1 임

Flight Tube (0.5 – 4m) Ion Source (4 – 25 KV) Detector 가벼운 이온들은 무거운 이온들보다 먼저 검출기에 도착한다. TOF에서 분자 이온들의 분리

Flight Tube Detector 4-25 kV Ion Source Reflector (Ion Mirror) Reflector TOF내 분자이온의 비행 Reflector 또는 ion mirror 는 이온발생 부위에서 동일한 질량의 이온들이 초기 에너지 분포(initial energy spread)를 갖는 것을 보정하여 분리능을 증가 시킨다. • 주어진 진공상태의 비행관 (tube) 내에서 이온이 비행할 수 있는 거리를 길게 해주어 분리능(resolution)을 향상 되는 디자인 • Peptide등의 정확한 질량 분석이 필요한 Proteomics 응용에 적합함 • Reflector (ion mirror)를 비행관의 끝에 설치하여 이온 비행 방향을 바꾸어 주고 또 하나 의 검출기(detector) 를 반대편에 설치함. • 이 디자인의 장비로는 응용에 따라 Linear 또는 Reflector 모드로 사용함

1. 시료는 matrix와 혼합하여 target에 건조함 5. Ions 은 질량대 전하(mass to charge) 에 따라 각기 다른 시간(times)에 검출기에 도착 4. Ions 은 전기장에 의해 가속되어 빈관 내부로 비행함(fly down) 20 - 30 kV el Flight tube High vacuum High voltage 2. Target를 MS의 고진공 상태 내부로 도입 • 3. Sample spot 에 laser 를 발사하여, ions은 기체상으로 탈착되며 시계를 시작하여 배행시간 을 ( time of flight) 측정 Tim e 분 석 과 정 • 시료와 matrix 준비 • 시료 플레이트를 질량 분석기 내로 주입 • 레이저로 이온화 • 이온 분자들이 TOF 내 비행 ( m/z 가 적은 분자들이 더 빨리 비행) • 이온 분자들이 검출기에 도달하는 시간을 측정하여 분자량 측정

Compound Concentration Peptides and proteins 0.1 to 10 pmol/µL Oligonucleotides 10 to 100 pmol/µL Polymers 100 pmol/µL Ideal Sample Concentration for MALDI • 1 pmole/ul = 10-6M

종류 응용 Matrix Sinapinic Acid Proteins >10kDa Peptides<10kDa a -Cyano-4-hydroxy-cinnamic acid (CHCA) 2,5-Dihydroxybenzoic acid Neutral Carbohydrates, Synthetic (DHB) Polymers Super DHB Proteins, Glycosylated proteins 3-Hydroxypicolinic acid Oligonucleotides HABA Proteins, Oligosaccharides Matrix

MALDI-TOF 질량분석기의 장점 • 분자량 측정 : 이온화 과정에서 분자구조가 깨어지지 않아 분자량을 측정가능 • 큰분자량 물질 분석: 단백질, 펩타이드, DNA, 폴리머 등 분자량이 큰 고분자 물질의 정확한 분자량 측정이 가능함 (> 400 kDa) • 혼합물 분석 : 한 종류의 성분이 아닌 몇 종류가 혼재해 있어도 분석이 가능함(예, 전기영동 한 단백질 spot 분석 - 보통 몇 개 단백질이 혼재 하는 경우도 있음, 단백질을 protase에 의해 분해 하여 여러 종류의 펩타이드가 혼재 되어 있는 경우, 순수분리 이전 합성 DNA oligo (합성이 실패된 oligo도 혼재함) 분석 • 미량분석 : 매우 민감하여 미량의 시료도 분석 가능 함 : 펩타이드 경우 fmol 분석 가능 • 데이터 분석이 쉬움 : 분자 구조가 깨어 지지 않고, 보통 다 전하를(multiple charging) 않으므로 데이터가 다른 질량 분석기에서 보다 단순하여 해석이 용이함 • 염의 영향이 적음 : 생체단백질 분리에 이용되는 완충용액, 염 등에 LC/MS 보다 영향을 덜 받음 • 분석이 신속함 : 시료와 Matrix 섞어 sample plate에 떨어뜨려 용액을 말리는 시간(약 5~10 분), MALDI-TOF 로 분석하는 시간 (1분 이내) • 기기 사용 및 유지하기 위한 비용이 저렴 : LC/MS, GC/MS 처럼 질소 또는 아르곤 가스를 사용하지 않고, 미량의 Matrix와 ACN, TFA등을 이용함으로 시약 비용도 저렴함 • 사용이 쉬움 : 쉽게 사용법을 배울 수 있고 다양한 응용에 이용됨으로 공동 기기실 장비로 적합

MALDI-TOF Mass 의 원리 및 응용