Научная статья на тему 'Модификация MALDI-мишени наночастицами при электрораспылении суспензии оксида железа(III) в нормальных условиях'

Модификация MALDI-мишени наночастицами при электрораспылении суспензии оксида железа(III) в нормальных условиях Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
156
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Научное приборостроение
ВАК
RSCI
Область наук
Ключевые слова
МЕТАЛЛ-АФФИННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ / МАLDI-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ / ОКСИД ЖЕЛЕЗА(III) / ФОСФОПРОТЕОМИКА / МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ / ЭЛЕКТРОСПРЕЙ / METAL AFFINITY CHROMATOGRAPHY / MALDI-MASS SPECTROMETRY / IRON(III) OXIDE / PHOSPHOPROTEOMICS / SURFACE MODIFICATION / ELECTROSPRAY

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Кельциева О. А., Колпакова Ю. Д., Краснов М. Н., Мурадымов М. З., Суходолов Н. Г.

Предложен способ модификации мишени для МАLDI-МS-анализа, позволяющий селективно выделять аналиты из биологических образцов непосредственно на поверхности мишени, как альтернатива классическим методам. Для модификации мишени суспензию металл-аффинного сорбента на основе оксида железа(III) в 50% водно-метанольном растворе электрораспыляли в бескапельном режиме c динамическим делением потока жидкости при атмосферном давлении в нормальных условиях. МАLDI-мишень выступала в качестве противоэлектрода. На МАLDI-мишень наносился слой сорбента в виде пятна, частицы которого в дальнейшем устойчивы к воздействию растворителей. На модифицированной МАLDI-мишени проводилось металл-аффинное обогащение фосфорилированного пептида с аминокислотной последовательностью SSNGHV(pY)EKLSSI из образца триптического гидролизата глобина человека. МАLDI-масс-спектр записывали с пятна сорбента. Такая методика создана в качестве альтернативы трудоемкой пробоподготовке биопроб и позволяет ограничиться минимальными объемами образца и растворителей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Кельциева О. А., Колпакова Ю. Д., Краснов М. Н., Мурадымов М. З., Суходолов Н. Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODIFICATION OF MALDI TARGETS BY NANOPARTICLES DURING IRON OXIDE(III) SUSPENSION ELECTROSPREYING UNDER NORMAL CONDITIONS

A method for modifying a target for the MALDI-MS analysis is proposed, allowing selective isolation of analytes from biological samples directly on the target surface, as an alternative to classical methods. To modify the target, a suspension of the metal-affinity sorbent based on iron (III) oxide in a 50% aqueous methanol solution was electrosprayed in drip-free mode with dynamic dividing the fluid flow at atmospheric pressure under normal conditions. The MALDI target acted as a counter electrode. A sorbent layer was deposited on the MALDI target in the form of a spot, the particles of which are subsequently resistant to solvents. A metal-affinity enrichment of a phosphorylated peptide with the amino acid sequence SSNGHV(pY)EKLSSI from a sample of human tryptic hydrolyzate was performed on a modified MALDI target. MALDI-mass spectrum was recorded from the sorbent spot. This technique was created as an alternative to the laborious sample preparation of bioassays and allows to limit the minimum volume of the sample and solvents.

Текст научной работы на тему «Модификация MALDI-мишени наночастицами при электрораспылении суспензии оксида железа(III) в нормальных условиях»

ISSN 0868-5886

НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, 2019, том 29, № 2, c. 5-11

- ПРИБОРОСТРОЕНИЕ ДЛЯ БИОЛОГИИ ^

И МЕДИЦИНЫ

УДК 602.42

© О. А. Кельциева, Ю. Д. Колпакова, М. Н. Краснов, М. З. Мурадымов, Н. Г. Суходолов,

Н. В. Краснов, Е. П. Подольская, 2019

МОДИФИКАЦИЯ MALDI-МИШЕНИ НАНОЧАСТИЦАМИ ПРИ ЭЛЕКТРОРАСПЫЛЕНИИ СУСПЕНЗИИ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА(Ш) В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Предложен способ модификации мишени для МАLDI-МS-анализа, позволяющий селективно выделять ана-литы из биологических образцов непосредственно на поверхности мишени, как альтернатива классическим методам. Для модификации мишени суспензию металл-аффинного сорбента на основе оксида железа(Ш) в 50% водно-метанольном растворе электрораспыляли в бескапельном режиме с динамическим делением потока жидкости при атмосферном давлении в нормальных условиях. МАLDI-мишень выступала в качестве противоэлектрода. На МАLDI-мишень наносился слой сорбента в виде пятна, частицы которого в дальнейшем устойчивы к воздействию растворителей. На модифицированной МАLDI-мишени проводилось металл-аффинное обогащение фосфорилированного пептида с аминокислотной последовательностью SSNGHV(pY)EKLSSI из образца триптического гидролизата глобина человека. МАLDI-масс-спектр записывали с пятна сорбента. Такая методика создана в качестве альтернативы трудоемкой пробоподготовке биопроб и позволяет ограничиться минимальными объемами образца и растворителей.

Кл. сл.: металл-аффинная хроматография, МАLDI-масс-спектрометрия, оксид железа(Ш), фосфопротеомика, модификация поверхности, электроспрей

ВВЕДЕНИЕ

Анализ биологических образцов требует чувствительного метода обнаружения и тщательной подготовки образца к анализу, т. к. образец представляет собой сложную матрицу, а аналит, как правило, присутствует в низких концентрациях. Одним из специфичных и селективных методов, применяемых для пробоподготовки биологических образцов, является металл-аффинная хроматография. Сорбенты, применяемые в этом методе, содержат в своем составе различные металлы. Как известно, ионы переходных металлов могут взаимодействовать с различными функциональными группами органических и биоорганических молекул с разной эффективностью [1].

Как правило, металл-аффинную хроматографию проводят в микроколонках различных форматов, заполненных сорбентом, затем разделенные фракции анализируют инструментальными методами. Например, используют высокоэффективную жидкостную хроматографию или же методы масс-спектрометрии. Для биологических образцов и объектов окружающей среды актуальны методы масс-спектрометрии с мягкой ионизацией, такие как электроспрей [2, 3] и МАLDI [4].

В последнее время ученые предложили проводить пробоподготовку некоторых образцов непосредственно на поверхности стальной мишени для

МАLDI-масс-спектрометрии и в первую очередь аффинное концентрирование аналитов для целей фосфопротеомики и аддуктомики. Для этого поверхность мишени модифицируют различными методами, получая активную поверхность, которую в дальнейшем используют для разделения и концентрирования образца. Способы модификации поверхности весьма разнообразны, а в основу активной поверхности могут входить и металл-аффинные сорбенты. Например, в работе [5] использовали реактивный метод осаждения, заключающийся в электрораспылении раствора, содержащего 70% zircoшum(IV)-n-propoxide на поверхность мишени, обработанную кислородной плазмой, процесс занимал от 1.5 до 4 ч. Зачастую поверхность мишени модифицировали частицами оксидов, закрепляя их при помощи полимеров [6] или нагрева [7]. Также был предложен метод получения одноразовых мишеней из алюминиевой фольги, на которую наночастицы диоксида титана наносились с помощью трафаретной печати с последующим запеканием [8].Предложенные подходы в первую очередь созданы как альтернатива трудоемкой и дорогой пробоподготовке биообразцов, направленной на концентрирование аналита перед анализом и удаление примесей.

В нашей работе предложен метод модифицирования поверхности МАLDI-мишени металл-аффинными сорбентами в ходе электрораспыле-

Рис. 1. Вид пятна нанодисперсного сорбента на основе оксида железа на подложке при электрораспылении суспензии с динамическим делением потока в бескапельном режиме. Диаметр пятна ~5 мм

Рис. 2. Схема экспериментальной установки по нанесению сорбента на подложку с использованием методики электрораспыления в бескапельном режиме. 1 — устройство десорбции заряженных частиц; 2 — металлический капилляр; 3 — шприц; 4 — блок питания; 5 — высоковольтный контакт; 6 — капилляр-изолятор; 7 — воздушный мембранный насос; 8 — входной механический манометрический датчик; 9 — автомобильный топливный фильтр TS07T; 10 — выходной механический манометрический датчик; 11 — механический ротаметр; 12 — ручной механический клапан; 13 — автомобильный топливный фильтр TS03T; 14 — противоэлектрод; 15 — МАLDI-мишень; 16 — микроскоп; 17 — цифровая видеокамера; 18 — компьютер; 19 — светодиодный узел; 20 — источник питания светодиодов

ния в нормальных условиях, не требующий применения высоких температур или полимеров. Для модификации поверхности использовали ранее разработанный металл-аффинный сорбент на основе оксида железа(Ш) [9], показавший эффективность для решения задач классической фосфопро-теомики.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

В работе использовали устройство, позволяющее проводить электрораспыление суспензии на-нодисперсного оксида железа(Ш) в 50% водно-метанольном растворе с добавлением трифторук-сусной кислоты до концентрации 0.1%. Электрораспыление проводилось в бескапельном режиме с динамическим делением потока суспензии при

нормальных условиях при атмосферном давлении. Нанодисперсные частицы сорбента наносились на поверхность подложки из нержавеющей стали для МАЬБТ-масс-спектрометрического анализа. Движение наночастиц осуществлялось в электрическом поле между вершиной мениска распыляемой суспензии и подложкой. Поверхность подложки предварительно обезжиривали ацетоном и дополнительно никак не подготавливали. В результате электрораспыления на поверхности подложки формировалось пятно сорбента (рис. 1). Сформированные пятна устойчивы к воздействию растворителей, используемых для металл-аффинной хроматографии.

На рис. 2 показана схема экспериментальной установки с использованием новой методики электрораспыления в бескапельном режиме. Устройство электрораспыления и методика, которые позво-

МОДИФИКАЦИЯ MALDI-МИШЕНИ НАНОЧАСТИЦАМИ 7

ляют реализовать электрораспыление в бескапельном режиме при нормальных условиях, подробно описаны в [10]. Установка, на которой производилось напыление наночастиц, включает устройство десорбции заряженных частиц в бескапельном режиме при нормальных условиях (1), состоящее из металлического капилляра (2), по которому поступает коллоидный раствор в область сильного электрического поля на свободном торце капилляра. С другой стороны капилляр присоединен тефло-новой трубкой к системе подачи раствора (3). На металлический капилляр также подается управляемое высокое напряжение (до 5 кВ) от блока питания (4) Stanford research systems Model PS 380/5000V/25W через контакт (5). Вокруг металлического капилляра коаксиально расположен капилляр-изолятор (6) с внутренним диаметром, большим внешнего диаметра металлического капилляра (2), при этом свободный торец металлического капилляра длиннее капилляра изолятора, что позволяет эффективно отсасывать лабораторный воздух в окрестностях мениска. Под воздействием потока воздуха излишек раствора движется по поверхности мениска в сторону, обратную вершине мениска, из которой происходит эмиссия заряженных частиц. Откачка парогазовой смеси, состоящей из лабораторного воздуха и излишков раствора, производится по коаксиальному зазору между капиллярами (2) и (6). Откачивается смесь с помощью воздушного мембранного насоса (7) DAP-6DULVAC. Перед насосом установлена система фильтрации, состоящая из последовательно соединенных входного механического манометрического датчика (8), четырех автомобильных топливных фильтров TS07T (9), выходного механического манометрического датчика (10), за которым

расположен механический ротаметр (11) с ручным механическим клапаном (12) для регулировки потока парогазовой смеси и автомобильный топливный фильтр TS03T (13). Напротив металлического капилляра (2) устройства десорбции заряженных частиц (1) расположен противоэлектрод (14), представляющий собой либо пластину из нержавеющей стали, либо установленную на нее ]МА^1-мишень MALDI Plate (384 circles, 700 um spot dimension) (15). Для визуального наблюдения мениска и процесса десорбции использовали микроскоп (16) МВС-10 (Россия) с расположенной на нем цифровой видеокамерой (17) Lumenera LU100M с USB-выходом. Изображение с видеокамеры поступало на компьютер (18). Для освещения непосредственно области мениска раствора и участка противоэлектрода, на который производилось напыление, использовался светодиодный узел (19), а в качестве источника питания светодиодного узла — блок (20) Agilent E36612 A.

Для бескапельной полевой десорбции заряженных частиц с вершины мениска необходимым условием является стабильный поток суспензии, подбор оптимального напряжения на электродах и стабильный поток откачиваемой из области мениска парогазовой смеси, состоящей из лабораторного воздуха, растворителя, используемого в суспензии, и частиц сорбента. Для контроля режима бескапельного электрораспыления и его стабильности осуществляется наблюдение за формой мениска на торце металлического капилляра. Бескапельному распылению соответствует мениск характерной формы, изображение которого представлено на рис. 3. Важным условием является отсутствие видимой струи микрокапель из вершины мениска.

Рис. 3. Фотография формы мениска в режиме бескапельного электрораспыления

Рис. 4. Мишень, поверхность которой модифицирована сорбентом на основе оксида железа при бескапельном электрораспылении

В случаях несоответствия формы мениска режиму бескапельного электрораспыления нанесение наночастиц на поверхность МАLDI-мишени не осуществляется т.к. напыленный вместе с каплями растворителя сорбент не закреплялся на поверхности подложки после высыхания жидкости. Для выхода на нужный режим регулировали следующие параметры: расстояние между торцом металлического капилляра и мишенью, напряжение между электродами, скорость откачки потока смеси лабораторного воздуха и излишков жидкости на торце капилляра.

После вывода на режим бескапельного электрораспыления регулированием параметров на установке режим оставался стабильным на время распыления. Для получения одного пятна на поверхности мишени требовалось около 20 мин. Напряжение между электродами составляло 43004800 В. Расстояние — порядка 10 мм, объемный расход жидкости находится в диапазоне 100150 мкл/мин. Суспензию предварительно тщательно перемешивали и помещали в УЗ-ванну на 30 мин. В ходе электрораспыления в объем емкости с суспензией опускали барботер, чтобы не допустить возможности оседания частиц на стенках емкости.

В ходе электрораспыления суспензии, содержащей частицы сорбента, на поверхности стальной пластины (рис. 1) или МАLDI-мишени (рис. 4) формируется пятно, образованное сорбентом. Пятно имеет круглую форму и более насыщенно в центре, чем по краям. Сформированные в ходе электрораспыления пятна устойчивы к стиранию и воздействию растворителей, используемых в металл-аффинной хроматографии.

Важное свойство металлопокрытия — это прочность его сцепления с основным металлом

подложки. Межатомные силы характеризуют прочность покрытия на подложке и наиболее сильно действуют на близких расстояниях, порядка нескольких ангстрем. Поэтому для прочного металлопокрытия на подложке покрываемая поверхность должна быть металлически чистой. В случае, когда параметры кристаллической решетки подложки отличаются от решетки покрытия не более 2.4-12.5%, прочность сцепления наиболее сильна [11]. Воспроизводство структуры металла подложки возможно, когда параметры решетки металла подложки и металлического покрытия мало отличаются.

С помощью сканирующего электронного микроскопа Hitachi S-3400N, в состав которого входит аналитическая приставка Oxford Instruments X-Max 20, были получены микрофотографии нанесенного на стальную подложку сорбента на основе оксида железа(Ш) (рис. 5). На изображении видны частицы сорбента, поверхность которых доступна для проведения металл-аффинного анализа.

МАLDI-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

На модифицированных пятнах MALDI-мишени провели металл-аффинное обогащения образца фосфорилированного пептида с аминокислотной последовательностью SSNGHV(pY)EKLSSI и молекулярной массой 1499 Да из образца триптиче-ского гидролизата глобина человека.

Водный раствор пептида SSNGHV(pY)EKLSSI (100 мкг/мл) смешивали с водным раствором триптического гидролизата глобина человека (концентрация глобина до триптического гидролиза составляла 1 мг/мл) в соотношении 1:10.

Рис. 5. Микрофотография поверхности стальной пластинки, поверхность которой модифицирована сорбентом на основе оксида железа

МОДИФИКАЦИЯ MALDI-МИШЕНИ наночастицами

9

На пятно с сорбентом нанесли 5 мкл 70% водного ацетонитрила, выдерживали 1 мин, жидкую фракцию удаляли. На пятно нанесли 8 мкл 1.5% водного раствора аммиака и 1 мкл образца и инкубировали в течение 20 мин, затем каплю собирали и переносили на свободное пятно мишени для последующего контроля проскока с сорбента. Затем провели процедуру промывки: на пятно сорбента наносили 3 мкл 1.5% водного раствора аммиака, пипетировали и удаляли с поверхности. Процедуру повторяли трижды. Далее на пятно сорбента наносили 3 мкл насыщенного раствора а-циано-4-гидроксикоричной кислоты в 50% водном ацето-нитриле с 0.1% трифторуксусной кислотой (здесь

и далее все Sigma Aldrich). После высушивания мишень помещали в масс-спектрометр MALDI-TOF-MS Axima Performance (Shimadzu), и регистрировали масс-спектры в режиме положительных ионов в диапазоне от 700 до 3000 Да. После металл-аффинного анализа в спектре надежно детектируется и идентифицируется сигнал, соответствующий протонированной форме пептида SSNGHV(pY)EKLSSI (m/z 1500) (рис. 6). При этом при удалении супернатанта и на стадии отмывки поверхности модифицированного пятна происходит удаление примесей и нецелевых соединений, достигается эффект концентрирования и повышения чувствительности детекции.

-хЮ4

1.5

1.0

0.5

0.0

- 3 2 1 О

-хЮ4

1529.8

1274.8

1314.7 1378.7

1669.9

1833.9

1798.0 Л 1871.9 1938.9

2059.0

2208.1

1274.8

1529.8

1314.7 _\_

1379.7

1500.1

_L

1833.9

1669.9

2059.0

1939.0

i 2097.0

2208.1

+ 1500.1

1274.2

1314.1 1379.1 _Л_А_

1529.1

1833.2

1871.1 1938.2

2058.2

2208.3

1200

1400

1600

1800

2000

2200

m/z

Рис. 6. МАLDI-масс-спектры.

а — триптический гидролизат глобина человека; б — триптический гидролизат глобина человека с введенным фосфорилированным пептидом; в — триптический гидролизат глобина человека с введенным фосфорилированным пептидом после металл-аффинной хроматографии на МАLDI-мишени

а

б

в

ВЫВОДЫ

Разработана установка, позволяющая наносить на поверхность MALDI-мишени металл-оксидные сорбенты методом электрораспыления в ходе полевой десорбции наночастиц на поверхность мишени. Поверхность MALDI-мишени была модифицирована сорбентом на основе оксида железа(Ш). Полученное покрытие устойчиво к механическому воздействию, воздействию органических растворителей и воды. На модифицированной поверхности мишени проведено металл-аффинное обогащение образца фосфорилированного пептида из триптического гидролизата глобина человека. Для проведения пробоподготовки предложенным методом требуемые объемы образца и растворителей составляют порядка 10 мкл, а десорбция образца с сорбента проходит на стадии нанесения матрицы для MALDI. При удалении супернатанта и на стадии отмывки поверхности модифицированного пятна происходит удаление примесей и нецелевых соединений, достигается эффект концентрирования и повышения чувствительности детекции.

Таким образом, предложенный метод позволяет за короткое время при нормальных условиях провести модификацию поверхности MALDI-мишени и выполнить пробоподготовку биологических образцов непосредственно на ее поверхности.

Данная работа частично выполнена в рамках гос. задания № 075-00780-19-00 Института аналитического приборостроения РАН, г. Санкт-Петербург.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кельциева О.А., Гладилович В.Д., Подольская Е.П. Металл-аффинная хроматография. Основы и применение // Научное приборостроение. 2013. Т. 23, № 1. С. 74-85. URL: http://iairas.ru/mag/2013/abst1.php#abst9

2. Александров М.Л., Барам Г.И., Галль Л.Н., Грачев М.А., Кнорре В.Д., Краснов Н.В., Куснер Ю.С., Миргородская О.А., Николаев В.И., Шкуров В.А. Новый масс-спектрометрический метод определения аминокислотной последовательности пептидов // Биоорганическая химия. 1985. Т. 11, № 5. С. 705-708. URL: http://www.rjbc.ru/arc/11/5/0705-0708.pdf

3. Fenn J.B., Mann M., Meng C.K., Wong S.F., Whitehouse C.M. Electrospray ionization for mass-spectrometry of large biomolecules // Science. 1989. Vol. 246. P. 64-71.

4. Karas M.I., Bachmann D., Bahr U., Hillenkamp F. Matrix-assisted ultraviolet laser desorption of non-volatile compounds // Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes. 1987. Vol. 78. P. 53-68.

5. Blacken G.R., Volny M., Vaisar T., SadílekM., TurecekF.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

In situ enrichment of phosphopeptides on maldi plates functionalized by reactive landing of zirconium(IV)-n-propoxide ions // Anal. Chem. 2007. Vol. 79, is. 14. P. 5449-5456. DOI: 10.1021/ac070790w

6. Chen C.J., Lai C.C., Tseng M.C., Liu Y.C., Liu Y.H., Chio L.W., Tsai F.J. A novel titanium dioxide-polydimethylsiloxane plate for phosphopeptide enrichment and mass spectrometry analysis // Anal. Chim. Acta. 2014. Vol. 812. P. 105-113.

DOI: 10.1016/j.aca.2014.01.010

7. Krasny L., Pompach P., Strohalm M. In situ enrichment of phosphopeptides on MALDI plates modified by ambient ion landing // J. Mass Spectrom. 2012. Vol. 47, is. 10. P. 1294-1302. DOI: 10.1002/jms.3081

8. Bi H., Qiao L., Busnel J.-M., Devaud V., Liu B., Gi-raultH.H. TiO2 printed aluminum foil: single-use film for a laser desorption/ionization target plate // Anal. Chem. 2009. Vol. 81, is. 3. P. 1177-1183.

DOI: 10.1021/ac8024448

9. Гладилович В.Д., Федорова А.В., Подольская Е.П. Металл-оксидный сорбент на основе Fe2O3. Получение, изучение поверхностных и сорбционных свойств // Научное приборостроение. 2013. № 4. С. 63-65. URL: http://iairas.ru/mag/2013/full4/Art8.pdf

10. Arseniev A.N., Krasnov N.V., Muradymov M.Z. Investigation of electrospray stability with dynamic liquid flow splitter // Anal. Chem. 2014. Vol. 69, is. 14. P. 13201322. DOI: 10.1134/S1061934814140020

11. Справочное руководство по гальванотехнике / Под ред. В.И. Лайнера. М.: Металлургия, 1969. 418 с.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Кельциева О.А., Мурадымов М.З., Суходолов Н.Г., Краснов Н.В., Подольская Е.П.)

Санкт-Петербургский государственный университет (Суходолов Н.Г.)

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Колпакова Ю.Д.)

Институт токсикологии ФМБА России, Санкт-Петербург (Кельциева О.А., Подольская Е.П.)

ООО "Девайс Консалтинг", Санкт-Петербург (Краснов М.Н.)

Контакты: Краснов Николай Васильевич, [email protected]

Материал поступил в редакцию 26.04.2019

ISSN 0868-5886

NAUCHNOE PRIBOROSTROENIE, 2019, Vol. 29, No. 2, pp. 5-11

MODIFICATION OF MALDI TARGETS BY NANOPARTICLES DURING IRON OXIDE(III) SUSPENSION ELECTROSPREYING UNDER NORMAL CONDITIONS

O. A. Keltsiyeva1'4, Yu. D. Kolpakova3, M. N. Krasnov5, M. Z. Muradymov1, N. G. Sukhodolov1'2, N. V. Krasnov1, E. P. Podolskaya1'4

A method for modifying a target for the MALDI-MS analysis is proposed, allowing selective isolation of analytes from biological samples directly on the target surface, as an alternative to classical methods. To modify the target, a suspension of the metal-affinity sorbent based on iron (III) oxide in a 50% aqueous methanol solution was electrosprayed in drip-free mode with dynamic dividing the fluid flow at atmospheric pressure under normal conditions. The MALDI target acted as a counter electrode. A sorbent layer was deposited on the MALDI target in the form of a spot, the particles of which are subsequently resistant to solvents. A metal-affinity enrichment of a phosphorylated peptide with the amino acid sequence SSNGHV(pY)EKLSSI from a sample of human tryptic hydrolyzate was performed on a modified MALDI target. MALDI-mass spectrum was recorded from the sorbent spot. This technique was created as an alternative to the laborious sample preparation of bioassays and allows to limit the minimum volume of the sample and solvents.

Keywords: metal affinity chromatography, MALDI-mass spectrometry, iron(III) oxide, phosphoproteomics, surface modification, electrospray

Fig. 1. View of spot of the nanodispersed sorbent based on iron oxide. Spot is on the substrate during the electro-spraying of the suspension with dynamic flow division in drip-free mode. Spot diameter ~ 5 mm

Fig. 2. The scheme of the experimental facility for applying the sorbent to the substrate with the use of the method of elec-trospraying in a drip-free mode. 1 — charged particle desorption device; 2 — metal capillary; 3 — syringe; 4 — power supply unit; 5 — high-voltage contact; 6 — capillary-insulator; 7 — air diaphragm pump; 8 — input mechanical gauge sensor; 9 — automotive fuel filter TS07T; 10 — output mechanical gauge sensor; 11 — mechanical flowmeter; 12 — manual mechanical valve; 13 — automotive fuel filter TS03T; 14 — counter electrode; 15 — MALDI target; 16 — microscope; 17 — digital video camera; 18 — computer; 19 — LED node; 20 — LED power supply source

Fig. 3. Photo of the meniscus shape in the mode of drip-free electric spraying

Fig. 4. The target, the surface of which is modified by the sorbent on the basis of iron oxide in case of drip-free electrospray Fig. 5. Microphotography of the steel plate surface modified by an iron oxide sorbent

Fig. 6. MALDI mass spectra. a — tryptic hydrolyzate of human globin; 6 — tryptic hydrolyzate of human globin with the introduced phosphorylated peptide; b — tryptic hydrolyzate of human globin with the introduced phosphorylated peptide after metal affinity chromatography on the MALDI target

1 Institute for Analytical Instrumentation of RAS, Saint-Petersburg, Russia 2Saint-Petersburg State University, Russia

3Saint-Petersburg Polytechnic University of Peter the Great, Russia 4Institute of Toxicology, FMBA, Saint-Petersburg, Russia 5Device Consulting Ltd, Saint-Petersburg, Russia

2,

3

REFERENСES

2. Aleksandrov M.L., Baram G.I., Gall L.N., Grachev M.A., Knorre V.D., Krasnov N.V., Kusner Yu.S., Mirgorods-kaya O.A., Nikolaev V.I., Shkurov V.A. [Application of a novel mass-spectrometric method to sequencing of peptides]. Bioorganicheskaya himiya [Bioorganic chemistry], 1985, vol. 11, no. 5, pp. 707-708. URL: http://www.rjbc.ru/arc/11/5/0705-0708.pdf (In Russ.).

1. Keltsieva O.A, Gladilovich V.D., Podolskaya E.P. [Immobilized metal ion affinity chromatography (IMAC). Principle and applications] Nauchnoe Priborostroenie [Scientific Instrumentation], 2013, vol. 23, no. 1, pp. 74-85. URL: http://iairas.ru/en/mag/2013/abst1 .php#abst9 (In Russ.).

3. Fenn J.B., Mann M., Meng C.K., Wong S.F., Whitehouse C.M. Electrospray ionization for mass-spec-trometry of large biomolecules. Science, 1989, vol. 246, pp. 64-71.

4. Karas M.I., Bachmann D., Bahr U., Hillenkamp F. Matrix-assisted ultraviolet laser desorption of non-volatile compounds. Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes, 1987, vol. 78, pp. 53-68.

5. Blacken G.R., Volny M., Vaisar T., Sadilek M., Turecek F. In situ enrichment of phosphopeptides on MALDI plates functionalized by reactive landing of zir-conium(IV)-n-propoxide ions. Anal. Chem., 2007, vol. 79, is. 14, pp. 5449-5456. DOI 10.1021/ac070790w

6. Chen C.J., Lai C.C., Tseng M.C., Liu Y.C., Liu Y.H., Chio L.W., Tsai F.J. A novel titanium dioxide-polydimethylsiloxane plate for phosphopeptide enrichment and mass spectrometry analysis. Anal. Chim. Acta, 2014, vol. 812, pp. 105-113. DOI: 10.1016/j.aca.2014.01.010

7. Krasny L., Pompach P., Strohalm M. In situ enrichment of

Contacts: Krasnov Nikolay Vasil'evich, [email protected]

phosphopeptides on MALDI plates modified by ambient ion landing. J. Mass Spectrom., 2012, vol. 47, is. 1, pp. 1294-1302. DOI: 10.1002/jms.3081

8. Bi H., Qiao L., Busnel J.-M., Devaud V., Liu B., Girault H.H. TiO2 printed aluminum foil: single-use film for a laser de-sorption/ionization target plate. Anal. Chem., 2009, vol. 81, is. 3, pp. 1177-1183. DOI: 10.1021/ac8024448

9. Gladilovich V.D., Fedorova A.V., Podolskaya E.P. [Fe2O3-based metal-oxide sorbent. synthesis, study of surface and sorption properties]. Nauchnoe Priborostroenie [Scientific Instrumentation], 2013, vol. 23, no. 4, pp. 63-65. URL: http://iairas.ru/en/mag/2013/abst4.php#abst8 (In Russ.).

10. Arseniev A.N., Krasnov N.V., Muradymov M.Z. Investigation of electrospray stability with dynamic liquid flow splitter. Anal. Chem., 2014, vol. 69, is. 14, pp. 30-32. DOI: 10.1134/ S1061934814140020

11. Lajner V.I. (ed.) Spravochnoe rukovodstvo po gal'vano-tekhnike [Galvanoplasty reference guide]. Moscow, Me-tallurgiya Publ., 1969. 418 p. (In Russ.).

Article received by editing board on 26.04.2019

HAYHHOE OTHEOPOCTPOEHHE, 2019, tom 29, № 2

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.