Schonende Cluster für Biomoleküle
Wissenschaftler nutzen patentiertes Verfahren der "Transienten Matrix Desorption" erstmals erfolgreich für die Massenbestimmung komplexer Biomoleküle
Fortschritte in der biomedizinischen Forschung sind nicht denkbar ohne Fortschritte in der Identifizierung und Analyse der in lebenden Zellen enthaltenen Proteine. Als Schlüsseltechnik hat sich hier die Massenspektrometrie herausgestellt. Sie setzt jedoch voraus, dass die Moleküle einzeln und in elektrisch geladener Form in der Gasphase vorliegen. Bei der dafür notwendigen Präparation können die empfindlichen Makromoleküle leicht zerstört werden. Eine neue, sehr schonende Methode haben nun Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Zusammenarbeit mit der Hochschule Esslingen entwickelt. Bereits vor einigen Jahren ließen die MPQ-Forscher ein Verfahren patentieren, bei dem Strahlen aus neutralen Molekülclustern Atome und Moleküle von beliebigen Oberflächen abtragen. Wie Dr. Christoph Gebhardt, Dr. Anna Tomsic, Dr. Hartmut Schröder, Prof. Michael Dürr und Prof. Karl L. Kompa (emeritierter Direktor am MPQ und Leiter der Gruppe "Laserchemie") in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, ist es ihnen nun erstmals gelungen, dieses Verfahren der Desorption mittels transienter Matrix erfolgreich auf große Biomoleküle wie z.B. Insulin anzuwenden. Das Verfahren zeichnet sich dabei u. a. durch die sehr einfache Probenpräparation sowie den sehr schonenden Ablöseprozess aus, bei dem auch große Moleküle vollständig intakt bleiben, aus.
Die Gruppe "Laserchemie" von Emeritus Prof. Karl-Ludwig Kompa arbeitet schon lange mit Clustern aus polaren Molekülen, die sich bilden, wenn das Ausgangsgas ins Vakuum expandiert. Diese schneeballähnlichen Gebilde bestehen aus 1.000 bis 10.000 Einzelmolekülen, was einem Durchmesser von etwa 10 Nanometern entspricht. Der Zusammenhalt der Moleküle im Cluster ist allerdings nur schwach. Getrieben durch einen Gasjet aus Helium erreichen sie die zu untersuchende Oberfläche mit etwa dreifacher Schallgeschwindigkeit.
Im vorliegenden Experiment schießen die Forscher solche Cluster aus Schwefeldioxidmolekülen auf Festkörperoberflächen, auf die sie zuvor gelöste Biomoleküle als Film aufgebracht hatten. Aufgrund seines polaren Charakters kann ein Cluster während dieses Stoßes ein Biomolekül, das sich aus dem Lösungsmittel ein positiv geladenes Wasserstoffatom geschnappt hat, mit sich reißen. Für einen Zeitraum von nur 10 Pikosekunden heizt sich der Cluster im Stoß mit der Oberfläche auf. Danach zerplatzt der heiße Cluster, während das abgelöste Biomolekül - einzeln und elektrisch geladen - in einem herkömmlichen Massenspektrometer analysiert werden kann. "Wir können uns die Cluster als die kleinste denkbare Einheit vorstellen, in denen chemische Reaktionen wie in einem mikroskopischen Reagenzglas ablaufen können. Der Stoß mit der Oberfläche zerstört das Reagenzglas, und wir können die Reaktionsprodukte, sofern sie elektrisch geladen sind, bequem analysieren. Was wir hier machen, ist praktisch Nanochemie", erklärt Dr. Hartmut Schröder.
Auf diese Weise äußerst schonend präpariert, analysierten die Wissenschaftler eine Reihe von Biomolekülen wie Bombesin, Angiotensin oder Insulin mit Hilfe der Flugzeit-Massenspektrometrie. Bei diesem Verfahren wird die Masse aus der Zeit abgeleitet, die das geladene Molekül nach Beschleunigung in einem elektrostatischen Feld zum Durchfliegen einer gegebenen Wegstrecke benötigt. Die Messungen zeigten, dass auf diese Weise nicht nur die einzelnen Biomoleküle identifiziert werden können, sondern vor allem auch, dass die desorbierten Biomoleküle den heftigen Cluster-Oberflächenstoß völlig unbeschadet überstehen. "Dabei zeichnet sich die Methode schon heute durch eine sehr hohe Empfindlichkeit im Femtomolbereich aus", betont Prof. Karl-Ludwig Kompa. "Es gilt nun, diese Methode vom Forschungsstadium in Richtung Anwendung weiterzuentwickeln", ergänzt Prof. Michael Dürr. "Dafür müssen wir sowohl die der Desorption zugrunde liegenden Prozesse besser verstehen, als auch die technischen Voraussetzungen für eine weitere Steigerung der Nachweisempfindlichkeit schaffen." Das hier beschriebene Verfahren soll deshalb im Rahmen der bestehenden Kooperation zwischen dem MPQ und der Hochschule Esslingen weiter erforscht werden.
Originalveröffentlichung: Christoph R. et al.; "Matrix-free Formation of Gas-Phase Biomolecular Ions by Soft Cluster-Induced Desorption"; Angewandte Chemie Int. Ed., im Druck
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren
HPR-20 OEMS, Online Electrochemical Mass Spectrometer von Hiden Analytical
Online-Überwachung und Quantifizierung freigesetzter Gase und Dämpfe aus elektrochemischen Prozessen
Eine komplette Gasanalyselösung, die sich nahtlos in elektrochemische Anwendungen integrieren lässt
PlasmaQuant MS Elite von Analytik Jena
Massenspektrometer für hochempfindliche Forschungsanwendungen und niedrigste Nachweisgrenzen
Die Erfolgsformel in der LC-ICP-MS – PlasmaQuant MS-Serie und PQ LC
IonTamer ToF MS von Spacetek Technology
IonTamer-Instrumente sind Flugzeit-Restgasanalysatoren (TOF-RGA) für die Analyse von Gasen
Kompakter Flugzeit-Restgasanalysator (TOF-RGA) für die Prozessanalyse
isoprime precisION von Elementar Analysensysteme
Isotopenverhältnis-Massenspektrometer isoprime precisION
Das flexibelste und leistungsstärkste Isotopenverhältnis-Massenspektrometer aller Zeiten
BIOS ANALYTIQUE - Soluciones de Renting y Leasing para laboratorios von Bios Analytique
Ihr Spezialist für Vermietung und Leasing von Laborinstrumenten in Europa
Beim Finanzieren geht es nicht nur ums Geld verleihen - Es geht um Lösungen, die Wert schaffen
CATLAB Catalysis and Thermal Analysis von Hiden Analytical
Ein System zur Katalysatorcharakterisierung, kinetischen und thermodynamischen Messungen
Integriertes Mikroreaktor-Massenspektrometer für Reaktionstests, TPD/TPR/TPO und Pulschemisorption.
JEOL JMS-T2000GC AccuTOF GC-Alpha Time-of-Flight Mass Spectrometer von JEOL
Erleichterung im Laboralltag? Starten Sie mit AccuTOF GC-Alpha in eine neue Ära Massenspektrometrie!
Schluss mit fehlerhaften Hypothesen und unwirtschaftlichen Schleifen! Exakte Daten ohne Kompromisse!
Xevo TQ Absolute von Waters
Ein neues Tandem Quadrupol Massenspektrometer für Quantifizierung mit Absoluter Power
Absolute Performance, Effizienz, Produktivität und Vertrauen für Ihre anspruchsvollsten Verbindungen
Thermo Scientific TSQ Triple Quadrupole Mass Spectrometry Systems von Thermo Fisher Scientific
Zuverlässige Quantifizierung mit Triple-Quadrupol-LC-MS-Systemen
Massenspektrometrie-Systeme
Orbitrap Exploris GC Mass Spectrometer von Thermo Fisher Scientific
Orbitrap Exploris GC-MS – Vereinfachen Sie Ihre Analytik und nutzen Sie die neuen Möglichkeiten
Gerüstet sein für wechselnde Anforderungen, Betriebszeit maximieren und Laborkapazitäten erweitern
HPR-20 R&D von Hiden Analytical
Ein spezielles Triple-Filter-Massenspektrometer für den Labortisch zur Überwachung von entwickelten Gasen und Dämpfen
Bietet eine erhöhte Auflösung und Empfindlichkeit mit einer Nachweisgrenze von bis zu 5 ppb
NexION® 5000 von PerkinElmer
NexION 5000 Multi-Quadrupole ICP Mass Spectrometer
NexION 5000 Multi-Quadrupole ICP Mass Spectrometer
expression® Compact Mass Spectrometer von Advion Interchim Scientific
Massenspektrometrie schnell, einfach und direkt an der Bench durchführen
Finden Sie Ihre kompakte Analyse-Lösung für Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase
iCAP RQ single Quadrupole ICP-MS von Thermo Fisher Scientific
Robustes ICP-MS mit einfacher Bedienung und hoher Produktivität für die Routineanalytik
Eine komplette Multielement-Analyselösung für Hochdruchsatz-Routineanwendungen
iCAP TQ Triple Quadrupole ICP-MS von Thermo Fisher Scientific
Interferenzen überwinden, Nachweisgrenzen senken und Datenqualität verbessern
Leicht niedrigste Nachweisgrenzen auch bei anspruchsvollsten analytischen Anwendungen erreichen
TSQ 9610 GC-MS/MS von Thermo Fisher Scientific
TSQ 9610 GC-MS/MS - hervorragende Empfindlichkeit und Selektivität bei zuverlässiger Produktivität
Unnötige und ungeplante Ausfallzeiten vermeiden, Helium sparen und Produktivität maximieren
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Massenspektrometrie
Die Massenspektrometrie ermöglicht es uns, Moleküle aufzuspüren, zu identifizieren und ihre Struktur zu enthüllen. Ob in der Chemie, Biochemie oder Forensik – Massenspektrometrie eröffnet uns ungeahnte Einblicke in die Zusammensetzung unserer Welt. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Massenspektrometrie!
Themenwelt Massenspektrometrie
Die Massenspektrometrie ermöglicht es uns, Moleküle aufzuspüren, zu identifizieren und ihre Struktur zu enthüllen. Ob in der Chemie, Biochemie oder Forensik – Massenspektrometrie eröffnet uns ungeahnte Einblicke in die Zusammensetzung unserer Welt. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Massenspektrometrie!
