MULTI-Ionenquelle mit innovativen Nachionisationsmodulen zur flexiblen Analyse komplexer Proben in der biomedizinischen Lasermassenspektrometrie

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Dreisewerd; Privatdozent Dr. Jens Soltwisch
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326945247

Massenspektrometrische Messverfahren (MS) stellen Schlüsseltechnologien in der biomedizinischen Forschung dar. Zellen und Gewebe sind geprägt durch ihre hochkomplexe molekulare Zusammensetzung. Eine umfassende MS-Analytik der chemisch stark unterschiedlichen Bestandteile erfordert daher in der Regel den Einsatz unterschiedlicher Ionisationsverfahren. Die Bildgebende MALDI-MS (MALDI-MSI) ermöglicht es, die Verteilung der Biomoleküle in Gewebeschnitten mit einer Auflösung von etwa 10 µm darzustellen. Die Methode ist aber auf die gekoppelte Desorption/Ionisation in einem konvolierten Schritt angewiesen. Zudem steht pro bestrahlten Pixel wenig Material zur Verfügung, so dass niedrige Ionenausbeuten und Ionenunterdrückungseffekte den Einsatz der Methode oft spürbar behindern. Im Vorhaben wird eine Ionenfunnel-basierte modulare MULTI-Ionenquelle mit innovativen und gleichzeitig kostengünstigen Nachionisierungsverfahren für die Lasermassenspektrometrie entwickelt. Ein zentraler Punkt des Vorhabens besteht in der Erzeugung eines transient gas phase reactor (TGR), bestehend aus stoßgasgekühlten Analyt-, bzw. Analyt-/Matrix-Gemischen in einer Feinvakuumatmosphäre. Den TGR nutzen wir, um mittels externer Stimulation primäre und sekundäre MALDI-artige Ionisierungsprozesse zu initiieren. Damit soll es möglich werden, relevante Molekülklassen wie z.B. Lipide und die chemisch heterogenen Metabolite effektiv nachzuionisieren und so eine kritische Steigerung der analytischen Empfindlichkeit zu erzielen. Zudem wird die MULTI-Ionenquelle konventionelle MALDI-MS(I) /ESI- und MALDI-2-MS-Analysen erlauben. Als Analysator möchten wir eine hochauflösende Orbitrap einsetzen. Spezifisch werden die folgenden Verfahren zur Stimulation des TGR erprobt: Anregung mittels (i) eines kalten Plasmas, erzeugt durch eine dielektrisch-behinderte Entladung, (ii) durch breitbandiges inkohärentes UV-Licht, (iii) durch Einphotonenionisation, (iv) durch Überlapp mit einem Elektrospray-Ionenstrahl, und (v) durch Adduktionenbildung mittels Alkalimetall- und Silberionen. Zur Stimulation des TGR ist ein optimaler Überlapp mit den Nachionisationsstrahlen erforderlich. Ein wichtiger Teil des Projektes wird sich daher der Charakterisierung der Expansionsdynamiken und chemischen Zusammensetzung des TGR widmen. Dazu werden wir die folgenden Verfahren einsetzen: (i) Optische Diagnostik mittels fast flash imaging und differentieller Fluoreszenzanregung, (ii) elektronische Diagnostik mittels Langmuir-Sonden zur Ermittlung der Ladungsverteilungen, (iii) massenspektrometrische Diagnostik mittels eines Nachionisationslaserstrahls. Zur Optimierung der Module und Bestimmung der jeweils zugänglichen Analytklassen werden wir Standards und Kryotomschnitte homogenisierten Gewebes einsetzen. In etablierten Kooperationen mit unseren Partnern aus der Medizin, Chemie und Biologie werden wir das Potential des Gerätes am Beispiel ausgewählter biomedizinischer Fragestellungen ausloten und demonstrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Hybrider Massenanalysator ; Ionenfunnel-Feinvakuum-Ionenquelle Basisversion
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer ; 1790 Spektrometer (Massen-, NMR-, außer 170-178)