针对maldi质谱的制备强化和使用方法
【专利说明】针对MALDI质谱的制备强化和使用方法
[0001]相关串请
[0002]本专利申请请求2013年3月13日提交的美国专利申请13/801,526的权益，该申请的发明人为T.贝克(Thomas Becker)和S.伯肯坎普(Stefan Berkenkamp)，题为“针对MALDI质谱的制备强化和使用方法”，其代理人案卷号为SEQ-6061-UTt。前述专利申请的全部内容通过引用纳入本文，包括其文本、表格和附图。
技术领域
[0003]本技术涉及基质辅助激光解吸电离(MALDI)质谱。
[0004]描沭
[0005]质谱可用来分析分子分析物，如肽、蛋白质、聚合物、DNA、RNA、完整细菌或细胞、碳水化合物、糖和其它分子。已有多种质谱形式，并可供应用。在一种特定类型的质谱形式中，利用基质辅助激光解吸电离(MALDI)来使分析物挥发并离子化。MALDI质谱一般涉及基质材料的运用，在分析物挥发和离子化用以质谱分析前，基质材料通常是晶体形式。MALDI质谱经常涉及飞行时间(T0F)质谱仪的使用，该质谱仪能于不同时间在离子通过质谱仪后检测这些离子。
[0006]本文提供的是可用于基质辅助激光解吸电离(MALDI)质谱(MS)的组合物和基底。
[0007]一些方面提供了包含纳米粒子的组合物(例如，液体组合物)。不局限于理论，含MALDI基质的液体组合物中的纳米粒子可增强基质的晶体均一性，部分是通过为基质结晶提供相对均一的晶种表面来实现。含MALDI基质的组合物有时是包含纳米粒子的液态溶液，而有时所述液体溶液被作为样品点样到基底上并呈现为特定区域处的斑点。适于进行MALDI MS的任何基质都可包括在含纳米粒子的组合物中，而且可包括一种或多种类型的基质和一种或多种类型的纳米粒子。包括在组合物中的基质有时是疏水性MALDI基质。含纳米粒子和MALDI基质的组合物有时不包括分析物，而有时包括一种或多种分析物。含纳米粒子和MALDI基质的组合物有时含有一种或多种添加剂。任何合适的添加剂都可包括在组合物中，组合物有时包括自由基清除剂(例如抗坏血酸)、草酸盐(例如草酸铵)或其组合。
[0008]某些方面还提供基底，其含有在基底上或基底内构造成将样品分隔到所述基底特定区域的结构拓扑学。不局限于理论，此类拓扑结构可随样品干燥而将样品分隔至基底的特定区域。在干燥时，样品有时从基本液体形式转换成基本晶体形式。表面拓扑结构可将样品锚定在基底上的一处或多处区域，这些区域往往排列成基底上阵列中的等距离位点。本文描述的表面拓扑结构可以通过限定样品在基底上的位置来增强针对这些样品的MS数据获取。如下文进一步详述的，本文描述的表面拓扑结构还可增强MS基底上样品的结晶均一性并通过降低离子飞行时间差异来进一步强化MALD1-TOF MS数据。
[0009]质谱基底有时包含基本平面的表面和多个拓扑构造部，每个拓扑构造部构造成将某样品保持在基底上某区域。样品可含有分析物、纳米粒子、基质、添加剂等等及其组合。基底上的每个区域可含有一个或多个拓扑构造部，每个拓扑构造部在本文中也称作容留结构。构造成分隔样品的任何类型容留结构或多种容留结构的组合都可存在于基底上的某一区域处。容留结构有时是基底上干扰样品移动的结构性障碍物(例如，平坦或基本平坦基底上的凹陷或凸起)。容留结构有时起到障碍物的作用，该障碍物通过化学相互作用、表面能量相互作用、表面纹理相互作用等等或其组合来干扰样品移动。
[0010]某些方面还提供基底与样品或斑点的多种组合，所述基底含本文所述表面拓扑结构，所述样品或斑点包含纳米粒子和MALDI基质。包含纳米粒子和MALDI基质的样品或斑点有时包含分析物而有时不含分析物。
[0011]某些方面还提供通过MALDI MS对分析物进行分析的方法，这些方法利用本文所述包含表面拓扑构造部的基底和/或含有纳米粒子和MALDI基质的组合物。能通过MALDI MS分析的任何分析物都可得以评估。分析物的非限制性示例包括核苷酸，寡核苷酸，多核苷酸，核酸，肽，蛋白质，聚合物(例如合成聚合物、工业聚合物、塑料聚合物)，糖类(saccharide)，多糖，糖(sugar)，碳水化合物，凝集素，脂质，糖蛋白，脂蛋白，小分子，小化学体，代谢物，天然产物，药物，偶联物等等及其组合。核酸的非限制性示例包括脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、蛋白核酸(PNA)、单链核酸、双链核酸等。核酸分析物有时具有约5-约10,000个碱基对、约100-约1,000个碱基对、约100-500个碱基对或约10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000 或 9000 个碱基对的标称、平均或算术均值(nominal，average or mean)长度。
[0012]下文进一步详述这些方面和其它方面与实施方式。
[0013]含纳米粒子和基质的组合物
[0014]含纳米粒子和基质的组合物(纳米粒子/基质组合物)可以多种形式提供和利用。纳米粒子/基质组合物有时以固体形式、晶体形式、液体形式等等及其组合形式提供。样品有时包含分析物、基质组合物(例如，纳米粒子/基质组合物)或其组合。基质组合物通常包括MALDI MS基质，往往含有纳米粒子，并有时含有一种或多种添加剂。
[0015]纳米粒子/基质组合物有时用作针对MS分析制备样品的试剂。纳米粒子/基质组合物有时以液体形式或固体形式(例如，晶体形式)提供，且用户可利用所述组合物来制备用于MS分析的基底。在非限制性的示例中，在MS分析准备中，用户可将分析物与液体或固体形式的纳米粒子/基质组合物混合，然后将所述混合物置于MS基底上的一处或多处区域。分析物组合物和纳米粒子/基质组合物其一或两者在它们被混合时一般为液体形式。另一非限制性示例中，用户可将液体形式的纳米粒子/基质组合物置于MS基底上的一处或多处区域，并将该基底暴露于使组合物中的基质结晶的条件下。此后，用户可将分析物置于这种含所述纳米粒子/基质组合物的基底的一处或多处区域。基底上的多个区域有时包含相同组合物或不同组合物，并且基底上区域的某个子集有时包含不同的组合物(例如，不同量的一种或多种样品组分，不同的样品组分(例如不同分析物))。本文所述的纳米粒子/基质组合物有时包括纳米粒子和基质以外的组分，且有时包括添加剂、分析物等等及其组合。纳米粒子/基质组合物可存在于流体处理容器(例如，管)内，流体分配装置(例如，手动或自动分配器)内和/或基底的一个或多个区域处。
[0016]有时提供包含纳米粒子/基质组合物的MALDI MS基底，且所述纳米粒子/基质组合物有时以结晶形式存在于基底的一个或多个区域处。利用此类基底的用户可将分析物置于含有所述纳米粒子/基质组合物的一个或多个区域处，然后利用所得基底进行MALDI MS分析。在此类情况中，分析物的放置往往使所述分析物施加处基底上区域处的结晶基质溶解，且所述样品通常随后重结晶。相应地，基底上的结晶体通常包括基质和纳米粒子并有时包括分析物。因此，用户可将分析物放置到基本结晶形式的含基质和纳米粒子基底的一个或多个区域处，并且所得样品可重结晶(例如，基质和分析物可共结晶)。
[0017]在表面拓扑结构以外，纳米粒子可增强基质晶体均一性并增强MALD1-TOF MS分析。基质晶体异质性(例如，晶体拓扑结构不平整)会对MALDI MS谱图有负面影响。某区域处结晶基质厚度(即，z-方向)的分布均一性的改善可获得飞行时间的较低差异性，往往得到更高品质(例如，更高分辨率)的MALD1-TOF质谱图。不局限于理论，纳米粒子可通过提供规律且多重的晶种表面来提高基质晶体同质性。
[0018]纳米粒子有时独立地具有约1纳米(nm)到约lOOnm，约5nm到约30nm，或约10nm到约 20nm(例如，约 10、11、12、13、14、15、16、17、18、19 或约 20nm)或约 15nm 的平均、算术均值、中位数、标称、最小或最大直径。组合物包括两种或更多种不同类型的纳米粒子(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10类纳米粒子)时，每种类型的纳米粒子的平均、算术均值、中位数、标称、最小或最大直径可以相同或不同。
[0019]纳米粒子有时由一种或多种准金属组成，基本由其组成或包含一种或多种准金属，其非限制性示例包括硼和硅等等及其组合。“基本组成”为准金属的纳米粒子可含有以不可检测水平或相对低水平存在的一种或多种非准金属污染物(例如，其存在水平是所述准金属含量的约 10%、5%、1%、0.1%、0.01%、0.001 %、0.0001 %、0.00001%或更低，例如，所述准金属的约 lppm、0.lppm、0.01ppm、0.001ppm、0.0001ppm、0.0OOOlppm或更低)。纳米粒子有时由硅组成，基本由硅组成或包含硅(例如，二氧化硅(即Si02))。纳米粒子有时由热解二氧化硅粒子组合或基本由其组成。
[0020]纳米粒子有时是金属(即，由一种或多种金属组成)，基本由一种或多种金属组成或包含一种或多种金属。金属的非限制性示例包括铁、金、银、铂、铝、钛、钽、钒等等及其组合。“基本组成”为金属的纳米粒子可含有以相对低水平存在的一种或多种非金属污染物(例如，其存在水平低于所述金属含量的约10%、0.1%、0.01%、0.001%、0.0001%或0.00001%或更低)。纳米粒子有时含有铁(例如Fe304)、二氧化钛(例如Ti02)等等或其组合，由其组成或基本由其组成。纳米粒子有时不含金属或基本不含金属。基本不含金属的纳米粒子可以含有非显著含量的金属或不可检测含量的金属。基本不含金属的纳米粒子可以含有痕量金属污染物。痕量可以是低于约10%、5%、1%、0.1%,0.01%,0.001%,0.0001 %、0.00001 %或更低。在一些实施方式中，痕量是低于约lppm、0.lppm、0.0lppm、0.001ppm、0.0001ppm、0.0OOOlppm 或更低。
[0021]纳米粒子有时是聚合物(S卩，由一种或多种聚合物组成)，基本由一种或多种聚合物组成或包含一种或多种聚合物。聚合物的非限制性示例包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、高密度聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、交联的聚硅氧烷、聚氨酯、基于(甲基)丙烯酸酯的聚合物、纤维素和纤维素衍生物、聚碳酸酯、ABS、四氟乙烯聚合物、聚(2-羟基甲基丙烯酸乙酯)、聚(N-乙烯基-吡咯烷酮)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、聚(乙烯-共聚-乙酸乙烯酯)、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸酯、聚丙交酯(PLA)、聚乙交酯(PGA)、乙丙交酯共聚物(PLGA)、聚酐、聚原酸酯、聚氰基丙烯酸酯、聚己内酯等，其共聚物以及前述的组合。“基本组成”为聚合物的纳米粒子可含有以相对低水平存在的一种或多种非聚合物污染物(例如，其存在水平低于所述聚合物含量的约10%、0.1%、0.01%、0.001%、0.0001%或低于约0.00001% )。在一些实施方式中，纳米粒子不含聚合物或基本不含聚合物。基本不含聚合物的纳米粒子可以含有非显著含量的聚合物或不可检测含量的聚合物。基本不含聚合物的纳米粒子可以含有痕量聚合物污染物。痕量可以是低于约10%、5%、1%、0.1%,0.01%,0.001%,0.0001 %、0.00001 %或更低。在一些实施方式中，痕量是低于约lppm、0.lppm、0.0lppm、0.001ppm、0.0001ppm、0.0OOOlppm 或更低。
[0022]纳米粒子往往是惰性或基本惰性的，且往往不缔合或显著缔合另一分子(例如，分析物、基质、添加剂)。基本惰性的纳米粒子或者不与另一分子显著缔合的纳米粒子通常在很大程度上对与另一分子反应(例如，分析物、另一纳米粒子、基质、添加剂等或其组合)是抗性的。有时在纳米粒子和另一分子之间有最小量的相互作用，且此类相互作用一般不会干扰为分析物产生MS信号。例如，纳米粒子和另一分子之间的相互作用通常不会产生能与分析物所产生的MS信号有重叠、使其显著偏移或将其遮蔽的MS信号。惰性或基本惰性的纳米粒子材料往往对于和分析物形成加成物是抗性的。纳米粒子往往对于和其它纳米粒子形成多聚体是抗性的。纳米粒子往往不会与另一分子形成共价键。纳米粒子有时与另一分子(例如，分析物)形成弱至中等的非共价相互作用，其非限制性示例包括范德华相互作用、氢键、弱的离子相互作用、弱的静电相互作用和/或亲水或疏水相互作用。纳米粒子往往缺乏官能团，且往往未用官能团衍生化。纳米粒子往往不在MALDI MS谱图中给出信号。组合物中的纳米粒子(i)往往不结合至另一分子，(?)往往不物理结合至另一分子，(iii)往往不化学结合至另一分子，(iv)往往不吸附至另一分子，和/或(V)往往不与接头相缔入口 ο
[0023]组合物中的纳米粒子往往不与基质相缔合，也往往不与基质共价连接。组合物中的纳米粒子往往不与分析物(例如，肽或蛋白质)相缔合，且纳米粒子往往不与分析物共价连接(例如，不共价连接至肽或蛋白质)。组合物往往基本不含与基质或纳米粒子或者基质以及纳米粒子反应的组分或多组分，以及将基质共价连接至纳米粒子的组分或多组分。组合物中的纳米粒子(i)往往不结合至基质，(?)往往不物理结合至基质，(iii)往往不化学结合至基质，(iv)往往不吸附至基质，和/或(V)往往不结合至接头。
[0024]可利用合适的方法来制备纳米粒子/基质组合物。纳米粒子有时悬浮在合适的溶剂(例如，水)中，且纳米粒子有时不溶于溶剂(例如，不溶于水)并作为悬浮液提供。纳米粒子有时以液体形式(例如，水)悬浮，并与基质溶液相混。在一些实施方式中，纳米粒子基本不含杂质并因此无需纯化。纳米粒子有时并非基本纯的，并可通过适当的方法进一步纯化来去除杂质，例如通过离子交换树脂纯化。在一些实施方式中，纳米粒子直接(例如，以干的形式)添加至基质溶液。
[0025]纳米粒子有时添加至基质溶液到终浓度约1微克/毫升(μ g/ml)至约500 μ g/ml ο纳米粒子有时添加至基质溶液到终浓度约75 μ g/ml至约300 μ g/ml。纳米粒子可添加至基质溶液到终浓度约125 μ g/ml至约250 μ g/ml。纳米粒子有时添加至基质溶液到终浓度约 100、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295 或约300 μ g/ml。纳米粒子/基质溶液有时饱和有纳米粒子。
[0026]组合物(例如，置于基底上的样品)有时含有约0.001纳克(ng ;或约1皮克(pg))到约10, 000ng(或约10微克(μ g))、约10pg到约5 μ g、约20pg到约2.5 μ g、约lng到约500ng、或约lng到约lOOng的纳米粒子。在一些实施方式中，组合物含有约1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295或300ng的纳米粒子。在某些实施方式中，组合物含有约1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295或300pg的纳米粒子。在一些实施方式中，组合物含有约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10 μ g的纳米粒子。
[0027]可利用适于MADLI MS的任何基质来制备纳米粒子/基质组合物。基质一般是能量吸收性(例如，IR或UV-吸收性)物质，其吸收来自能量源(例如，激光)的能量，从而能使分析物从基底解吸。基质往往根据待通过MALDI MS分析的分析物类型来选用，且有时利用适于分析核酸的基质，适于分析肽或蛋白质的基质，或者适于分析聚合物的基质。所选基质往往是极性基质而有时是非极性基质(例如，α-氰基-4-羟基肉桂酸(a-CHCA))。可包含在纳米粒子/基质组合物中的基质的非限制性示例包括3-羟基吡啶甲酸(3-HPA)、2，5- 二羟基苯甲酸(DHB)、a -氰基-4-羟基肉桂酸(a -CHCA)、吡啶甲酸(PA)、3_氨基吡啶甲酸、3-吡啶甲酸、2，4，6-三羟基苯乙酮(THAP)、邻氨基苯甲酸、烟酸、羟基苄胺、1-异喹啉醇、反-2-(3-(4-叔丁基-苯基)-2-甲基-2-亚丙烯基)丙二腈(DCTB)、芥子酸(SA)、蒽三酚(DIT)、3-氨基喹啉、反式-3-吲哚丙烯酸(IAA)、2-(4-羟基苯偶氮)苯甲酸(HABA)、琥珀酸、2，6-二羟基苯乙酮、阿魏酸、咖啡酸、丙三醇、硝基苯胺等及其组合。
[0028]纳米粒