MALDI-TOF

MALDI-TOF ist ein Verfahren zur Massenanalyse von chemischen Verbindungen. Es ist eine Kombination aus den Verfahren Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation (MALDI) und Massenspektrometrie mit Flugzeitanalysator (engl. time of flight, TOF).

Funktionsweise

MALDI-TOF dient zur Analyse großer Moleküle und (Bio-)Polymere. Hier werden die Moleküle in einem ersten Schritt ("MALDI") ionisiert und dann mittels Massenspektroskopie ("TOF") analysiert.

Bei MALDI ionisiert man den Analyten mittels Laserbeschuss über eine Matrix, in welche die eigentlichen Analyten eingebettet sind. Für eine genauere Erläuterung dieses Schritts siehe Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation (MALDI). Die entstandenen Ionen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt. Typische Beschleunigungsspannungen hierfür liegen bei 10–30 kV. Wegen der gepulsten Ionenerzeugung bietet sich für die Massenanalyse ein TOF-Analysator (Time-of-flight Massenspektrometer, teilweise mit Reflektron) an.

Hierbei gilt für die Flugzeit ("time of flight - tof") in Abhängigkeit von Masse (<math>m</math>) und Ladungszahl (<math>z</math>) folgender Zusammenhang:

<math>\mathtt{tof} \propto \sqrt\frac{m}{z}</math>

Ein Ionendetektor (oft ein Sekundärelektronenvervielfacher wie etwa eine Mikrokanalplatte) wandelt die ankommenden Ionen in ein elektrisches Signal um. Der Vorteil dieser Messmethode ist die schnelle Analyse eines vergleichsweise großen Massenbereichs. Bemerkenswert ist, dass der TOF-Analysator keine prinzipielle Massenbegrenzung zu großen Massen hin besitzt, so dass schon Ionen von m/z bis zu 1.000.000 gemessen wurden. Als ionisierte Spezies treten vor allem die Pseudomolekülionen [M+H]⁺, [M+Na]⁺ oder auch [M+K]⁺ auf. Das Auftreten (bzw. die relativen Intensitäten) der unterschiedlichen Spezies hängt jedoch stark von der Vorgeschichte der Probe sowie von der Substanzklasse an sich ab.

Da Membranproteine oder Lipide ohne Tenside nicht wasserlöslich sind und Tenside bei der MALDI-TOF-MS stören,<ref>J. L. Norris, N. A. Porter, R. M. Caprioli: Mass spectrometry of intracellular and membrane proteins using cleavable detergents. In: Analytical chemistry. Band 75, Nummer 23, Dezember 2003, S. 6642–6647, ISSN 0003-2700. doi:10.1021/ac034802z. PMID 14640740.</ref> werden teilweise spaltbare Tenside verwendet. Spaltbare amphiphile Derivate von α-Cyano-4-hydroxyzimtsäure (CHCA), die über Formaldehyd an Decanol gekoppelt wurden, müssen dagegen nicht entfernt werden, da sie gleichzeitig als Matrix in der MALDI-TOF-MS verwendet werden können. Ebenso kann eine Matrix aus α-Cyano-4-hydroxyzimtsäure mit dem Tensid CTAB bei der MALDI-TOF-MS verwendet werden.<ref>R. Gottardo, A. Chiarini, I. Dal Prà, C. Seri, C. Rimondo, G. Serpelloni, U. Armato, F. Tagliaro: Direct screening of herbal blends for new synthetic cannabinoids by MALDI-TOF MS. In: Journal of Mass Spectrometry Band 47, Nummer 1, Januar 2012, S. 141–146, ISSN 1096-9888. doi:10.1002/jms.2036. PMID 22282100.</ref> Es gibt Matrix-Mischungen, die weniger empfindlich gegenüber Tensiden sind.<ref>L. Signor, E. Boeri Erba: Matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometric analysis of intact proteins larger than 100 kDa. In: Journal of visualized experiments : JoVE. Nummer 79, 2013, S. , ISSN 1940-087X. doi:10.3791/50635. PMID 24056304. PMC 3857990 (freier Volltext).</ref>

Anwendungsgebiete

In der Bakteriologie kann die Technologie zur Identifizierung der Spezies verwendet werden. Messungen von isolierten Reinkulturen können mittels Referenzspektren aus einer Datenbank abgeglichen werden.<ref name="DOI10.1055/s-0031-1274482">M. Pavlovic, K. Grünwald, V. Zeller-Péronnet, M. Maggipinto, I. Huber, R. Konrad, A. Berger, U. Messelhäußer, P. Zimmermann, S. Hörmansdorfer, A. Sing, U. Busch: Identifizierung von Bakterien mit dem MALDI Biotyper am Bayerischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit. In: Das Gesundheitswesen. 73, 2011, doi:10.1055/s-0031-1274482.</ref> Im Vergleich zu molekularbiologischen Methoden wie der 16S rRNA- oder ITS-Sequenzierung sind die laufenden Kosten deutlich geringer, weshalb das Verfahren auch verstärkt in der Lebensmittelmikrobiologie eingesetzt wird, um die Produktsicherheit und Betriebshygiene zu erhöhen.<ref>LABO online, MALDI-TOF-MS verhindert teure Fruchtsaftbombagen, 1. Mai 2012</ref>

Weblinks

• BioVisions: MALDI-TOF Mass Spectrometer Resolution. Harvard University. Zugriff am 22. Dezember 2009 (ein exzellenter Multimediabeitrag)

Einzelnachweise

<references />