Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов

• Автор: Веренчиков, Анатолий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 396 с. : ил.

Структура диссертации и основные положения, выносимые на защиту

ГЛАВА 1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ БИОХИМИЧЕСКИХ МАСС-СПЕКТРОМЕТРОВ (БМС)

Введение. Основные периоды развития БМС

1.1. Первый период развития БМС - создание и оптимизация методов мягкой ионизации

1.1.1. Появление методов мягкой ионизации

1.1.2. Развитие метода ионизации ««Электроспрей»»

1.2. Второй период развития БМС - согласование метода мягкой ионизации ««Электроспрей»» с «химическими» масс-анализаторами

1.2.1. Магнитные статические анализаторы

1.2.2. Квадрупольные анализаторы

1.2.3. Трехмерные ионные ловушки

1.2.4. Приборы ион-циклотронного резонанса

1.3. Третий период развития БМС - развитие времяпролетных
приборов в сочетании с методами мягкой ионизации
1.3.1. Развитие времяпролетных масс-спектрометров
1.3.2. Метод ортогонального ускорения
1.3.3. Времяпролетные масс-спектрометры с ионным источником MALDI
1.3.4. Биохимические приложения времяпролетной масс-спектрометрии с ионным источником MALDI
1.3.5. Биохимические приложения времяпролетной масс-спектрометрии с ионным источником ««Электроспрей»»

1.4. Четвертый период развития БМС - развитие тандемных масс-спектрометров с мягкой ионизацией
1.4.1.Тройной квадруполь (3 Q)
1.4.2. Тандем Q-TOF
1.4.3. Тандем TOF-TOF
1.4.4. Ионная ловушка (ITMS)
1.4.5. Тандем LIT-FTMS
1.4.6. Тандем LT-ORBITRAP
1.4.7. Промежуточные выводы
1.5. Пятый период развития БМС - разработка производительных МСМС методов
1.5.1. Цепочка ионных ловушек
1.5.2. Ионная ловушка- ВИМС с параллельным анализом
1.5.3. Двойной ВИМС в режиме вложенных времен
1.5.4. Двойной ВГТМС с быстрой фрагментной ячейкой
1.5.5. Другие типы производительных МС-МС тандемов
1.6. Высокопроизводительные приборы с идентификацией вещества
на основе точного измерения массы. Метод «AMT TAG»
1.7. Выводы главы 1
ГЛАВА 2. ИОННО-ОПТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ МНОГООТРАЖАТЕЛЬНОГО ПЛАНАРНОГО
ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО МАСС-АНАЛИЗАТОРА (МОП ВПМА)
2.1. Сравнительный анализ многопроходных времяпролетных масс-анализаторов на основе зеркал и секторных полей
2.1.1. Ионные зеркала и секторные поля как элементы
изохронных времяпролетных анализаторов
2.1.2. Выбор оптимального типа многопроходного времяпролетного анализатора
2.2. Организация устойчивого захвата ионов на большой длине

пролета
2.2.1. Принцип устойчивости движения ионов в периодических электростатических полях
2.2.2. Линейная устойчивость движения ионов в периодических электростатических системах
2.2.3. Эффективный удерживающий потенциал
2.2.4. Нелинейная устойчивость движения в периодических электростатических системах
2.2.5. Периодические зеркальные системы
2.3. Концепция МОП ВПМА для высокоразрешающей масс-спектрометрии
2.3.1. Ионно-оптическая схема МОП ВПМА
2.3.2. Оценка времяпролетных аберраций и предельной разрешающей способности анализатора
2.4. Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОП
ВПМА С ТЕСТОВЫМ ИОННЫМ ИСТОЧНИКОМ 13
3.1. Этапы экспериментальных исследований 13
3.2. Первые экспериментальные исследования МОП ВПМА в режиме низких ионных энергий
3.2.1. Описание экспериментальной установки
3.2.2. Первые экспериментальные результаты
3.2.3. Исследование МОП ВПМА в составе масс-спектрометра
3.2.4. Настройка первого макета
3.2.5. Экспериментальная оценка аберраций анализатора
3.3. Исследования МОП ВПМА с тестовым источником ионов при средних энергиях
3.3.1. Экспериментальная установка
3.3.2. Устойчивость ионного движения и потери в анализаторе

В работе [182] была исследована альтернативная стратегия протеома. Была использована двухмерная хроматография с ESI-o-TOF для измерения молекулярной массы протеинов, с последующим переходом к пептидным картам для подтверждения протеинов и далее к анализу фрагментов пептидов для определения мутаций или ПТМ (Top-down approach).
В пионерской работе [183] разрабатывались методы анализа существенно более сложных протеомных смесей с высокой производительностью. Метод получил название дробовика (shot gun approach). Используется специфический гидролиз только пептидов с С-конца протеинов, что значительно (в 50 - 100 раз) уменьшает сложность смеси. Альтернативно, используются изотопные метки для идентификации только цистеин содержащих пептидов, что облегчает сложность смеси в 5 - 10 раз. С использованием «псевдо МС-МС» метода и с учетом точного измерения масс пептидов и фрагментов были продемонстрированы исследования бактерии Н. Influenzae. Особенно подчернем роль массовой точности. Как пример, для пептида порядка 1000 а.е.м. находится около 2000 изобар при точности 1 а.е.м. и порядка 100 изобар при массовой точности 10 ppm. Сравнение фрагментов снижает выбор до десятка. Таким образом, для уверенной идентификации пептидов из полного гидролизата бактерий необходима точность порядка lppm [184].
Итак, третий период эволюции биохимической масс-спектрометрии стал возможен с появлением методов мягкой ионизации MALDI и ESI и с появлением скоростных, высокоразрешающих времяпролетных приборов. Приборы MALDI-TOF и ESI-o-TOF позволили исследовать широкий круг биохимических, фармацевтических и клинических приложений. Очень успешными оказались аналитические подходы, использующие многоступенчатые разделения и очистку. При этом упрощались смеси, анализируемые на масс-спектрометре. Однако по мере развития приборов и аналитических методов все более прояснялась сложность основных биохимических задач. Так, фармацевты осознали, что для проведения