Karakterisering van synthetische polymeren via Matrix bijgestaan Laser desorptie ionisatie tijd van de Spectrometrie van de massa van de vlucht (MALDI-TOF)
10 juni 2018
Een protocol voor de laser matrix-bijgewoonde desorptie ionisatie tijd van de vlucht de karakterisering van de Spectrometrie van de massa (MALDI-TOF MS) van synthetische polymeren wordt beschreven, met inbegrip van de optimalisering van de bereiding van de monsters, spectrale acquisitie en data-analyse.
Het algemene doel van deze MALDI-TOF MS-tutorial is om gebruikers te leren over monstervoorbereiding, acquisitie en analyse van polymeren tijdens karakterisering door MALDI-TOF MS. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in het veld van polymeerkarakterisering, zoals moleculair gewicht van polymeren, dispersiteit en identiteit van eindgroep. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het de bepaling van homopolymeer-einde groepen mogelijk maakt. Bereid eerst een reeks oplossingen door eerder bereide matrix-, analyt- en kation-oplossingen te mengen terwijl de relatieve verhoudingen van de componenten worden gevarieerd, zodat negen unieke monstermengsels worden gemaakt.
Voor dit experiment, combineer 15 microliter poly(L-lactide)oplossing met 15 microliter 2, 5-dihydroxybenzoëzuur oplossing en één microliter natriumtrichloroacetaatoplossing. Pipet één microliter van elk oplossingsmengsel op een individuele monsterput op een MALDI-doelplaat. Voeg de monsters incrementeel in kleine porties toe om te voorkomen dat het monster uit de monsterput stroomt, waardoor elke aliquot tot droogte kan verdampen voordat er extra monster wordt toegevoegd.
Om data-acquisitie te starten, opent u eerst de data-acquisitiesoftware, Flexcontrol. Eject de platform om het laden van de doelplaat mogelijk te maken door op de eject-knop te drukken. Plaats voorzichtig de doelplaat met de geladen calibratie en analyt monsters op de platform in de juiste oriëntatie.
Gebruik vervolgens de acquisitiesoftware om de doelplaat op de platform te injecteren door opnieuw op de eject-knop te drukken. Selecteer een geschikte data-acquisitiemethode door op Bestand te drukken en Methode selecteren te kiezen. Zorg ervoor dat er een geschikt massabereik voor het verzamelen van gegevens is geselecteerd voordat u gegevens verzamelt, door te klikken op het tabblad Detectie en Massabereik te bekijken.
Selecteer in de acquisitiesoftware de positie op de doelplaat die overeenkomt met het gewenste analyt. Om dataverzameling te starten, druk op Start en beweeg de laserdoel rond het monster om het signaal te maximaliseren. Gebruik de schuifbalk aan de linkerkant van het cameravenster om het laservermogen aan te passen zodat het minimale vermogen dat nodig is om isotopenresolutie te bereiken, wordt bereikt.
Zoom in op een individuele piek in het midden van het interessante massabereik, optimaliseer de resolutie door het verschil in versnellingsspanningen aan te passen door de IS2-waarde in het Spectrometer-tabblad te variëren. Optimaliseer ten slotte het laservermogen door het zo laag mogelijk te reduceren, terwijl nog steeds een redelijk signaal-ruisverhouding wordt gegenereerd. Zodra de acquisitieparameters zijn geoptimaliseerd, slaat u de methode op door Bestand te selecteren en vervolgens Methode opslaan als. Zorg ervoor dat eventuele bestaande calibratie ongeldig wordt gemaakt of zich in een positie bevindt om te worden overschreven door onder het Spectrometer-tabblad op Ongeldige calibratie te drukken.
Gebruik dezelfde acquisitieparameters, beweeg de laser naar het monsterputje met het calibratiemiddel door het bijbehorende putje met de cursor te selecteren en verzamel een spectrum door op Start te drukken. Zodra een voldoende signaal is verkregen, drukt u op Start om de gegevensverzameling te voltooien. Zodra een massaspectrum van het calibratiemiddel is verkregen, selecteert u het Mass Control List vervolgkeuzemenu in het Kalibratie-tabblad dat overeenkomt met die kalibratiestandaard.
Voordat de overeenkomstige referentiepiek wordt gekoppeld aan elke geselecteerde calibratiepiek, zorg ervoor dat een geschikt piek-pickingprotocol wordt gebruikt door het Verwerkingstabblad te selecteren. Pas de referentiemassa van de Mass Control List toe op de bijbehorende signaal voor het calibratiemassaspectrum door het gebied links van de piek van belang te selecteren en vervolgens op de bijbehorende massa in de controlelijst te klikken om toe te passen. Herhaal dit proces voor de resterende calibratiepieken.
Verzamel opnieuw het analytspectrum zodra de massaschaal voor de geoptimaliseerde acquisitieparameters is gekalibreerd. Open het Analyt Spectrum in de data-analysesoftware. Zoom in op een piek om te identificeren of isotopenresolutie is bereikt door op de knop Zoom in X-bereik te drukken.
Druk nu op Mass List en kies Zoeken om pieken te selecteren. Als de mono-isotopische piek is opgelost, selecteert u deze eerste piek in de isotopenverdeling om de massa te bepalen met behulp van een mono-isotopisch piek-pickingprotocol. MALDI-TOF MS bevestigt de smalle verdeling van poly(L-lactide)thiol-termineerd en analysesoftware werd gebruikt om de polymeerkenmerken hier getoond te berekenen.
De waargenomen massa voor de 26-mer is 1973.62, wat minus 0.07 dalton verschilt van de theoretische waarde. Een kleinere signaal bij 2045.74 is indicatief voor transesterificatie tijdens de ringopeningspolymerisatie van melkzuur. Een kleine piek bij 2057.73 is waarschijnlijk het gevolg van initiatie van water tijdens de ringopeningspolymerisatie van het lactidemonomeer.
MALDI-TOF MS bevestigt de smalle verdeling van de poly(L-lactide)thiol-termineerd na een thiol-een reactie met maleïmide en analysesoftware werd gebruikt om de polymeerkenmerken hier getoond te berekenen. De theoretische massa van de 26-mer van poly(L-lactide)thiol-termineerd komt overeen met 2070.56891, wat 0.03 dalton verschilt van de waargenomen massa. Dezelfde soort die met kalium ioniseert, wordt ook waargenomen op 2086.49.
Een kleine piek bij 2167.58 is indicatief voor dezelfde onzuiverheid van waterinitiatie die werd waargenomen in het uitgangsmateriaal. Dezelfde verschuiving in massa die voor de thiol-een reactieproducten werd waargenomen, doet zich niet voor, wat aangeeft dat deze carbonzuur-getermineerde verbinding de thiol-einde groep miste om de functionele reactie te ondergaan. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u monstervoorbereiding en data-acquisitieparameters optimaliseert, evenals het analyseren van gegevens gegenereerd door MALDI-TOF massaspectrometrie karakterisering van polymeren.
Overzicht
Dit artikel presenteert een gedetailleerd protocol voor de karakterisering van synthetische polymeren met behulp van matrix-assisted laser desorption ionization time of flight massaspectrometrie (MALDI-TOF MS). Het behandelt de monstervoorbereiding, spectrale acquisitie en data-analyse, en biedt inzicht in het molecuulgewicht van polymeren en de identiteit van de eindgroepen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Polymeerchemie
- Massaspectrometrie
- Analytische technieken
Achtergrond
- MALDI-TOF MS is een krachtige techniek voor polymeerkarakterisering.
- Het maakt de bepaling van het molecuulgewicht en de dispersiteit mogelijk.
- Inzicht in de identiteit van de eindgroepen is essentieel voor de functionaliteit van het polymeer.
- De monsterbereiding is cruciaal voor het verkrijgen van betrouwbare resultaten.
Doel van de studie
- Om de monstervoorbereiding voor MALDI-TOF MS te optimaliseren.
- Om de methoden voor gegevensverwerving te verbeteren voor een nauwkeurige polymeeranalyse.
- Om een uitgebreide handleiding te bieden voor onderzoekers in polymeerkarakterisering.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van monsteroplossingen met variërende verhoudingen van matrix en analyt.
- Gebruik van Flexcontrol-software voor gegevensverwerving.
- Optimalisatie van laservermogen en acceleratiespanningen.
- Kalibratie en peak picking voor gegevensanalyse.
Belangrijkste Resultaten
- Succesvolle karakterisering van poly(L-lactide) met een smalle distributie.
- Identificatie van onzuiverheden door overesterificatie en initiatie.
- Nauwkeurige massametingen met minimale afwijkingen van de theoretische waarden.
- Demonstratie van de effectiviteit van de methode bij polymeeranalyse.
Conclusies
- MALDI-TOF MS is een betrouwbare methode voor polymeerkarakterisering.
- Geoptimaliseerde monstervoorbereiding en gegevensverwerving verbeteren de nauwkeurigheid.
- Dit protocol dient als een waardevolle bron voor onderzoekers.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
MALDI-TOF massaspectrometrie maakt een nauwkeurige karakterisering van synthetische polymeren mogelijk en verschaft cruciale gegevens over de moleculaire gewichtsverdeling en de identiteit van de eindgroepen. Deze mogelijkheden ondersteunen de selectie van materialen in een vroeg stadium en het minimaliseren van risico's bij de ontwikkeling van biofarmaceutische formuleringen en afgifte-systemen. Een hoge resolutie van de massa-nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid zijn essentieel voor het verder ontwikkelen van polymeergebaseerde technologieën in R&D-pipelines.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt eenduidige identificatie van polymeereindgroepen mogelijk voor functionele validatie.
- Ondersteunt mechanistische risicoreductie door het bevestigen van de resultaten van de polymeersynthese.
- Biedt betrouwbare gegevens voor materiaalselectie in onderzoek naar drug delivery.
Screening & assay-ontwikkeling
- Levert kwantitatieve gegevens over het molecuulgewicht en de dispersiteit voor vergelijking tussen batches.
- Faciliteert de standaardisatie van polymeer-inputs voor downstream biologische assays.
- Maakt een reproduceerbare beoordeling van polymeermodificaties en functionalisering mogelijk.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Ondersteunt de afstemming van polymeereigenschappen op de vereisten voor translationele formulering.
- Zorgt voor continuïteit van de synthetische chemie naar de preklinische materiaalevaluatie.
- Vermindert het risico op falen in een laat stadium als gevolg van ongedetecteerde onzuiverheden of incorrecte eindgroepen.
Integratie van pipeline en workflow
MALDI-TOF MS-karakterisering bevindt zich op het snijvlak van synthetische chemie en preklinische formulering en is van belang voor zowel de ontdekkingsfase als de fasen van lead-optimalisatie.
- Ontdekkingsbiologie: Bevestigt de polymeerstructuur en de getrouwheid van de eindgroepen om hypothese-gestuurd materiaalontwerp te ondersteunen.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve massadata voor een betrouwbare vergelijking tussen polymeerbatches.
- Analytica: Maakt detectie van onzuiverheden en bijproducten met een hoge resolutie mogelijk, ter ondersteuning van de kwaliteitscontrole.
- Translationeel onderzoek: Stemt polymeereigenschappen af op de vereisten voor formulering en afgiftesystemen.
- Bedrijfsbrede hergebruik: Vestigt een gestandaardiseerde workflow voor polymeeranalyse die toepasbaar is in meerdere R&D-programma's.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen in de prestaties van polymeren en vermindert mechanische ambiguïteit.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie van workflows voor polymeerkarakterisering.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen voor polymeer-gebaseerde technologieën en vermindert risico's in een laat stadium.
- Impact op portfolio: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde prioritering van polymeer-gebaseerde kandidaten voor verdere ontwikkeling.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in massaspectrometrie en polymeerchemie voor een optimale interpretatie van de gegevens.
- Toegang tot MALDI-TOF-instrumentatie en compatibele software voor data-analyse is noodzakelijk.
- Strenge standaardisatie van monstervoorbereiding en kalibratieprotocollen is vereist.
- Aanpassingen kunnen nodig zijn voor polymeren met een brede dispersiteit of complexe architecturen.
- Endgroepanalyse is het meest betrouwbaar voor homopolymeren met smalle molecuulgewichtverdelingen.
