レーザーアブレーションエレクトロスプレーイオン化

レーザーアブレーションエレクトロスプレーイオン化（LAESI）は、中赤外（mid-IR）レーザーからのレーザーアブレーションと二次エレクトロスプレーイオン化（ESI）プロセスを組み合わせた質量分析用のアンビエントイオン化法です。中赤外レーザーはガス相粒子を生成するために使用され、その後、ESIソースからの帯電液滴との相互作用によってイオン化されます。LAESIは、 2007年にAkos Vertes教授の研究室でPeter Nemesによって開発され、2017年までProtea Biosciences, Incによって市販されていました。単一細胞分析アプローチ用のファイバーLAESIは、2009年にVertes教授の研究室でBindesh Shresthaによって開発されました。LAESIは、質量分析（MS）用の新しいイオン化ソースであり、植物、^{[1] [2] [3]}組織、^{[4] [5] [6] [7]}細胞ペレット、^[8]さらには単一細胞のMSイメージングに使用されています。^{[9] [10] [11] [12]} さらに、LAESIは歴史的文書^[13]や尿や血液などの未処理の生体液^[1]の分析にも使用されています。 LAESIの技術は大気圧で実行されるため、広範囲で侵襲的なサンプル準備手順や高真空の使用など、従来のMS技術の多くの障害を克服しています。 分子とエアロゾルはエレクトロスプレープルームとの相互作用によってイオン化されるため、LAESIのイオン化メカニズムはSESIおよびEESI技術に似ています。

LAESIは、医薬品、糖類^{[1] [2] [3] [9] [10]}、脂質^{[5] [ 7]}、代謝物[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]などの小分子から、ペプチド[1]やタンパク質[1]などのより大きな生体分子に至るまで、さまざまなクラスの化合物の^{MS分析に使用できます。LAESIは、}小さな^医薬品分子 であるベラパミルで4桁の定量的ダイナミックレンジと8 fmolの検出限界（LOD）を持つことも示されています。^[1] この技術は、イメージングアプリケーションで<200 μmの横方向分解能を備えており^{[7] [14]}、植物組織の3Dイメージングに使用されています。^[3] さらに、細胞ごとのLAESIイメージング実験では、単一細胞を分子画像のピクセルとして使用できます。^[12]このLAESIアプリケーションでは、エッチングされた光ファイバーを使用して50μm未満のレーザースポットサイズを生成し、レーザーエネルギーを伝達し、単一細胞分析実験にも利用されています。^{[9] [10] [11] [12]}

LAESIは、水を含むサンプルに対して通常の大気条件下でMS分析用のイオンを生成します。^[15]全体のプロセスは2つのステップに分けることができます。

中赤外レーザービームを水酸化物基を含むターゲットに照射すると、ターゲットはこのレーザービームのエネルギーを吸収し、ターゲット領域から水分が蒸発します。^[16]ターゲット内で小規模な爆発が発生し、サンプルの小さな部分が短い（5 ns）中赤外（2,940 nm）レーザーパルスによってガス相にアブレーションされます。^{[17] [18]} プルームは、大気の圧力によってサンプル内に崩壊するまで膨張します。この時点で、サンプル表面から物質のジェットが噴出します。^{[17] [19]} 中赤外はエネルギーが低いため、サンプルから噴出した粒子のほとんどは中性のままです。^{[16] [20]}

アブレーション後のイオン化のために、サンプルの上にエレクトロスプレーイオン化（ESI）源が配置されている。[ 21 ^] アブレーションされた物質のジェットは、サンプルの上にあるESI源からのスプレープルームと交差してイオン化される。イオン化された分子は、分析のために質量分析計に送られる。イオン化にはESI源が使用されるため、LAESI質量スペクトルは従来のESIスペクトルに似ており、多重電荷の分析対象ピークを示すことができ、有効質量範囲が100,000 Daを超える生体分子まで拡張される。^{[19] [20]}

LAESI は、多様な組織サンプルの MS イメージング実験に使用できます。3 次元だけでなく、時間に関しても使用できます。同様に、LAESI はプロセス モニタリング アプリケーションにも使用できます。これは、個々の分析の実行に 2 秒未満しかかからないためです。LAESI 分析の速度のおかげで、この技術は 96 ウェルおよび 384 ウェル マイクロプレート内の水性サンプルの迅速で高感度な直接分析に適しています。これらの分析は、臨床、診断、および発見ワークフロー用のペプチド、タンパク質、代謝物、およびその他のバイオマーカーを含む生体液などの液体サンプルに対しても実行できます。^[22] LAESI 技術により、これらのサンプル タイプを高スループットで分析でき、内部標準と較正曲線を使用することで、ターゲットとなる生体分子の絶対定量が可能になります。^{[23] [22] [20]}

この技術は、サンプルの準備がほとんど必要ないかまったく必要ないため、感度が高い。^{[22] [15]}このイオン化技術は外部マトリックスを必要としません。したがって、マトリックス結晶の存在によって空間分解能が損なわれることはなく、高い空間分解能が得られます。^[20]このイオン化技術は、自然で凹凸のある生物学的表面でも実行できます。^[23]最後に、レーザーアブレーションと電子スプレーイオン化は独立して機能するため、独立して操作してより高い分解能を実現できます。^[20]

LAESIは、水分を含み比較的安定しているサンプルを対象とした比較的新しい技術です。しかし、水分含有量の少ないサンプルには限界があります。例えば、この技術では乾燥した皮膚、爪、歯、骨をうまくイオン化できません。これは、これらのサンプルの水分含有量が低いためです。^{[16] [22]}また、他の一般的なイオン化技術と比較して、比較的大きなサンプリング領域が必要です。^[20]

• エレクトロスプレーイオン化
• 抽出エレクトロスプレーイオン化
• マトリックス支援レーザー脱離エレクトロスプレーイオン化（MALDESI）
• 二次エレクトロスプレーイオン化