Name: visualization of ambient mass spectrometry with the use of schlieren photography
Uploaded: 2016-06-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 49 s
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The authors would like to acknowledge Caitlin Kowalewski for aiding in the editing and formatting of this publication.

1.シュリーレン写真<ol><li> 試験地域の確立 注：テスト領域は、鏡の前に直接存在します。 <ol><li>ミラーをサポートするのに十分な大きリングスタンドクランプで球状凹面ミラー（直径150mm、焦点距離1500ミリメートル）を固定します。リングにミラーを有するリングスタンドクランプを取り付け床に垂直に立っています。現在の研究は、3フィートのリングスタンドを使用するが、任意の高さであれば、ソースの表示窓、ミラーの中心できることが十分な高さとして使用することができます。 </li><li>質量分析計源側にリングスタンドとミラーを配置します。ミラー並列の顔を作成し、同じ高さで、ソースとして。 </li><li>その中心は、質量分析計の中央ソース領域と整列するようにミラーを配置します。楽器の一部の重複が発生します。 </li></ol></li><li> カットオフ、カメラと光源 <ol><li> 断つ <ol><li>三脚の上部に金属板を取り付けます。プレートは、カミソリの刃と光源の両方を保持するためのプラットフォームとして機能します。かみそりの刃は、シュリーレン写真の「カットオフ」として知られているものとして動作します。 </li><li>シャープなエッジが垂直になるように磁石を用いて金属板にカミソリの刃を取り付けます。 </li><li>ミラーの倍の焦点距離で鏡に沿って三脚を置き、3000ミリメートル。ミラーからの反射光の経路に直交するカミソリの刃を合わせます。 </li><li>カミソリの刃の鋭いエッジがほぼミラーの中心と一致するように、手動で三脚の高さを調整します。 注：微調整は後に発生します。 </li></ol></li><li> カメラ <ol><li>別々の三脚に300ミリメートルの望遠レンズとデジタルカメラをマウントします。 </li><li> （フルズーム時）レンズは後ろと同じ丙で4センチメートル直接であるようにカメラを置きカミソリの刃のようGHT。この時点でレンズキャップを外さないでください。 </li></ol></li><li> オプションのモニタ <ol><li>簡単にリアルタイムでシュリーレン現象を表示するには、コンピュータのモニタやテレビにカメラの映像出力を接続します。 注：これは推奨されるプロセスです。この手順は、使用されるカメラの種類に応じて変えることができます。 </li></ol></li><li> ピンホール光源 <ol><li> （懐中電灯の同じ直径を使用したこの場合、バイアルキャップ）カバーの中央に小さな穴（直径約0.6 mm）をドリル光源にテープ/取り付けることができます。カバーが完全に懐中電灯のレンズをカバーするのに十分な直径を有していることを確認してください。 </li><li>箔テープを用いて、200ルーメンのLED懐中電灯の上にカバーを取り付けます。 注：懐中電灯が暖かくなり、高温テープが推奨されます。 </li></ol></li><li> 光源の位置 <ol><li>最初のラを使用しますSERポインタは、光源の適切な位置決めを確実にするために、ミラー、かみそりの刃、およびカメラと光源を整列させます。 </li><li>かみそりの刃の隣に金属板にレーザーポインターを置きます。 </li><li>ビームは、ミラーの中心部に当たっているので、手動でレーザーポインターを移動します。ビームの約半分が遮断されるように、反射ビームは、カミソリの刃に直交する確保するために、必要に応じて調整します。 </li><li>手動でビームアライメントを1.2.5.3に達成されなかった場合は、カミソリの刃で直接レーザーポインタのビームを目指すミラーの位置を調整してください。 注意！レーザーポインターまたは反射光を直接見ないでください。 </li><li>カメラのレンズキャップを維持しながら、レーザビームがレンズの中央に配置されていることを確認してください。 </li><li>すべてが整列している間に覆われた懐中電灯でレーザーポインターを交換してください。懐中電灯は、レーザーポインタと同じ方向にあることを確認してください。 </li><li>懐中電灯をオンにして、白い紙を使用して、カットオフでの反射光を観察します。ビームは、カットオフの小さな集光スポットであることを確認してください。 </li><li>カットオフで反射された光ビームの約半分を阻止するために必要な任意の垂直調整を行います。 </li><li>カメラのレンズキャップを外し、ミラーに焦点を当てます。 注：カメラ/レンズはマニュアルフォーカスモードで使用することをお勧めします。 </li></ol></li></ol></li></ol> 2.例テスト・オブジェクト：質量分析イオン源<ol><li>手動で、ノズルの端部と質量分析計の入口との間に10mmの距離で、検査領域内の質量分析のイオン源を整列させます。 </li><li>手動窒素源を通って流れることが可能に周囲ソースにニードル弁を開きます。 </li><li>質量分析計を制御するために使用されるソフトウェアを開きます。この研究のために、使用したソフトウェアは、「SQドライバー」でした。 Fiの上でクリックしてくださいルは、適切なチューニングファイルを選択し-open-。 </li><li>手動チューニングが開かれると、周囲のソースに、すべての電圧と温度を適用します。各質量分析計は、このステップのために、独自のソフトウェアを持っています。現在の研究のために、手動チューニングが開いていると、ボタン「電源電圧がオフになっている」をクリックし、ボタンこのタスクを実行するには、「すべてのガスとヒーターはオフになっています」。 </li><li>温度が上昇するにつれて、デジタルカメラの表示画面上のシュリーレン装置を用いてノズルを出る流れの様子を観察します。ノズル先端から出てくる（「結果」セクションの説明を参照してください）​​ガス流を観察します。ガス流は、カメラの背面に表示することができ、またはそれは、LCDモニター上で直接見ることができます。 </li><li>いずれかのカメラからの映像を記録する、またはガス流を撮影して画像を収集し、一度希望の画像は、カメラでライブ視覚化されます。 </li><li>カマーを使用してコンピュータに収集した画像（複数可）を転送メモリカードまたはUSB接続し、あなたの好みのソフトウェアで画像を表示します。 </li></ol>収集された画像からスプレー半角の3決意<ol><li>画像閲覧ソフトを使用して収集された画像を開き、収集された画像（複数可）をプリントアウトします。 </li><li>定規を使用して流れの方向にガス流と平行な中心軸を画定する、印刷された画像（複数可）に線を引きます。 </li><li>定規を使用して印刷された画像（複数可）上で可視化ガス流の縁に沿って線を引きます。これは、ビデオ形式で存在しているきらめきに記録された映像から、より良い可視化することができます。印刷された画像内のエッジを識別するためにこれを使用します。噴霧半分の角度の範囲を得るために、ガス流の外側のエッジをマークします。 </li><li>中心軸と分度器を使用して3.2に引かれた線との間に生じる角度を測定します。 </li></ol>

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	<li>Settles, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Schlieren and Shadowgraph Techniques: Visualization Phenomena in Transparent Media. , (2001).</li><li>Strawa, A. W., Chapman, G. T., Arnold, J. O., Canning, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ballistic+range+and+aerothermodynamic+testing.">Ballistic range and aerothermodynamic testing.</a> J. Aircraft. 28 (7), 443-449 (1991).</li><li>Settles, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+gas+leaks+by+using+schlieren+optics.">Imaging gas leaks by using schlieren optics.</a> Pipeline &amp; Gas Journal. 226 (9), 28-30 (1999).</li><li>Takagi, T., Kubota, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+schlieren+optics+for+detection+of+protein+bands+and+other+phenomena+in+polyacrylamide+gel+electrophoresis.">The application of schlieren optics for detection of protein bands and other phenomena in polyacrylamide gel electrophoresis.</a> Electrophoresis. 11 (5), 361-366 (1990).</li><li>Clark, I. G., Cruz, J. R., Huges, M. F., Ware, J. S., Madlangbayan, A., Braun, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerodynamic+and+Aeroelastic+Characteristics+of+a+Tension+Cone+Inflatable+Aerodynamic+Decelerator.">Aerodynamic and Aeroelastic Characteristics of a Tension Cone Inflatable Aerodynamic Decelerator.</a> , (2009).</li><li>Froome, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Refractive+Indices+of+Water+Vapour,+Air,+Oxygen,+Nitrogen+and+Argon+at+72+kMc/s.">The Refractive Indices of Water Vapour, Air, Oxygen, Nitrogen and Argon at 72 kMc/s.</a> Proc. Phys. Soc. B. 68, 833-835 (1955).</li><li>Winter, G. T., Wilhide, J. A., LaCourse, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+a+Direct+Sample+Analysis+(DSA)+Ambient+Ionization.">Characterization of a Direct Sample Analysis (DSA) Ambient Ionization.</a> J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26 (9), 1502-1507 (2015).</li><li>Pfeuffer, K. P., Schaper, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Halo-Shaped+Flowing+Atmospheric+Pressure+Afterglow:+A+Heavenly+Design+for+Simplified+Sample+Introduction+and+Improved+Ionization+in+Ambient+Mass+Spectrometry.">Halo-Shaped Flowing Atmospheric Pressure Afterglow: A Heavenly Design for Simplified Sample Introduction and Improved Ionization in Ambient Mass Spectrometry.</a> Anal. Chem. , 7512-7518 (2013).</li><li>Pfeuffer, K. P., Shelley, J. T., Ray, S. J., Hieftje, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+Mass+Transport+and+Heat+Transfer+in+the+FAPA+Ambient+Ionization+Source.">Visualization of Mass Transport and Heat Transfer in the FAPA Ambient Ionization Source.</a> J. Anal. At. Spectrom. 28 (379-387), 379-387 (2013).</li><li>Pfeuffer, K. P., Ray, S. J., Hieftje, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+and+Visualization+of+Mass+Transport+for+the+Flowing+Atmospheric+Pressure+Afterglow+(FAPA)+Ambient+Mass-Spectrometry+Source.">Measurement and Visualization of Mass Transport for the Flowing Atmospheric Pressure Afterglow (FAPA) Ambient Mass-Spectrometry Source.</a> J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (5), 800-808 (2014).</li><li>Keelor, J. D., Dwivedi, P., Fern&#225;ndez, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Effective+Approach+for+Coupling+Direct+Analysis+in+Real+Time+with+Atmospheric+Pressure+Drift+Tube+Ion+Mobility+Spectrometry.">An Effective Approach for Coupling Direct Analysis in Real Time with Atmospheric Pressure Drift Tube Ion Mobility Spectrometry.</a> J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (9), 1538-1548 (2014).</li></ol>

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このプロトコルをしようとする前に対処しなければならないいくつかの考慮事項があります。ソースおよびミラーのための質量分析計の周りの空間に加えて、十分なオープンスペースは、ミラーの倍の焦点距離に対応するために使用可能でなければなりません。また、ミラーの大きさは、最終的に検討されている元の大きさによって決定されます。ミラーが小さすぎると、ソースが完全に視?...

質量分析、分子量の識別に利用できる分析ツールは、これまでで最も強力な分析技術の一つとなっています。過去10年間、新しい周囲イオン化源の全体のホストは、質量分析検出のために利用できるようになりました。この原稿で収集したデータについては、直接試料分析（DSA）のソースを利用しました。これらのソースは非常に汎用性がありますが、物理的なイオン化プロセスのより詳細な知識は、その最適化と目的の拡張のために必要とされます。この実験の目的は、シュリーレン写真撮影と呼ばれる技術を使用して、デバイス上の窒素流れの可視化を通じて、周囲のソース内のイオン化プロセスのより良い理解を得ることです。 科学的研究は、多くの場合、研究の目的は、肉眼で透明である場合に困難であるという観察を通じて​​開始します。シュリーレン現象は、目に見えないを可能にする技術であり、透明媒体1内の屈折率の変化に頼るを通して見えるようになります。屈折率の不均一性は、視覚化を可能にする光の歪みを引き起こします。シュリーレン技術は、日常的に、ゲル電気泳動2-5タンパク質のバンドを可視化する弾道モデル、航空宇宙工学、一般的なガス検知及び流量監視、及び時間で含む特殊様々な分野で使用されてきました。 最も周囲イオン源は、イオン化を容易にするために、ガスの流れを使用します。条件の広い範囲は、しかし、この実験のパラメータは、周囲の研究室の空気とは異なる屈折率を有するガスの利用を伴わなければならない、ソースオプションのために存在することができます。この特定の研究では、高温の窒素を利用しています。屈折率のわずかな違いは、主にので、RT 6のガス流と空気から純窒素との間に観察されることに留意すべきですIRは、窒素主に構成されています。この問題が原因で観察されるガスの屈折率の有意な十分な変化を生成するガス流中の純粋な窒素の高温に、この例で克服されます。 このような脱着大気化学イオン化（DAPCI）7、大気圧の残光（FAPA）8-10を流れる、およびリアルタイムでの直接分析（DART）のような他の質量分析法源は、11イオン源は、シュリーレン写真撮影を使用しています。このプロトコルの目的は、基本的なシュリーレン写真撮影の設定を使用して、周囲のイオン化を研究する方法を議論することです。この技術は、しかしながら、ガス流を含む異なる分析技術の任意の数に適用可能です。

<table><tbody><tr><td>Flashlight</td><td>EAGTAC</td><td>D25A Ti</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Spherical Concave Mirror</td><td>Anchor Optics</td><td>27633</td><td></td></tr><tr><td>Rebel EOS T2i</td><td>Canon</td><td>4462B001</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>300 mm telephoto lens</td><td>Canon</td><td>6473A003</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Direct Sample Analysis (DSA) Ionization Source</td><td>PerkinElmer</td><td>MZ300560</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Sq 300 MS with SQ Driver Software</td><td>PerkinElmer</td><td>N2910801</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Ring Stand</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-474-207</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Laser Pointer</td><td>Apollo</td><td>MP1200</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>razor blade</td><td>Blue Hawk</td><td>34112</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>small drill bit #73</td><td>CML Supply</td><td>503-273</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Protractor</td><td>Sterling&amp;nbsp;</td><td>582</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Hose Clamp</td><td>Trident</td><td>720-6000L</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

visualization of ambient mass spectrometry with the use of schlieren photography

この原稿は、シュリーレン写真撮影を使用して、質量分析、周囲イオン化源を可視化する方法について説明します。適切に質量分析計を最適化するためには、ソースの物理的原理を特徴付けると理解することが必要です。ほとんどの市販の周囲イオン化源は、分析物のイオン化を促進するために、窒素、ヘリウム、または大気のジェットを利用します。その結果、シュリーレン写真をリアルタイムで可視化ストリームと周囲空気の間の屈折率の差を利用してガス流を可視化するために使用することができます。基本的な設定は、カメラ、ミラー、懐中電灯、とカミソリの刃が必要です。適切に設定された場合、元の実時間画像は、その反射光を監視することによって観察されます。これは、ソースの作用機構への洞察を可能にし、その最適化の経路が解明することができます。光は、そうでなければ見えない状況に流されています。

質量分析イオン源を含むシュリーレンセットアップの概略は、試験領域内のガスが暗いと明るい領域を対比として見ることができる、すべてのシュリーレンコンポーネントが正しく整列しているとき。 図1に見出すことができる。 図2は 、このコントラストがいかに示し質量分析のソースの変更からの窒素の噴流の形状は、ノズルのサイズが?...

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Visualization of Ambient Mass Spectrometry with the Use of Schlieren Photography

This paper presents a protocol for the visualization of gaseous streams of an ambient ionization source using schlieren photography and mass spectrometry.

シュリーレン写真の使用とアンビエント質量分析の可視化

This manuscript outlines how to visualize mass spectrometry ambient ionization sources using schlieren photography. In order to properly optimize the mass ...

visualization-ambient-mass-spectrometry-with-use-schlieren

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.2K ビュー.  University of Maryland, Baltimore County. This paper presents a protocol for the visualization of gaseous streams of an ambient ionization source using schlieren photography and mass spectrometry.

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Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy and dynamics1-4. Fundamental studies of photoionization processes of biomolecules provide information about the electronic structure of these systems. Furthermore determinations of ionization energies and other properties of biomolecules in the gas phase are not trivial, and these experiments provide a platform to generate these data. We have developed a thermal vaporization technique coupled with supersonic molecular beams that provides a gentle way to transport these species into the gas phase. Judicious combination of source gas and temperature allows for formation of dimers and higher clusters of the DNA bases. The focus of this particular work is on the effects of non-covalent interactions, i.e., hydrogen bonding, stacking, and electrostatic interactions, on the ionization energies and proton transfer of individual biomolecules, their complexes and upon micro-hydration by water1, 5-9.
We have performed experimental and theoretical characterization of the photoionization dynamics of gas-phase uracil and 1,3-dimethyluracil dimers using molecular beams coupled with synchrotron radiation at the Chemical Dynamics Beamline10 located at the Advanced Light Source and the experimental details are visualized here. This allowed us to observe the proton transfer in 1,3-dimethyluracil dimers, a system with pi stacking geometry and with no hydrogen bonds1. Molecular beams provide a very convenient and efficient way to isolate the sample of interest from environmental perturbations which in return allows accurate comparison with electronic structure calculations11, 12. By tuning the photon energy from the synchrotron, a photoionization efficiency (PIE) curve can be plotted which informs us about the cationic electronic states. These values can then be compared to theoretical models and calculations and in turn, explain in detail the electronic structure and dynamics of the investigated species 1, 3.

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

A molecular beam coupled to tunable vacuum ultraviolet photoionization mass spectrometer at a synchrotron provides a convenient tool to explore the electronic structure of isolated gas phase molecules and clusters. Proton transfer mechanisms in DNA base dimers were elucidated with this technique.

波長可変真空紫外（VUV）放射光を用いた分子線質量分析

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

工学

An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in understanding contaminant mass transport and the ability to decontaminate materials. If a material is contaminated, over time, the transport of highly toxic chemicals (such as chemical warfare agent species) out of the material can result in vapor exposure or transfer to the skin, which can result in percutaneous exposure to personnel who interact with the material. Due to the high toxicity of chemical warfare agents, the release of trace chemical quantities is of significant concern. Mapping subsurface concentration distribution and transport characteristics of absorbed agents enables exposure hazards to be assessed in untested conditions. Furthermore, these tools can be used to characterize subsurface reaction dynamics to ultimately design improved decontaminants or decontamination procedures. To achieve this goal, an inverse analysis mass transport modeling approach was developed that utilizes time-resolved mass spectroscopy measurements of vapor emission from contaminated paint coatings as the input parameter for calculation of subsurface concentration profiles. Details are provided on sample preparation, including contaminant and material handling, the application of mass spectrometry for the measurement of emitted contaminant vapor, and the implementation of inverse analysis using a physics-based diffusion model to determine transport properties of live chemical warfare agents including distilled mustard (HD) and the nerve agent VX.

In this paper, a procedure for quantifying the mass transport parameters of chemicals in various materials is presented. This process involves employing an inverse-analysis based diffusion model to vapor emission profiles recorded by real-time, mass spectrometry in high vacuum.

塗料中の化学輸送のキャラに逆解析アプローチ

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in ...

化学

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization (IR-MALDESI)

Ambient ionization sources for mass spectrometry (MS) have been the subject of much interest in the past decade. Matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (MALDESI) is an example of such methods, where features of matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) (e.g., pulsed nature of desorption) and electrospray ionization (ESI) (e.g., soft-ionization) are combined. One of the major advantages of MALDESI is its inherent versatility. In MALDESI experiments, an ultraviolet (UV) or infrared (IR) laser can be used to resonantly excite an endogenous or exogenous matrix. The choice of matrix is not analyte dependent, and depends solely on the laser wavelength used for excitation. In IR-MALDESI experiments, a thin layer of ice is deposited on the sample surface as an energy-absorbing matrix. The IR-MALDESI source geometry has been optimized using statistical design of experiments (DOE) for analysis of liquid samples as well as biological tissue specimens. Furthermore, a robust IR-MALDESI imaging source has been developed, where a tunable mid-IR laser is synchronized with a computer controlled XY translational stage and a high resolving power mass spectrometer. A custom graphical user interface (GUI) allows user selection of the repetition rate of the laser, number of shots per voxel, step-size of the sample stage, and the delay between the desorption and scan events for the source. IR-MALDESI has been used in variety of applications such as forensic analysis of fibers and dyes and MSI of biological tissue sections. Distribution of different analytes ranging from endogenous metabolites to exogenous xenobiotics within tissue sections can be measured and quantified using this technique. The protocol presented in this manuscript describes major steps necessary for IR-MALDESI MSI of whole-body tissue sections.

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization IR-MALDESI

A mass spectrometry imaging (MSI) source operated at atmospheric pressure was developed by coupling mid-infrared laser desorption and electrospray post-ionization. Exogenous ice matrix was used as the energy-absorbing matrix to facilitate resonant desorption of tissue-related material. This manuscript provides a step-by-step protocol for performing IR-MALDESI MSI of whole-body neonatal mouse.

赤外線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することにより、全身質量分析イメージング（IR-MALDESI）

Ambient ionization sources for mass spectrometry (MS) have been the subject of much interest in the past decade. Matrix-assisted laser desorption ...

生物工学

Mass-Sensitive Particle Tracking to Characterize Membrane-Associated Macromolecule Dynamics

Short-lived or transient interactions of macromolecules at and with lipid membranes, an interface where a multitude of essential biological reactions take place, are inherently difficult to assess with standard biophysical methods. The introduction of mass-sensitive particle tracking (MSPT) constitutes an important step toward a thorough quantitative characterization of such processes. Technically, this was made possible through the advent of interferometric scattering microscopy (iSCAT)-based mass photometry (MP). When the background removal strategy is optimized to reveal the two-dimensional motion of membrane-associated particles, this technique allows the real-time analysis of both diffusion and molecular mass of unlabeled macromolecules on biological membranes. Here, a detailed protocol to perform and analyze mass-sensitive particle tracking of membrane-associated systems is described. Measurements performed on a commercial mass photometer achieve time resolution in the millisecond regime and, depending on the MP system, a mass detection limit down to 50 kDa. To showcase the potential of MSPT for the in-depth analysis of membrane-catalyzed macromolecule dynamics in general, results obtained for exemplary protein systems such as the native membrane interactor annexin V are presented.

This protocol describes an iSCAT-based image processing and single-particle tracking approach that enables the simultaneous investigation of the molecular mass and the diffusive behavior of macromolecules interacting with lipid membranes. Step-by-step instructions for sample preparation, mass-to-contrast conversion, movie acquisition, and post-processing are provided alongside directions to prevent potential pitfalls.

膜関連高分子ダイナミクスを特徴付けるための質量感受性粒子追跡

Short-lived or transient interactions of macromolecules at and with lipid membranes, an interface where a multitude of essential biological reactions take ...

生化学

Atmospheric-pressure Molecular Imaging of Biological Tissues and Biofilms by LAESI Mass Spectrometry

Ambient ionization methods in mass spectrometry allow analytical investigations to be performed directly on a tissue or biofilm under native-like experimental conditions. Laser ablation electrospray ionization (LAESI) is one such development and is particularly well-suited for the investigation of water-containing specimens. LAESI utilizes a mid-infrared laser beam (2.94 &mu;m wavelength) to excite the water molecules of the sample. When the ablation fluence threshold is exceeded, the sample material is expelled in the form of particulate matter and these projectiles travel to tens of millimeters above the sample surface. In LAESI, this ablation plume is intercepted by highly charged droplets to capture a fraction of the ejected sample material and convert its chemical constituents into gas-phase ions. A mass spectrometer equipped with an atmospheric-pressure ion source interface is employed to analyze and record the composition of the released ions originating from the probed area (pixel) of the sample. A systematic interrogation over an array of pixels opens a way for molecular imaging in the microprobe analysis mode. A unique aspect of LAESI mass spectrometric imaging is depth profiling that, in combination with lateral imaging, enables three-dimensional (3D) molecular imaging. With current lateral and depth resolutions of ~100 &mu;m and ~40 &mu;m, respectively, LAESI mass spectrometric imaging helps to explore the molecular structure of biological tissues. Herein, we review the major elements of a LAESI system and provide guidelines for a successful imaging experiment.

Laser ablation electrospray ionization (LAESI) is an atmospheric-pressure ion source for mass spectrometry. In the imaging mode, a mid-infrared laser probes the distributions of molecules across a tissue section or a biofilm. This technique presents a new approach for diverse bioanalytical studies carried out under native experimental conditions.

LAESI質量分析による生体組織とバイオフィルムの大気圧分子イメージング

Ambient ionization methods in mass spectrometry allow analytical investigations to be performed directly on a tissue or biofilm under native-like ...

生物学

Direct Analysis of Single Cells by Mass Spectrometry at Atmospheric Pressure

Analysis of biochemicals in single cells is important for understanding cell metabolism, cell cycle, adaptation, disease states, etc. Even the same cell types exhibit heterogeneous biochemical makeup depending on their physiological conditions and interactions with the environment. Conventional methods of mass spectrometry (MS) used for the analysis of biomolecules in single cells rely on extensive sample preparation. Removing the cells from their natural environment and extensive sample processing could lead to changes in the cellular composition. Ambient ionization methods enable the analysis of samples in their native environment and without extensive sample preparation.1 The techniques based on the mid infrared (mid-IR) laser ablation of biological materials at 2.94 &mu;m wavelength utilize the sudden excitation of water that results in phase explosion.2 Ambient ionization techniques based on mid-IR laser radiation, such as laser ablation electrospray ionization (LAESI) and atmospheric pressure infrared matrix-assisted laser desorption ionization (AP IR-MALDI), have successfully demonstrated the ability to directly analyze water-rich tissues and biofluids at atmospheric pressure.3-11 In LAESI the mid-IR laser ablation plume that mostly consists of neutral particulate matter from the sample coalesces with highly charged electrospray droplets to produce ions. Recently, mid-IR ablation of single cells was performed by delivering the mid-IR radiation through an etched fiber. The plume generated from this ablation was postionized by an electrospray enabling the analysis of diverse metabolites in single cells by LAESI-MS.12 This article describes the detailed protocol for single cell analysis using LAESI-MS. The presented video demonstrates the analysis of a single epidermal cell from the skin of an Allium cepa bulb. The schematic of the system is shown in Figure 1. A representative example of single cell ablation and a LAESI mass spectrum from the cell are provided in Figure 2.

Single cell analysis is performed by mass spectrometry on plant and animal cells at atmospheric pressure by using a sharpened optical fiber to sample the cells for laser ablation electrospray ionization (LAESI) mass spectrometry.

大気圧質量分析法による単一細胞の直接分析

Analysis of biochemicals in single cells is important for understanding cell metabolism, cell cycle, adaptation, disease states, etc. Even the same cell ...

VSFG顕微鏡を使用したマルチモーダル、迅速、ハイパースペクトル化学分析

Multimodal Nonlinear Hyperspectral Chemical Imaging Using Line-Scanning Vibrational Sum-Frequency Generation Microscopy

Vibrational sum-frequency generation (VSFG), a second-order nonlinear optical signal, has traditionally been used to study molecules at interfaces as a spectroscopy technique with a spatial resolution of ~100 &#181;m. However, the spectroscopy is not sensitive to the heterogeneity of a sample. To study mesoscopically heterogeneous samples, we, along with others, pushed the resolution limit of VSFG spectroscopy down to ~1 &#181;m level and constructed the VSFG microscope. This imaging technique not only can resolve sample morphologies through imaging, but also record a broadband VSFG spectrum at every pixel of the images. Being a second-order nonlinear optical technique, its selection rule enables the visualization of non-centrosymmetric or chiral self-assembled structures commonly found in biology, materials science, and bioengineering, among others. In this article, the audience will be guided through an inverted transmission design that allows for imaging unfixed samples. This work also showcases that VSFG microscopy can resolve chemical-specific geometric information of individual self-assembled sheets by combining it with a neural network function solver. Lastly, the images obtained under brightfield, SHG, and VSFG configurations of various samples briefly discuss the unique information revealed by VSFG imaging.

著者スポットライト:メゾスコピック不均一自己組織化構造の研究におけるVSFG顕微鏡法の可能性の解明 

A multimodal, rapid hyperspectral imaging framework was developed to obtain broadband vibrational sum-frequency generation (VSFG) images, along with brightfield, second harmonic generation (SHG) imaging modalities. Due to the infrared frequency being resonant with molecular vibrations, microscopic structural and mesoscopic morphology knowledge is revealed of symmetry-allowed samples.

ライン走査型振動和周波数発生顕微鏡を用いたマルチモーダル非線形ハイパースペクトルケミカルイメージング

Vibrational sum-frequency generation (VSFG), a second-order nonlinear optical signal, has traditionally been used to study molecules at interfaces as a ...

Applications of the Single-probe: Mass Spectrometry Imaging and Single Cell Analysis under Ambient Conditions

Mass spectrometry imaging (MSI) and in-situ single cell mass spectrometry (SCMS) analysis under ambient conditions are two emerging fields with great potential for the detailed mass spectrometry (MS) analysis of biomolecules from biological samples. The single-probe, a miniaturized device with integrated sampling and ionization capabilities, is capable of performing both ambient MSI and in-situ SCMS analysis. For ambient MSI, the single-probe uses surface micro-extraction to continually conduct MS analysis of the sample, and this technique allows the creation of MS images with high spatial resolution (8.5 &#181;m) from biological samples such as mouse brain and kidney sections. Ambient MSI has the advantage that little to no sample preparation is needed before the analysis, which reduces the amount of potential artifacts present in data acquisition and allows a more representative analysis of the sample to be acquired. For in-situ SCMS, the single-probe tip can be directly inserted into live eukaryotic cells such as HeLa cells, due to the small sampling tip size (&lt; 10 &#181;m), and this technique is capable of detecting a wide range of metabolites inside individual cells at near real-time. SCMS enables a greater sensitivity and accuracy of chemical information to be acquired at the single cell level, which could improve our understanding of biological processes at a more fundamental level than previously possible. The single-probe device can be potentially coupled with a variety of mass spectrometers for broad ranges of MSI and SCMS studies.

Here, we present protocols to perform both ambient mass spectrometry imaging (MSI) of tissues and in-situ live single cell MS (SCMS) analysis using the single-probe, which is a miniaturized multifunctional device for MS analysis.

シングルプローブの応用：周囲条件下での質量分析イメージングと単一細胞解析

Mass spectrometry imaging (MSI) and in-situ single cell mass spectrometry (SCMS) analysis under ambient conditions are two emerging fields with great ...

シュリーレン写真の使用とアンビエント質量分析の可視化

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波長可変真空紫外（VUV）放射光を用いた分子線質量分析

塗料中の化学輸送のキャラに逆解析アプローチ

赤外線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することにより、全身質量分析イメージング（IR-MALDESI）

膜関連高分子ダイナミクスを特徴付けるための質量感受性粒子追跡

LAESI質量分析による生体組織とバイオフィルムの大気圧分子イメージング

大気圧質量分析法による単一細胞の直接分析

ライン走査型振動和周波数発生顕微鏡を用いたマルチモーダル非線形ハイパースペクトルケミカルイメージング

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