MSI-DPI-Bildgebungsquelle mit Elektrospray- bzw. photochemischer Ionisation

Die derzeit international weit verbreiteten DESI-Bildgebungsquellen können nur stark polare Komponenten abbilden. Sie weisen eine Polarisationsdiskriminierung auf (was die Genauigkeit bei vielen schwach polaren und unpolaren Komponenten beeinträchtigt) sowie eine starke Ionenunterdrückung (die das Signal der zu analysierenden Substanzen stört und eine Probenreinigung erforderlich macht) und sind daher nicht für alle zu untersuchenden Substanzsysteme geeignet.

Die auf der Kombination von Desorptions-Elektrospray (DESI) und photochemischer Ionisation basierende MSI DPI-25A-Bildgebungsquelle für die Elektrospray-/Photochemische-Ionisations-Massenspektrometrie wurde durch die Ergänzung einer photochemischen Ionisationsanlage und hocheffizienter Ionenübertragungskanäle hinter der herkömmlichen DESI-Sprühvorrichtung entwickelt. Durch das Ein- und Ausschalten der photochemischen Ionisationsquelle lässt sich eine hochsensible räumliche Molekülbildgebung sowohl für polare als auch für unpolare Komponenten realisieren.

Die photoionisierende Bildgebungsquelle ermöglicht nicht nur die Abbildung unpolarer Verbindungen in Gewebeschnitten von Mäusen und Pflanzen, sondern steigert zudem die Signalstärke polarer Komponenten, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis der Bildgebung erheblich verbessert wird.

Im Vergleich zu handelsüblichen bildgebenden Quellen für Massenspektrometer lassen sich bei tierischem Gewebe und Pflanzenblättern im positiven und negativen Ionenmodus bis zu hundert zusätzliche sekundäre Metaboliten wie Lipide, Terpene, Flavonoide, Aminosäuren und Glykoside nachweisen; die Signalstärke der Metaboliten lässt sich insgesamt um 1 bis 3 Größenordnungen verstärken, was die Nachweisempfindlichkeit der zu untersuchenden Substanzen – insbesondere der unpolaren Bestandteile – erheblich verbessert.

Produktmerkmale

Betrieb bei Atmosphärendruck, einfache Bedienung

Kompakt und vielseitig einsetzbar

Durch Ein- und Ausschalten der photoelektronischen Ionisationsquelle lässt sich eine hochsensible räumliche Bildgebung verschiedener polarer und unpolarer Komponenten realisieren

Im positiven und negativen Ionenmodus können Hunderte von sekundären Metaboliten wie Lipide, Terpene, Flavonoide, Aminosäuren und Glykoside neu nachgewiesen werden

Die Signalstärke der Metaboliten insgesamt kann um 1 bis 3 Größenordnungen verstärkt werden

Technische Daten

Räumliche Auflösung: 20 μm–200 μm

Probenvorbereitung: Keine Matrixsprühung erforderlich

Auflösungsquelle: Desorptions-Elektrospray-Ionisation

Ionisationsquelle: Sekundäre photochemische Ionisation

Umgebungstemperatur: 15 °C bis 30 °C;

Relative Luftfeuchtigkeit: 20 % bis 85 %;

Wechselstromversorgung: Spannung 220 V ± 22 V, Frequenz 50 Hz ± 1 Hz;

Abmessungen B x T x H: 340 x 270 x 250 mm

Gewicht: 24 kg

Garantiezeit: 12 Monate

Produktvorteile

1. Kerntechnologie der doppelten Ionisierung – bahnbrechender Durchbruch

DESI (Desorption-Elektrospray-Ionisation) + photochemische Sekundärionisation: Überwindung der Engpässe herkömmlicher Einzelionisationstechnologien und deutliche Steigerung der Effizienz bei der Übertragung von Ionensignalen.

2. Vollständig polare, diskriminierungsfreie Detektion – Abdeckung aller Arten organischer Verbindungen

Perfekte Detektion polarer, schwach polarer und unpolarer Verbindungen; schließt die Lücke der herkömmlichen DESI-Detektion bei unpolaren Verbindungen; die überwiegende Mehrheit der organischen Verbindungen lässt sich präzise ionisieren.

3. Deutlicher Empfindlichkeitssprung – Präzise Nachweis von Spurenstoffen

Die Signalstärke ist im Vergleich zu herkömmlichen Techniken um 1–3 Größenordnungen höher; so ist beispielsweise das Signal für Theanin in Teeblättern um das 14,5-Fache, das für Koffein um das 61-Fache und das für Cholesterin im Rattengehirn um das 205-Fache gestiegen.

4. Hohe Resistenz gegen Matrixstörungen – keine aufwendige Vorbehandlung

Der Ionenunterdrückungseffekt ist deutlich abgeschwächt, sodass komplexe Proben direkt analysiert werden können, ohne dass eine Gewebereinigung, Lösungsmittelreinigung oder chemische Derivatisierung erforderlich ist, was die Effizienz der Experimente steigert.

5. Kompatibel mit Agilent, AB SCIEX, Thermo – sofort einsatzbereit und wartungsfreundlich

Das MSI DPI-25A ist kompatibel mit Agilent-Massenspektrometern, das MSI DPI-25S mit AB SCIEX-Massenspektrometern und das MSI DPI-25T mit Thermo-Massenspektrometern. Die selbst entwickelte Ionenleitungsröhre aus einer Titanlegierung ist an der Vorderseite so geschliffen, dass die Probe nicht beschädigt wird, und lässt sich bequem demontieren, reinigen und warten.

6. Einstellbare hohe Auflösung – Erhaltung der Probenintegrität

Hochpräzise räumliche Auflösung von 20–200 μm, je nach Bedarf einstellbar, präzise Bildgebung ohne Abweichungen; Gewebeschnitte bleiben nach der Analyse intakt und können weiterhin für H&E-pathologische Untersuchungen verwendet werden.

7. Langzeitstabiler Betrieb – zuverlässigere Versuchsdaten

Spezielles Temperaturregelungskonzept für die Ionisationskammer, langzeitstabile Beheizung bei 320–350 °C; präzise Abstimmung zwischen Photoionisationsmodul und Scanplattform für hochreproduzierbare Versuchsergebnisse.

Anwendungsbereiche

Metabolomik: Veränderungen der räumlichen Verteilung von Metaboliten

Pathologische Diagnostik: Entdeckung von Krankheitsmarkern, Früherkennung von Krankheiten, klinisch-pathologische Forschung, Bakterienanalyse, mikrobiologische Bildgebung, Bestimmung des Tumorstadiums, Hormonrezeptorstatus, Genchip-Untersuchungen, Zellbiologie, mikrobiologische Ökologie

Pharmakokinetik: Entwicklung neuer Medikamente, Stoffwechselprozesse von Wirkstoffen und Metaboliten in verschiedenen Organen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, Quantifizierung von Wirkstoffen, Erforschung der Wirkstoffentdeckung und -verteilung, pflanzliche Mischungen

Pflanzenstoffwechsel: Veränderungen der räumlichen Verteilung von Metaboliten, Forschung zum Pflanzenstoffwechsel

Industriebereich: Chemische Rohstoffe, Verpackungsmaterialien, Farbstoffe, Kosmetika, Materialmatrizen, Analyse von Lebensmittelbestandteilen

Forensik: Forensische Untersuchungen, Fingerabdruckscans, Missbrauchsstoffe und Metaboliten in Haaren und Geweben

Sonstiges: Toxikologie, Umweltchemie, Archäologie

Anwendungsbeispiel: Bildgebung von Hirnschnitten bei Mäusen

Kation-Modus

DESI-Modus: Geringere Vielfalt (Cholin, Phosphatidylcholin und PC-Lipide)

DESI/PI-Modus: Umfassendere Informationen (Neurotransmitter – GABA, Kreatin, Glutamin, Glutamat und Adenosin usw., Cholesterin sowie mehr als ein Dutzend neutrale GalCer-Lipide)

Bilddarstellung: Umfassendere Informationen zur Verteilung

Die gleichzeitige bildgebende Analyse von Neurotransmittern und Lipiden ist für die Forschung in den Bereichen Neurowissenschaften, Pharmakologie und Neurochemie von großer Bedeutung

Negativ-Ionen-Modus

DESI-Modus: Geringer Matrixeffekt

Ähnliche Verbindungen: Phosphatidylethanolamin (PE), Phosphatidylalkohol (PE-O), Phosphatidylserin (PS), Phosphatidylinositol (PI) und Sulfatidyl (ST)

Bildgebungsergebnisse: komplementär

Glutamat usw.: DESI/PI

PE-O/PE: 2- bis 4-fache Steigerung

PI/ST: DESI-Modus

Im Negativ-Ionen-Modus weist die DESI/PI-Photoionisationsmethode bei der Analyse der meisten Metaboliten und Lipide weiterhin eine hervorragende Empfindlichkeit auf

Bildgebung von koronalen Schnitten einer Maus

Bild eines transversalen Schnitts einer Maus

Analytical Chemistry, 2019, 91, 110

Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2026

Anwendungsbeispiel: Forschung zu Melanomen/Zelltumoren

Positiv-Ionen-Modus

DESI- und DESI/PI-Massenspektren ergänzen sich

Bereich des Melanoms: hauptsächlich Cholin, Phosphatidylcholin, S1P, Cholesterin, Phosphatidylcholin (PC) und Sphingomyelin (SM)

In normalem Gewebe: vorwiegend unpolare Lipide wie Monoacylglycerin (MAG), Diacylglycerin (DAG) und Triacylglycerin (TG)

Die spezifische Verteilung von S1P, Cholesterin, PC34:1 und PC38:4 in den Bildaufnahmen stimmt in hohem Maße mit der Verteilung im Nävusbereich auf den H&E-Präparaten überein

Negativ-Ionen-Modus

Die DESI- und DESI/PI-Massenspektren sind ähnlich

Verbindungstypen: Fettsäuren (FA), Phosphatidylethanolamin (PE), Phosphatidinsäure (PA) und Phosphatidylalkohol (PI)

Abbildungen: Arachidonsäure, FA-C 22:6, FA-C 24:0, PE O-36:5 und Cholesterinsulfat

Fingerabdruckanalyse und Bildgebung von Melanozytennaevi

Bildanalyse mehrerer Proben

Mehrere Proben: Gemeinsamkeiten in der Verteilung

Marker: Unterscheidung und Diagnose

Lipide spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Melanocytomen

Immunhistochemische Färbungsanalyse

(A) Cholesterin-Bild, (B) H&E-Färbung, (D) HC des TSCO-Enzyms sowie vergrößerte Ansichten des Naevusbereichs und des normalen Gewebes. In den Abbildungen C und D stellen die roten durchgezogenen Linien den Naevusbereich dar, die orangefarbenen durchgezogenen Linien den Umrissbereich der Probe; die weißen und blauen Bereiche entsprechen jeweils dem Naevusbereich und dem normalen Gewebe und beziehen sich auf die rechts dargestellte Vergrößerung (E) – Mögliche Mechanismen der Cholesterinansammlung im Naevusbereich

Talanta, 2021, 231, 122380

Anwendungsbeispiel: Untersuchung der räumlichen Verteilung pflanzlicher Metaboliten

Salbei-Imprint-Bildgebung

Positiv-Ionen-Modus

DESI-Modus: Geringe Anzahl an Metaboliten (Cholin, Terpenoide, Phosphatidylcholin)

DESI/PI-Modus: Reichhaltige pflanzliche Metaboliten (Monoterpene, Diterpene, Triterpene)

Massenspektrometrie-Bild: 200 μm

Negativ-Ionen-Modus

Die Ionenintensität im DESI/PI-Modus ist um eine Größenordnung höher

Ginkgo-Imaging

Positiv-Ionen-Modus

DESI-Modus: Geringe Metabolitenvielfalt (Cholin, Disaccharide, Glykoside, PA/PC-Lipide, demagnesiertes Chlorophyll usw.)

DESI/PI-Modus: Enthält die im DESI-Modus nachgewiesenen Metaboliten sowie zusätzliche (Flavonoide, Ginkgolsäure, Cashew-Phenol usw.)

Massenspektrometrie-Bild: Verteilung der Sekretionskammern

Negativ-Ionen-Modus

Die Ionenintensität im DESI/PI-Modus ist um eine Größenordnung höher

Bildgebung von Tee-Spuren

Positiv-Ionen-Modus

DESI-Modus: Geringe Anzahl an Metaboliten (Cholin, Theanin, Koffein, Phospholipide usw.)

DESI/PI-Modus: Zusätzliche Verbindungen (Aminosäuren, Catechine, Flavonoide usw.); das Theanin-Signal ist um das 14,5-Fache und das Koffein-Signal um das 61-Fache verstärkt

Massenspektrometrie-Bild: Die beiden Modi ergänzen sich gegenseitig

Die folgende Boxplot-Analyse und t-Test-Analyse: Es bestehen signifikante Unterschiede zwischen den Blattadern und den Blattbereichen

Korrelationsanalyse: Hohe räumliche Korrelation der Flavonoid-Metaboliten

Stoffwechselwegdiagramm der Catechine: Der Großteil der Metaboliten im Syntheseweg von Chalkon zu Catechin wurde nachgewiesen

Analytical Chemistry, 2022, 94 (43)

Anwendungsbeispiel: Untersuchung der räumlichen Verteilung pflanzlicher Metaboliten

Bildgebung der Anreicherung von Schadstoffen in Tomaten

In dieser Studie wurde die räumlich spezifische toxische Wirkung von Carbamazepin (CBZ) in Pflanzen untersucht. Mithilfe von DESI/PI-MSI wurden CBZ und seine Metaboliten vor allem am Blattrand beobachtet, wo die Konzentration 2,3-mal so hoch war wie im inneren Bereich; dies wurde durch LC-MS bestätigt.

Transkriptom- und Stoffwechselanalysen zeigten signifikante Unterschiede in der Genexpression und den Metabolitenkonzentrationen zwischen den inneren und äußeren Blattbereichen, was die Rolle der räumlichen Lage bei der CBZ-Reaktion unterstreicht.

Bildgebung von Perforationsspuren in Tabakblättern

Bildgebung repräsentativer Verbindungen in Tabakpflanzen

Die räumliche Verteilung der chemischen Zusammensetzung repräsentativer Verbindungen in Tabakpflanzen in Längs- und Querrichtung: Bei Substanzen wie Alkaloiden, Aminosäuren und Zuckern in Tabakblättern zeigt die Längsanalyse, dass diese hauptsächlich an der Blattspitze vorkommen, während die Queranalyse ergibt, dass sie vorwiegend an den linken und rechten Rändern der Tabakblätter verteilt sind.

Abdruckbild von Blütenblättern

Abdruckversuche mit Proben verschiedener Arten belegen die hohe Nachweisempfindlichkeit und die umfassende Ionisierungsabdeckung von DESI/PI bei pflanzlichen Metaboliten.

Environ. Sci. Technol. 2024, 58

Analytische Chemie, 2024, 52

Anwendungsbeispiel: Räumliche Verteilung der Hauptbestandteile frischer Tabakblätter

Bildgebung von Tabakblatt-Schnitten

Nach dem Schneiden, Segmentieren und Pressen frischer Tabakblätter wurden diese abgebildet; m/z 104,11 verteilt sich hauptsächlich an der Blattbasis, m/z 516,49 hauptsächlich in den Blattadern. Die Ergebnisse der vollständigen Bildgebung kleiner Tabakblätter zeigen, dass die Verteilung verschiedener Metaboliten in Tabakblättern räumlich spezifisch ist.

Anwendungsbeispiel: Aufklärung der Ursachen für die Bildung von zinnoberroten Flecken in der traditionellen chinesischen Medizin „Baizhu“

Bildaufnahme von Baizhu-Schnitten

In einem gemeinsam mit der Chinesischen Akademie für Traditionelle Chinesische Medizin veröffentlichten Artikel wurden die Ursachen für die Bildung der zinnoberroten Flecken in Atractylodes macrocephala aufgezeigt; sowohl m/z 183,0807 als auch m/z 301,2164 wiesen eine starke Korrelation mit den farbigen SCs in JAR auf. Die DESP/PI-MSI-Ergebnisse für andere Polyacetylene und Sesquiterpene sind in Abbildung S7 dargestellt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die starke Anreicherung von Atractylodes macrocephala und (4E,6E,12E)-Tetracaren-8,10-dien-1,3-diol-diacetat möglicherweise die Ursache für die zinnoberroten Flecken in AR ist.

Molecular Horticulture, 2025, 5:11

Anwendungsbeispiel: Forensische Begutachtung – Unterstützung bei der wissenschaftlichen Beweissicherung

Zeitliche Bildgebung von Zinnoberrot und Tinte

Zeitliche Analyse von Rot- und Schwarz-Tinte: Präzise Unterscheidung zwischen „zuerst schreiben, dann stempeln“ und „zuerst stempeln, dann schreiben“; eindeutige Signalmerkmale an den Schnittstellen, unumstrittene Beurteilung. In der Gruppe „zuerst stempeln“ weist die Marker-Tinte an den Schnittstellen zwischen Rot- und Schwarz-Tinte einen deutlichen Signalabbruch auf; in der Gruppe „zuerst schreiben“ ist das Signal des Stempelabdrucks an den Schnittstellen deutlich schwächer als in der Gruppe „zuerst stempeln“.

Tintenrückverfolgung / Fingerabdruckbildgebung: Erfolgreiche Unterscheidung von Tintenspuren verschiedener Marken bei Kugelschreibern, klare Erkennung von Fingerabdruckrippen sowie Nachweis charakteristischer Bestandteile wie Cholesterin und Squalen; geeignet für forensische Untersuchungen bei Thermo Fisher.

Fingerabdruckbildgebung

Die Fingerabdruckrippen sind deutlich zu erkennen; im DESI/PI-Modus wurden 369 (Cholesterin), 411 (Squalene) sowie 523, 537 und 549 (möglicherweise Triglyceridfragmente) nachgewiesen.

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