Den fullständiga kemiska karakteriseringen av biomolekyler är nyckeln till att förstå deras underliggande biologiska och funktionella egenskaper. För detta ändamål har “omics” vetenskaper utvecklats under de senaste åren, med sikte på storskalig karakterisering av kemiska strukturer vid biologiska koncentrationer. Inom proteomik och metabolomik har MS blivit ett centralt verktyg för att lösa upp den strukturella heterogenitet som finns i biologiska medier, särskilt tack vare dess känslighet och förmåga att tillhandahålla strukturell information genom tandem MS (MS/MS). I MS/MS-strategier väljs en jon efter massa, fragmenteras sedan, och slutligen förvärvas massorna av dess fragment för att upprätta ett fingeravtryck av molekylen. MS/MS-spektra kan särskilt användas för att matcha spektraldatabaser1,2 eller preliminärt rekonstruera de överordnade ^{strukturerna3,4}. Under antagandet att liknande spektra tillhör liknande föreningar kan MS/MS-data också användas för att bygga molekylära nätverk (MN) som förbinder relaterade arter genom en ^{likhetspoäng5,6}.

Men på grund av MS: s inneboende egenskap för att upptäcka massa-till-laddning-förhållandet (m/z) av joner, är tekniken blind för ett antal strukturella egenskaper som faller inom intervallet (stereo)isomerism. Till exempel är kolhydrater gjorda av flera monosackaridunderenheter, varav många är stereoisomerer eller till och med epimerer (t.ex. Glc vs. Gal eller Glc vs. Man). Dessa underenheter är kopplade till glykosidiska bindningar, som kan skilja sig åt genom länkningens (regioisomerism) och den steriska konfigurationen av det anomeriska kolet (anomerism). Dessa egenskaper gör det svårt för fristående MS att skilja mellan kolhydrater isomers7, och endast regioisomerism kan hanteras med hjälp av högenergiaktiveringsmetoder8,9,10. Även om härledning är ett alternativ för att störa ekvivalensen av stereoisomeriska ^grupper11, kräver det omfattande provberedning. Ett annat, enklare alternativ är att koppla ihop MS med en analytisk dimension som är känslig för isomerism, till exempel IMS.

Eftersom det här protokollet är utformat för användare som redan är bekanta med de grundläggande begreppen IMS, och eftersom detaljerade granskningar finns tillgängliga någon ^{annanstans12,13}, ges endast en kort översikt över principerna för IMS här. IMS är en gasfasseparationsmetod som bygger på interaktionen mellan joner med en buffertgas och ett elektriskt fält, vilket i slutändan separerar joner enligt deras gasfaskonformationer. Olika principer för IMS kopplade till MS finns på kommersiella instrument: vissa arbetar på alternerande höga och låga elektriska fält (fältasymmetriska IMS, FAIMS), medan de flesta arbetar inom den låga fältgränsen – särskilt driftrör IMS (DTIMS, linjärt minskande elektriskt fält), resande våg IMS (TWIMS, symmetriska potentiella vågor) och fångade IMS (TIMS, högt flöde av buffertgasfångsjoner mot elektriska fält)¹³ . Lågfältsmetoderna ger tillgång till en så kallad CCS, en egenskap hos jongasparet som representerar ytan (i ^Å2 eller ^nm2) av den jon som interagerar med buffertgasen under separationen. CCS är teoretiskt instrumentoberoende och är därför användbart för att generera data som kan reproduceras mellan olika ^{laboratorier14}. Jonrörlighetsseparationer kan påverkas av olika parametrar och särskilt av fluktuationer i gastrycket och gastemperaturen i mobilitetscellen. CCS-kalibreringen är ett sätt att åtgärda detta, eftersom både kalibreringen och arten av intresse kommer att påverkas på samma ^sätt13. Det är dock obligatoriskt att installera instrumentet i ett temperaturstyrt rum och att ha ett tillförlitligt gastryckskontrollsystem.

En intressant utveckling av IMS är IMS/IMS, som först introducerades 2006 av Clemmers grupp som en analog till MS/^MS15,16. I IMS/IMS isoleras en del av intresse selektivt på grundval av dess jonrörlighet. Den aktiveras sedan (tills det är möjligt fragmentering) och en ny IMS-analys av den aktiverade jonen eller fragmenten utförs. I den första instrumentala designen sattes två IMS-celler i serie, åtskilda av en jontratt där aktiveringen stod. Sedan dess, även om ett antal IMS/IMS-inställningar föreslogs (för en granskning, se Eldrid och ^{Thalassinos17}), blev den första kommersiella masspektrometern med IMS/ IMS-kapacitet tillgänglig först 201918. Detta instrument förbättrade avsevärt det ursprungliga konceptet genom att kombinera det med ett annat tekniskt genombrott: en cyklisk design av IMS-cellen.

Den cykliska IMS-cellen tillåter teoretiskt att nästan oändligt öka drivbanans längd och därmed instrumentets ^{upplösningskraft19}. Detta uppnåddes med hjälp av en viss instrumentgeometri, där den cykliska TWIMS-cellen placeras ortogonellt till huvudjonens optiska axel. Ett multifunktionsmatrisområde vid ingången till IMS-cellen gör det möjligt att styra jonbanans riktning: i) skicka joner i sidled för IMS-separation, (ii) framåt för MS-identifiering eller (iii) bakåt från IMS-cellen som ska lagras i en prearraycell. Från denna prearray-lagercell kan jonerna aktiveras och fragmenten återföras i IMS-cellen för jonrörlighetsmätning, ett tillvägagångssätt som framgångsrikt har använts för att karakterisera stereoisomerer20. I slutändan innehåller de insamlade uppgifterna jonrörlighet och m/z-information för föregångaren och dess fragment.

I en nyligen publicerad publikation som använde denna cykliska design för glykananalyser (Ollivier et ^al.21) visade vi att mobilitetsprofilen för fragmenten i sådana IMS/IMS-data fungerar som ett fingeravtryck av en biomolekyl som kan användas i en molekylär nätverksstrategi. Det resulterande nätverket, kallat IM-MN, ledde till att glykomiska datamängder organisationsuppsättningar organiserades på ett strukturellt relevant sätt, medan nätverket som enbart byggdes av MS/MS-data (MS-MN) avslöjade lite information. För att komplettera den här publikationen och hjälpa cykliska IMS-användare att implementera det här arbetsflödet innehåller det här protokollet en fullständig beskrivning av protokollet som används för att samla in data. Det här protokollet fokuserar bara på generering av IMS/IMS-data som användare sedan kan använda för att skapa IM-MN-nätverk (^se21) – eller för något annat program som de väljer. Byggande av IM-MN kommer inte att övervägas häri, eftersom protokoll för molekylära nätverk redan finns ^{tillgängliga22}. De avgörande punkter som måste följas för att generera värdefulla och reproducerbara IMS/IMS-förvärv lyfts fram. Tar exemplet med en av de oligosackarider som ollivier et al har studerat. ²¹ skall följande steg anges: i) provberedning, ii) justering av det kykiska IMS-instrumentet, iii) automatisk toppplockning av data och iv) CCS-kalibrering.