Den komplette kemiske karakterisering af biomolekyler er nøglen til at forstå deres underliggende biologiske og funktionelle egenskaber. Til dette formål har “omics” -videnskaber udviklet sig i de senere år med det formål at karakterisere kemiske strukturer i stor skala ved biologiske koncentrationer. Inden for proteomik og metabolomik er MS blevet et centralt redskab til at optrævle den strukturelle heterogenitet, der findes i biologiske medier – især takket være dets følsomhed og evne til at tilvejebringe strukturel information gennem tandem MS (MS / MS). I MS / MS-strategier vælges en ion i henhold til dens masse, derefter fragmenteres, og til sidst erhverves masserne af dets fragmenter for at etablere et fingeraftryk af molekylet. MS/MS-spektre kan navnlig anvendes til at matche spektrale ^databaser1,2 eller foreløbigt rekonstruere de overordnede ^{strukturer3,4}. Under antagelse af, at lignende spektre tilhører lignende forbindelser, kan MS/MS-data også bruges til at opbygge molekylære netværk (MN’er), der forbinder beslægtede arter gennem en ^{lighedsscore5,6}.

På grund af MS’s iboende egenskab til at detektere masse-til-ladningsforholdet (m/z) af ioner, er teknikken imidlertid blind for en række strukturelle træk, der falder inden for (stereo)isomerismens rækkevidde. For eksempel er kulhydrater lavet af flere monosaccharidunderenheder, hvoraf mange er stereoisomerer eller endda epimerer (f.eks. Glc vs. Gal eller Glc vs. Man). Disse underenheder er forbundet med glykosidbindinger, som kan variere ved placeringen af bindingen (regioisomerisme) og den steriske konfiguration af det anomere carbon (anomerisme). Disse egenskaber gør det vanskeligt for enkeltstående MS at skelne mellem kulhydratisomerer7, og kun regioisomerisme kan behandles ved hjælp af højenergiaktiveringsmetoder8,9,10. Selvom derivatisering er en mulighed for at forstyrre ækvivalensen af stereoisomere ^grupper11, kræver det omfattende prøveforberedelse. En anden, mere ligetil mulighed er at koble MS med en analytisk dimension, der er følsom over for isomerisme, såsom IMS.

Fordi denne protokol er designet til brugere, der allerede er bekendt med de grundlæggende begreber i IMS, og fordi detaljerede gennemgange er tilgængelige andre ^steder12,13, gives der kun et kort overblik over principperne for IMS her. IMS er en gasfaseseparationsmetode, der er afhængig af interaktionen mellem ioner med en buffergas og et elektrisk felt, hvilket i sidste ende adskiller ioner i henhold til deres gasfasekonformationer. Forskellige principper for IMS koblet til MS kan findes på kommercielle instrumenter: nogle opererer ved vekslende høje og lave elektriske felter (felt asymmetrisk IMS, FAIMS), mens de fleste opererer inden for den lave feltgrænse – især drivrør IMS (DTIMS, lineært faldende elektrisk felt), rejsebølge IMS (TWIMS, symmetriske potentialebølger) og fanget IMS (TIMS, høj strøm af buffergasfangningsioner mod elektriske felter)¹³ . Lavfeltsmetoderne giver adgang til en såkaldt CCS, en egenskab ved iongasparret, der repræsenterer overfladen (i ^Å2 eller ^nm2) af den ion, der interagerer med buffergassen under adskillelsen. CCS er teoretisk instrumentuafhængig og er derfor nyttig til at generere data, der kan reproduceres mellem forskellige ^{laboratorier14}. Ionmobilitetsseparationer kan påvirkes af forskellige parametre og især af udsving i gastrykket og gastemperaturen i mobilitetscellen. CCS-kalibreringen er en måde at afhjælpe dette på, da både kalibreren og arten af interesse vil blive påvirket på samme ^måde13. Det er dog obligatorisk at installere instrumentet i et temperaturstyret rum og have et pålideligt gastrykstyringssystem.

En interessant udvikling af IMS er IMS/IMS, som først blev introduceret i 2006 af Clemmers gruppe som en analog til MS/^MS15,16. I IMS/IMS isoleres en ion af interesse selektivt baseret på dens ionmobilitet; den aktiveres derefter (indtil mulig fragmentering), og der udføres en ny IMS-analyse af den eller de aktiverede ion-fragmenter. I det første instrumentelle design blev to IMS-celler sat i serie, adskilt af en iontragt, hvor aktiveringen stod. Siden da, selv om der blev foreslået en række IMS/IMS-opsætninger (for en gennemgang, se Eldrid og ^{Thalassinos17}), blev det første kommercielle massespektrometer med IMS/IMS-kapacitet først tilgængeligt i 201918. Dette instrument forbedrede det oprindelige koncept væsentligt ved at kombinere det med et andet teknologisk gennembrud: et cyklisk design af IMS-cellen.

Den cykliske IMS-celle gør det teoretisk muligt at øge drivvejslængden og dermed instrumentets opløsningsevne ^{næsten uendeligt19}. Dette blev opnået ved hjælp af en bestemt instrumentgeometri, hvor den cykliske TWIMS-celle placeres ortogonalt til den optiske hovedionakse. Et multifunktionsarrayområde ved indgangen til IMS-cellen gør det muligt at styre ionbanens retning: (i) sende ioner sidelæns til IMS-separation, (ii) fremad til MS-detektion eller (iii) bagud fra IMS-cellen, der skal opbevares i en præarray-celle. Fra denne præarray-lagercelle kan ionerne aktiveres, og fragmenterne geninjiceres i IMS-cellen til måling af ionmobilitet, en tilgang, der med succes er blevet brugt til at karakterisere stereoisomerer20. I sidste ende indeholder de indsamlede data ionmobilitet og m/z-oplysninger om prækursoren og dens fragmenter.

I en nylig publikation, der brugte dette cykliske design til glycananalyser (Ollivier et ^al.21), viste vi, at mobilitetsprofilen for fragmenterne indeholdt i sådanne IMS/IMS-data fungerer som et fingeraftryk af et biomolekyle, der kan bruges i en molekylær netværksstrategi. Det resulterende netværk, kaldet IM-MN, førte til organisering af glycomics datasæt på en strukturelt relevant måde, mens netværket bygget udelukkende fra MS / MS data (MS-MN) afslørede lidt information. For at supplere denne publikation og hjælpe cykliske IMS-brugere med at implementere denne arbejdsgang giver denne protokol en komplet beskrivelse af den protokol, der bruges til at indsamle dataene. Denne protokol fokuserer kun på generering af IMS/IMS-data, som brugerne derefter kan bruge til at opbygge IM-MN-netværk (^se21) – eller til enhver anden applikation efter eget valg. Opbygning af IM-MN vil ikke blive overvejet heri, da protokoller for molekylært netværk allerede er ^{tilgængelige22}. De afgørende punkter, der skal følges for at generere værdifulde og reproducerbare IMS/IMS-opkøb, fremhæves. Tager eksemplet på et af de oligosaccharider, der studeres af Ollivier et al. ²¹, er følgende trin detaljerede: i) prøveforberedelse, ii) tuning af det cykliske IMS-instrument, iii) automatiseret topplukning af dataene og iv) CCS-kalibrering.