Den komplette kjemiske karakteriseringen av biomolekyler er nøkkelen til å forstå deres underliggende biologiske og funksjonelle egenskaper. For dette formål har “omics” vitenskap utviklet seg de siste årene, med sikte på storskala karakterisering av kjemiske strukturer ved biologiske konsentrasjoner. I proteomikk og metabolomikk har MS blitt et kjerneverktøy for å avdekke den strukturelle heterogeniteten som finnes i biologiske medier , spesielt takket være følsomheten og evnen til å gi strukturell informasjon gjennom tandem MS (MS / MS). I MS / MS-strategier velges en ion i henhold til massen, deretter fragmentert, og til slutt blir massene av fragmentene anskaffet for å etablere et fingeravtrykk av molekylet. Spesielt MS/MS-spektra kan brukes til å samsvare med spektraldatabaser1,2, eller foreløpig rekonstruere de overordnede ^{strukturene3,4}. Under forutsetning av at lignende spektra tilhører lignende forbindelser, kan MS/MS-data også brukes til å bygge molekylære nettverk (MNer) som forbinder relaterte arter gjennom en ^{likhetsscore5,6}.

Men på grunn av den iboende egenskapen til MS for å oppdage masse-til-lading-forholdet (m / z) av ioner, er teknikken blind for en rekke strukturelle egenskaper som faller innenfor området (stereo)isomerisme. For eksempel er karbohydrater laget av flere monosakkaridunderenheter, hvorav mange er stereoisomerer eller til og med epimers (f.eks. Glc vs. Gal eller Glc vs. Man). Disse underenhetene er forbundet med glykosidiske bindinger, som kan variere ved koblingens posisjon (regioisomerisme) og den steriske konfigurasjonen av det anomeriske karbonet (anomerisme). Disse egenskapene gjør det vanskelig for frittstående MS å skille mellom karbohydrat ^isomers7, og bare regioisomerisme kan løses ved hjelp av høyenergiaktiveringsmetoder8,9,10. Selv om avledning er et alternativ for å forstyrre ekvivalensen av stereoisomeriske ^grupper11, krever det omfattende prøvepreparering. Et annet, enklere alternativ er å koble MS med en analytisk dimensjon som er følsom for isomerisme, for eksempel IMS.

Fordi denne protokollen er utformet for brukere som allerede er kjent med de grunnleggende konseptene i IMS, og fordi detaljerte gjennomganger er tilgjengelige andre ^steder12,13, er bare en kort oversikt over prinsippene for IMS gitt her. IMS er en gassfase separasjonsmetode som er avhengig av samspillet mellom ioner med buffergass og et elektrisk felt, og til slutt skiller ioner i henhold til deres gassfasekonformasjoner. Ulike prinsipper for IMS koblet til MS finnes på kommersielle instrumenter: noen opererer ved vekslende høye og lave elektriske felt (feltasymmetrisk IMS, FAIMS), mens de fleste opererer innenfor grensen for lavt felt – spesielt drivrøret IMS (DTIMS, lineært avtagende elektrisk felt), reisebølge IMS (TWIMS, symmetriske potensielle bølger) og fanget IMS (TIMS, høy strømning av gassfangstioner mot elektriske felt)¹³ . Lavfeltsmetodene gir tilgang til en såkalt CCS, en egenskap av iongassparet som representerer overflaten (i ^Å2 eller ^nm2) av ionen som samhandler med buffergassen under separasjonen. CCS er teoretisk instrumentuavhengig og er derfor nyttig for å generere data som kan reproduseres mellom ulike ^{laboratorier14}. Ionmobilitetsseparasjoner kan påvirkes av ulike parametere og spesielt av svingninger i gasstrykket og gasstemperaturen i mobilitetscellen. CCS-kalibreringen er en måte å bøte på dette på, da både kalibrering og art av interesse vil bli påvirket ^{på samme måte13}. Det er imidlertid obligatorisk å installere instrumentet i et temperaturkontrollert rom og å ha et pålitelig gasstrykkkontrollsystem.

En interessant utvikling av IMS er IMS/IMS, som først ble introdusert i 2006 av Clemmers gruppe som en analog av MS/^MS15,16. I IMS/IMS er en interesseion selektivt isolert basert på ionmobiliteten. Den aktiveres deretter (inntil mulig fragmentering), og en ny IMS-analyse av den aktiverte ionen eller fragmentene utføres. I den første instrumentelle designen ble to IMS-celler satt i serie, skilt av en iontrakt der aktiveringen stod. Siden da, selv om en rekke IMS / IMS-oppsett ble foreslått (for en gjennomgang, se Eldrid og ^{Thalassinos17}), ble det første kommersielle massespektrometeret med IMS / IMS-kapasitet bare tilgjengelig i 201918. Dette instrumentet forbedret det opprinnelige konseptet betydelig ved å kombinere det med et annet teknologisk gjennombrudd: en syklisk design av IMS-cellen.

Den sykliske IMS-cellen tillater teoretisk å øke nesten uendelig driftbanelengden og dermed løse kraften til ^{instrumentet19}. Dette ble oppnådd ved hjelp av en bestemt instrumentgeometri, hvor den sykliske TWIMS-cellen er plassert ortogonalt til hovedionoptisk akse. Et multifunksjonsmatriseområde ved inngangen til IMS-cellen gjør det mulig å kontrollere retningen på ionbanen: (i) sende ioner sidelengs for IMS-separasjon, (ii) fremover for MS-gjenkjenning, eller (iii) bakover fra IMS-cellen som skal lagres i en prearraycelle. Fra denne prearray butikkcellen kan ionene aktiveres og fragmentene reinjiseres i IMS-cellen for ionmobilitetsmåling, en tilnærming som har blitt brukt til å karakterisere stereoisomerer20. Til syvende og sist inneholder de innsamlede dataene ionmobilitet og m / z-informasjon for forløperen og dens fragmenter.

I en nylig publikasjon som brukte denne sykliske designen for glykananalyser (Ollivier et ^al.21), viste vi at mobilitetsprofilen til fragmentene i slike IMS/IMS-data fungerer som et fingeravtrykk av en biomolekyl som kan brukes i en molekylær nettverksstrategi. Det resulterende nettverket, kalt IM-MN, førte til organisering av glycomics-datasett på en strukturelt relevant måte, mens nettverket bygget utelukkende fra MS / MS-data (MS-MN) avslørte lite informasjon. For å utfylle denne publikasjonen og hjelpe sykliske IMS-brukere med å implementere denne arbeidsflyten, gir denne protokollen en fullstendig beskrivelse av protokollen som brukes til å samle inn dataene. Denne protokollen fokuserer bare på genereringen av IMS/IMS-dataene som brukere deretter kan bruke til å bygge IM-MN-nettverk (^se21) – eller for andre programmer etter eget valg. Bygging av IM-MN vil ikke bli vurdert heri, da protokoller for molekylært nettverk allerede er ^{tilgjengelige22}. De avgjørende punktene som må følges for å generere verdifulle og reproduserbare IMS/IMS-oppkjøp, fremheves. Tar eksempelet på en av oligosakkaridene studert av Ollivier et al. ²¹, er følgende trinn detaljert: (i) prøvepreparering, (ii) justering av det sykliske IMS-instrumentet, (iii) automatisert toppplukking av dataene og (iv) CCS-kalibrering.