JMS-S3000 NewSpiralTOF

Scientific / Metrology Instruments MALDI-TOFMS JMS-S3000 NewSpiralTOF™

MALDI-TOFMS で低分子も 見えることをご存じですか？ 低分子も“見える”MALDI-TOFMS MALDI（マトリックス支援レーザー脱離イオン化） 法は発明の背景から、タンパク質や合成ポリマーなど高分子化合物の分析に 強みをもつ手法として知られてきました。しかし実際には、分子量 100 以下の低分子から分子量 10 万を超える高分子までイオン化 が可能な、汎用性の高いイオン化法です。SpiralTOF で取得したマススペクトルは、低質量域のケミカルノイズが少ないため、低分子 化合物の精密質量測定が高感度に行えます。一般的な MALDI ーリフレクトロン TOFMS では、マトリックスのクラスターイオンが ポストソース分解 (PSD) して生成したイオンの一部が検出器まで到達し、低質量域のケミカルノイズとなります。SpiralTOF イオン 光学系は扇形電場から構成され、PSD の結果生ずる、運動エネルギーの低いイオンは通過できないため、得られるマススペクトルの 低質量域にはケミカルノイズが殆ど存在しません。 dl- メチルエフェドリン塩酸塩 20 mg を含む総合感冒薬を摂取したボランティアの、摂取 6 時間後の尿を固相抽出カートリッジを 用いた簡易的脱塩処理の後、測定しました。SpiralTOF の高質量分解能、低ケミカルノイズにより、メチルエフェドリンのプロトン 付加分子 [M+H]+ が明確に検出され、その質量測定誤差は 0.0003 u (1.7 ppm) でした。 x10 2.76 207.0652 298.3393 100.1158 358.2469 179.0703 55.9485 387.1293 466.1752 591.2846 655.2424 0.00 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 480 520 560 600 640 680 720 m/z x10 !"#!$"%'(&)* '++' : 090224_ZipTip_ 溶出　SA30mg 5.43 I)+ < 0.0611 179.0703 B.++ !.++ 0.0367 180.0769 ).++ 181.0855 0.00 +.++ 179.2 179.6 180.0 180.4 )F1;8.;0.8 181.2 )E+.+ 180.1 m/z 測定値 m/z 180.1380 理論値 m/z 180.1383 誤差 0.0003 1 | JMS-S3000 NewSpiralTOF™ J9/3916/K 180.0769 180.1014 180.1380

分解能・精度・感度 そのすべてを、この一台で 特長 1: 超高質量分解能・超高質量精度 ACTH fragment 18-39 大阪大学大学院理学研究科が開発した MULTUM II イオン光学系に R > 80,000 基づく JEOL 独自の SpiralTOF イオン光学系により、コンパクトな 筐体の中で 17 m の飛行距離と高いイオン透過率を実現しました。 MALDI-TOFMS としては極めて高い仕様値、質量分解能：75,000、 質量精度：1 ppm（内部標準法）を保証します。 特長 2: 誰でも簡単に良質なデータ 加速方向 長い飛行距離は、理想に近い条件下で規定された仕様値だけでなく、 実用的な使用状況下における高い質量分解能と質量精度を実現しま 同じ試料でもマトリックス す。ターゲットプレート上のマトリックス結晶の状態、マスイメー 結晶の凹凸により飛行時間 ジング試料の表面状態などが質量分解能、質量精度に与える影響は、 の差が発生する 飛行距離が長いほど少なくなります。 マトリックス + 試料 ターゲットプレート 特長 3: 長い飛行距離でも高感度 同じ質量をもつイオン群（イオンパケット）は、らせん軌道の 1 階 NewSpiralTOFTMの飛行距離＝ 17 m 層毎に収束されるため、高い質量分解能・質量精度と同時に高いイ 検出面 オン透過率も実現します。 1 階層ごとに収束されるため、検出面でイオンパケットが 広がらない 特長 4: 低ケミカルノイズにより低質量化合物の分析を実現 SpiralTOF イオン光学系は扇形電場から構成されています。扇形電 場は一定の範囲の運動エネルギーを持ったイオンのみが通過できる エネルギーフィルターなので、ポストソース分解の結果生じるフラ グメントイオンは通過することができません。このため低質量域の ケミカルノイズが殆ど存在しません。 通常のイオン PSDフラグメントイオン PSD中性フラグメント JMS-S3000 NewSpiralTOF™ | 2

NewSpiralTOF™ 高速マスイメージング×高質量分解能 MALDI マスイメージング (MALDI-MSI) は、生体組織切片などの試料にマトリックスを均一に塗布した後、MALDI-TOFMS へ導 入し、試料表面をレーザーで走査して、各地点の成分を質量分析することで、特定の分子が「どこに」「どのくらい」存在するか を可視化する技術です。 高質量分解能が、イメージの正確さを決める SpiralTOF の 17 m という長い飛行距離により、表面状態が均一ではない生体試料切片のイメージング測定においても高い質量分 解能が得られます。マウスの脳の半分、およそ 5 x 7 mm の領域の平均マススペクトルにおいても約 40,000 の質量分解能が得ら れており、ホスファチジルコリン (PC)、ホスファチジルエタノールアミン (PE)、ガラクトシルセラミド (GalCer) などの脂質種の 同重体を分離して、それぞれの正しい局在情報を得ることができました。 m/z 値の差が小さなピークの分離と FINE-AI Filter で処理されたマスイメージ PE(36:2) PC(36:4) PE(36:1) GalCer(d18:1/22:0) 2 mm 0.2 u m/z PE: Phosphatidyl ethanolamine, PC: Phosphatidyl Choline, GalCer: Galactosylceramide 本分析は、大阪大学大学院理学研究科附属基礎理学プロジェクト研究センター先端質量分析学研究グループとの共同研究の成果です。 組織切片は、大阪大学大学院工学研究科環境エネルギー工学専攻　粟津研究室より提供いただきました。 3 | JMS-S3000 NewSpiralTOF™ Intensity(arb.units)

AI（機械学習）による画質改善 日本電子は電子顕微鏡のパイオニアとして常に新しい画像処理技術に挑戦してきました。走査電子顕微鏡 (SEM) のために開発され た、AI（機械学習）を用いた画質改善技術 LIVE-AI (Live Image Visual Enhancer-AI) をマスイメージングデータ処理に最適化して FINE-AI Filter として実装し、マスイメージの画質の大幅向上を実現しました。 FINE-AI Filter 適用前 FINE-AI Filter 適用後 複雑な分布から特徴成分を自動抽出 SpiralTOF の高質量分解能によりマウスの脳切片から 100 種を超える脂質を検出することができましたが、これらの脂質それぞれ の分布について個別に考察することは現実的ではありません。統計的手法により同時に増減している成分を見出して情報を集約す る必要があります。 頂点成分分析 (Vertex Component Analysis; VCA) は、マスイメージングデータ中の全てのマススペクトルが、少数の「頂点成分」 の混合によって説明できる、という仮定に基づいて解析する手法です。主成分分析などの他の統計解析手法と比べて解釈し易い データが短時間で得られるという特長を持ちますが、一方でデータ中のノイズの影響を受け易いという欠点がありました。FINE- AI Filter でノイズを低減してから VCA を行うことにより、マウス脳中の脂質を特徴付ける 3 つの頂点成分 (Phase 1 – 3) を見出す ことができました。 Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 Phase 1 ～ 4 の 重ね書き JMS-S3000 NewSpiralTOF™ | 4

TOF-TOFオプション 第一 MS に SpiralTOF イオン光学系を採用することで、高いプリカーサーイオン選択能を実現し、プリカーサーイオンのモノア イソトピックピークを適切に選択可能です。高エネルギー衝突誘起解離（HE-CID）により、構造情報を豊富に含んだプロダクト イオンマススペクトルを得ることが可能です。JEOL の独自技術であるオフセットパラボリックリフレクトロンにより、m/z 5 か らプリカーサーイオンまで、すべてのプロダクトイオン情報を同時に取得し、信頼性の高い構造情報を得ることが可能です。 レセルピンは過去に高血圧の治療薬として使用されたことがある医薬品ですが、光安定性が低く、その溶液を室内光下で放置する だけで光分解します。分解生成物はレセルピンよりも分子量が 2 Da 低く、その精密質量から、レセルピン分子から水素原子が 2 個失われたものと推測されます。SpiralTOF TOF-TOF オプションの高いプリカーサーイオン選択性により、レセルピンと、その 光分解物の混合物からそれぞれのプロダクトイオンマススペクトルを得て、その構造を解析することができました。 レセルピンとその分解物のマススペクトル レセルピンの [M+H]+ レセルピン R ～ 70,000 分解物の [M+H]+ 第 2 TOFMS: Offset Parabolic Reflectron レセルピン分解物の プロダクトイオンマススペクトル TOF-TOF モード 検出器 コリジョンセル Spiral モード用 検出器 イオンゲート レセルピンの プロダクトイオンマススペクトル 5 | JMS-S3000 NewSpiralTOF™

リニア TOFオプション リニア TOF オプションでは、イオンはイオン源から直線的に飛行・検出されます。イオンが飛行中にポストソース分解 (PSD) を 起こした場合、生成したイオンや中性粒子 は開裂前と同じ速度で飛行・検出されるため、Linear モードのマススペクトル上では PSD イオンは開裂前のイオンと同じ信号として検出されます。そのため、Linear モード のマススペクトルは PSD を起こし易い 高質量なサンプルを高感度で測定可能です。Spiral モードと Linear モードを補完的に使用することで、測定できる試料の幅がさら に広がります。 分子量が 100 kDa を超えるポリマーの分子量分布、分子量約 150 kDa の糖タンパク質である免疫グロブリン G (IgG) の分子量を 容易に確認することが可能です。 Poly(styrene) 40 K、100 K、および 200 K のマススペクトル 104　　104　　104　　104　　104 39200 39400 39600 39800 Linear モード 検出器 32000 36000 40000 44000 48000 m/z 第 1 TOFMS: SpiralTOF ™ 88000 92000 92600 100000 104000 108000 112000 m/z 180000 190000 200000 210000 220000 m/z MALDI イオン源 免疫グロブリン G (IgG) のマススペクトル The 3D structure of IgG (PDB ID: 1IGY) based on L.J. Harris, et al., J Mol Biology, 275: 861-872 (1998), by using Mol* Viewer, D. Sehnal, et al., Nucleic Acids Research 49: W431-W437 (2021), available on RCSB PDB (RCSB.org), H.M. Berman, et al., Nucleic Acids Research 28: 235-242 (2000) JMS-S3000 NewSpiralTOF™ | 6 Intensity Intensity Intensity

NewSpiralTOF™ ライフサイエンスアプリケーション 高質量精度ペプチドマスフィンガープリンティングによるタンパク質の同定 (MSTips No.166) ペプチドマスフィンガープリンティングはタンパク質同定の最も基本的な手法です。SpiralTOF の高分解能・高質量精度・高感度 により、擬陽性が少なく信頼度の高いタンパク質同定が可能です。 Amount Sequence (fmol coverage MASCOT BSA トリプシン消化物標準品（500 amol 相当）のマススペクトル ) (%) score 50 75 570 10 64 390 5 54 351 1 43 255 0.5 46 306 0.1 18 92 SpiralTOF によるタンパク質の高分解能測定 (MSTips No. 297) SpiralTOF の高分解能・高感度により、ユビキチンのプロトン付加分子 [M+H]+ を高い分解能で測定することができました。 x104 1 [1] SP-E01-00-002_s.tas Description: Ubiquitin +CICCA 300K!E* !"#$%"&'()*!(**(**$+,-./,"""01,2345.4678"9:4;<4.47"=>?>>@""A** 3.00 8567.13A-** R 48452 R=48,452 $-** 2.00 !-** 1.00 *-** BCC$ 8,560 8,564 8,568 8,572 8,576 BCB* BCBE 0.00 8,000 8,100 8,200 8,300 8,400 8,500 8,600 8,700 8,800 8,900 9,000 9,100 9,200 m/z インソース分解 (ISD)法によるタンパク質のシーケンス確認 (MSTips No. 229) 遺伝子組み換えタンパク質などの迅速なシーケンス確認にはインソース分解 (ISD) 法が有効です。 MASCOT Server（Top Down オプションを含む）と併用することで、ミオグロビン（馬）のシーケンスが確認できました。 x104 4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000 6200 6400 3810 3820 3830 3840 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000 6400 6800 7200 x104 The 3D structures of bovine serum albumin (PDB ID: 4F5S) based on A. Bujacz, Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 68: 1278-1289 (2012), ubiquitin (PDB ID: 1UBI) based on R. Ramage, et al., Biochem J 299: 151-158(1994), and horse heart myoglobin (PDB ID: 1WLA) based on R. Maurus, Biochim Biophys Acta 1341: 1-13 (1997), by using Mol* Viewer, D. Sehnal, et al., Nucleic Acids Research 49: W431-W437 (2021), available on RCSB PBD (RCSB.org), H.M. Berman, et al., Nucleic Acids Research 28: 235-242 (2000) 7 | JMS-S3000 NewSpiralTOF™ Intensity Intensity L7.17,4.M

卵黄由来のリン脂質の構造解析 (MSTips No. 185) NewSpiralTOF™ + TOF-TOF オプションの、高いプリカーサーイオン選択性と高エネルギー衝突誘起解離 (HE-CID) により卵黄 から抽出したリン脂質混合物成分の構造を解析することができました。 PC(34:1) の HE-CID プロダクトイオンマススペクトル 661 2AB 標識化 N型糖鎖の構造解析 (MSTips No. 519) [M+Na]+ 糖鎖を HPLC で分離2A分B析する際に、還元末端を蛍光試薬でラベル（標識） しますが、多くの蛍光試薬が MALDI, ESI などでのイオン化効率を向上 させることが知られています。還元末端が 2-AB (2-aminobenzamide) でラベルされた糖鎖を NewSpiralTOF™（TOF-TOF オプションを含む） で測定し、構造解析を行いました。 or Na+ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 m/z 合成オリゴヌクレオチドの精密質量測定による確認 (MSTips No. 364) SpiralTOF の高分解能・高質量精度により、合成オリゴヌクレオチドの元素組成を確認することができました。 合成単鎖 DNA 5'-CGCTAAGTACGCAATGGGCC-3' 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 m/z JMS-S3000 NewSpiralTOF™ | 8 22.8 158.0 2AB 364.2 2AB 392.1 6127.0604 519.0 567.1 550.0 2AB 595.1 6125.0646 695.2 R 41030 915.2 2AB 1093.2 1122.3 2AB 1151.3 1208.3 2AB 1256.4 1284.2 1340.1 2AB 1417.6 1458.6 1445.6 1486.6 2AB 2AB 1572.9 1603.3

NewSpiralTOF™ 化学・材料アプリケーション 分子量 10 万を超えるポリマーの末端基解析 (MSTips No. 527) NewSpiralTOF™ の広い質量範囲（SpiralTOF モードで m/z 4-120,000）と高い分解能・質量精度により、分子量 10 万を超える ポリカーボネートの末端基解析が可能となりました。 254 u m/z 73978 Simulation: R = 30,000 [(C16H14O3)290C13H10O3Na]+ 200000 4400000 6600000 8800000 11000000 112200000 m/z 分子量 9,000 を超える共有結合性超分子の精密質量測定 (MSTips No. 369) SpiralTOF の高分解能により、分子量 9,000 を超える共有結合性超分子の質量を 0.1 ppm 以下の誤差で測定し、Journal of the American Chemical Society (JACS) への論文発表に繋がりました *。 ( 試料ご提供：東京工業大学 岩澤伸治教授 ) * Ono, K. et al. Self-Assembly of Nanometer-Sized Boroxine Cages from Diboronic Acids. Journal of the American Chemical Society, 137 (22), 7015-7018 doi:10.1021/jacs.5b02716 (2015) 9 | JMS-S3000 NewSpiralTOF™

汚れに強いイオン源で、安定運用 MALDI イオン源では、ターゲットプレート上の、サンプル分子を含むマトリックスの微結晶にレーザーパルスを照射してサンプル 分子を含むマトリックスを脱離し、サンプル分子をイオン化します。脱離されたマトリックスの大部分は中性粒子として飛散し、 その一部はターゲットプレートと相対したイオン引出電極に付着することになります。この付着した「汚れ」に更にマトリックス などのイオンが衝突すると、汚れに静電気が帯電します。 多くの MALDI-TOFMS のイオン引出電極は円孔レンズ（金属板に直径数ミリメートルの円形の穴を開けたもの）です。この穴の 縁が不均一に汚れ、不均一に帯電することで、この穴を通過するサンプルのイオンの軌道が偏向され、感度・質量分解能が低下し てしまうため、この電極を頻繁にクリーニングする必要が生じます。 NewSpiralTOF™ではイオン引出電極に高開口率（開口率 > 82%）・高精細のグリッドを使用しています。高開口率により、付着す る汚れの総量が少なく、また高精細グリッドのイオン光学的特性から、仮に汚れが付着し、それが帯電したとしても、グリッドを通 過するイオンの軌道は殆ど偏向されません。NewSpiralTOF™はメンテナンスフリーで長期間、高感度・高質量分解能を維持します。 一般的な MALDI-TOFMS のイオン源 NewSpiralTOF™のイオン源 高開口率グリッドの 光学顕微鏡写真 倍率：100 倍 設置条件 所要電源（国内） 設置室 質量分析計（ロータリーポンプ含） 単相交流、180-220 V、30 A 設置寸法 3,200 × 2,400 mm データシステム 単相交流、90-110 V、15 A 固定磁場 5 × 10-4 T 以下 接地端子 D 種（100 Ω以下） 変動磁場 1 × 10-6 T 以下 振動 供給ガス 振幅 (p-p) 25 µm 以下 ● 窒素ガス 加速度 0.1 m/s2 以下 圧 力 0.45 ± 0.05 MPa 室温 純 度 97% 以上 温度設定範囲 20 ～ 27 ℃ ● CID 用ヘリウムガス（TOF-TOF オプション） 温度制御安定度 ±3 ℃ /h 以下 圧 力 0.45 ± 0.05 MPa 最大発熱量 20,300 kJ/h（MS+ データシステム） 純 度 99.999% 以上 湿度 30 ～ 70% 以下（結露しないこと） ● CID 用アルゴンガス（TOF-TOF オプション） 排気設備 ロータリーポンプの排気設備が必要です 圧 力 0.45 ± 0.05 MPa * 設置条件の詳細についてはお問い合わせください。 純 度 99.9% 以上 記 　　　　　　 幅 奥 高さ 質量 名 行 称 号 （mm） （mm） （mm） （kg） A MALDI-TOF 基本体 1,190 765 +TOF-TOF オプション 1,920 874 1,300 1,000 + リニア TOF オプション 1,910 775 +TOF-TOF+ リニア TOF 1,920 884 B ロータリーポンプ 158 491 261 29 C TFT 液晶モニター 539 182 497 6.8 D PC 本体 173 420 373 11 本体背面にロータリーポンプを設置するため、壁から本体背面までの距離は 600 mm 必要です。 ● ロータリーポンプの排気用に、屋外排出の穴または配管が必要です。 ● PC 用テーブルについては、お客様の方でご用意ください。 JMS-S3000 NewSpiralTOF™ | 10

JMS-S3000 NewSpiralTOF™ 主要仕様 空間分解能 10 µm（最小ピクセルサイズ） 質量分解能 75,000（Spiral モード） 質量精度 1 ppm（Spiral モード・内部標準法） m/z 4–120,000（Spiral モード） 質量範囲 m/z 4–500,000（Linear モード） 17 m（Spiral モード） 実効飛行距離 1.2 m（Linear モード） ＊外観・仕様は改良のため予告なく変更することがあります。 No.2101E617C(Bn)