マトリックス支援レーザー脱離イオン化法

マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（MALDI）

マトリックス支援レーザー脱離イオン化法、通称MALDIは、質量分析における重要なサンプルのイオン化手法です。日本では「マルディー」と発音されることが多いですが、英語では「モールディー」に近い発音となります。この技術の開発は、日本の島津製作所に所属していた田中耕一によるもので、彼はその業績により2002年にノーベル化学賞を受賞しました。

MALDIの特徴

MALDIは、ESI法（エレクトロスプレーイオン化法）と並ぶ代表的な「ソフトイオン化法」の一つであり、特に壊れやすい生体分子、大きな分子（タンパク質、ペプチド、多糖など）のイオン化が得意です。この特性により、医学や生物学、特に生化学の分野での大きな飛躍を実現しました。

分析に必要とされるサンプル量が非常に微量で済むため、通常の質量分析法に比べても、MALDIは話題の分野となり得ます。さらに、サンプルの純度に対する要求も比較的低いため、これにより生体由来の試料を容易に扱うことができるという利点もあります。

MALDIの原理

この手法において、紫外線レーザー光をサンプルに照射することで、サンプルがイオン化されます。このプロセスでは、物質が光を吸収して電子移動が引き起こされるのです。ただし、直接のレーザー照射では、物質によってはイオン化効率が低下し、試料が損傷を受けるという問題も存在しました。

この欠点を解決するために、レーザー光に対してイオン化しやすい物質、つまりマトリックスとサンプルを混合しておき、レーザーを当てることでイオン化する方法がMALDIです。ここで、窒素レーザー（波長337 nm）が使用され、マトリックスは瞬時に加熱され、その余剰エネルギーを放出します。これにより、サンプルが気化し、評価すべきイオンが生成されるのです。このイオンの一例には、［M+H］+、［M+Na］+、［M-H］-などがあります。

MALDIでは通常、トフ分析器（TOF型）と関連づけて使用されます。サンプルから生成されたイオンは、加速電圧をかけられて移動し、イオン検出器まで飛ぶことになります。この際、イオンの速度はその質量に基づき、電荷量に依存します。これにより、質量を割り出すのが可能です。この原理をもって、分子量300から数十万までの広範囲な測定が実現されているのです。

マトリックスの役割

マトリックスの主な役割は、レーザーエネルギーを効率良く伝達することです。質量分析で得られるスペクトルは、サンプルとマトリックスの混晶の状態に大きく影響されるため、適切なマトリックス選びが極めて重要です。代表的なマトリックスには、シナピン酸、CHCA、フェルラ酸、ゲンチジン酸、HPAなどがあります。

MALDIの利用

MALDIは、プロテオミクスの現場ではSDS-PAGEや二次元電気泳動と組み合わせて使用されることが一般的で、ペプチドマスフィンガープリンティング（PMF）がその代表例となります。通常、MALDIは高真空下でのイオン化が要求されるため、クロマトグラフィーと結びついた連続した解析には適していませんが、前処理部を通じてサンプルの分離が可能です。

進化したMALDIの形

最近ではAP-MALDI（大気圧下でのMALDI）やIR-MALDI（赤外線によるMALDI）といった技術も発展しています。AP-MALDIは高真空を必要とせず多彩な分析系の構築を実現し、IR-MALDIでは選択可能なマトリックスの幅が広がり、シールドイオン生成の効率も向上します。これにより、多様な分析ニーズに応えることが可能となっています。

このようにMALDIは、革新的な質量分析技術として、多くの研究分野で重要な役割を果たしています。

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