Study of the mechanism of formation of self-organizing regular Langmuir monolayers on the surface on a solid substrate for the analysis of amphiphilic compounds by MALDI-MS

Abstract

Объект исследования: самоорганизующиеся регулярные монослои бариевых солей амфифильных соединений на поверхности твердой подложки. Цель: разработка метода формирования самоорганизующихся регулярных монослоев бариевых солей амфифильных соединений на поверхности МАЛДИ мишени за счет адаптации технологии Ленгмюра к полусферической поверхности водной субфазы для расширения возможностей анализа амфифильных соединений методом МАЛДИ-МС. Методы исследования: оптическая, атомно-силовая и сканирующая электронная микроскопия; рамановская и инфракрасная спектроскопия; МАЛДИ масс-спектрометрия; статистические методы. Результаты и новизна: разработан метод формирования монослоев бариевых солей амфифильных соединений на поверхности МАЛДИ мишени за счет адаптации технологии Ленгмюра к полусферической поверхности водной субфазы. Показано, что механизмом образования самоорганизующихся регулярных монослоев бариевых солей амфифильных соединений, полученных на поверхности МАЛДИ мишени, является самопроизвольное перемещение монослоев с полусферической поверхности водной субфазы на подложку под действием силы тяжести, где происходит образование мультимолекулярных структур, аналогичных коллапсированным монослоям. Установлено, что ионизация бариевых солей амфифильных соединений происходит за счет отщепления нежирного кислотного остатка (или гидроксильной группы) под воздействием лазерного импульса с образованием иона [M-H+Ba]+. Доказано, что при нанесении н-гексанового раствора полипренолов на поверхность водной субфазы, содержащей ионы бария, на границе раздела фаз образуются алкоголяты бария, которые детектируются методом МАЛДИ-МС. Разработана оригинальная методика МАЛДИ-МС анализа амфифильных соединений в виде их бариевых солей в составе монослоев, формирующихся непосредственно на поверхности МАЛДИ мишени. Полученные результаты могут быть использованы для скрининга амфифильных соединений в целях контроля качества лекарственных средств, биологически активных добавок и продуктов питания, а также в научно-исследовательских медицинских учреждениях для разработки новых методов диагностики заболеваний.

Object of the study: self-organizing regular monolayers of barium salts of amphiphilic compounds on the surface of a solid substrate. Aim: development of a method for the formation of self-organizing regular monolayers of barium salts of amphiphilic compounds on the MALDI target surface by adapting the Langmuir technique to the hemispherical surface of an aqueous subphase to extend the power of MALDI-MS analysis for analysis of amphiphilic compounds. Methods: optical, atomic force and scanning electron microscopy; Raman and infrared spectroscopy; MALDI mass spectrometry; statistical methods. Results and novelty: a method of forming monolayers of barium salts of amphiphilic compounds on the surface of the MALDI target by adapting the Langmuir technology to the hemispherical surface of the aqueous subphase has been developed. It was shown that the mechanism of formation of self-organized regular monolayers of barium salts of amphiphilic compounds obtained on the MALDI surface is the spontaneous movement of monolayers from the hemispherical surface of the water subphase to the substrate under the action of gravity, where the formation of multimolecular structures similar to the collapsed monolayers occurs. It was found that ionization of barium salts of amphiphilic compounds occurs due to the detachment of a non-fatty acid residue (or hydroxyl group) under the influence of a laser pulse to form the [M-H+Ba]+ ion. It has been proved that when n-hexane solution of polyprenols is applied to the surface of an aqueous subphase containing barium ions, barium alkoxides are formed at the interface, which are detected by MALDI-MS. An original MALDI-MS technique was developed for the analysis of amphiphilic compounds in the form of their barium salts in monolayers formed directly on the surface of the MALDI target. The results obtained can be used for screening amphiphilic compounds for quality control of drugs, biologically active additives, and food, as well as in medical research institutions for developing new methods of disease diagnostics.