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| HAO WAKAT I AKIT TALENT AT MAN NU MAI AVUT US009997342B2 ( 12 ) United States Patent Jackson et al . ( 10 ) Patent No .: US 9, 997 , 342 B2 (45) Date of Patent : Jun . 12 , 2018 ( 54 ) METHOD AND DEVICE FOR MASS SPECTROMETRIC ANALYSIS OF BIOMOLECULES USING CHARGE TRANSFER DISSOCIATION ( CTD ) ( 52 ) U .S. CI . ??? ....... . .... HOIJ 49 / 0072 ( 2013 . 01 ) ( 58 ) Field of Classification Search CPC . . . . .. . . H01J 9/ 00 ; H01J 49 / 0031 ; H01J 49 / 02 ; HO1J 49 / 04 USPC . .... .... .. ......... . 250 / 281 , 282 , 283 , 288 See application file for complete search history . References Cited ( 71 ) Applicant : West Virginia University , Morgantown , WV ( US ) ( 56 ) ( 72 ) Inventors : Glen P . Jackson , Morgantown , WV ( US ); William D . Hoffmann , Morgantown , WV ( US ) U .S . PATENT DOCUMENTS ( 73 ) Assignee : West Virginia University , Morgantown , WV ( US ) 9 , 188 , 564 B2 * 11 / 2015 Sulzer HO1J 49 / 145 2008 / 0048107 Al * 2 / 2008 McEwen .. .. . . . . . . .. . H01J 49 / 0422 250 / 282 2009 / 0032700 A1 * 2 / 2009 Park . . HO1J 49 / 424 250 / 282 ( * ) Notice : Subject to any disclaimer , the term of this patent is extended or adjusted under 35 U .S .C . 154 ( b ) by 0 days . days . OTHER PUBLICATIONS ( 21 ) Appl . No .: 15 / 269 , 573 ( 22 ) Filed : Sep . 19 , 2016 Bari , et al ., Peptide fragmentation by keV ion - induced dissociation , Phys . Chem . Chem . Phys . , 2010 , 12 , 3376 - 3383 . Bari , et al ., Fast side - chain losses in keV ion - induced dissociation of protonated peptides , Int . J. of Mass Spec . , 2011 , 299 , 64 - 70 . ( 65 ) Prior Publication Data US 2017 / 0084437 A1 Mar . 23 , 2017 * cited by examiner Related U . S . Application Data ( 60 ) Provisional application No . 62 / 220 , 305 , filed on Sep . 18 , 2015 . Primary Examiner Nicole Ippolito ( 74 ) Attorney , Agent , or Firm Thomas | Horstemeyer , LLP ( 51 ) Int . CI . HO1J 49 / 26 HONJ 49 / 00 ( 57 ) ABSTRACT Provided herein are devices , systems , and methods of CTD mass spectrometry analysis of biomolecules . 20 Claims , 107 Drawing Sheets ( 2006 . 01 ) ( 2006 . 01 ) Gode fisoara Aku en vaiva wwwwwwwwwwwwwww lowessure 120 Mgo Presse Tag 600 www * * * * * * . 444444 . o Curent M o ments I ES W LE igen Vorge Us Wondeche 400 Us Timomiscular pump

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| HAO WAKAT I AKIT TALENT AT MAN NU MAI AVUT US009997342B2

( 12 ) United States Patent Jackson et al .

( 10 ) Patent No . : US 9 , 997 , 342 B2 ( 45 ) Date of Patent : Jun . 12 , 2018

( 54 ) METHOD AND DEVICE FOR MASS SPECTROMETRIC ANALYSIS OF BIOMOLECULES USING CHARGE TRANSFER DISSOCIATION ( CTD )

( 52 ) U . S . CI . ??? . . . . . . . . . . . . HOIJ 49 / 0072 ( 2013 . 01 )

( 58 ) Field of Classification Search CPC . . . . . . . . H01J 9 / 00 ; H01J 49 / 0031 ; H01J 49 / 02 ;

HO1J 49 / 04 USPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 / 281 , 282 , 283 , 288 See application file for complete search history .

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( 73 ) Assignee : West Virginia University , Morgantown , WV ( US )

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Primary Examiner — Nicole Ippolito ( 74 ) Attorney , Agent , or Firm — Thomas | Horstemeyer , LLP

( 51 ) Int . CI . HO1J 49 / 26 HONJ 49 / 00

( 57 ) ABSTRACT Provided herein are devices , systems , and methods of CTD mass spectrometry analysis of biomolecules .

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3 . 57

1 . 66

181

1 . 81

3 . 95

278

2 . 54

3 . 12

300

4 . 32

367

3 . 35

4 . 57 4 . 33

482

407

5 . 20

5 . 57

K 13

000

5 . 91

a Primary Sequence from model peptice ( KKODDODIKIKO

Assigned amde backbone number tom the model peptide ( KKDDDDONKIKI . Note ihe first anda heteroatom begans at Reskide 2

Thevetical deuterium content ales for C - os generated from ETD MS ON IKKOODOOIKIK3H vecustions .

d Average experimental deuterium content octaned by subtracting the average miz ol the labeled kaomention tom that of the unlabeled fragment on Devenuen content for the residue has been calculated from the fragment kon . Data was collected from at least 3 repicales .

e Coercent of variation expressed as a percentace .

1 . Average experimental deterdum content ootained by subtracting the average m ' z of the labeled fragment on tom dat of the unitateed fragment on Deuterium content of tre n ' residue has been calculated from the a , fegment ion Data was colected from at least 3 renkates .

a Deuterium content value was calcuated from CTD - MS of ( KKDDOODIKIK + 2 * precursor ions .

Sheet 86 of 107 US 9 , 997 , 342 B2

FIG . 43

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U . S . Patent

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Jun . 12 , 2018

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Sheet 87 of 107

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US 9 , 997 , 342 B2

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U . S . Patent

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Jun . 12 , 2018

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US 9 , 997 , 342 B2

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CTD - MS

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Jun . 12 , 2018

FIG . 45C

FIG . 45D

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Sheet 89 of 107

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FIG . 45E

FIG . 45F

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US 9 , 997 , 342 B2

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U . S . Patent

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FIG . 451

FIG . 45J

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Jun . 12 , 2018

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Sheet 90 of 107

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US 9 , 997 , 342 B2

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1580

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U . S . Patent Jun . 12 , 2018 Sheet 91 of 107 US 9 , 997 , 342 B2

1

VKTLTGKTITL + 3H13 * TGKTITL

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U . S . Patent

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Jun . 12 , 2018

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1557

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1565

1543 1545 FIG . 47A

5 59 561 FIG . 47B

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Sheet 92 of 107

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US 9 , 997 , 342 B2

miz FIG . 47C

FIG . 47D

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U . S . Patent Jun . 12 , 2018 Sheet 93 of 107 US 9 , 997 , 342 B2

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U . S . Patent Jun . 12 , 2018 Sheet 94 of 107 US 9 , 997 , 342 B2

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FIG . 49A

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U . S . Patent

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Jun . 12 , 2018

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Sheet 95 of 107

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m / z

US 9 , 997 , 342 B2

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_ US 9 , 997 , 342 B2 Sheet 96 0f107 Jum . 12 , 2018 U . S . Patent

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U . S . Patent Jun . 12 , 2018 Sheet 97 of 107 US 9 , 997 , 342 B2

CTD ( MS ) , with ESI off FIG . 51A 100 % 184 . 6

* 0 , ( 320a } 3500 XXX *

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U . S . Patent Jun . 12 , 2018 Sheet 98 of 107 US 9 , 997 , 342 B2

300 ms trap confinement of ion at m / z 184 ( MS ) 2009 :

1km FIG . 51C 18 , 0 M * 0 , 32 0x )

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250 280 / z

200 230 220 230

Isolation of ion at m / z 216 ( MS4 )

FIG . 51D 216 . 0 IM * 0 , 1

{ " ne ) Aususasti

* * * *

*

150 160 170 180 190 209 210 220 230

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U . S . Patent Jun . 12 , 2018 Sheet 99 of 107 US 9 , 997 , 342 B2

CID of ion at m / z 216 ( MS ) FIG . 51E 250

236 . 0 0 , 32 02 ) * * * * * * * * * * * ' ' * ' * ' * ' ' * '

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Isolation of ion at m / z 184 ( MS3 ) FIG . 52A 400030 184 , 0

MIS 3somago

non 2500000 Intensity ( a . u . )

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* * 1500000

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500000 216 . 0 ( M 0 .

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70 90 120 130 260 270 190 210 230 1931 / 2

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