專利名稱：對(duì)質(zhì)譜法的改進(jìn)的制作方法
對(duì)質(zhì)譜法的改進(jìn)本發(fā)明涉及質(zhì)譜法，雖然不排他地，但尤其涉及基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜法 (MALDI-MQ，其中激光束由多模光纖進(jìn)給機(jī)構(gòu)遞送到目標(biāo)。基質(zhì)輔助激光解吸/電離(MALDI)是用于質(zhì)譜法(MS)的高度適應(yīng)性的軟電離技 術(shù)。它在二十世紀(jì)八十年代后期發(fā)展，而MALDI-MS在蛋白組學(xué)中已經(jīng)得到最多的應(yīng)用，其 多功能性在近年來(lái)已經(jīng)通過(guò)蛋白譜(protein profiling)的出現(xiàn)和直接從薄生物組織部分 的表面成像而被擴(kuò)展。使用質(zhì)譜法獲得圖像以二次離子成像質(zhì)譜法(SIMS)的出現(xiàn)開(kāi)始。在成像SIMS中， 使用高能離子轟擊樣本的表面，導(dǎo)致來(lái)自表面的中性和帶電粒種的噴射(或?yàn)R射)。所噴射 的粒種可包括原子、原子簇和分子碎片。在傳統(tǒng)SIMS中，其僅為被質(zhì)量分析的正離子。因 為該技術(shù)利用原子離子(即，帶電粒子)束作為探針，使入射束聚焦并接著使它掃描過(guò)表面 是相對(duì)容易的事情。對(duì)于光柵斑點(diǎn)處的選定質(zhì)量的探測(cè)器響應(yīng)變成圖像中的像素。離子束 的使用導(dǎo)致亞微米空間分辨率。成像SIMS已用在一系列藥物應(yīng)用中，其包括在細(xì)胞水平和亞細(xì)胞水平處監(jiān)控藥 物。新的發(fā)展將SIMS應(yīng)用于生物樣本中的低質(zhì)量(< 500u)的有機(jī)化合物和代謝物。然 而，主要限制是可由該技術(shù)分析的質(zhì)量范圍。在MALDI-MS成像中的初始步驟涉及薄基質(zhì)層對(duì)樣本的應(yīng)用。接著通過(guò)將樣本移 動(dòng)到穩(wěn)態(tài)激光器下并從每個(gè)點(diǎn)獲得質(zhì)譜來(lái)成像樣本的化學(xué)性質(zhì)。三維圖像可通過(guò)繪制X和 y的空間維數(shù)相對(duì)于絕對(duì)離子豐度的曲線來(lái)獲得，絕對(duì)離子豐度被認(rèn)為與分析物濃度成比 例。MALDI-MS的另外的發(fā)展涉及使用光纖進(jìn)給機(jī)構(gòu)的光束從激光介質(zhì)到樣本的遞送 和成形。一般，使用通過(guò)內(nèi)反射產(chǎn)生多個(gè)光路的單個(gè)多模光纖。光纖用來(lái)使輪廓成形為分 布在樣本表面上的在空間上調(diào)制的強(qiáng)度。在沒(méi)有空間成形的情況下，樣本上的光束強(qiáng)度如 同常規(guī)使用的固態(tài)激光器一樣呈現(xiàn)具有單個(gè)最大值(強(qiáng)度峰值)的高斯或近高斯分布。然而，雖然多模光纖進(jìn)給機(jī)構(gòu)在樣本上提供多個(gè)強(qiáng)度峰值，但數(shù)據(jù)采集的靈敏度 和速度被限制于光纖的物理配置。GB 2422954公開(kāi)一種基于MALDI的激光系統(tǒng)，其配置成產(chǎn)生在空間上成形的脈沖 激光束，使得樣本上的空間強(qiáng)度分布呈現(xiàn)多于一個(gè)的強(qiáng)度峰值。公開(kāi)了光或電光部件，其用 于使激光束的強(qiáng)度在空間上成形，并且光或電光部件包括在中心點(diǎn)處全部或部分地吸收、 反射或散射激光束的透鏡陣列、數(shù)字光學(xué)元件或掩模。光或電光部件可被調(diào)節(jié)以在樣本處 產(chǎn)生光束的不同的空間強(qiáng)度分布。然而，GB 2422954的激光系統(tǒng)一般需要約為四到十個(gè)小時(shí)的相當(dāng)大的數(shù)據(jù)采集周
期，并重要的是提供有限的靈敏度。所需要的是MALDI-MS裝置，其當(dāng)在成像質(zhì)譜分析方法(IMS)中被實(shí)現(xiàn)時(shí)提供增加 的靈敏度和減少的數(shù)據(jù)采集時(shí)間，同時(shí)可能提高分辨率。本發(fā)明提供了一種分析系統(tǒng)，其利用優(yōu)于當(dāng)前質(zhì)譜技術(shù)的質(zhì)譜法，該質(zhì)譜法提供 增強(qiáng)的靈敏度，同時(shí)數(shù)據(jù)采集時(shí)間有相應(yīng)的減少。特別是，本發(fā)明提供用在MALDI-MS中的適合于使廣泛多種的非生物和生物樣本成像的裝置和方法。根據(jù)特定的實(shí)現(xiàn)，觀察到靈敏 度的數(shù)量級(jí)增加，優(yōu)于當(dāng)前的MALDI成像技術(shù)。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)振動(dòng)用于將激光束遞送到樣本/離子源的光纖的區(qū)域，強(qiáng)度 最大值在樣本處反復(fù)地移置(displace)，從而增加在單個(gè)像素邊界內(nèi)的樣本電離的程度。本發(fā)明利用多模光纖，并且尤其是配置成當(dāng)激光束被遞送到樣本以產(chǎn)生多個(gè)強(qiáng)度 最大值時(shí)在空間上分布激光束的單個(gè)多模光纖。通過(guò)使用適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)裝置來(lái)調(diào)制光纖，多 個(gè)強(qiáng)度最大值被有效地增加，以增加樣本輻照的表面積。本發(fā)明還包括在樣本處產(chǎn)生多個(gè)強(qiáng)度最大值的可選的裝置和方法，以及干擾散斑 生成以便增加入射在樣本處的強(qiáng)度最大值的裝置。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種質(zhì)譜儀，其包括用于產(chǎn)生激光束的裝置、將激 光束遞送到離子源的多模光纖以及配置成使光纖振動(dòng)以使得在離子源處的激光束的空間 強(qiáng)度分布呈現(xiàn)多于一個(gè)的強(qiáng)度峰值的振動(dòng)裝置。本發(fā)明適合于用在廣泛多種不同的激光器上，這些激光器適合于提供一般為大約 200到360nm的期望波長(zhǎng)。根據(jù)一個(gè)特定的實(shí)現(xiàn)，激光器是頻率被增加三倍以給出355nm 的波長(zhǎng)的摻釹釩酸釔Nd:YV04。作為例子，可選的激光器包括摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)。 特別是且如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明的特定實(shí)現(xiàn)可包括YAG、釩酸鹽、氟化釔鋰 (YLF)以及包括釹、鐿(ytterbium)的活性離子或其它基質(zhì)和活性離子的組合，該特定實(shí)現(xiàn) 具有或不具有各種頻率轉(zhuǎn)換裝置，例如設(shè)計(jì)成提供在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)處的激光輸出的非線性晶 體。光纖振蕩/振動(dòng)所使用的裝置可包括任何機(jī)械、電、聲或基于排氣量的設(shè)備，其與 光纖物理地耦合或不耦合并設(shè)計(jì)成給予在光纖中的在橫穿或垂直于其縱軸方向上的振蕩 運(yùn)動(dòng)。示例性振動(dòng)裝置包括設(shè)計(jì)成在光纖的區(qū)域處產(chǎn)生可觸知的聲脈沖以便引起運(yùn)動(dòng)的電 機(jī)、壓電開(kāi)關(guān)或揚(yáng)聲器系統(tǒng)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，本質(zhì)譜儀包括三個(gè)基本部件，S卩，電離源、分析器 和探測(cè)器。優(yōu)選地，本系統(tǒng)包括具有與MALDI電離源特別是正交MALDI (oMALDI)離子源一 起使用的適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)器系統(tǒng)的混合四極型飛行(hybrid quadrupole type-of-flight)分 析器。優(yōu)選地，振動(dòng)裝置在朝著極接近離子源/樣本室或樣本支撐件的光纖的一端的區(qū) 域處被安裝在質(zhì)譜儀處。特別是，已發(fā)現(xiàn)在離朝向樣本室物理地耦合光纖的區(qū)域大約1到 5cm處安裝振動(dòng)耦合是有利的。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，振動(dòng)裝置可位于沿著光纖的 長(zhǎng)度的任何區(qū)域處，以便給予用于在MALDI離子源處物理地移動(dòng)強(qiáng)度最大值的振蕩運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在僅作為例子并參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)，其中

圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)的質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀包括位于光纖處的振 動(dòng)耦合以在橫穿其縱軸的方向上給予振蕩運(yùn)動(dòng)；圖2示出用圖1的質(zhì)譜儀的強(qiáng)度相對(duì)于時(shí)間的離子色譜，圖1的質(zhì)譜儀以動(dòng)態(tài) 調(diào)制模式操作同時(shí)振動(dòng)裝置起作用，并根據(jù)第二模式操作同時(shí)振動(dòng)裝置不起作用，以對(duì)比 MALDI樣本電離強(qiáng)度；圖3示出根據(jù)圖2的第一且最高強(qiáng)度區(qū)域用激活以給予光纖調(diào)制的振動(dòng)裝置來(lái)獲 得的質(zhì)譜；
圖4示出根據(jù)圖2的第二且較低強(qiáng)度區(qū)域用未激活的振動(dòng)耦合來(lái)獲得的質(zhì)譜。質(zhì)譜儀包括在第一端105耦合到光纖101的激光器100 (基于例如Nd: YV04的介 質(zhì))。光纖101的第二端106通過(guò)適當(dāng)?shù)穆菁y型耦合107耦合到樣本殼體102。光纖101 的遞送端106被定向以便輻照在殼體102的內(nèi)室108內(nèi)安裝在適當(dāng)?shù)臉颖局渭?03處的 樣本/MALDI離子源104的區(qū)域。振動(dòng)耦合109朝著光束遞送端106并在離端部106大約1到5cm處耦合到光纖 101。振動(dòng)裝置109可使用適當(dāng)?shù)墓潭?未示出)來(lái)支撐并安裝在光譜儀(spectrometer) 內(nèi)，以便物理地耦合到光纖101的外表面。根據(jù)本發(fā)明的另外的具體實(shí)現(xiàn)，振動(dòng)耦合109沒(méi) 有物理地耦合到光纖101的外表面，而是通過(guò)圍繞光纖101的外表面的、是流體特別是空氣 的介質(zhì)給予振蕩運(yùn)動(dòng)。特別是，振動(dòng)裝置109可包括設(shè)計(jì)成指引空氣脈沖朝向光纖101的 外表面的空氣泵或揚(yáng)聲器系統(tǒng)。在使用中，且同時(shí)振動(dòng)耦合109起作用，光纖101被迫沿著橫穿，特別是垂直于光 纖101的縱軸對(duì)準(zhǔn)的方向110來(lái)回振蕩。在振動(dòng)耦合109的區(qū)域處的振蕩運(yùn)動(dòng)110沿著光纖101的長(zhǎng)度傳輸，以導(dǎo)致在輻 照端106處的成比例地較小的運(yùn)動(dòng)振蕩。這具有物理地移動(dòng)樣本表面104處的輻照強(qiáng)度最 大值的效果。振動(dòng)耦合109配置成使得在端部106處的光纖101的運(yùn)動(dòng)調(diào)制足以使強(qiáng)度最 大值只在近似尺寸150X100 μ m的單個(gè)像素內(nèi)移置(displace)。由于本質(zhì)譜儀布置的增強(qiáng) 的靈敏度，發(fā)明人提供能夠增強(qiáng)分辨率(帶有像素尺寸約為25 X 25 μ m)的系統(tǒng)。通過(guò)MALDI質(zhì)譜成像的研究進(jìn)行比較研究以確定用以激活模式和未激活模式的振動(dòng)耦合109對(duì)MALDI-MSI儀 器靈敏度的影響。結(jié)果在圖2到4中示出。使用來(lái)自 Applied Biosystems/MDS Sciex(Concord，Ontario，Canada)的、安裝有 正交MALDI源和“o-MADLI Server 4. 0”、離子成像軟件的API “Q-Star"脈沖星i混合四 極飛行時(shí)間儀器執(zhí)行質(zhì)譜分析。使用BioMap成像軟件來(lái)執(zhí)行圖像處理(www, maldi-msi. org)。使用具有近似尺寸150X 100 μ m的激光斑點(diǎn)的摻釹釩酸釔(Nd:YV04)激光器。使 用30%激光功率和IkHz的激光重復(fù)率(雖然可使用更高或更低的頻率)，以大約2s的對(duì) 每個(gè)斑點(diǎn)的燒蝕(ablation)時(shí)間，以200 μ m增量來(lái)采集圖像。Applied Biosystems/MDS Sciex “動(dòng)態(tài)像素”MALDI MSI采集模式的試用(beta)測(cè)試版本用于所有的研究。圖2示出總離子色譜，其帶有振動(dòng)耦合109起作用以調(diào)制光束輪廓(區(qū)域200)以 及振動(dòng)耦合109不起作用而沒(méi)有在方向110上光纖101的振動(dòng)(區(qū)域202)。圖2示出當(dāng)光 纖端部106來(lái)回移動(dòng)同時(shí)樣本104被輻照時(shí)，由于樣本表面區(qū)域的輻照而在產(chǎn)生的樣本電 離的強(qiáng)度上的差異。如圖2所示，區(qū)域200和區(qū)域202之間的強(qiáng)度差異大約是一個(gè)數(shù)量級(jí)。 陡峭的過(guò)渡區(qū)域201對(duì)應(yīng)于到機(jī)械振動(dòng)耦合109的功率的終止，導(dǎo)致強(qiáng)度的急劇下降。圖3示出根據(jù)圖2的區(qū)域202用未激活的振動(dòng)耦合109獲得的質(zhì)譜。圖4示出利用與圖3的研究中使用的相同的MALDI電離源和儀器參數(shù)、根據(jù)圖2 的區(qū)域200用激活的耦合109獲得的質(zhì)譜。參考圖3和4，電離數(shù)據(jù)只在區(qū)域300和301處出現(xiàn)，其用未激活的振動(dòng)耦合109。 相反，根據(jù)強(qiáng)度區(qū)域400和401，強(qiáng)度分布明顯增加，其用激活的耦合109以輻照較大的樣本表面區(qū)域。特別是，由于本發(fā)明的增加的靈敏度，在區(qū)域402處采集到數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)對(duì)于圖 3的布置是不可用的。
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)譜儀，包括用于產(chǎn)生激光束的裝置；多模光纖，其將所述激光束遞送到離子源；以及振動(dòng)裝置，其配置成使所述光纖振動(dòng)，使得在所述離子源處，所述激光束的空間強(qiáng)度分 布呈現(xiàn)多于一個(gè)的強(qiáng)度峰值。
2.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中所述振動(dòng)裝置包括機(jī)械振動(dòng)設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中所述振動(dòng)裝置包括壓電開(kāi)關(guān)。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的質(zhì)譜儀，其中所述振動(dòng)裝置物理地耦合到所述光纖。
5.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中所述振動(dòng)裝置包括在所述光纖的區(qū)域處產(chǎn)生空氣 波以使所述光纖振動(dòng)的裝置。
6.如任一前述權(quán)利要求所述的質(zhì)譜儀，其中所述用于產(chǎn)生激光束的裝置包括增益介 質(zhì)，該增益介質(zhì)包括下列項(xiàng)的組中的任何一個(gè)或組合 YAG ； 釩酸釔； 氟化釔鋰。
7.如權(quán)利要求6所述的質(zhì)譜儀，其中所述用于產(chǎn)生激光束的裝置還包括下列項(xiàng)的組中 的任何一個(gè)或組合 釹；^^ ,思 ο
8.如權(quán)利要求6所述的質(zhì)譜儀，其中所述用于產(chǎn)生激光束的裝置還包括用于頻率轉(zhuǎn)換 的一個(gè)或多個(gè)非線性晶體。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的質(zhì)譜儀，還包括樣本室，所述光纖耦合到所述樣本室，以 便將所述激光束指弓I到所述樣本室的內(nèi)部。
10.如權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜儀，其中所述振動(dòng)裝置被布置成使所述光纖在沿著其長(zhǎng) 度的區(qū)域處、在離所述樣本室的范圍是1到5cm的距離處振動(dòng)。
11.一種如任一前述權(quán)利要求所述的成像質(zhì)譜儀。
12.—種如任一前述權(quán)利要求所述的基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜儀。
13.—種激光束遞送的方法，該方法作為基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜法的一部分，將 激光束遞送到樣本，所述方法包括產(chǎn)生激光束；使用多模光纖將所述激光束遞送到離子源；以及使用振動(dòng)裝置使所述光纖在沿著其長(zhǎng)度的區(qū)域處振動(dòng)，使得在所述離子源處，所述激 光束的空間強(qiáng)度分布呈現(xiàn)多于一個(gè)的強(qiáng)度峰值。
14.一種如權(quán)利要求13所述的質(zhì)譜成像的方法。
全文摘要
基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜成像(MALDI-MSI)裝置和方法包括激光器(100)和將激光束遞送到MADLI離子源(104)的多模光纖(101)。振動(dòng)耦合(109)設(shè)置在沿著光纖(101)的長(zhǎng)度的區(qū)域處，以給予在光纖(101)處的振蕩振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以在樣本(104)處移動(dòng)輻照強(qiáng)度最大值來(lái)增加有效的輻照表面區(qū)域。本裝置和方法提供增加的成像靈敏度和數(shù)據(jù)采集時(shí)間的相應(yīng)減少。
文檔編號(hào)H01J49/16GK102124540SQ200980129598
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者基思·奧克斯, 薩莉·阿特金森, 馬爾科姆·克倫奇 申請(qǐng)人:謝菲爾德哈萊姆大學(xué)