有机样品的元素分析制造技术

一种使有机样品中的一种或多种分析物元素成像的方法，包含：将样品作为层提供在基底上；使样品在基底上反应以产生离开样品的一种或多种挥发性产物，同时一种或多种元素保留在样品中，由此按重量计大部分样品层通过该反应从基底中去除并且剩余样品层富含一种或多种不受该反应空间干扰的元素；并且随后使用成像元素分析仪检测在浓缩样品层中的一种或多种元素。还提供了一种用于使有机样品中的一种或多种元素成像的装置和一种成像元素分析仪，所述成像元素分析仪包含用于使初级离子聚焦于样品上的离子枪、分别用于接收和分析来自样品的次级离子的RF离子导向器和TOF分析仪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及成像质谱分析的领域，具体来说涉及成像元素质谱分析。在某些方面，本专利技术涉及分析特定元素在生物样品中的分布，所述特定元素可已经作为元素标签引入到样品中或可天然存在于样品中。
技术介绍
由于多种原因，测定所谓的无机元素在生物样品中的分布是重要的。无机元素一般是指除通常形成有机材料的那些元素(如C、H、N和O)之外的元素。通常，所关注的无机元素比氧重并且通常为金属或半金属元素。无机元素在生物样品中的天然分布揭示出如由新兴的金属组学领域反映的关于在基因、蛋白质和代谢物水平的生物过程的重要信息。此外，在称为元素标签的方法中，许多所谓的元素标签(其还可以称为标记)可以人工添加至在样品中的靶标，通常借助于特异性结合剂(例如抗体、适体、代谢标记物等)以聚焦于在生物系统中特异性的靶标或过程。可以采用许多不同的检测技术用于测量此类标签的元素的丰度，如放射性、光(例如荧光或吸收)，其包括X射线荧光(XRF)、次级电子光谱测定(SES)、X射线光电子光谱(XPS)、电子微探针分析(EMPA)、次级离子质谱分析(SIMS)、激光等离子体电离质谱分析(LPIMS)和电感偶合等离子体质谱分析(ICPMS)等。在基于荧光分析的情况下，该技术可以是快速的但是遭受低的灵敏度，而且相比于质谱分析技术(如SIMS或ICPMS)，其每次分析限于一个或几个靶标。质谱分析技术允许并行元素的高度多重测量，举例来说使用多收集器扇形磁场、飞行时间、轨道阱或傅里叶变换离子回旋共振分析仪。然而，当空间分辨率分析例如为组织成像所需要时，由于光谱变成被来自组织的强基质峰占据，所以低丰度元素给所有这些分析仪带来了挑战。这些基质峰可来源于构成组织主体的多原子物质，其中主要元素不仅为C、H、N、O，而且为S、P、碱金属(Na，K)等。尽管原则上多原子物质可以在仅RF充气的反应池中除去(例如US5,767,512、US7,230,232)，但是此类反应是高度分析物相关的，可影响所关注的金属并且一般导致所关注这些离子的损失。这对于其中分析物的起始量受到来自起始限制的成像应用是特别明显的。已知具有激光消融(LA/ICPMS)的ICPMS对多原子物质的贡献可忽略，并因此变成用于组织的元素成像的优选方法中的一个，如例如示出在WO2010/133196、DE10354787、WO0151907、WO02054057、US8274735、WO2014/063246、WO2015128490及其它中。已经证实具有微米(μm)空间分辨率的高达几十像素/秒的采集速率。甚至借助此类速率，单个图像的采集仍需要几个小时。然而，由于样品卷流在其从表面输送至ICP炬期间的扩展，另外增加采集速度受到信号时间扩展的限制，如大多数输送过程在大气压下和在低输送速度下进行。大气压对于ICP操作是至关重要的。伴随该扩展，传递管线可得到涂覆有由样品材料形成的气溶胶，因此导致样品引入单元的遗留和污染。由于任何临床应用需要更高的生产量，过度的污染将推动分析成本和服务时间。由于所产生的关注的离子的相对低电流，如本领域中已知的对于SIMS或激光等离子体电离方法的传递至真空中的电离过程导致非常长的扫描过程，并因此需要长的曝光时间。所产生离子的此类低电流经常与其说是通过离子剂或低效率的次级离子生成引起的，不如说是通过在细胞/组织基质中天然元素的相对低浓度引起的。这还妨碍了利用多信道元素成像的其它方法，如SES、微X射线荧光(μXRF)等。另一个问题是真空腔室和具有有机基质材料的分析仪部件的快速污染。举例来说，对仅一个典型的100mm2面积5μm厚的组织切片的分析可完全染污仪器，若为了满足灵敏度需求其全部用于分析。在SIMS的情况下，存在相对低速率样品去除的附加问题，这减缓了对通常至少为3微米至5微米厚的典型组织样品的分析。在同位素比质谱分析(IRMS)的领域中，特别是其中同位素比分析仪连接至气相色谱(GC)或液相色谱(LC)分离阶段，样品被氧化以产生气体如CO2、NOx、H2O，分析这些气体以测定如C、N和/或O元素的同位素比。氧化可发生在燃烧烘箱(例如在GC-IRMS中)中，如在Z.Muccio和G.P.Jackson，同位素比质谱分析(Isotoperatiomassspectrometry)，分析(Analyst)134(2009)213-222中所述，或其可涉及湿式化学法氧化过程(例如在LC-IRMS中)，如在C.Osburn和G.ST-Jean，湖泊学与海洋学：方法(LimnologyandOceanography:Methods)5(2007)296-308中所述。例如通过UV-臭氧的“干燥”氧化还通常用于去除在半导体、玻璃等的表面上的污染物。相对于该
技术介绍
，作出了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术涉及一种可以用于在组织样品通过以上提及的方法中任一者分析之前处理该组织样品的方法。由于组织的厚度通常几乎与所需要的分析空间分辨率相当，小心控制氧化的条件可使得逐步去除有机基质，同时限制离开其原始位置的较重元素或标签的扩散。其结果是，在采样期间更低量的材料将被解吸附或去除，同时传送关注的所需要分析物和成像信息。通过对以待分析元素(其本文中可以不同地称为所关注的元素或分析物元素)的预浓缩，本专利技术提供一种对有机样品的元素分析的改进的方法。这些通常为存在于样品中的天然或通过作为标签引入的无机元素。这使得能够使用在较早方法中效率差的多种元素成像的方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种使在有机样品中的一种或多种分析物元素成像的方法，其包含：将该样品作为层提供在基底上；使样品在基底上反应(优选氧化反应)以产生离开样品并进入气相的一种或多种挥发性产物，同时一种或多种分析物元素保留在样品中，由此按重量计大部分样品层通过该反应(优选氧化反应)从基底中去除，并且剩余样品层富含或富集一种或多种分析物元素；并且使用成像元素分析仪检测在富含或富集样品层中的一种或多种分析物元素。优选地，分析物元素不受大于成像分析的空间分辨率的该反应的空间干扰。尽管一些单独的分析物可以受到比这更大距离的干扰，优选平均地该分析物元素受到不大于成像分析空间分辨率的反应的空间干扰。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于使在有机样品中一种或多种分析物元素成像的装置，包含：接收样品的反应腔室(优选氧化反应腔室)，其中样品已经作为层在基底上提供。其中反应(优选氧化反应)腔室包含电磁辐射源和/或入口，用于将一种或多种化学或离子型氧化剂引入至腔室中，用于氧化样品以产生一种或多种离开样品并进入气相的挥发性产物，同时一种或多种分析物元素保留在样品中，由此按重量计大部分样品层通过氧化反应从基底中去除并且剩余样品层富含一种或多种分析物元素；以及在检测室中用于检测在富含样品层中所述一种或多种分析物元素的空间分布的成像元素分析仪。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于使有机样品中的一种或多种分析物元素成像的专用成像元素分析仪，该分析仪包含：腔室，其用于容纳含有待成像的一种或多种分析物元素的有机样品，其中在围绕样品的腔室内的压力在10-5毫巴到10-2毫巴的范围内；至少一种初级辐照装置选自：(i)离子枪，其用于用高强度初级离子束辐照样品，其中该初级离子在低于1毫巴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使有机样品中的一种或多种分析物元素成像的方法，其包含：将所述样品作为层提供在基底上；使所述样品在所述基底上反应以产生离开所述样品并进入气相的一种或多种挥发性产物，同时所述一种或多种分析物元素保留在所述样品中，并且受到平均不大于所述成像分析的空间分辨率的所述反应的空间干扰，由此按重量计大部分所述样品层通过所述反应从所述基底中去除并且剩余样品层富含所述一种或多种分析物元素；并且随后使用成像元素分析仪检测在所述富含样品层中的所述一种或多种分析物元素。

【技术特征摘要】
2015.07.27 GB 1513167.51.一种使有机样品中的一种或多种分析物元素成像的方法，其包含：将所述样品作为层提供在基底上；使所述样品在所述基底上反应以产生离开所述样品并进入气相的一种或多种挥发性产物，同时所述一种或多种分析物元素保留在所述样品中，并且受到平均不大于所述成像分析的空间分辨率的所述反应的空间干扰，由此按重量计大部分所述样品层通过所述反应从所述基底中去除并且剩余样品层富含所述一种或多种分析物元素；并且随后使用成像元素分析仪检测在所述富含样品层中的所述一种或多种分析物元素。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述样品为选自组织、细胞、细菌培养物和生物有机溶液的生物样品。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一种或多种元素天然存在于所述样品中和/或作为元素标签已被引入到所述样品中。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述一种或多种元素标签包含一种或多种稀土元素、重金属元素和/或放射性同位素。5.根据权利要求3或4中任一项所述的方法，其中所述一种或多种元素标签连接至结合成员，所述结合成员选自多肽、多核苷酸、抗体、亲和抗体和适体，其中所述结合成员结合到所述样品中的靶标。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种元素为金属或半金属。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述层为薄层，具体来说厚度不超过(i)20μm、或(ii)10μm或(ii)5μm。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应去除至少60重量％、或至少70重量％、或至少80重量％、或至少90重量％、或至少95重量％、或至少99重量％、或至少99.9重量％或至少99.99重量％的所述样品层。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应包含使所述样品暴露于一种或多种氧化剂，可选地其中在所述氧化步骤期间加热所述样品。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述一种或多种氧化剂选自(i)电磁辐射和/或(ii)由气体放电产生的离子型且受激发的物质和/或(iii)一种或多种化学氧化剂。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一种或多种氧化剂为：(i)电磁辐射并且所述氧化步骤包含用波长小于400nm的光辐照所述样品，其中所述基底作为光催化剂以氧化所述样品，或(ii)一种或多种化学氧化剂并且所述氧化步骤包含将所述样品暴露于一种或多种化学氧化剂，所述氧化剂选自：臭氧、过硫酸盐和过氧化氢。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基底为平面载片，具体来说金属涂布或未涂布的玻璃或涂布或未涂布的陶瓷平板或具有二氧化钛表面的基底。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述样品在所述基底上反应的步骤包含使一种或多种氧化剂从所述基底的相对侧经过至所述样品，通过在所述基底中的孔以到达所述样品。14.根据权利要求13所述的方法，其中存在接近但与所述样品隔开并且面向所述样品的第二基底，由此所述一种或多种氧化剂通过所述样品扩散，产生来自所述样品的挥发性产物并且使得非挥发性分析物元素和/或其氧化物到达并保留于所述第二基底的所述表面上，用于通过所述成像分析仪检测，其中所述基底之间的间隙使得传递至所述第二基底的所述分析物元素的所述空间分布受到平均不大于由所述成像分析仪执行的成像分析的所述空间分辨率的所述氧化的干扰。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，另外包含生成在所述样品中所检测元素的图像。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述图像元素分析仪选自：二次电子光谱仪、X射线光电子光谱仪、X射线荧光光谱仪、能量分散的X射线微分析仪、离子迁移率分析仪、放射性分析仪和质谱仪。17.根据权利要求15或16所述的方法，其中检测所述一种或多种元素包含用聚焦于所述样品的所述表面上的局部点的初级粒子束辐照所述富含的样品以从所述点发射次级粒子，以及分析所述次级粒子以测定在所述点处所述一种或多种元素的存在以及任选地所述一种或多种元素的量，其中所述点随着时间推移移动至所述样品的所述表面上的多个位置，从而获得在所述样品中所述一种或多种元素的图像，其中在所述样品的所述表面上的所述点的每个位置对应于所述图像的像素。18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中以至少100像素/秒或至少1000像素/秒或1000像素/秒至10000像素/秒范围内的速率采集所述图像。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述初级粒子选自X射线光子、电子和离子，并且其中所述次级粒子选自光子、电子和离子。20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中所述初级粒子的所述能量超过1keV。21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其中所述初级粒子为在低于1毫巴的压力下形成的离子，并且所述次级粒子为用于由质量分析仪分析的离子。22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中所述初级粒子束包含初级离子束并且具有每1μm直径点1nA至100nA的强度。23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中所述初级粒子束包含来自具有每脉冲超过a)5J/cm2、或b)10J/cm2、或c)20J/cm2或d)50J/cm2的能量密度的脉冲激光的光子束，并且在所述样品中具有不大于a)100nm、或b)200nm或c)500nm的吸收长度。24.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，其中次级粒子为离子并且所述成像元素分析仪包含质量分析仪，其中所述质量分析仪选自：飞行时间(TOF)质量分析仪、飞行距离质量分析仪、四极离子阱质量分析仪、静电阱质量分析仪、离子回旋共振质量分析仪和扇形磁场质量分析仪或其阵列或组合。25.根据权利要求24所述的方法，其中在由所述质量分析仪分析的所述次级粒子从所述表面发射之后，它们被传递至RF离子导向器中并且从所述离子导向器输送至所述质量分析仪。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述离子导向器含有用于产生与所述次级粒子的反应产物的反应性气体，其中所述次级粒子为包含所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·A·马卡罗夫，J·施韦特斯，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE