激光烧蚀系统技术方案

本发明专利技术涉及用于使用激光烧蚀成像质量细胞计数法和质谱法来分析样品的方法和设备。本发明专利技术提供方法和设备，其中单独的烧蚀羽流被有区别地捕获并快速传输到电离系统，后面是通过质谱法进行的分析。传输导管可用于将烧蚀羽流传递到电离系统。传输导管可以包括不对称锥体。传输导管可以是锥形的。流牺牲系统可适于将鞘流的一部分从牺牲出口转出，而包含烧蚀羽流的鞘流的核心进入电离系统。

Laser ablation system

The present invention relates to a method and apparatus for sample analysis using laser ablation imaging mass cell counting and mass spectrometry. The present invention provides methods and equipment in which separate ablative plumes are captured differently and rapidly transmitted to the ionization system, followed by analysis by mass spectrometry. The transmission duct can be used to transfer the ablation plume to the ionization system. The transmission duct may include an asymmetric cone. The transmission duct may be tapered. The flow sacrificial system is suitable for transferring part of the sheath from the sacrificial outlet, while the core of the sheath containing ablative plume enters the ionization system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光烧蚀系统
本专利技术涉及用于激光烧蚀以进行细胞分析的装置和方法。专利技术背景与质谱法结合的激光烧蚀可用于对生物样品(诸如细胞、组织等)成像(成像质谱法IMS)。可以用元素标签/标记原子来标记样品，从而实现成像质量细胞计数法(masscytometry)(IMC)。每个激光脉冲从样品产生可以从烧蚀发生的地方传输到电离系统和质量分析器的烧蚀材料的羽流(plume)。然后，从样品上的每个位置处的激光脉冲获取的信息可以用于基于其被分析的内容来对样品进行成像。然而，这种技术在它单独地分辨从样品上的每个激光烧蚀脉冲产生的烧蚀材料的每个离散羽流的能力方面有局限性。专利技术的简要概述在本专利技术中，专利技术人设计了现有的基于激光烧蚀的成像质量细胞计数器和成像质谱仪的许多改进。特别是，这些改进涉及将从样品烧蚀的样品材料的羽流传输到成像质谱仪或质量细胞计数器的电离和分析样品材料的部件所花费的传输时间最小化的修改。本专利技术的装置例如成像质谱仪或成像质量细胞计数器通常包括三个部件。第一部件是用于从样品产生蒸汽状和颗粒状材料的羽流以用于分析的激光烧蚀系统。在烧蚀样品材料的羽流中的原子(包括如下所讨论的任何可检测的标记原子)能够被质谱仪部件(MS部件——第三部件)检测到之前，样品必须被原子化和电离(样品材料的某种电离可能在烧蚀时发生，但是空间电荷效应在电荷可被检测到之前导致电荷的中和，因此该装置需要单独的电离部件)。因此，该装置包括第二部件，该第二部件是电离原子以形成元素离子以使它们能够由MS部件基于质量/电荷比来检测的电离系统。在激光烧蚀系统和电离系统之间是适于将激光烧蚀系统与电离系统耦合的传输导管；该传输导管具有位于激光烧蚀系统内的入口，该入口被配置用于在烧蚀羽流产生时捕获烧蚀羽流，并且将所捕获的烧蚀羽流传输到电离系统(在某些情况下，例如在电离系统是电感耦合等离子体(ICP)的情况下，传输导管是通过中央喷射器管来将样品直接引入到ICP炬(torch)内的同一导管，以及在这种情况下传输导管可以被称为喷射器)。因此在操作中，样品被带入装置内，被烧蚀以产生蒸汽状/颗粒状材料，其被电离系统电离，并且样品的离子被传递到MS部件中。虽然MS部件可以检测到许多离子，但这些离子中的大部分将是自然地构成样品的原子的离子。在一些应用中，例如在地质或考古应用中的例如矿物的分析中，这可能就足够了。在一些情况下，例如当分析生物样品时，样品的天然元素组成可能不是适当地提供信息的。这是因为通常所有的蛋白质和核酸都由相同的主要组成原子组成，且因此虽然可能辨别含有蛋白质/核酸的区域和不含这种蛋白质或核酸材料的区域，但一般不可能区分开特定的蛋白质和所有其他蛋白质。然而，通过用在正常条件下被分析的材料中不存在的或者至少不以相当大的数量存在的原子(例如某些过渡金属原子，例如稀土金属；为了进一步的细节，参见下面关于标记的章节)来标记样品，可以确定颗粒样品的具体特性。与IHC和FISH一样，可检测的标记可以附着到在样品上或中的特定目标(例如在载玻片上的固定细胞或组织样品)，特别是通过亲和性试剂例如以在样品上或中的分子作为目标的抗体或核酸的使用。为了检测电离标记，使用MS部件，因为它将检测来自在样品中天然存在的原子的离子。通过将检测到的信号与产生这些信号的激光烧蚀的已知位置相联系，可以构建存在于每个位置处的原子——天然元素组成和任何标记原子——的图像(见例如Hutchinson等人(2005年)的Anal.Biochem.346:225-33、Seuma等人(2008年)的Proteomics8:3775-84、Giesen等人(2011年)的Anal.Chem.83:8177-83和Giesen等人(2014年)的NatureMethods.11:417–422)。该技术允许并行地分析许多标记，这是在生物样品的分析中的一大优势。关于基于激光烧蚀的成像的过程的限制是烧蚀材料的羽流可多么快地从激光烧蚀系统传输到电离系统和检测器。这是因为当烧蚀材料的羽流通过烧蚀产生时，材料的那个羽流仅由于扩散而在气相中随着时间的过去而继续膨胀。因此，从烧蚀的时间点到材料被电离的时间点的持续时间越长意味着在电离系统中以及最终在检测器中的每个烧蚀羽流的瞬态更长，因为羽流的更多扩散将出现。这个延长的检测时间具有两个后果之一：(i)羽流被产生的速率(即，在激光烧蚀系统中的激光点火的速率)必须降低以保持羽流的离散分析，或者(ii)必须接受，从离散烧蚀激光脉冲产生的羽流将开始重叠(这在重叠变大时可能降低图像的质量，因为不再可能将由质谱仪检测到的离子精确地分配到样品上的特定烧蚀位置；因此，重叠的可接受的程度随成像应用而变化)。专利技术人现在在IMS和IMC装置工程设计方面取得了进步，以改进它们对样品的分析的使用。专利技术人的改进涉及对将激光烧蚀系统与电离系统耦合的传输导管(或在电离系统为ICP的情况下的喷射器)的修改。这些改进包括在激光烧蚀系统中的传输导管(例如喷射器)的入口处的修改、对传输导管(例如喷射器)本身的修改以及在电离系统端部处的传输导管的出口处的修改。因此，本专利技术提供了一种装置，其包括：(i)激光烧蚀系统，其适于从样品产生样品材料的羽流；(ii)电离系统，其适于接收由激光烧蚀系统从样品中去除的材料，并电离所述材料以形成元素离子；(iii)质谱仪，其从所述电离系统接收元素离子并分析所述元素离子，其中激光烧蚀系统和电离系统通过传输导管耦合在一起，该传输导管适于将包含烧蚀样品材料的羽流的气体流从激光烧蚀系统传送到电离系统，并且其中在激光烧蚀系统内的传输导管的入口包括不对称样品锥体，在该锥体的窄端处有孔。本专利技术还提供了一种装置，其包括：(i)激光烧蚀系统，其适于从样品产生样品材料的羽流；(ii)电离系统，其适于接收由激光烧蚀系统从样品中去除的材料，并电离所述材料以形成元素离子；(iii)质谱仪，其从所述电离系统接收元素离子并分析所述元素离子，其中激光烧蚀系统和电离系统通过传输导管耦合在一起，该传输导管适于将包含烧蚀样品材料的羽流的气体流从激光烧蚀系统传送到电离系统，其中传输导管的内表面包括沿着它从(在激光烧蚀系统端部处的)入口到(在电离系统端部处的)出口的长度的至少一部分的锥形。本专利技术还提供了一种装置，其包括：(i)激光烧蚀系统，其适于从样品产生样品材料的羽流；(ii)电离系统，其适于接收由激光烧蚀系统从样品中去除的材料，并电离所述材料以形成元素离子；(iii)质谱仪，其从所述电离系统接收元素离子并分析所述元素离子，其中激光烧蚀系统和电离系统通过传输导管和流牺牲系统耦合在一起，其中传输导管适于将包含烧蚀样品材料的羽流的气体流从激光烧蚀系统中的入口输送到流牺牲系统中的出口，其中流牺牲系统包括腔室，该腔室包括：(a)传输导管的出口；(b)电离系统入口，其定位成接收来自传输导管出口的样品材料并将样品材料引入到电离系统内；以及(c)牺牲流出口，其中流牺牲系统适于通过将进入流牺牲系统的一些气体流引导出牺牲流出口，来与通过传输导管进入流牺牲系统的气体流相比减少通过电离系统入口进入电离系统的气体流，以及其中在流牺牲系统中的传输导管的出口可选地是喇叭状的。附图简述本领域中的技术人员将理解，下面描述的附图仅为了说明目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：(i)激光烧蚀系统，其适于从样品产生样品材料的羽流；(ii)电离系统，其适于接收由所述激光烧蚀系统从所述样品中去除的材料，并电离所述材料以形成元素离子；(iii)质谱仪，其从所述电离系统接收元素离子并分析所述元素离子，其中所述激光烧蚀系统和所述电离系统通过传输导管耦合在一起，所述传输导管适于将包含烧蚀样品材料的羽流的气体流从所述激光烧蚀系统传送到所述电离系统，并且其中所述传输导管的在所述激光烧蚀系统内的入口包括不对称样品锥体，在所述锥体的窄端处有孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.02 US 62/370,1801.一种装置，包括：(i)激光烧蚀系统，其适于从样品产生样品材料的羽流；(ii)电离系统，其适于接收由所述激光烧蚀系统从所述样品中去除的材料，并电离所述材料以形成元素离子；(iii)质谱仪，其从所述电离系统接收元素离子并分析所述元素离子，其中所述激光烧蚀系统和所述电离系统通过传输导管耦合在一起，所述传输导管适于将包含烧蚀样品材料的羽流的气体流从所述激光烧蚀系统传送到所述电离系统，并且其中所述传输导管的在所述激光烧蚀系统内的入口包括不对称样品锥体，在所述锥体的窄端处有孔。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述不对称样品锥体适于在所述样品的表面处产生非零速度，这有助于从所述激光烧蚀系统的烧蚀腔室中洗出羽流材料。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述不对称样品锥体是截锥体。4.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述不对称锥体包括适于在所述锥体的轴处沿着所述样品的表面产生非零矢量气体流的一个凹口或一系列凹口。5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述不对称锥体包括适于在所述锥体的轴处沿着所述样品的表面产生非零矢量气体流的一个或更多个孔口。6.根据权利要求4或权利要求5所述的装置，其中所述凹口和/或孔口的边缘被平滑、弄圆或去角。7.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述样品锥体可操作地靠近所述样品定位。8.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述孔的直径a)是可调节的；b)依尺寸被制造成当烧蚀羽流传入所述传输导管时防止对所述烧蚀羽流的扰动；和/或c)大约等于所述烧蚀羽流的横截面直径。9.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述孔的直径在大约100μm至1mm之间，例如大约200μm至900μm、大约300μm至800μm、大约500μm至700μm、大约500μm或大约700μm。10.一种装置，包括：(i)激光烧蚀系统，其适于从样品产生样品材料的羽流；(ii)电离系统，其适于接收由所述激光烧蚀系统从所述样品中去除的材料，并电离所述材料以形成元素离子；(iii)质谱仪，其从所述电离系统接收元素离子并分析所述元素离子，其中所述激光烧蚀系统和所述电离系统通过传输导管耦合在一起，所述传输导管适于将包含烧蚀样品材料的羽流的气体流从所述激光烧蚀系统传送到所述电离系统，其中所述传输导管的内表面包括沿着它从入口到出口的长度的至少一部分的锥形。11.根据权利要求1-9中的任一项所述的装置，其中所述传输导管的内表面包括沿着它从入口到出口的长度的至少一部分的锥形。12.根据权利要求10或权利要求11所述的装置，其中所述锥形在到所述传输导管的电离系统入口的50mm内开始，例如在所述电离系统入口的40mm内、30mm内、20mm内、15mm内、10mm内、5mm内、4mm内、3mm内、2mm内或1mm内开始。13.根据权利要求10-12中的任一项所述的装置，其中所述锥形在所述电离系统入口的下游1-2mm处开始。14.根据权利要求10-13中的任一项所述的装置，其中所述锥形呈至少5度例如至少10度、至少15度、至少20度、至少25度或30度或更大、甚至例如60度的角度。15.根据权利要求10-14中的任一项所述的装置，其中所述锥形呈小于40度例如小于30度、小于25度、小于20度、小于15度、小于10度、小于8度、小于5度、小于4度、小于3度、小于2度、1度或小于1度的角度。16.根据权利要求10-15中的任一项所述的装置，其中所述锥形的长度为至少5mm，例如至少10mm、至少20mm、至少30mm、至少40mm或至少50mm或至少100mm。17.根据权利要求10-16中的任一项所述的装置，其中所述锥形的长度小于10mm，例如小于5mm、小于4mm、小于3mm、小于2mm或1mm或更小...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·V·洛博达，
申请(专利权)人：富鲁达加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA