电喷雾离子源以及质谱分析方法技术

本发明专利技术涉及质谱分析技术领域，提供了一种电喷雾离子源，包括：具有电喷雾喷口的毛细管；液体管道，包括液体入口、液体出口及开口，液体入口和液体出口位于液体管道两端，开口位于液体入口和液体出口之间，开口两侧的液体管道内的液体流动方向矢量的夹角小于180度，液体出口与毛细管连接；气体管道，包括气体入口及气体出口，气体出口位于毛细管外周处，从气体入口到气体出口的气体管道经过电喷雾喷口；样品加载装置，用于将样品加载至开口处。该电喷雾离子源在提高检测灵敏度的同时，液体流速调节范围更大，加工和实施难度更低，实用性更强。实用性更强。实用性更强。

【技术实现步骤摘要】
电喷雾离子源以及质谱分析方法


[0001]本专利技术涉及质谱分析
，具体为一种电喷雾离子源以及质谱分析方法。

技术介绍

[0002]单细胞分析是近年来科学研究的前沿领域，因其可以从基础层面研究探索生命活动机理，为疾病研究、药物开发提供巨大帮助。在对单细胞进行检测分析的手段中，质谱由于其极高的灵敏度，在单细胞代谢组学、单细胞蛋白组学等领域具有难以替代的应用。
[0003]然而，应用质谱技术进行单细胞分析一直面临诸多挑战。单细胞内容物含量极低，需要极高的检测灵敏度；同时，只有积累一定量的单细胞数据才具有统计学研究意义，这对检测的速度和通量也提出了很高的要求。此外，在实际操作中，将细胞样本加载到分析仪器前还需要繁琐的样本制备操作，主要是为了除去细胞培养液中高浓度盐分的干扰，以提高信噪比。Yang等人(《Analytical Chemistry》杂志，2014年，第86卷，9376
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9380页)、Laskin等人(《AngewandteChemie》杂志，2020年，第59卷，22388
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22391页)分别提出了单细胞探针(Single Cell Probe)装置，实现了单细胞原位、实时的萃取及质谱检测。但是，一方面这些方法在细胞定位、探针放置过程中需花费较长时间，且对操作者技巧有较高要求，无法实现自动化、高通量检测；另一方面，Zhang等人(《Analytical Chemistry》杂志，2019年，第91卷，9777
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9783页)提出的非标记流式单细胞质谱，细胞溶液与外侧同轴管道内的鞘液在管道内混合实现裂解和萃取，但受两种溶液相对流速的限制，仍然受到细胞溶液背景盐分的抑制。
[0004]为了开发一种更优的样品导入方式，Berkel等人(US20160299109A1)提出一种开口式采样接口(Open Port Sampling Interface)，通过在同心管结构末端形成连续流动的液体界面作为样品接收口。更进一步，达特沃尼等人(CN111630378A)在类似结构的基础上添加了基于超声的液体样本加载的方法。Kertesz等人(《Analytical Chemistry》杂志，2019年，第91卷，6118
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6126页)使用同心管采样装置接收喷墨打印装置产生的单细胞液滴，并导入到质谱仪中，这种方法可直接使用原始细胞溶液进行快速、实时、高通量的分析。但这种同心管结构的采样接口仍有改进空间。例如，在靠近同心管末端的采样处，外管中的液体沿同心管轴向的线速度会急剧减小，在液面顶端处其轴向速度几乎为0，这会导致样品加入后需要一定时间才能全部被传输至下游，为加快速度提高通量，管道内需要使用很快的液体流速，但该方法会降低后续电喷雾质谱检测的灵敏度；而轴向不均匀的流速会导致样品在溶剂中被拉长成弥散状，相当于样品浓度被极大地稀释，进一步影响检测的灵敏度。此外，仅靠电喷雾出口处雾化气流的文丘里效应，能够提供的驱动液体流动的压强差范围有限，管道内径及长度在设计中因此受限，对于固定的结构，液体流速范围受到局限，且在工程上同心管装置的加工、连接、密封等工艺也较复杂。
[0005]因此，开发一种在不影响检测的灵敏度的前提下通过质谱分析技术对单细胞进行快速、实时、高通量的分析的电喷雾离子源具有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对以上问题，本专利技术提供了一种电喷雾离子源，在提高检测灵敏度的同时，液体流速调节范围更大，加工和实施难度更低，实用性更强。
[0007]本专利技术提供的电喷雾离子源包括：具有电喷雾喷口的毛细管；具有液体入口、液体出口及开口的液体管道，开口位于液体入口和液体出口之间，开口两侧的液体管道内的液体流动方向矢量的夹角小于180度，且液体出口与毛细管连接；具有气体入口和气体出口的气体管道，且气体出口位于毛细管外周处，从气体入口到气体出口的气体管道经过电喷雾喷口；用于将样品加载至开口处的样品加载装置。
[0008]在本专利技术的较优技术方案中，电喷雾喷口位于低压区域，低压区域的气压范围是(0,100]Torr，更优地，低压区域的气压范围是[10,30]Torr。
[0009]在本专利技术的较优技术方案中，液体管道的开口位于高压区域，高压区域的气压高于电喷雾喷口处的气压，优选地，高压区域中气压大于一个大气压。
[0010]在本专利技术的较优技术方案中，开口两侧的液体管道内的液体流动方向矢量的夹角是[0,60]度。
[0011]在本专利技术的较优技术方案中，液体管道形成于微流控芯片中，微流控芯片包含2层以上的装配层，装配层上形成有凹槽或通孔，凹槽或通孔经由2层以上的装配层的组合形成液体管道，并且，液体管道经由凹槽或者通孔与外部连通。此外，液体管道还可以是一端中部包含开口的管体，或者是两端通过开口相互连接的管体组合，还可以是三通阀结构。
[0012]在本专利技术的较优技术方案中，液体管道内，从液体入口到开口的液体速度小于或等于从开口至液体出口的液体流速。
[0013]在本专利技术的较优技术方案中，电喷雾离子源还包括可调控流速的液体输送泵，液体输送泵和液体入口连接。
[0014]在本专利技术的较优技术方案中，电喷雾离子源还包括气流速度调节装置，用于控制气体管道内气流的流速。
[0015]在本专利技术的较优技术方案中，电喷雾液体流速为10nL/min～50μL/min。
[0016]在本专利技术的较优技术方案中，样品加载装置加载的样品为固态样品、液态样品或者气态样品，固态样品及气态样品可溶于液体管道内的液体中。
[0017]在本专利技术的较优技术方案中，样品加载装置与液体管道相互分离。
[0018]在本专利技术的较优技术方案中，样品加载装置向液体管道开口加载样品的方向与水平面成一夹角，且夹角范围为[
‑
90,90]度。
[0019]在本专利技术的较优技术方案中，样品加载装置为液滴发生装置，液滴发生装置产生的液滴内含有单个细胞。
[0020]在本专利技术的更优技术方案中，液滴发生装置利用喷墨打印、超声雾化、压力推动、微流控其中的一种或者多种方式产生液滴。
[0021]在本专利技术的较优技术方案中，电喷雾离子源还包括传感器，传感器用于作为图像识别、荧光识别、散射光测量、投射光测量或者电阻抗测量的数据源。
[0022]在本专利技术的较优技术方案中，在电喷雾喷口到后续分析装置之间有离子导引装置。
[0023]在本专利技术的较优技术方案中，分析装置包括质谱仪。
[0024]本专利技术另一方面提供了一种质谱分析方法，该质谱分析方法包括以下步骤：
[0025]提供具有电喷雾喷口的毛细管；
[0026]向液体管道一端的液体入口通入液体，液体经过液体管道的开口后，从另一端的液体出口流向毛细管，开口两侧的所述液体管道内的液体流动方向矢量的夹角小于180度；
[0027]提供经过电喷雾喷口、并从位于毛细管外周处的气体出口流出的气流；
[0028]将样品加载至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电喷雾离子源，其特征在于，包括：具有电喷雾喷口的毛细管；液体管道，包括液体入口、液体出口及开口，所述液体入口和液体出口位于所述液体管道两端，所述开口位于所述液体入口和液体出口之间，所述开口两侧的所述液体管道内的液体流动方向矢量的夹角小于180度，所述液体出口与所述毛细管连接；气体管道，包括气体入口及气体出口，所述气体出口位于所述毛细管外周处，从所述气体入口到所述气体出口的气体管道经过所述电喷雾喷口；样品加载装置，用于将样品加载至所述开口处。2.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述电喷雾喷口位于低压区域，所述低压区域的气压范围是(0,100]Torr。3.如权利要求2所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述低压区域的气压范围是[10,30]Torr。4.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述液体管道的开口位于高压区域，所述高压区域的气压不低于所述电喷雾喷口处的气压。5.如权利要求4中所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述高压区域中气压大于一个大气压。6.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述开口两侧的所述液体管道内的液体流动方向矢量的夹角是[0,60]度。7.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述液体管道形成于微流控芯片中，所述微流控芯片包含至少2层装配层，所述装配层上形成有凹槽或通孔，所述凹槽或所述通孔经由所述装配层的组合形成所述液体管道，并且，所述液体管道经由所述凹槽或者所述通孔与外部连通。8.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述液体管道是一段中部包含所述开口的管体，或是两段通过所述开口相连接的管体组合。9.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述液体管道是三通阀。10.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述液体管道内，从所述液体入口至所述开口的液体流速小于或等于从所述开口至所述液体出口的液体流速。11.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，还包括可调控流速的液体输送泵，所述液体输送泵与所述液体入口连接。12.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，还包括气流速度调节装置，用于控制所述气体管道内气流的流速。13.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，电喷雾液体流速为10nL/min～50μL/min。14.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述样品加载装置加载的样品为固态样品、液态样品或者气态样品，所述固态样品及所述气态样品可溶于所述液体管道内的液体中。15.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述样品加载装置与所述液体管道相互分离。16.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述样品加载装置向所述液体管
道开口加载样品的方向与水平面成一夹角，且所述夹角范围为[
‑
90,90]度。17.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述样品加载装置为液滴发生装置。18.如权利要求17所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述液滴发生装置产生的液滴内含有单个细胞。19.如权利要求17所述的电喷雾离子源，其特征在于，所述液滴发生装置利用喷墨打印、超声雾化、压力推动、微流控其中的一种或者多种方式产生液滴。20.如权利要求17所述的电喷雾离子源，其特征在于，还包括传感器，所述传感器用于作为图像识别、荧光识别、散射光测量、投射光测量或者电阻抗测量的数据源。21.如权利要求1所述的电喷雾离子源，其特征在于，在所述电喷雾喷口到后续分析装置之间有离子导引装置。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿智，张小强，孙文剑，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：