CN103413748B - 一种多通道光成像激光电离源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道光成像激光电离源。所述电离源包括光源、透光基底和光学检测系统；所述透光基底设置在所述光学检测系统的光路上；所述光源发出的激光经反射镜反射，得到的反射光经聚焦物镜聚焦后照射到所述透光基底上。本发明提供的多通道光成像激光电离源，可在不增加取样时间、改变样品性质的前提下，不仅可用于真空环境同时也可以在大气或亚真空条件下进行电离，从而拓宽了电离源的使用范围。通过基质的辅助，样品在光源的激发下更容易电离，从而可以获得更好的灵敏度与分辨率。由于光源从基底背面照射，可以利用较小的激光光斑进行样品电离从而使该方法具有超高空间分辨率。

Description

一种多通道光成像激光电离源

技术领域

本发明涉及一种多通道光成像激光电离源。

背景技术

质谱成像方法作为一种新型原位分析技术被广泛应用于生物样品细胞或组织切片中分子的“结构、空间与时间分布”分析手段。简单而言，该技术借助于质谱方法，配套专门的质谱成像软件，直接分析样品得到任意指定质荷比（m/z）化合物的二维离子密度图，对样品中化合物（小分子代谢物、药物化合物、脂质和蛋白等）的组成、相对丰度和分布情况进行了全面、快速、高通量的复分析，从而可获得潜在的生物标志物的空间分布，目标组织中候选药物的分布等，对生物标志物的发现和化合物的监控具有重要意义。

目前的基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDIIMS）方法的空间分辨率主要受到样品制备，基质的选择，激光光斑大小等几个因素的影响。为了使MALDIIMS可以达到更高的空间分辨率，必须优化每一个实验条件，从而可以对单细胞或组织进行成像。现在实验室中通用的方法是通过调整激光路径，对整个样品中进行过采样，从而提高成像的空间分辨率。但是这种方法中，样品点必须全部溅射完全后激光才能移动到下一个样品点，非常费时，并且这样的激光束的边缘模糊导致溅射点周围的基质因为激光辐射而改变，影响成像结果。另一种提高分辨率的方法是在样品制备过程中，将组织平铺在有弹性的膜上，通过膜的拉扯，使组织细胞相互分离，从而达到单细胞检测水平。该方法以破坏组织原位形貌为代价，在不改变常规激光路径的基础上获得相对较好的质谱成像空间分辨率。

MALDI电离源装置是处于真空系统下的电离源，对仪器装置要求较高，不能快速、便捷的与各种质量分析器相连接，且无法与其他的分离分析方法相联用。目前的常压电离源技术解吸电喷雾电离（DESI）虽然可以在常压条件下无需样品前处理直接质谱成像，但不论从灵敏度或是空间分辨率的角度来讲都远不及MALDIIMS。

因此，在不增加取样时间、改变样品性质的前提下，提供一种不仅可用于真空环境同时也可以在大气或亚真空条件下，具有高灵敏度、高空间分辨率的电离源方法具有广泛的实用意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种多通道光成像激光电离源，所述激光电离源的结构简单、可实现光谱与质谱技术的联用。

本发明所提供的一种多通道光成像激光电离源，它包括光源、透光基底和光学检测系统；

所述透光基底设置在所述光学检测系统的光路上；

所述光源发出的激光经反射镜反射，得到的反射光经聚焦物镜聚焦后照射到所述透光基底上。

上述的激光电离源中，所述反射光照射到所述透光基底的上部，并经过样品和所述透光基底后进入设于所述透光基底下部的所述光学检测系统，即形成一种直射式激光电离源。

上述的激光电离源中，所述反射光照射到所述透明基底的下部，并经过样品和所述透光基底后进入设于所述透光基底上的所述光学检测系统，即形成一种背照式激光电离源。

上述的激光电离源中，所述透光基底可为塑料板、玻璃板、导电玻璃板或石英板；

所述透光基底设置在三维移动平台，可通过所述三维移动平台来控制所述基底的移动，从而使得基底上不同部位的样品离子化，进入质量分析器进行检测。

上述的激光电离源中，所述光源可为紫外脉冲激光、红外脉冲激光、可见脉冲激光、紫外连续激光、红外连续激光或可见连续激光。

上述的激光电离源中，所述物镜可为透射式物镜、反射式物镜或折反射式物镜。

上述的激光电离源中，所述光学检测系统可为光学显微镜、共聚焦显微镜、超分辨显微镜、紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪或X射线荧光光谱仪。

本发明提供的多通道光成像激光电离源可以放置在大气压条件下、亚真空或真空条件下进行使用。

本发明进一步提供了所述激光电离源的使用方法，包括如下步骤：

按照下述1）-4）中任一方式将所述待测样品置于所述透光基底的表面上，然后用所述光源照射所述待测样品，所述待测样品经离子化后进入质谱仪中进行分析；

启动所述光学检测系统，对所述待测样品进行光学分析；

1）将所述待测样品放置于所述透光基底的表面；

2）在所述透光基底的表面上铺放基质，然后在所述基质上放置待测样品；

3）在所述透光基底的表面上放置待测样品，然后在所述待测样品上铺放基质；

4）将待测样品与基质混合后放置于所述透光基底的表面上。

上述的使用方法中，所述基质与所述待测样品的摩尔比可为1～1000：1～10，如1：10。

在使用本发明的离子源时，所选用的基质通常需要具有传递激光能量、包埋分析物及引发反应的作用，可以根据不同的实验条件及被测样品选择合适的基质。而溶解基质的溶剂原则上与质谱后续分析兼容即可，通常可以是水、甲醇、乙醇或乙腈等，包括它们的互溶体系；基质溶液的浓度没有限定，可上至饱和溶液。

本发明的多通道光成像激光电离源可用于测定下述物质的光学或质谱信息：有机小分子、生物大分子、无机离子和聚合物中任一种，其中有机小分子可包括但不限于醇、酯、醛、酮、胺、酸以及芳香族化合物，或者糖类、氨基酸、甾体类生物小分子；生物大分子可包括但不限于蛋白质、核酸及其被修饰物等；无机离子可包括但不限于铅离子、汞离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、铁离子、钴离子、锰离子、镍离子或金离子等金属阳离子，或氯离子、酸根离子等阴离子；聚合物可包括但不限于聚乙烯醇、聚氨酯等。

本发明的多通道光成像激光电离源还可用于测定下述体系的光学或质谱信息：细胞组织样本、微生物样本、体液、化学反应混合物和环境监测样本（如水、大气、或土壤样本）。

本发明的多通道光成像激光电离源可与设有下述质量分析器的质谱仪联用：飞行时间分析器、四级滤质器、离子阱检测器、傅里叶变换-离子回旋共振质谱仪或轨道阱质谱仪等。

综上，本发明的多通道光成像激光电离源在有机与生物质谱，质谱成像，蛋白质组学，代谢组学，生物标志物发现，环境分析等领域得到有效的应用。

本发明提供的多通道光成像激光电离源，可在不增加取样时间、改变样品性质的前提下，不仅可用于真空环境同时也可以在大气或亚真空条件下进行电离，从而拓宽了电离源的使用范围。通过基质的辅助，样品在光源的激发下更容易电离，从而可以获得更好的灵敏度与分辨率。由于光源从基底背面照射，可以利用较小的激光光斑进行样品电离从而使该方法具有超高空间分辨率。

附图说明

图1为本发明多通道光成像激光电离源的结构示意图。

图中各标记如下：1紫外脉冲激光源、1’可见光源、2反射镜、3聚焦物镜、4导电玻璃基底、5离子传输管、6飞行时间质谱仪入口、7显微镜、8目镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的多通道光成像激光电离源包括紫外脉冲激光源1、导电玻璃基底4和显微镜7。该导电玻璃基底4设置在显微镜7的光路上，且照射在到导电玻璃基底4的上部，通过目镜8可观察样品的光学信息，导电玻璃基底4设置于三维移动平台（图中未标），以便于导电玻璃基底的位置控制，本发明中，导电玻璃基底4与离子传输管5平行设置。紫外脉冲激光源1发出的激光经反射镜2反射，得到的反射光经聚焦物镜3聚焦后照射到导电玻璃基底4的下部，样品离子化后经离子传输管5进入飞行时间质谱仪入口6进行不同质荷比离子的分析检测。

本发明的多通道光成像激光电离源中，透光基底还可选择塑料板、玻璃板或石英板；光源还可选择红外脉冲激光、可见脉冲激光、紫外连续激光、红外连续激光或可见连续激光。物镜还可选择为反射式物镜或折反射式物镜。光学检测系统还可选择为光学显微镜、共聚焦显微镜、超分辨显微镜、紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪或X射线荧光光谱仪。

以小鼠脑脊液中葡萄糖的检测为例说明本发明的使用过程：

小鼠脑脊液与20mmol/L1-盐酸萘肼基质溶液（乙腈：水=1：1，v/v，待测物与基质的摩尔比为1：10）以1：1体积比混合均匀，然后取1μL混合样品滴于导电玻璃基底4上，在空气中干燥后，打开紫外脉冲激光源1，调节合适光斑，从导电玻璃基底4背面照射样品点。基质吸收光能，将能量转移给样品分子，使样品分子解吸、电离，通过气压差进入飞行时间质谱仪入口6进行不同质荷比离子的分析检测。

光学显微镜部分包括了可见光源1’和显微镜7及其目镜8，通过光路切换元件，使可见光源透过物镜3从载物台4背面照射样品，通过目镜8采集到样品的光谱图。

Claims (7)

1.一种多通道光成像激光电离源，其特征在于：所述激光电离源包括激光光源、反射镜、透光基底、聚焦物镜、光学检测系统、离子传输管、飞行时间质谱仪，所述透光基底上设置有基质和待测样品；

所述激光光源输出的激光发射到所述反射镜，经所述反射镜反射的激光发射到所述聚焦物镜，经所述聚焦物镜聚焦后的激光经所述待测样品和透光基底进入设置于所述透光基底上部或下部的所述光学检测系统进行光学检测；

所述待测样品吸收激光能量发生电离，电离后的待测样品离子经所述离子传输管进入所述飞行时间质谱仪对所述待测样品进行质谱分析。

2.根据权利要求1所述的激光电离源，其特征在于：所述透光基底为塑料板、玻璃板或石英板；

所述透光基底设置在三维移动平台。

3.根据权利要求1或2所述的激光电离源，其特征在于：所述光源为紫外脉冲激光、红外脉冲激光、可见脉冲激光、紫外连续激光、红外连续激光或可见连续激光。

4.根据权利要求1或2所述的激光电离源，其特征在于：所述物镜为透射式物镜、反射式物镜或折反射式物镜。

5.根据权利要求1或2所述的激光电离源，其特征在于：所述光学检测系统为光学显微镜、共聚焦显微镜、超分辨显微镜、紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪或X射线荧光光谱仪。

6.权利要求1-5中任一项所述激光电离源的使用方法，包括如下步骤：

按照下述1)-4)中任一方式将所述待测样品置于所述透光基底的表面上，然后用所述光源照射所述待测样品，所述待测样品经离子化后进入质谱仪中进行分析；

启动所述光学检测系统，对所述待测样品进行光学分析；

1)将所述待测样品放置于所述透光基底的表面；

2)在所述透光基底的表面上铺放基质，然后在所述基质上放置待测样品；

3)在所述透光基底的表面上放置待测样品，然后在所述待测样品上铺放基质；

4)将待测样品与基质混合后放置于所述透光基底的表面上。

7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：所述基质与所述待测样品的摩尔比为1～1000：1～10。