CN112730008A - 一种离子影像介导化合物提取识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离子影像介导化合物提取识别系统及方法，提取识别系统包括离子影像介导化合物提取部件、辅助气源、质谱检测装置、影像重构装置；离子影像介导化合物提取部件由上至下依次包括提取器、第一通道层、第二通道层，提取器设置若干提取通道，提取通道贯穿提取器，提取通道包括主通道和直通道，主通道为缩颈结构，主通道的孔径和直通道的孔径均为微米级，主通道的小口孔径与直通道的孔径相等，主通道通过直通道与第一通道层连通，第一通道层与第二通道层之间设置隔板，第一通道层与第二通道层均设置通气口，隔板设置若干通孔。本发明能够准确反映样本表面物质的分布，使得目标分子提取更加精准可控。

Description

一种离子影像介导化合物提取识别系统及方法

技术领域

本发明涉及组织组分分离提取预处理装置领域，具体涉及一种离子影像介导化合物提取识别系统及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

食源性天然产物具有重要的经济价值。部分天然产物自身具有治疗和保健作用，部分可以作为药物先导化合物，经改造成为新药，也可以作为食品和化妆品原料。但是，由于部分植物，特别是自身含有微痕量天然生物毒素的植物，误食误用会对人体造成严重伤害。因此，对植物进行全成分分析，具有非常重要的价值。植物原料的结构复杂，全成分分析面临诸多技术挑战，特别是对植物样品中未知微痕量物质的分布难以直接确定，在提取过程中，相关提取溶剂的选择、植物投料部分的选择，提取时间和温度，都会影响最终所获得的提取成分。据发明人了解，目前常用的提取方法如水汽蒸馏法，由于该方法中水汽温度相对较高，潜在可能破坏待提取天然产物原料中的热敏成分；此外，水汽蒸馏法也难于完整获得较低沸点的成份，提取率较低，萃取范围有限；溶剂热萃取法在较低温度时，难于溶出天然产物中的有效成份，而高温度则可能使低沸点的成份散失或破坏热敏物质；虽然超临界萃取法效果较好，但超临界萃取设备及操作成本相对较高，难于兼顾到萃取品质及经济效益两方面的因素。即使选择单一溶剂或几种不同极性的溶剂进行分布提取，提取的物质仍然是多组分混合物，会对低丰度/低含量成分会造成提取歧视或者抑制，影响植物组织内痕量内外源物质分析。对于高品质的天然产物萃取物，既要求较为完整的组成成份，又要尽量提高提取产率，降低萃取分离成本。综上，发明人认为目前的组织组分分析存在提取前缺乏组织样品分布信息，无法实现相关部位的预筛及目标分子的靶向提取等问题。

发明内容

对于某些特定的组织成分的提取，预先获取其分布信息后，可以通过选择特定的部位进行投料和提取，降低提取过程中植物组织样品和有机溶剂的消耗，提高提取效率，有助于实现绿色、精准和靶向提取。为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种离子影像介导化合物提取识别系统及方法，能够准确反映样本表面物质的分布，使得部位靶向目标分子提取更加精准可控。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种离子影像介导化合物提取部件，由上至下依次包括提取器、第一通道层、第二通道层，提取器设置若干提取通道，提取通道贯穿提取器，提取通道包括提取器表面萃取的主通道和直通道，主通道为缩颈结构，主通道的孔径和直通道的孔径均为微米级，主通道的小口孔径与直通道的孔径相等，主通道通过直通道与第一通道层连通，第一通道层与第二通道层之间设置隔板，第一通道层与第二通道层均设置通气口，隔板设置若干通孔。

本发明提供的提取器可分别加载广谱性或特异性捕捉纳米微粒，并注入提取剂进行预活化，然后将提取器与切片对接，通过提取剂与表面作用，将微区内的组分提取至纳米微粒，实现了切片内组分的高效转移，克服了依靠纯压力印迹转移效率低和组分信息丢失的潜在问题。通过提取器、第一通道层、第二通道层的设置通过连续的气体吹扫，对切片转移至提取器内的分子进行吸附固定和富集。

另一方面，一种离子影像介导化合物提取识别系统，包括：

上述离子影像介导化合物提取部件；

辅助气源，辅助气源通过向离子影像介导化合物提取部件第二通道层的通气口通入辅助气流，辅助气流携带提取通道的提取剂从第一通道层的通气口排出，使提取通道内的提取分子固定；

质谱检测装置，质谱检测装置对提取通道内固定的提取分子进行质谱分析；

影像重构装置，根据质谱多重解析后的分析结果进行迭代重构分析获得离子在组织内的分布影像。

第三方面，一种离子影像介导化合物提取识别方法，提供上述离子影像介导化合物提取识别系统；包括以下步骤：

向提取通道内添加提取剂，将待测植物组织覆盖提取通道，利用提取剂对待测植物组织进行原位提取；

辅助气流将提取通道内的提取剂吹干，固定提取分子的位置；

对提取通道固定的提取分子进行原位梯度洗脱并进行质谱检测，获得不同提取通道内的质谱信息；

根据质谱信息进行分子离子的多重影像重构，获得待测植物组织的分子分布信息。

第四方面，一种植物中提取目标化合物的方法，包括上述离子影像介导化合物提取识别方法；根据待测植物组织的分子分布信息获知含有目标化合物的待测植物组织；

对待测植物组织进行预处理获得含有目标化合物的待测植物组织，对含有目标化合物的待测植物组织进行靶向提取。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的提取器能够利用微米级的通道通过提取剂与植物组织表面作用，通过印迹和液固萃取扩散，将植物组织内的分子转移，同时利用辅助气体通过第一通道层与第二通道层的配合能够实现高效转移分子的固定。

2.本发明提供的离子影像介导化合物提取识别系统和方法，能够通过梯度极性解析获得植物组织不同极性、不同分布量级组分空间分布信息，进而实现样品组织内目标分子的靶向部位提取和后续快速分离制备。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例的工作流程图；

图2为本发明实施例的离子影像介导化合物提取部件的截面结构示意图，其中，1、提取器，2、气流辅助固定装置，4、第一通道层，5、第二通道层，6、提取主通道，7、分析直通道，8、通孔；

图3为本发明实施例的离子影像介导化合物提取部件的俯视结构示意图，其中，1、提取器，2、气流辅助固定装置，3、固定锁；

图4为原位印迹提取某叶片不同部位的质谱图，(a)为叶片边缘部位；(b)为叶片中间部位；(c)为主叶片中心叶脉部位；1为泻花碱的质谱峰；2为文朵灵碱的质谱峰；

图5为本发明实施例植物组织组分提取质谱图，(a)香蕉切片，1：[葡萄糖/果糖+K]⁺，2：[蔗糖+K]⁺，3：[蔗糖x2+K]⁺，4：[蔗糖x3+K]⁺，5：[蔗糖x4+K]⁺；(b)马铃薯切片；1：[葡萄糖/果糖+K]⁺，2：[蔗糖+K]⁺，3：[蔗糖x2+Na]⁺，4：[α-卡茄碱+H]⁺，5：[α-龙葵素+H]⁺，6：[蔗糖x3+Na]⁺；(c)长春花瓣，1：[葡萄糖/果糖+K]⁺，2：[泻花碱+H]⁺，3：[蛇根碱+H]⁺，4：[脱水长春碱+2H]²⁺，5：[文朵灵碱+H]⁺，6：[蔗糖x2+Na]⁺，7：[脱水长春碱+H]⁺。

图6为本发明实施例原位多重梯度解析重构离子影像图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

基于现有提取技术存在植物组织投料无选择性、有机溶剂消耗高、操作过程繁琐等缺陷，本发明提出了一种离子影像介导化合物提取识别系统及方法。

本发明的一种典型实施方式，提供了一种离子影像介导化合物部件，由上至下依次包括提取器、第一通道层、第二通道层，提取器设置若干提取通道，提取通道贯穿提取器，提取通道包括提取器表面萃取的主通道和直通道，主通道为缩颈结构，主通道的孔径和直通道的孔径均为微米级，主通道的小口孔径与直通道的孔径相等，主通道通过直通道与第一通道层连通，第一通道层与第二通道层之间设置隔板，第一通道层与第二通道层均设置通气口，隔板设置若干通孔。

本发明提供的提取器可分别加载广谱性或特异性捕捉纳米微粒，并注入提取剂进行预活化，然后将提取器与切片对接，通过提取剂与表面作用，将微区内的组分提取至纳米微粒，实现了切片内组分的高效转移，克服了依靠纯压力印迹转移效率低和组分信息潜在丢失的问题。通过连续气流辅助固定技术，通过连续的气体吹扫，对切片转移至提取器内的提取剂进行吸附固定和富集。

该实施方式的一些实施例中，提取器为特氟龙材质。

该实施方式的一些实施例中，提取器的厚度为1.5～2.0mm。

该实施方式的一些实施例中，主通道的小口直径为0.09～0.11mm，主通道的大口直径为0.29～0.31mm。

该实施方式的一些实施例中，主通道的轴向长度与直通道的轴向长度的比为1.0～1.5:0.5～1.0。

本发明的另一种实施方式，提供了一种离子影像介导化合物提取识别系统，包括：

上述离子影像介导化合物提取部件；

辅助气源，辅助气源通过向提取部件第二通道层的通气口通入辅助气流，辅助气流携带提取通道的提取剂从第一通道层的通气口排出，使提取通道内的提取分子固定；

质谱检测装置，质谱检测装置对提取通道内固定的提取分子进行质谱分析；

影像重构装置，根据质谱分析的结果进行重构分析获得离子在组织内的分布影像。

该实施方式的一些实施例中，提取器的直通道出口与敞口式质谱检测装置直接对接。

在一种或多种实施例中，质谱检测装置包括质谱仪和梯度洗脱解析设备，提取器的直通道出口对准质谱仪进样口，梯度洗脱解析设备与提取器配合。提取器直通道出口与质谱仪进样口的距离为0.4～0.6mm。梯度洗脱解析设备与提取器主通道进口的距离为0.5～1.0mm。

本发明的第三种实施方式，提供了一种离子影像介导化合物提取识别方法，提供上述离子影像介导化合物提取识别系统；包括以下步骤：

向提取通道内添加提取剂，将待测植物组织覆盖提取通道，利用提取剂对待测植物组织进行原位提取；

辅助气流将提取通道内的提取剂吹干，固定提取分子的位置；

对提取通道固定的提取分子进行梯度洗脱并进行质谱检测，获得不同提取通道内的质谱信息；

根据质谱信息进行分子离子的多重影像重构，获得待测植物组织的分子分布信息。

该实施方式的一些实施例中，对待测植物组织进行原位提取前，采用二氯甲烷对待测植物组织表面进行处理。去除组织表面的蜡质。

该实施方式的一些实施例中，对待测植物组织进行原位提取的过程为：将添加提取剂的提取器与待测植物组织表面对接，施加压力后，将对接待测植物组织表面的提取器反转，使提取器内提取剂与组织表面接触进行提取。

在一种或多种实施例中，提取时间为1～5min。

该实施方式的一些实施例中，质谱检测时，施加电压为3.0～4.0千伏。

该实施方式的一些实施例中，质谱检测时，溶剂为甲醇水溶液。甲醇与水的体积比为0.5～1.5：1。甲醇水溶液中添加甲酸，甲酸的质量分数为0.09～0.11％。溶剂的流速为5.0～10微升/小时。

该实施方式的一些实施例中，在提取器内添加内标，对质谱检测后的离子信号强度进行校正，将多重解析的离子信号进行复合，获得分子离子在待测植物组织内的分布影像。

第五方面，一种植物中提取目标化合物的方法，包括上述离子影像介导化合物提取识别方法；根据待测植物组织的分子分布信息获知含有目标化合物的待测植物组织；

对待测植物组织进行预处理获得含有目标化合物的待测植物组织，对含有目标化合物的待测植物组织进行靶向提取。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

一种离子影像介导化合物提取识别系统，包括提取器、气流辅助固定装置、辅助气源、质谱检测装置、影像重构装置。

离子影像介导化合物提取部件，如图2～3所示，包括提取器1和气流辅助固定装置2，提取器通过固定锁3安装在气流辅助固定装置2的上方，使提取器1与气流辅助固定装置2形成第一通道层4，气流辅助固定装置2内设置第二通道层5，提取器1设置若干提取通道，提取通道贯穿提取器，提取通道包括连接的提取主通道6和分析直通道7，提取主通道6为缩颈结构，提取主通道6的孔径和分析直通道7的孔径均为微米级，提取主通道6的下小口孔径与分析直通道7的孔径相等，提取主通道6的小口与分析直通道7连接，提取主通道6通过分析直通道7与第一通道层4连通，第一通道层4与第二通道层5之间设置隔板，第一通道层4与第二通道层5均设置通气口，隔板设置若干通孔8。提取器为特氟龙材质，厚度为2.0毫米，提取主通道小口直径为0.1毫米，提取主通道大口直径为0.3毫米，锥体轴向长度为1.5毫米，提取通道间距为1毫米。

辅助气源通过向离子影像介导化合物提取部件第二通道层的通气口通入辅助气流，辅助气流携带提取通道的提取剂从第一通道层的通气口排出，使提取通道内的提取分子固定。

质谱检测装置包括质谱仪和梯度洗脱解析设备，提取器后端对准质谱仪进样口，梯度洗脱解析设备与提取器配合。

影像重构装置，根据质谱分析的结果进行重构分析获得离子在组织内的分布影像。

利用上述系统对目标分子提取的方法，如图1所示，步骤如下：

(1)将组织内的成分通过纳升级液固萃取和固相吸附捕捉于提取器内部；具体操作：将提取器内注入0.15微升的提取剂，为了去除组织表面的蜡质，将所选组织表面用浸入二氯甲烷10秒后取出，将组织表面与提取器对接，施加一定压力后，将系统反转提取剂朝下，提取器内提取剂与组织表面接触后，进行原位提取1-5分钟后反转系统，将组织从提取器表面分离。

(2)采用气流辅助固定技术，通过对提取器内的分子提取剂进行吹扫和固定；具体操作：将提取器置于气流辅助固定装置上，对于提取器底部通氮气，进行吹扫，将提取器中的提取剂吹干，并固定提取分子的位置，由于使用有机溶剂，整个系统置于通风柜中保障安全。

(3)将提取器与质谱检测装置进行对接，采用梯度洗脱溶剂进行原位多重解析分析和识别筛查；具体操作：在敞口式质谱检测装置的上游依次安装提取器、梯度洗脱解析装置，将提取器的直通道出口与敞口式质谱检测装置直接对接，提取器的直通道出口与质谱进样口距离为0.5毫米，梯度洗脱解析装置与提取器的主通道进口距离为1.0毫米，施加电压为3.5千伏。溶剂为甲醇/水(1:1,ν/ν)，添加0.1％甲酸，流速为5.0微升/小时。设置梯度洗脱解析装置进行梯度洗脱，通过不同极性的溶剂逐步的把提取器内的目标分子洗脱下来，有利于减轻离子化中的离子抑制现象。洗脱程序如表1所示。

表1逐级净化与洗脱程序

(4)进行组织内分子离子的多重影像重构，获得分子的分布信息；具体操作：将原位解析直接质谱分析的谱图进行重构分析，根据具体的需要，可在解析前，采用提取器内置的内标方法，对于获得的谱图中的离子信号强度进行校正，将多重解析的离子信号进行复合，获得离子在组织内的分布影像。

(5)根据影像分析的结果，确定分布信息，对组织进行预处理，选择目标分子含量高的部位进行靶向提取与制备。

实验例1

利用实施例1的系统对长春花叶片表面不同部位进行了原位液相表面提取和质谱分析，检测条件如下：

电喷雾电压：-4.5kV；干燥气温度：200摄氏度；干燥气流速0.1升/分钟；溶剂流速10微升/小时；喷雾至提取器距离0.5毫米；提取器至质谱距离0.4毫米。

质谱仪器：傅里叶变换离子回旋共振质谱仪/轨道阱质谱仪；质量数范围m/z 100～1000；离子聚集时间0.5秒，单个提取器信号采集3个循环。

结果如图4所示，其中(a)为叶片边缘部位；(b)为叶片中间部位；(c)为主叶片中心叶脉部位。质谱峰1和2分别为泻花碱和文朵灵碱的质谱峰。由图4比较清晰可见，在主叶脉附近，泻花碱和文朵灵碱的质谱峰的丰度最高，即其含量最高，中间部位的含量最低。可见实施例1的系统能够用于对叶片生物碱进行识别和组织不同部位含量比较。

实验例2

利用实施例1的系统对分别对香蕉、马铃薯和长春花瓣进行了原位液相表面提取分析，检测条件参考实验例1。结果如图5所示，为植物组织组分提取质谱图(a)香蕉切片，1：[葡萄糖/果糖+K]⁺，2：[蔗糖+K]⁺，3：[蔗糖x2+K]⁺,4：[蔗糖x3+K]⁺,5：[蔗糖x4+K]⁺；(b)马铃薯切片；1：[葡萄糖/果糖+K]⁺，2：[蔗糖+K]⁺，3：[蔗糖x2+Na]⁺,4：[α-卡茄碱+H]⁺,5：[α-龙葵素+H]⁺,6：[蔗糖x3+Na]⁺,(c)长春花瓣，1：[葡萄糖/果糖+K]⁺，2：[泻花碱+H]⁺，3：[蛇根碱+H]⁺,4：[脱水长春碱+2H]²⁺,5：[文朵灵碱+H]⁺；6：[蔗糖x2+Na]⁺,7：[脱水长春碱+H]⁺。可见实施例1的系统可以适用于多种植物组织及其切片进行原位液相提取表面分析。

实验例3

利用实施例1的系统进行原位的离子影像的获取，通过将提取器与质谱系统进行对接，采用梯度洗脱溶剂进行原位多重解析和离子影像重构，可以获取同一位点多次解析的信号，通过对采用内标对信号强度进行校正和叠加处理，获得了空间分布信息，检测条件参考实验例1。结果如图6所示，为草莓切片表面蔗糖离子的影像，通过多重解析，发现除芯部未见外，蔗糖分子分布在组织内分布较广泛；对于葡萄糖苷，发现天竺葵素葡萄糖苷分布较蔗糖类似，而矢车菊素3-O-葡萄糖苷则主要分布在外周，内部含量较低，直接解析未见，二次及以上解析才能发现该物质，可见本系统具有显微功能，能够保留识别低丰度成分的位置信息；山奈酚3-葡萄糖醛酸苷类似，三次解析后，发现该分子主要分布在组织较外部，这些空间分布信息，为组织内微量物质的提取提供了关键的分布信息。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离子影像介导化合物提取部件，其特征是，由上至下依次包括提取器、第一通道层、第二通道层，提取器设置若干提取通道，提取通道贯穿提取器，提取通道包括主通道和直通道，主通道为缩颈结构，主通道的孔径和直通道的孔径均为微米级，主通道的小口孔径与直通道的孔径相等，主通道通过直通道与第一通道层连通，第一通道层与第二通道层之间设置隔板，第一通道层与第二通道层均设置通气口，隔板设置若干通孔。

2.如权利要求1所述的离子影像介导化合物提取部件，其特征是，所述提取器为特氟龙材质。

3.如权利要求1所述的离子影像介导化合物提取部件，其特征是，基板层的厚度为1.5～2.0mm。

4.如权利要求1所述的离子影像介导化合物提取部件，其特征是，锥形通道的小口直径为0.09～0.11mm，锥形通道的大口直径为0.29～0.31mm。

5.如权利要求1所述的离子影像介导化合物提取部件，其特征是，锥形通道的轴向长度与直通道的轴向长度的比为1.0～1.5:0.5～1.0。

6.一种离子影像介导化合物提取识别系统，其特征是，包括：

权利要求1所述的离子影像介导化合物提取部件；

辅助气源，辅助气源通过向离子影像介导化合物部件第二通道层的通气口通入辅助气流，辅助气流携带提取通道的提取剂从第一通道层的通气口排出，使提取通道内的提取分子固定；

质谱检测装置，质谱检测装置对提取通道内固定的提取分子进行质谱分析；

影像重构装置，根据质谱分析的结果进行重构分析获得离子在组织内的分布影像。

7.如权利要求6所述的离子影像介导化合物提取识别系统，其特征是，提取器后端与敞口式质谱检测装置直接对接；

优选的，质谱检测装置包括质谱仪和梯度洗脱解析设备，提取器后端对准质谱仪进样口，梯度洗脱解析设备与提取器配合；进一步优选的，提取器直通道出口与质谱仪进样口的距离为0.4～0.6mm；进一步优选的，梯度洗脱解析设备与提取器主通道进口的距离为0.5～1.0mm。

8.一种离子影像介导化合物提取识别方法，其特征是，提供权利要求6所述的离子影像介导化合物提取识别系统；包括以下步骤：

向提取通道内添加提取剂，将待测植物组织覆盖提取通道，利用提取剂对待测植物组织进行原位提取；

辅助气流将提取通道内的提取剂吹干，固定提取分子的位置；

对提取通道固定的提取分子进行梯度洗脱并进行质谱检测，获得不同提取通道内的质谱信息；

根据质谱信息进行分子离子的多重影像重构，获得待测植物组织的分子分布信息。

9.如权利要求8所述的离子影像介导化合物提取识别方法，其特征是，对待测植物组织进行原位提取前，采用二氯甲烷对待测植物组织表面进行处理；

或，对待测植物组织进行原位提取的过程为：将添加提取剂的提取器与待测植物组织表面对接，施加压力后，将对接待测植物组织表面的提取器反转，使提取器内提取剂与组织表面接触进行提取；优选的，提取时间为1～5min；

或，质谱检测时，施加电压为3.0～4.0千伏；

或，质谱检测时，溶剂为甲醇水溶液；优选的，甲醇与水的体积比为0.5～1.5：1；优选的，甲醇水溶液中添加甲酸，甲酸的质量分数为0.09～0.11％；优选的，溶剂的流速为5.0～10微升/小时；

或，在提取器内添加内标，对质谱检测后的离子信号强度进行校正，将多重解析的离子信号进行复合，获得分子离子在待测植物组织内的分布影像。

10.一种植物中提取目标化合物的方法，其特征是，包括权利要求8所述的离子影像介导化合物提取识别方法；根据待测植物组织的分子分布信息获知含有目标化合物的待测植物组织；

对待测植物组织进行预处理获得含有目标化合物的待测植物组织，对含有目标化合物的待测植物组织进行靶向提取。

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