CN113764257A - 一种基于3d打印的解吸电喷雾离子化装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置，包括3D打印成型的解吸电喷雾离子化一体结构，所述解吸电喷雾离子化一体结构内部形成有电喷雾入射流道、解吸离子收集流道以及样片插入槽，所述样片插入槽与所述电喷雾入射流道和所述解吸离子收集流道相连通，所述电喷雾入射流道用于接入电喷雾源，所述解吸离子收集流道用于连接到质谱仪进样口，所述样片插入槽用于插入载有待测样品的样片。该解吸电喷雾离子化装置能够减少搭建时的空间参数调整，使用方便快捷，提高质谱分析效率和信号质量。
Description
技术领域
本发明涉及质谱领域，特别是涉及一种基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置。
背景技术
质谱仪广泛应用于化学和生物分析，可以实现对分析物的高度特异性识别和高度灵敏的定量。解吸电喷雾离子化技术(DESI)是常见的敞开式离子化技术之一，无需或只需极少的样品前处理，就可以对样品或样品表面的物质直接进行检测分析的技术，在保留质谱仪高灵敏度等特性的同时，还具有便捷、快速、高通量等优势。解吸电喷雾离子化(DESI)技术最初由Cooks等提出，该原理是基于电喷雾电离，以带电的小液滴为能量和电荷传递的载体，通过辅助气流喷射到固体面，将分析物从表面解吸转移到液滴中。伴随着溶剂蒸发和库仑爆炸，分析物形成气态离子，在敞开式的环境中进入质谱。喷雾溶剂不仅作为离子化试剂，还可作为反应试剂，喷射到样品表面后，与分析物瞬间形成特定复合物，再进入质谱分析。常规的DESI有多种因素影响，喷雾性能级参数、空间参数、样品承载基质表面参数等都会影响离子化效率。喷雾性能级参数主要由液体流速、气体流速和施加高压决定。如图1所示，空间参数包括入射角度α和收集角度β，喷雾尖端到样品表面距离d1，质谱入口中心到样片表面距离d2。DESI装置需要对喷雾参数、空间参数等进行精细、稳定的调整，至少需要两个精密平台进行喷雾位置、角度的调整和样品的放置，整体耗时且效率低。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置，减少装置搭建时的参数调整，使用方便快捷，提高质谱分析效率和信号质量。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置，包括3D打印成型的解吸电喷雾离子化一体结构，所述解吸电喷雾离子化一体结构内部形成有电喷雾入射流道、解吸离子收集流道以及样片插入槽，所述样片插入槽与所述电喷雾入射流道和所述解吸离子收集流道相连通，所述电喷雾入射流道用于接入电喷雾源，所述解吸离子收集流道用于连接到质谱仪进样口，所述样片插入槽用于插入载有待测样品的样片。
进一步地：
所述电喷雾入射流道包括靠近电喷雾源的第一孔径部分、连通所述样片插入槽的第二孔径部分以及连接在所述第一孔径部分和所述第二孔径部分之间的孔径逐渐缩小的部分，所述第一孔径部分的孔径大于所述第二孔径部分的孔径。
所述孔径逐渐缩小的部分呈锥形。
所述解吸离子收集流道包括连通所述样片插入槽的第一孔径部分、连接到所述质谱仪进样口的第二孔径部分以及连接在所述第一孔径部分和所述第二孔径部分之间的孔径逐渐缩小的部分，所述第一孔径部分的孔径大于所述第二孔径部分的孔径。
所述孔径逐渐缩小的部分呈锥形。
所述解吸电喷雾离子化一体结构整体呈圆柱体，所述解吸离子收集流道沿所述圆柱体的轴向设置，所述样片插入槽贯穿所述圆柱体的两侧，并与所述解吸离子收集流道具有夹角，所述电喷雾入射流道从所述圆柱体的上部向斜下方延伸，并与所述样片插入槽具有夹角。
所述圆柱体的上部表面一体形成有凸起部，所述电喷雾入射流道倾斜地穿过所述凸起部进入所述圆柱体内，优选地，所述凸起部沿所述电喷雾入射流道方向的截面呈三角形。
所述电喷雾入射流道与所述样片插入槽之间形成的入射角度α为50°，所述解吸离子收集流道与所述样片插入槽之间形成的收集角度β为10°，所述电喷雾入射流道的喷雾尖端到所述样片插入槽的距离d1为3-5mm，所述解吸离子收集流道的质谱入口中心到所述样片插入槽的距离d2为1-2mm。
控制喷雾电压为5kV，控制喷雾的溶剂流速为5μl/min，控制辅助气的压力为8-10bar。
所述解吸电喷雾离子化一体结构由立体光刻技术(SL)、多喷嘴成型技术(MJM)或熔融沉积成型技术(FDM)打印成型。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置，在3D打印成型的解吸电喷雾离子化一体结构内形成相连通的电喷雾入射流道、解吸离子收集流道及样片插入槽，通过电喷雾入射流道接入电喷雾源，通过解吸离子收集流道连接质谱仪进样口，通过样片插入槽插入载有待测样品的样片，由此，该解吸电喷雾离子化装置能够省去传统的解吸电喷雾离子化装置所需进行的喷雾位置、相关角度以及样品放置位置等空间参数调整，成本低，使用方便快捷，大大提高了质谱分析效率。
本发明基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置，使喷雾、样品表面、质谱入口集成为一体而具备固定的空间关系，这种配置能够避免出现信号的损失，并有利于减少背景中的杂峰干扰。空间参数提前经过优化，结合方便快捷的3D打印技术而产生的DESI装置，较传统的DESI装置减少了多个参数的调整，整个装置高度集成，利于小型化，适于现场质谱检测。应用时，将空间参数固定的解吸电喷雾离子化装置装配于质谱仪的进样口上，可使用载玻片涂抹样品插入装置的样片插入槽，进行点进样或线进样，实现质谱分析，其可达到与传统搭建DESI装置同样效果并更加方便快捷。
附图说明
图1为传统的解吸电喷雾离子化装置的基本结构示意图。
图2为本发明一种实施例的解吸电喷雾离子化装置的立体示意图。
图3为本发明一种实施例的解吸电喷雾离子化装置的剖面示意图。
图4为本发明一种实施例的解吸电喷雾离子化装置的实物图。
图5为本发明一种实施例的解吸电喷雾离子化装置进样实物图。
图6为使用本发明实施例的解吸电喷雾离子化装置进样所得的质谱图。
图7为使用传统的解吸电喷雾离子化装置进样所得的质谱图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图2至图5，一种基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置，包括3D打印成型的解吸电喷雾离子化一体结构1，所述解吸电喷雾离子化一体结构1内部形成有电喷雾入射流道2、解吸离子收集流道3以及样片插入槽4，所述样片插入槽4与所述电喷雾入射流道2和所述解吸离子收集流道3相连通，所述电喷雾入射流道2用于接入电喷雾源，所述解吸离子收集流道3用于连接到质谱仪进样口，所述样片插入槽4用于插入载有待测样品的样片。
参阅图3，在优选的实施例中，所述电喷雾入射流道2包括靠近电喷雾源的第一孔径部分、连通所述样片插入槽4的第二孔径部分以及连接在所述第一孔径部分和所述第二孔径部分之间的孔径逐渐缩小的部分，所述第一孔径部分的孔径大于所述第二孔径部分的孔径。在更优选的实施例中，所述孔径逐渐缩小的部分呈锥形。
参阅图3，在优选的实施例中，所述解吸离子收集流道3包括连通所述样片插入槽4的第一孔径部分、连接到所述质谱仪进样口的第二孔径部分以及连接在所述第一孔径部分和所述第二孔径部分之间的孔径逐渐缩小的部分，所述第一孔径部分的孔径大于所述第二孔径部分的孔径。在更优选的实施例中，所述孔径逐渐缩小的部分呈锥形。
参阅图3，在优选的实施例中，所述解吸电喷雾离子化一体结构1整体呈圆柱体，所述解吸离子收集流道3沿所述圆柱体的轴向设置，所述样片插入槽4贯穿所述圆柱体的两侧，并与所述解吸离子收集流道3具有夹角，所述电喷雾入射流道2从所述圆柱体的上部向斜下方延伸，并与所述样片插入槽4具有夹角。
参阅图2至图3，在更优选的实施例中，所述圆柱体的上部表面一体形成有凸起部5，所述电喷雾入射流道2倾斜地穿过所述凸起部5进入所述圆柱体内，优选地，所述凸起部5沿所述电喷雾入射流道2方向的截面呈三角形。
在一个特别优选的实施例中，所述电喷雾入射流道2与所述样片插入槽4之间形成的入射角度α为50°，所述解吸离子收集流道3与所述样片插入槽4之间形成的收集角度β为10°，所述电喷雾入射流道2的喷雾尖端A到所述样片插入槽4的距离d1为3-5mm，所述解吸离子收集流道3的质谱入口中心B到所述样片插入槽4的距离d2为1-2mm。
在优选的实施例中，所述解吸离子收集流道3的质谱入口的直径根据LCQ Fleet离子阱质谱仪制定。
在特别优选的实施例中，控制喷雾电压为5kV，控制喷雾的溶剂流速为5μl/min，控制辅助气的压力为8-10bar。
在不同的实施例中，所述解吸电喷雾离子化一体结构1可以由立体光刻技术(SL)、多喷嘴成型技术(MJM)或熔融沉积成型技术(FDM)等工艺打印成型。
本发明实施例基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置，使喷雾、样品表面、质谱入口集成为一体而具备固定的空间关系，这种配置能够避免出现信号的损失，并有利于减少背景中的杂峰干扰。空间参数提前经过优化，结合方便快捷的3D打印技术而产生的DESI装置，较传统的DESI装置减少了喷雾位置、相关角度以及样品放置位置等多个参数的调整，整个装置高度集成，利于小型化，适于现场质谱检测。应用时，将空间参数固定的解吸电喷雾离子化装置装配于质谱仪的进样口上，可使用载玻片涂抹样品插入装置的样片插入槽4，进行点进样或线进样，实现质谱分析，其可达到与传统搭建DESI装置同样效果并更加方便快捷。
以下进一步描述本发明具体实施例。
可以选用常见的3D打印方式如立体光刻技术(SL)，多喷嘴成型技术(MJM)，熔融沉积成型技术(FDM)等。立体光刻(SL)通过使用选择性曝光对收集在桶中的前体树脂进行光聚合，逐层构建3D对象，将每一层投影为通过将3D对象数字分割为薄片而获得的图像。本实施例的解吸电喷雾离子化装置采用立体光刻技术这一3D打印方式加工。
图2示出解吸电喷雾离子化装置的整体外观结构，其中可与质谱仪连接，通过DESI的直径3.2mm的孔与质谱仪的进样口配合。
解吸电喷雾离子化装置的内部流道如图3所示，喷雾器、样品表面、质谱入口有固定的空间关系，入射角度α、收集角度β、喷雾尖端A到样品表面距离d1、质谱入口中心B到样片表面距离d2参数根据前期实验已优化并固定到一定数值。优选的空间参数和喷雾参数如表1所示。
表1解吸电喷雾离子化装置空间参数与喷雾参数
| 空间参数 | 喷雾参数 | ||
| α | 50° | 喷雾电压 | 5kV |
| β | 10° | 溶剂流速 | 5μl/min |
| d<sub>1</sub> | 3-5mm | 氮气压力 | 8-10bar |
| d<sub>2</sub> | 1-2mm |
解吸电喷雾离子化装置用于解吸电喷雾离子化后进行质谱仪进样，能够检测化合物包括非极性小分子(如生物碱、小分子药品等)以及极性大分子(如多肽和蛋白质)，可实现对完整组织样品的直接质谱分析，在无需均质化和萃取的前提下，可完成对肽、蛋白、脂质、药物和代谢物等的准确检测分析。
图4示出3D打印后的一个DESI实物图。进样方式可以是对解吸载玻片上的样品进行点进样或线进样。使用的载玻片其中一面为磨砂面，用棉签浸湿于一定浓度样品溶液中，在载玻片磨砂面上多次涂抹，待样品晾干后将载玻片插入DESI结构中进样，如图5所示。
测试效果
将10PPM的罗丹明B样品涂抹在载玻片上，将载玻片插入本发明实施例的解吸电喷雾离子化装置中进行解吸电喷雾离子化进样，得到图6所示质谱图，与图7所示传统的DESI源解吸得到的质谱图对比，本发明实施例的质谱信号没有损失，而且也减少了背景中的杂峰干扰。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (10)
1.一种基于3D打印的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，包括3D打印成型的解吸电喷雾离子化一体结构，所述解吸电喷雾离子化一体结构内部形成有电喷雾入射流道、解吸离子收集流道以及样片插入槽，所述样片插入槽与所述电喷雾入射流道和所述解吸离子收集流道相连通，所述电喷雾入射流道用于接入电喷雾源，所述解吸离子收集流道用于连接到质谱仪进样口，所述样片插入槽用于插入载有待测样品的样片。
2.如权利要求1所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，所述电喷雾入射流道包括靠近电喷雾源的第一孔径部分、连通所述样片插入槽的第二孔径部分以及连接在所述第一孔径部分和所述第二孔径部分之间的孔径逐渐缩小的部分，所述第一孔径部分的孔径大于所述第二孔径部分的孔径。
3.如权利要求2所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，所述孔径逐渐缩小的部分呈锥形。
4.如权利要求1所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，所述解吸离子收集流道包括连通所述样片插入槽的第一孔径部分、连接到所述质谱仪进样口的第二孔径部分以及连接在所述第一孔径部分和所述第二孔径部分之间的孔径逐渐缩小的部分，所述第一孔径部分的孔径大于所述第二孔径部分的孔径。
5.如权利要求4所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，所述孔径逐渐缩小的部分呈锥形。
6.如权利要求1至5任一项所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，所述解吸电喷雾离子化一体结构整体呈圆柱体，所述解吸离子收集流道沿所述圆柱体的轴向设置，所述样片插入槽贯穿所述圆柱体的两侧，并与所述解吸离子收集流道具有夹角，所述电喷雾入射流道从所述圆柱体的上部向斜下方延伸，并与所述样片插入槽具有夹角。
7.如权利要求6所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，所述圆柱体的上部表面一体形成有凸起部，所述电喷雾入射流道倾斜地穿过所述凸起部进入所述圆柱体内，优选地，所述凸起部沿所述电喷雾入射流道方向的截面呈三角形。
8.如权利要求1至7任一项所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，所述电喷雾入射流道与所述样片插入槽之间形成的入射角度α为50°，所述解吸离子收集流道与所述样片插入槽之间形成的收集角度β为10°，所述电喷雾入射流道的喷雾尖端到所述样片插入槽的距离d1为3-5mm，所述解吸离子收集流道的质谱入口中心到所述样片插入槽的距离d2为1-2mm。
9.如权利要求8所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，控制喷雾电压为5kV，控制喷雾的溶剂流速为5μl/min，控制辅助气的压力为8-10bar。
10.如权利要求1至7任一项所述的解吸电喷雾离子化装置，其特征在于，所述解吸电喷雾离子化一体结构由立体光刻技术(SL)、多喷嘴成型技术(MJM)或熔融沉积成型技术(FDM)打印成型。
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