CN113916968A

CN113916968A - 一种用于样品快速分析鉴定的装置、系统及其应用和方法

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Publication number: CN113916968A
Application number: CN202010588489.4A
Authority: CN
Inventors: 厉欣; 再帕尔·阿不力孜; 贺玖明; 张瑞萍; 回相宜; 王子璇
Original assignee: Institute of Materia Medica of CAMS
Current assignee: Institute of Materia Medica of CAMS
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2022-01-11

Abstract

本发明属于分析检测技术领域，涉及一种用于快速分析鉴定样品的装置、系统及其应用和方法。所述装置其特征在于，所述装置包括：样品分散模块，用于将所述样品快速制备成混合均匀的样品薄层；解吸模块，用于从所述样品薄层表面释放气溶胶样品颗粒；传输模块，用于将产生的所述气溶胶样品颗粒输运至分析仪；电离模块，用于将传输中的所述气溶胶样品颗粒电离以产生气态样品离子；以及分析仪，用于对所述气态样品离子进行检测并获取所述样品整体特征信息相关的数据。本发明还涉及实施所述装置的系统应用和方法。说明书附图中的图1作为本发明的摘要附图。

Description

一种用于样品快速分析鉴定的装置、系统及其应用和方法

技术领域

本发明涉及质谱分析，具体地说是用于快速分析鉴定样品的装置、系统及其应用和方法。本发明考虑到代表样品特征的化合物分子在样品中分布通常不均一的特点，提供了一种快速制备出具有代表性样品薄层的装置，通过使用常压质谱在样品薄层表面上定性和/或定量地检测出代表样品整体特征的化合物分子，从而实现样品的快速分析鉴定。本发明还提供了用于实施所述装置的系统应用和方法。

本发明属于分析领域，适用于对分析鉴定样品在时效上有需求的所有领域。例如，生物医学领域中在特定场合下快速检测病理组织中的生物标志物。类似地，本发明还适用于药学领域、环境化学和农业化学领域，用于快速筛查样品中的药物/毒物分子。

背景技术

分析化学能够定性、定量地获取样品中包含的化学信息，是生物医学、环境化学、农业化学等领域的基础研究工具。分析化学的研究对象有人源、动植物、昆虫、微生物、天然来源、人工制造等多种类别，样品类型上有大体组织或器官、体液、细胞甚至亚细胞等多种层次，样品形态属性可以是液态、固态或气态。生物体内的化合物种类丰富、数量众多、理化性质各异、含量范围跨越12个数量级。这对分析技术，尤其是对生物样品中不同种类化合物的高灵敏、高选择分析技术和方法提出了巨大挑战。

在实验室中通常对样品进行形态学分析和理化测试等以获得具有诊断价值的特征信息。将样品用于实验室分析测试通常包括以下步骤：(1)样品采集(样品收集和取材、抽取体液、微创病检取材或手术切除病理组织等)；(2)样品前处理(离心沉淀、分离与纯化、提取与富集、破碎和匀浆、样品固定和包埋等)；(3)分析样制备(液体过滤稀释、细胞涂片、组织切片、染色)；(4)分析测试(形态学观察与分析、理化测试、生物分析)。常见的细胞涂片、组织切片病理分析主要是基于细胞/组织形态特征进行观察，缺乏特异性；生化分析、免疫组织化学染色、荧光标记和放射性成像等技术可针对特定目标分子进行分析，缺乏广谱性；磁共振波谱(MRS)和正电子发射断层扫描(PETCT)等分子影像技术通过结合解剖形态信息，可以显示出样品体内目标功能分子的空间分布，但缺乏检测灵敏度。上述技术难以实现生物体内多种类型化合物的高覆盖、高灵敏和高选择性的检测分析。

质谱技术以其高分辨率、广谱性、高灵敏度、高特异性、高响应速度和检测动态范围宽等特点成为最主要的分析测试工具之一。其中色谱质谱联用技术(LC-MS、GC-MS等)整合了色谱的高分离能力和质谱强大的分析性能，在提取液、体液(血液、尿液)样本的化合物分析中占据重要地位。然而，针对固态样品这一复杂的体系，色谱质谱联用分析方法因需要对其进行匀浆、分析物提取和净化等复杂的样品前处理环节，耗时长，而且丢失了分析物在样品中的定位信息，无法满足样品的快速分析的迫切需求。

2004年，美国普度大学的RG Cooks教授发明了解吸电喷雾离子化(DESI)技术，在未进行样品前处理的条件下，对物体表面上的痕量待测物直接解吸进行常压质谱分析，成功获取了不同材料物质表面上痕量化合物的化学信息。例如用于司法鉴定中对物证表面遗留指纹的化学特征分析，国土安全领域对物体表面残留爆炸品筛查等等。类似技术的示例包括，但不限于：“实时直接分析”(DART)；“激光解吸/电喷雾电离”(LD/ESI)；“解吸大气压化学电离”(DAPCI)；“纸介质喷雾电离”(PS)等常压离子化质谱技术。其中，纸介质喷雾电离质谱技术能够对体液样品进行萃取和直接分析；解吸电喷雾离子化质谱技术能够对组织切片进行化合物空间分布的成像分析；激光烧蚀质谱分析能对组织切片表面和浅层的化合物进行三维空间分布分析。

固态样品(例如生物组织)内容物具有局域性分布的特点。受此因素限制，以穿刺、切片表面解吸、甚至组织浅层烧蚀等采样方式所采集到的化合物离子质谱信号并不能准确地反映取样组织深层和整体的特征信息。此外，如前所述，制备组织切片的样品处理过程繁琐、耗时冗长。因此，需要构建一种将样品快速制备成较为均质化的状态，以便进行样品分析鉴定的方法、系统和装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于实现对具有内含化合物分布不均一特点的样品进行快速分析鉴定。本发明涉及一种对样品进行快速分析鉴定的装置、系统及其应用和方法。所提供的装置、系统和方法能够将样品快速制备成分布较为均匀、具有代表性的样品薄层，对样品薄层表面进行常压质谱检测能够定性、定量地获得代表样品整体特征的化合物信息，从而实现对样品的快速分析鉴定。

为解决上述技术，本发明采用的技术方案为：

一种用于对样品进行快速分析鉴定的装置，包括：用于将所述样品快速制备成混合均匀样品薄层的分散模块；用于从样品薄层表面释放气溶胶样品颗粒的解吸模块；用于将气溶胶样品颗粒输运至分析仪的传输模块；用于将气溶胶样品颗粒电离以产生气态样品离子的电离模块；用于对所述气态样品离子进行检测并获取样品整体特征相关数据的分析仪。其中，分散模块由取样探针、展开件、移动平台、以及赋形模板构成；解吸模块由解吸探针和供流组件构成；传输模块由传输管、密封组件和抽气泵构成；电离模块由电极和高压源组件构成；分析仪是质谱仪或离子迁移率谱仪中的至少一种。

在样品分散模块中，展开件是用于混合分散样品的组件；赋形模板是由赋形型材和样品基片制成的模板凹槽，用于控制样品薄层的厚度、大小、数目、形状、排列方式等参数，凹槽深度在5～5000微米范围，优选地200微米；赋形型材是用于加工赋形模板的塑性材料，厚度范围在5～8000微米，优选地200微米；样品基片是用于承载赋形型材和样品、表面平整、化学稳定、具有一定机械强度的基座；取样探针是在样品上取材的部件；移动平台用于在步进电机驱动或手动控制下完成赋形模板和展开件的精确移动。

在解吸模块中，由解吸探针输出脉冲射流撞击样品薄层表面，从而释放气溶胶样品颗粒；供流组件由注射泵输出溶液通过三通接头和供气管路构成，为解吸探针提供脉冲射流。

在传输模块中，传输管是用于收集解吸模块生成的气溶胶样品颗粒输运至分析仪的硬质管或柔性管，长度为10～1000厘米，优选地使用10、50或300厘米，其材质包括但不限于金属、聚合物；传输管的轴线与分析仪进样口轴线之间的夹角θ呈±0°～90°设置，优选地设置为±15°或±90°；密封组件是在传输管端口和分析仪进样口间形成密闭环境的腔室；抽气泵用于维持传输管和密封组件内部的负压环境。

电离模块是为气溶胶样品颗粒赋能的大气压电离源，具体地说，是电喷雾电离源、大气压化学电离源或大气压光电离源等其中的一种或多种组合。

样品分散模块中的取样探针、展开件、移动平台、赋形模板、赋形型材或样品基片，解吸模块中的解吸探针和供流组件，以及传输模块中的传输管和密封组件，其材质选自金属材料、无机材料或有机聚合物材料，其中金属材料包括但不局限于不锈钢、铝、钛合金，无机材料包括但不局限于玻璃、石英、高纯硅、类金刚石，有机材料包括但不局限于聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚砜、聚亚苯基砜、聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明还涉及了控制装置运行的系统，包括控制样品分散模块、解吸模块、传输模块、电离模块、和分析仪实现正常功能的控制软件，以及对获取的化学信息进行数据后处理，定性、定量地描述样品特征的软件。

本发明还提供了上述装置和系统在样品快速分析鉴定方面的应用。应用的方法包括下列步骤：1)在不进行样品前处理的情况下用样品分散模块将样品快速制备成混合均匀的样品薄层；2)用解吸模块从样品薄层表面释放气溶胶样品颗粒；3)将气溶胶样品颗粒从样品薄层表面传输至分析仪；4)在传输至分析仪的过程中，将气溶胶样品颗粒电离形成气态样品离子；5)以及基于气态样品离子在分析仪中产生与样品整体特征相关的数据。

本发明装置、系统的应用方法适用于来源是动物、植物、微生物、天然、人工制造的至少一种样品，处于固体、液体、凝聚态中的一种；样品包括但不局限于组织、体液、菌落、药剂、培养基类型之中的至少一种。使用分散模块通过碾压、涂抹、印迹和展开处理方式中的至少一项来制备样品薄层，其厚度范围在5至5000微米之间，优选地200微米；使用解吸模块采用射流方式撞击样品薄层的表面并产生气溶胶样品颗粒，射流使用的液体包括但不限于水、甲醇、乙腈、异丙醇、己烷、二甲基乙酰胺溶剂，或两种及两种以上溶剂的混合液；采用传输管将气溶胶样品颗粒从样品薄层表面转移到分析仪，传输过程可以在0～400摄氏度操作，优选地使用250摄氏度；使用电晕放电电离法、光电离法、等离子体电离法和电喷雾电离法方式之中的至少一种实施电离。

本发明的另一个主题是提供了对样品进行快速分析鉴定的方法，包括下列步骤：1)将样品快速制备成混合分散均匀的样品薄层；2)对所制备的样品薄层表面进行解吸采样和质谱分析；3)利用质谱分析样品薄层表面获取的化合物信息对样品进行快速分析鉴定。

本发明的方法适用的样品来源是动物、植物、微生物、天然、人工制造的至少一种；样品处于固体、液体、凝聚态中的至少一种。样品薄层的快速制备是通过包括但不局限于碾压、涂抹、印迹、分散、展开处理方式中的至少一项来实施，还可以通过使用具有规定形状和尺寸的模具对样品进行分散和压制成型而制备出薄层阵列。所制备的样品薄层厚度范围在5至5000微米，优选情况下为200微米。利用本发明的方法对样品快速混合和均质化，制备出的样品薄层在细胞形态学、组织密度、与目标化合物分子的相互作用等方面与实际生物组织切片在统计学上无显著性差异。而且，所制备样品薄层表面的化合物具有样品整体的化学特征信息，对其进行常压质谱分析可以实现对样品的快速分析鉴定。此外，使用该系统和装置能够快速制备出排列图案、尺寸和数目可控的样品薄层阵列，通过添加有一系列含量已知的内标化合物，可以实现高通量的定性和定量分析。

由此，本发明设计了一种用于样品快速分析鉴定的装置、系统及其应用和方法。使用该装置、系统和方法将样品混合和均质化快速制备成较为均匀的样品薄层，并对其表面进行常压质谱分析以实现样品的快速分析鉴定，在现有文献中未作任何记载，也未作任何启示。

本发明技术方案的优势：

本发明的方法、系统和装置及其应用能够实现对不同类型样品进行快速分析鉴定。该方法通过将原始样品快速制备成可用于常压质谱分析的样品薄层，有效地提高了获取原始样品特征的时效性，提高了获取原始样品的整体特征对其进行定性和定量分析鉴定的准确度，并且减少了用于分析鉴定而采集原始样品的使用量。本发明的方法、系统和装置能够在采集原始样品的现场实时地、原位地对其进行分析鉴定。

使用本发明的方法、系统和装置及其应用的具体优点包括：

1)快速制备的样品薄层较全面地保留了原始样品整体的化学特征信息。

2)快速制备的样品薄层能够用于常压质谱分析，减少了从采集原始样品到获得其化学特征，并以此对其进行分析鉴定整个过程的时间间隔。

3)本发明提出的样品薄层制备与常见的组织切片制备方法相比，具有样品薄层中组织内容物相对平均化和制备操作耗时短的特点。在对样品进行表征时，采样组织的内容物相对平均化能够减少因采样区域不同而产生的偏倚性误差，有助于提高单次分析结果的可靠性。

4)通过在赋形模板中精确控制内标化合物外源掺入量，使得快速制备的样品薄层中内标化合物分布均匀、含量准确可控，能够对样品中某些化合物(例如药物分子、毒物分子)进行绝对定量分析鉴定。

5)能够制备出图案、尺寸和数目可控的样品薄层阵列，具有批量处理和高通量分析样品的能力。

6)由于省略了繁琐复杂的匀浆、提取、切片等样品前处理步骤，从而使本发明涉及的方法、系统和装置及其应用的实施能够在采集原始样品的现场进行。

根据以下详细说明，本发明的其它特征和优点是显而易见的。但是应当理解，以下示例仅给出了本发明实施方式在特定实施例的详细说明。根据以下详细说明，在本发明的实质和范围内进行的各种改变和修改对于本领域的技术人员是显而易见的。

附图说明

根据本文中给出的详细说明和附图，将能更加充分地理解本发明，该详细说明和附图仅以示例的方式给出，不限制本发明的预期范围。

图1、样品快速分析鉴定装置系统示意图：1样品分散模块，2解吸模块，3传输模块，4电离模块，5分析仪，6样品，7样品薄层，8样品气溶胶颗粒，9气态样品离子，10取样探针，20展开件，30样品基片，35赋形型材，40赋形模板，50移动平台，60解吸探针，65脉冲流体，70供流组件，80传输管，90密封组件，95抽气泵，100电极，105高压源组件。

图2、将生物样品制备成样品薄层的实物图和质谱图。

图3、样品薄层3×8阵列的示意图和阵列中第S-3行的质谱成像图。

图4、样品薄层阵列上氘代2-羟基戊二酸(D3-2HG)含量与相对强度线性关系曲线。

图5、由24例肿瘤组织样品制备的样品薄层阵列中测定生物标志物含量分布。

图6、组织样品薄层阵列的均匀性考察。a,d)在样品薄层阵列T-3-8，T-3-4的质谱图上分别随机选取4个感兴趣区；b,e)对感兴趣区质谱数据进行PCA分析；c,f)感兴趣区质谱数据主成分投影分析。

图7、色阶图考察在样品薄层和冰冻切片中检测出的离子数目和强度。

具体实施方式

申请人发现使用赋形材料能够将样品快速制备为分散混合的样品薄层。申请人进一步发现采用常压质谱直接解吸样品薄层表面化合物获得的化学特征与通过质谱技术(例如DESI、SIMS和MALDI)分析所述原始样品的内部所获得的化学特征相似。因此，本发明通过将样品的快速制备和常压质谱分析相整合而提供了用于快速分析鉴定样品的装置、系统及其应用和方法。

本发明通过将样品快速制备成可用于常压质谱分析的样品薄层，在样品薄层表面形成富含样品化学信息的气溶胶颗粒，将其电离并传输到质量分析器中，根据检测到相关的化合物离子数据获取原始样品的特征，从而实现其快速定性定量的分析和鉴定。在实施方式上，可以分成两部分：第一部分是将样品快速制备成样品薄层，第二部分是对所制备的样品薄层进行常压质谱分析，从而实现样品的分析和鉴定。以下介绍两者的具体实施方式。

图1为本发明的样品快速分析鉴定装置系统示意图。本发明提供的装置，主要由样品分散模块1、解吸模块2、传输模块3、电离模块4和分析仪5组成。

样品分散模块1包括取样探针10、展开件20、移动平台50、以及由35赋形型材和30样品基片制成的赋形模板40。

解吸模块2包括解吸探针60和供流组件70。供流组件由注射泵输出溶液通过三通接头和供气管路为解吸探针提供脉冲流体65。

传输模块3由传输管80、密封组件90和抽气泵95构成。传输管80的轴线与分析仪5进样口轴线之间的夹角θ呈±0°～90°设置，优选地使用±15°。

电离模块4的电离区设置于传输管80靠近分析仪端和分析仪5进样口之间的区域。由电极100和高压源组件105构成。

所述的系统，包括样品分散模块1、解吸模块2、传输模块3、电离模块4，还包括和分析仪5。

应用时，取样探针10从样品6上取一部分置于样品基片30承托的赋形模板40上。这部分样品在赋形模板40上经展开件20挤压混合，被压制成样品薄层7。样品薄层在解吸探针60射出的脉冲流体65作用下，薄层表面解吸脱附形成样品气溶胶颗粒8。样品气溶胶颗粒在抽气泵95提供的负压梯度吸引下进入传输管80，并在传输管靠近分析仪5另一端经电离模块4电离形成气态样品离子9，被导入分析仪5进行检测并获取原始样品整体特征相关的数据。样品基片30优选地使用玻璃载玻片。赋形模板40是优选地由玻璃载玻片和厚度为200微米的聚氯乙烯膜制成深度为200微米的模板凹槽。展开件20优选地使用玻璃载玻片。传输管80优选地使用长度为50厘米、外径4毫米、壁厚1毫米的不锈钢管。脉冲流体65优选地使用80％乙腈水溶液。电离模块4优选地使用大气压化学电离源。分析仪5优选地使用四极杆静电场轨道阱质谱仪(型号Q-Exactive，美国Thermo Fisher公司)，安装有常压离子源(AFADESI)。

有利情况下，对实验参数例如常压离子源和/或分析仪的参数进行设置，以便在离子信号强度、灵敏度和分辨率方面优化目标分子的检测。

实施例1：胶质瘤组织基因突变状态的快速判别

在本实施例中，目的是证明对源自胶质瘤病理组织制备的样品薄层进行常压质谱分析能够用于肿瘤基因突变状态的快速判别。

以下将参照附图详细说明本发明。

方法：

赋形模板的准备：以1.5cm×3.5cm大小、厚度为200μm的聚氯乙烯膜作为制备生物样品薄片的赋形型材。使用高精度刻字机在聚氯乙烯膜上刻制1个矩形槽(矩形槽大小为10mm×15mm)。将刻制好矩形槽的聚氯乙烯膜去除背面保护膜，贴覆于玻璃载玻片(大小为25mm×75mm)上，与载玻片共同构成用于塑形的赋形模板，常温备用。

样品薄层的制备：在上机测试前，将所述赋形模板固定在移动平台上。取出-80℃冻存的胶质瘤组织样品于置在赋形模板上，使用一张新的玻璃载玻片的边缘盖住组织样品，在赋形模板上单向滑动碾压组织，将其填入赋形模板的矩形槽中并覆平，即得到埋在赋形模板上的样品薄层。有利情况下，室温干燥5min后撕去玻璃载玻片上的聚氯乙烯膜，得到贴附在玻璃载玻片上的样品薄层。

样品薄层的常压质谱分析：常压离子源和质谱仪的参数设置同表1和2。使用常压离子源(AFADESI)对所述样品薄层进行解吸、电离并传输到质谱仪进样口直接分析。更具体来说，常压离子源包括喷雾溶液推进模块，雾化氮气供气模块和样品解吸模块，具体参数如下表1所示。类似地，质谱仪以全扫描(Full Scan)+选择离子监测(Selected IonMonitoring,SIM)模式采集数据，质谱仪器参数如下表2所示。经过质谱数据工作站处理负离子模式下采集的数据，如图2所示，得到化合物2-羟基戊二酸(m/z 147.0298，[M-H]^-)和脂肪酸C(20：4)(m/z 303.2329，[M-H]^-)离子质谱峰信号强度。

表1常压离子源(AFADESI)的参数

表2组织基因型快速判别方法的质谱参数

结果：

对上述以胶质瘤组织制备的样品薄层进行常压质谱分析，对所采集到的质谱数据分析结果如下：在Full Scan扫描模式下中提取得到2066个离子，其中单同位素峰642个，同位素峰705个。对采集到质荷比相对偏差均小于5ppm的质谱峰进行了数据库搜索，推测质谱峰归属代谢物的同时确定代谢物的分类信息，涉及到氨基酸类，短，中，长链脂肪酸类，碱基，核苷，核苷酸，糖类，支链脂肪酸酯类，磷脂类等代谢物种类。其中，质谱峰m/z 147.0298被鉴定为二羟基戊二酸(2-HG)；m/z 303.2329被鉴定为脂肪酸C(20：4)。根据两化合物质谱峰信号强度的比值，可以判断该样品具有异柠檬酸脱氢酶(IDH)基因突变。这个胶质瘤组织样品基因分型的分析，从取出胶质瘤组织开始计时，经制备成可分析的样品薄层，到质谱分析最终获得判别胶质瘤组织基因突变结果的全过程，总耗时短于10分钟。

实施例2：样品薄层阵列用于脑组织中生物标志物快速分析的定量方法学考察

在本实施例中，目的是证明对制备的样品薄层阵列进行常压质谱分析能够用于批量分析，具体地说，是定量标准曲线、重复性等方法学考察和高通量分析。另一方面，本实施例还将液态生物样品制备成样品薄层，具体地说，所述液体生物样品是鼠脑组织匀浆液。

方法：

内标化合物标准溶液准备：精密称取氘代2-羟基戊二酸二钠盐标准品(分子式为：C5H3D3Na2O5，精确分子量为195.0193)4mg，配制成1mg/ml内标化合物储备液共4ml，于5ml规格储液瓶中备用。将上述储备液配置成梯度浓度内标化合物工作溶液Sd，浓度如下：Sd7＝312.5μg/ml,Sd6＝103.125μg/ml,Sd5＝31.25μg/ml,Sd4＝10.31μg/ml,Sd3＝3.12μg/ml,Sd2＝1.03μg/ml,Sd1＝0.31μg/ml,Sd0＝0μg/ml共8个浓度。

加内标的脑组织匀浆液准备：取SD大鼠鼠脑皮质部分组织100mg，加入温度为4℃纯净水100μl于匀浆管中，以转速3000r/s匀浆30s，重复四次，每次间隔30s。吸取10μl组织匀浆液稀释至1ml，配制成1mg/ml鼠脑组织匀浆液。取100μl梯度浓度内标化合物工作溶液，同100μl鼠脑组织匀浆液及120μl甲醇进行混合，得到用于配置含内标化合物浓度曲线的匀浆样品Sy各320μl于液相小瓶。各匀浆液样品中分别含内标化合物氘代2-羟基戊二酸浓度为Sy7＝97.66μg/ml,Sy6＝32.27μg/ml,Sy5＝9.77μg/ml,Sy4＝3.23μg/ml,Sy3＝0.98μg/ml,Sy2＝0.32μg/ml,Sy1＝0.098μg/ml,Sy0＝0μg/ml。

赋形模板的准备：取3张1cm×3.5cm大小、厚度为100μm的聚氯乙烯膜作为制备样品薄片阵列的赋形型材。使用高精度刻字机在每张聚氯乙烯膜上同一行等间距连续刻制8个矩形槽(每个矩形槽大小为2mm×5mm)。将刻制好矩形槽的聚氯乙烯膜去除背面保护膜，贴覆于玻璃载玻片上，与载玻片共同构成用于塑形的赋形模板Sf-1、Sf-2和Sf-3。第一张赋形模板上各矩形槽依次编号Sf-1-1至Sf-1-8，类似的，第2和3张赋形模板上各矩形槽分别编号Sf-2-1至Sf-2-8和Sf-3-1至Sf-3-8。三张赋形模板上有3×8共24个矩形槽。

含内标赋形模板的准备：分别吸取上述含内标化合物梯度浓度匀浆样品溶液Sy各5μl，依次滴加于赋形模板Sf-1、Sf-2和Sf-3上各矩形槽中心，填满整个矩形槽区域后，放置于室温干燥15min备用。

含梯度浓度内标的样品薄层3×8阵列的制备：在上机测试前，将所述赋形模板固定在移动平台上。取少量SD大鼠脑组织样品置于含内标赋形模板的非矩形槽区域，以展开件的边缘盖住所述组织，在赋形模板上单向滑动并碾碎所述组织，填入赋形模板上对应的矩形槽中并覆平。类似的，将碾碎的组织依次填入并覆平赋形模板上其余的相应各矩形槽，即得到埋在赋形模板上含有梯度含量内标氘代2-羟基戊二酸的样品薄层阵列。有利情况下，室温干燥5min后撕去玻璃载玻片上的聚氯乙烯膜，得到贴附在玻璃载玻片上含有梯度含量内标氘代2-羟基戊二酸的样品薄层阵列。

在本实施例中，含有梯度含量内标的样品薄层3×8阵列(图3)进行分析，所采用的常压离子源(AFADESI)和质谱仪的参数设置与实施例1相同。

结果：

分别提取SIM扫描模式采集的样品薄层阵列中梯度内标氘代2-羟基戊二酸m/z150.0486质谱信号(表3)。

表3样品薄层3×8阵列中梯度含量内标D3-2HG的质谱相对信号强度

以Graphpad Prism8软件用线性回归法计算内标氘代2-羟基戊二酸的定量标准曲线，并计算标准曲线的检出限(Limit of Detection，LOD)和定量限(Limit ofQualification，LOQ)。得到样品薄层阵列中内标化合物氘代2-羟基戊二酸含量与其质谱峰相对强度的线性关系如下：线性回归方程Y＝10749X+5452，回归系数R2＝0.9981，D3-2HG的质谱峰信号相对强度在0.05～48.83pg/mm²含量范围内线性(图4)。在本实施例中，该检测限被设定为以信噪比大于等于3时检测到内标化合物氘代2-羟基戊二酸时的最低含量。由于在0.05pg/mm²含量点时氘代2-羟基戊二酸质谱峰信噪比为3.34，因此将0.05pg/mm²近似作为其检出限。类似地，采用氘代2-羟基戊二酸质谱峰信噪比等于10时的含量作为方法的定量限(LOQ)，则其定量限为0.15pg/mm²。

实施例3：样品薄层阵列用于肿瘤组织中生物标志物的高通量定量分析

在本实施例中，目的是证明对批量制备的肿瘤组织样品薄层3×8阵列进行常压质谱分析能够用于肿瘤组织中生物标志物的高通量定量分析。

方法：

在本实施例中，肿瘤组织样品薄层3×8阵列的制备、常压离子源(AFADESI)和质谱仪的参数设置与实施例2相同。

具体地说，待测肿瘤组织样品薄层3×8阵列制备：从-80℃冰箱中取出24例胶质瘤组织样品置于-20℃。每次取出1例肿瘤组织样品，室温置于赋形模板的矩形槽边缘，以玻璃载玻片碾碎肿瘤组织填入赋形模板上对应的矩形槽，并覆平。类似的，将其余的肿瘤组织样品依次碾碎并填入赋形模板上相应的矩形槽。将上述赋形模板室温干燥，即得到3×8的肿瘤组织样品薄层阵列，并用于后续空气动力辅助离子化质谱分析。

结果：

在所描述的实施例2中，脑组织样品薄层中内标化合物氘代2-羟基戊二酸的定量线性回归方程为Y＝10749X+5452，线性范围在0.05～48.83pg/mm²含量之间。该方程允许本实施例中所述分析方法在上述范围之间对批量制备的胶质瘤组织样品薄层阵列中的生物标志物2-羟基戊二酸进行准确定量检测。

胶质瘤组织样品薄层阵列中2-羟基戊二酸含量测定依然采用SIM扫描模式下采集到的数据进行计算和分析。在质谱成像图上提取样品薄层区域的质谱数据，根据2-羟基戊二酸的信号响应强度，计算出其在样品薄层中的含量，详见表4。

表4胶质瘤组织样品薄层3×8阵列中基因信息和2-羟基戊二酸含量测定*

*表中含量单位为pg/mm²；“/”表示信号未检出；“MT”代表突变型，“WT”代表野生型。

经统计，野生型组12例样品和突变型组12例样品中2-羟基戊二酸含量有明显差异，如图5所示，其中野生型组含量的平均值为0.012pg/mm²，突变型组含量的平均值为1.57pg/mm²，在散点图中以黑色横线标记。突变型组7例样品(58.33％)含量在0.2-1pg/mm²之间，5例样品(41.67％)在1-5pg/mm²之间，而野生型组含量最大值为0.05pg/mm²明显低于突变型组最小值。

实施例4：样品薄层的均匀性和化学信息完整性的验证

在本实施例中，目的是证明在样品的化学特征层面上，对所制备的样品薄层表面进行常压质谱分析能够较全面地获取原始样品内部的化学特征。

方法：

在本实施例中，样品薄层阵列制备、常压离子源和质谱仪的参数设置与实施例2相同。

结果：

首先对脑胶质瘤组织样品薄层的均匀性进行了考察。选取实施例3中对待测脑组织T-3-8，T-3-4两例样品薄层进行Full Scan扫描模式采集的质谱成像数据作为代表，在质谱成像图中随机选取4个区域进行主成分(PCA)分析，同时对主成分的投影进行了考察。结果如图6所示，可以观察到主成分结果都在置信区间95％范围内，且样品数据的主成分投影也都在2SD以内，表明两例样品薄层中内含代谢物离子相似度较高，即两例样品薄层的均匀性较好。

接下来分别对样品薄层和同源冰冻切片上检出代谢物信息的进行考察。通过随机选取对8例样品薄层进行分析采集的质谱数据，与同源冰冻切片上采集的数据作进行比较，考察两种样品制备方法检测到代谢物的差别。数据分析采用色阶图的形式进行，采集到的质谱峰以灰度颜色表示相对强度大小，相对强度越大的离子颜色越深。结果如图7所示。在4个质荷比范围内，两种样品上采集到的离子峰数目基本相近。其中相对强度大于1000的在样品薄层上有1034个，在冰冻切片上有803个。从图7中可以看出集中在m/z 200-270和m/z700-1000区间的离子相对强度较高，这个质荷比范围内大多是脂肪酸和磷脂类化合物，此两类化合物在样品薄层上的质谱响应好于冰冻组织切片。这一结果说明了样品薄层与组织冰冻切片相比，质谱峰的分布和相对强度未见明显差异。更进一步地，在人类代谢组学数据库(Human Metabolome Database,HMDB)https://hmdb.ca/对两种方法制备的样品中检测到的质谱峰进行了数据库检索，在推测质谱峰归属代谢物的同时确定代谢物的分类信息。检测到的代谢物涉及到氨基酸类，短，中，长链脂肪酸类，碱基，核苷，核苷酸，糖类，支链脂肪酸酯类，磷脂类等代谢物种类。结果表明采用本发明所提出的样品薄层制备方法分析生物样品，能够获得与切片方法制备异质性组织样品相似的化学特征，即对所制备的样品薄层进行快速质谱分析，能够较全面地获取原始生物样品的化学特征。

还需要说明的是，本发明涉及的改进在于生物样品的快速制备及其质谱分析，包括将样品解吸、电离、从大气压环境输送到质量分析器的过程。对于质量分析器后续连接的检测器，以及用于对检测器产生信号进行分析的数据处理系统，都可以采用本领域的公知技术，故在本专利中不再详述。

以上应用了较佳的具体实施方式对本发明的构思、构造和原理进行了阐述，上述实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。凡依本发明专利申请范围所述的构思、构造及原理所做的变化或修饰，均包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种装置，其特征在于，所述装置包括：

1)样品分散模块，用于将样品快速制备成混合均匀的样品薄层；

2)解吸模块，用于从1)所述样品薄层表面释放气溶胶样品颗粒；

3)传输模块，用于将产生的2)所述气溶胶样品颗粒输运至分析仪；

4)电离模块，用于将传输中的3)所述气溶胶样品颗粒电离以产生气态样品离子；

5)分析仪，用于对4)所述气态样品离子进行检测并获取所述样品整体特征相关的数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品分散模块由取样探针、展开件、移动平台、赋形模板构成。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的取样探针是用于在样品上取材的部件。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的展开件是指用于混合分散样品的部件。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的移动平台，用于在步进电机驱动或手动控制下完成所述赋形模板和展开件的精确移动。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的赋形模板是由赋形型材和样品基片制成；赋形模板是深度在5～5000微米范围的模板凹槽，用于控制样品薄层的厚度、大小、数目、形状、排列方式参数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的赋形型材是用于加工赋形模板的塑性材料，厚度选自5～8000微米。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的样品基片是指用于承载赋形型材和样品的基座。

9.根据权利要求3-8任一项所述的装置，其特征在于，所述的取样探针、展开件、移动平台、赋形模板、赋形型材或样品基片的材质选自金属材料、无机材料或有机聚合物材料。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的金属材料包括但不局限于不锈钢或铝，无机材料包括但不局限于玻璃、石英、高纯硅或类金刚石，有机材料包括但不局限于聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚砜、聚亚苯基砜或聚甲基丙烯酸甲酯。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述解吸模块由解吸探针和供流组件构成。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的解吸探针是输出脉冲射流撞击样品薄层表面从而释放气溶胶样品颗粒的部件。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的供流组件是由注射泵输出溶液通过三通接头和供气管路构成，用于为解吸探针提供脉冲射流。

14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传输模块由传输管、密封组件和抽气泵构成。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的传输管是用于收集解吸模块生成的气溶胶样品颗粒并输运至分析仪的管件；所述的传输管为硬质管或柔性管；其长度为10～1000厘米，其材质包括金属或聚合物。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的传输管的轴线与分析仪进样口轴线之间的夹角θ呈±0°～90°设置。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的密封组件是用于在传输管端口和分析仪进样口间形成密闭环境的腔室。

18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的抽气泵是用于维持传输管和密封组件内部的负压环境。

19.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电离模块由电极和高压源组件构成。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述的电离模块是用于为气溶胶样品颗粒赋能的大气压电离源，所述的大气压电离源优选电喷雾电离源、大气压化学电离源或大气压光电离源中的一种或多种组合。

21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分析仪是质谱仪或离子迁移谱仪中的至少一种。

22.权利要求1所述的装置的系统，其特征在于，所述系统包括控制所述样品分散模块、解吸模块、传输模块、电离模块、和分析仪实现正常功能的控制软件，以及对获取的化学特征信息进行数据后处理，定性和/或定量地描述所述样品特征的软件。

23.权利要求1-21任一项所述的装置或权利要求22中所述的系统在分析鉴定样品中的应用，其特征在于，所述分析鉴定样品的方法包括下列步骤：在不进行样品前处理的情况下利用样品分散模块将所述样品快速制备成混合均匀的样品薄层；利用解吸模块从所述样品薄层表面释放气溶胶样品颗粒；将所述气溶胶样品颗粒从所述样品薄层表面传输至分析仪；在传输至分析仪的过程中，所述气溶胶样品颗粒电离形成气态样品离子；以及基于所述气态样品离子在分析仪中产生与所述样品整体化学特征相关的数据。

24.根据权利要求23所述的应用，其特征在于，所述样品是包括但不局限于组织、体液、菌落、药剂、培养基类型之中的至少一种。

25.根据权利要求23所述的应用，其特征在于，所述样品分散模块通过碾压、涂抹、印迹和展开处理方式中的至少一项来制备样品薄层。

26.根据权利要求23所述的应用，其特征在于，所述解吸模块采用射流方式撞击所述样品薄层的表面，并产生气溶胶样品颗粒。

27.根据权利要求23所述的应用，其特征在于，所述传输是采用传输管的形式将气溶胶样品颗粒从样品薄层表面转移到分析仪。

28.根据权利要求23所述的应用，其特征在于，所述电离使用选自以下方法之中的至少一种实施：电晕放电电离法、光电离法、等离子体电离法和电喷雾电离法。

29.根据权利要求23所述的应用，其特征在于，所述传输过程在工作温度下操作，其中所述工作温度设置为0～400摄氏度。

30.根据权利要求26所述的应用，其特征在于，所述射流使用的液体包括但不限于水、甲醇、乙腈、异丙醇、己烷、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺溶剂，或两种及两种以上溶剂的混合液。

31.一种分析鉴定样品的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

1)将样品快速制备成混合分散均匀的样品薄层；

2)对1)形成的所述样品薄层表面进行解吸采样和质谱分析；

3)利用2)所述质谱分析获取的化合物信息对样品进行快速分析鉴定。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述样品的来源是动物、植物、微生物、天然、人工制造至少一种。

33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述样品处于固体、液体、凝聚态之中的一种。

34.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述样品薄层是通过包括但不局限于碾压、涂抹、印迹、分散、展开处理方式中的至少一项来快速制备。

35.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述样品薄层还可以通过使用具有规定形状和尺寸的模具对样品进行分散和压制成型而快速制备，得到薄层阵列。

36.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，制备的所述样品薄层厚度范围在5至5000微米之间。

37.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，通过对所述样品薄层表面进行质谱分析获得所述样品的整体特征信息，从而实现其快速分析鉴定。