CN115472486A - 用于分析测量样品支架上样品材料的方法 - Google Patents

用于分析测量样品支架上样品材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115472486A
CN115472486A CN202210655429.9A CN202210655429A CN115472486A CN 115472486 A CN115472486 A CN 115472486A CN 202210655429 A CN202210655429 A CN 202210655429A CN 115472486 A CN115472486 A CN 115472486A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample
desorption
region
orientation
analyzer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210655429.9A
Other languages
English (en)
Inventor
安德里亚斯·哈泽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brooke Dalton Ltd And Lianghe Co
Original Assignee
Brooke Dalton Ltd And Lianghe Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brooke Dalton Ltd And Lianghe Co filed Critical Brooke Dalton Ltd And Lianghe Co
Publication of CN115472486A publication Critical patent/CN115472486A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0409—Sample holders or containers
    • H01J49/0418—Sample holders or containers for laser desorption, e.g. matrix-assisted laser desorption/ionisation [MALDI] plates or surface enhanced laser desorption/ionisation [SELDI] plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G01N27/623—Ion mobility spectrometry combined with mass spectrometry
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0004—Imaging particle spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0027—Methods for using particle spectrometers
    • H01J49/0031—Step by step routines describing the use of the apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/022—Circuit arrangements, e.g. for generating deviation currents or voltages ; Components associated with high voltage supply
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0459—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for solid samples
    • H01J49/0463—Desorption by laser or particle beam, followed by ionisation as a separate step
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/14—Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers
    • H01J49/142—Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers using a solid target which is not previously vapourised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/161—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/161—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
    • H01J49/164—Laser desorption/ionisation, e.g. matrix-assisted laser desorption/ionisation [MALDI]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/40—Time-of-flight spectrometers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于分析测量沉积在样品支架表面上的样品材料的方法，包括：(a)在表面上定义多个区域，其中一些区域与样品材料接触，(b1)使用解吸束在一个区域上对样品区段进行采样以产生解吸分子，这些解吸分子被电离并转移到分析仪，(b2)通过改变光束相对于表面的定向设置沿着该区域上从多个预定义的非直线轨迹中选出的非直线轨迹扫过该区域，同时将支架保持在一个位置，(c)使用样品支架的空间调节装置从扫过的区域过渡到下一个要扫过的区域，以及(d)重复步骤(b1)，(b2)和(c)直到满足预定的终止条件。本发明还涉及一种用于分析离子的系统，其具有离子发生装置和控制单元。

Description

用于分析测量样品支架上样品材料的方法
技术领域
本发明涉及用于分析测量沉积在样品支架表面上的延伸的或扁平的样品材料的方法，其中该样品材料通过解吸手段被转化为气相以便进行空间分辨，并且从该材料生成带电种类物或分析物离子，然后将其转移到分析仪进行进一步分析。该方法特别适用于(薄)组织切片的质谱成像，无论是否有事先的迁移率分离。
背景技术
在本背景技术中参考特定方面来解释现有技术。然而，这不应被理解为对以下本发明公开的限制。从现有技术中已知内容的有用的进一步发展和改进也可以应用在本背景技术的相对狭窄范围之上和之外，并且在阅读了本背景技术之后的发明公开内容后对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
成像质谱法本质上涉及通过解吸束扫描扁平样品，例如，经切片的(薄)组织切片，该解吸束从扁平样品中释放空间分辨的分析物分子并将从所述分子产生的带电分子种类物或分析物离子转移到质量分析仪，例如飞行时间分析仪(TOF)。示例是基质辅助激光解吸/电离(MALDI)或通过分别与飞行时间分析仪，MALDI-TOF和SIMS-TOF耦合的初级离子轰击(次级离子质谱，SIMS)进行的电离。空间分辨的测量数据可用于编制和显示扁平样品上不同分析物分子的分布图。
成像质谱设置最初使用固定光束引导器和可以在二维中移动的x-y平移台操作，并且具有扁平样本的样本支架位于其上或其中。为了在这种设置中以空间分辨率扫描扁平样品，平移台以规则的间隔移动，以便在台子的每次移动后，扁平样品的不同区域处于解吸束的焦点。作为一种移动机构，平移台相对较慢，因此台的移动非常耗时，因为当扁平样品、样品支架和台子本身合在一起时，质量相当大，必须以几十到一百微米的相对较短的距离定期重复移动(在走停的循环中)。每次移动结束后，沉重的台子布置中会发生振荡和振动，在使用解吸束进行扫描前必须先将其平息，否则会影响解吸过程的定位精度。此外，市售平移台的定位精度在个位数微米范围内，约为2.5到3微米，这限制了可以实现的空间分辨率。尽管具有更好定位精度的压电平移台是已知的，但其购买成本非常昂贵，因此不适合工业生产。
这种操作模式的一个示例可以在专利公开US 2008/0017793 A1中找到。其公开了一种用于动态质谱像素成像的方法，该方法包括将激光束引导到待扫描的样本上，从而激光束从样本中释放分析物。然后激光束和样品相对于彼此移动，使得激光束基本上连续地沿着样品上的预定路径移动，以便沿着该预定路径从样品中释放分析物。随后对释放的分析物进行质量分析。
样品支架的固定定位，连同沉积在其上的扁平样品，以及通过改变解吸束的定向来扫描样品表面，在运动学方面等同于纯粹移动平台并使用固定定向的解吸束。在专利公开US 2004/0183009 A1中给出了一个示例，该实例示出了一种包含激光束引导装置的MALDI质谱仪，通过该激光束引导装置可以控制激光焦点在被分析的MALDI样品上的移动。激光束引导装置可以包含镜面装置，该镜面装置包括一对独立控制的镜面。第一个镜面可以沿着MALDI样品的x轴移动激光焦点，而第二个镜面可以沿着MALDI样品的y轴移动激光焦点。其目的尤其是探测具有非常高产率的样品区域(甜蜜点，sweet spots)。可以纯粹通过光束移位扫描的样品支架上的区域存在实际限制，因为离子产生和离子到连接的分析仪中的转移受到的不利影响的程度随着光束相对于样品支架表面的入射角的减小和变平而增加。尤其是当使用带有离子轴向注入的典型飞行时间分析仪时，在不对产生的离子束进行任何进一步补偿的情况下，可以从直线飞行时间轴产生大约100微米的最大位移。
此外，例如从专利公开DE 10 2011 112 649 A1(对应于GB 2 495 805 A和US2013/0056628 A1)中已知台子移动和光束定向改变的组合，其涉及通过基质辅助激光解吸(MALDI)进行样品电离的质谱仪。在此，样品位于可移动的支撑板上，在此其被脉冲激光照射，该脉冲激光在连续移动的支撑板上的撞击点通过可旋转的镜面系统改变。
在2012年5月20日至24日在加拿大温哥华举办的第60届ASMS会议上展出的Antonín
Figure BDA0003689290970000031
等人的海报出版物《使用快速扫描镜的高通量MS成像(High throughput MSimaging using a fast scanning mirror)》中，可以找到结合间歇性载物台移动和改变光束定向的操作模式的一个示例。该出版物涉及具有高通量和单个快速精密扫描镜的线性飞行时间质谱仪的原型，其中解吸激光器在几毫米内的快速和精确镜面调整取代了沿一个空间方向的样品台移动。通过将单个图像连接在一起，可以看到更大的区域。该出版物之后是来自同一研究组的两篇专家文章，其具有相似的、进一步发展的内容：Antonín
Figure BDA0003689290970000032
等人,分析化学，2014,86,2,982–986和
Figure BDA0003689290970000033
Figure BDA0003689290970000034
等人，美国质谱学会学报，(2019)30:289-298。
对于SIMS-TOF质谱仪的具有纯载物台移动和固定光束定向以及组合有间歇载物台移动和改变光束定向的不同操作模式的描述可以在Tingting Fu的论文中找到(3D和高灵敏度微量质谱成像(3D and High Sensitivity Micrometric Mass SpectrometryImaging)，分析化学,巴黎-萨克雷大学,2017年，英语，NNT:2017SACLS218，电话01699065v2)。科学家努力更好地了解簇离子轰击下的离子产生，研究并行成像MS/MS光谱仪(PHI nanoTOF II)的MS/MS能力，并使用SIMS-TOF以高空间分辨率绘制重要的木材代谢物。
专利公开DE 10 2018 112 538 B3(对应于GB 2 574 709 A和US 2019/0362958A1)涉及具有脉冲电离样品的飞行时间质谱仪，例如通过基质辅助激光解吸(MALDI)，其中样品位于样品支架上，并通过经位置控制的解吸束在网格中一个接一个地进行辐照和电离。离子光学牵拉透镜装置位于样品支架的前面，该装置中的至少一个透镜光阑被细分为多个段，并且电压源能够为这些段或其中一些段提供不同的电压，取决于解吸束在支撑板上的撞击位置。然后可以虚拟地将透镜的有效离子光学聚焦中心从轴上移开，并将偏离真实透镜轴产生的离子束聚焦成基本上平行于真实透镜轴的光束，并且对于相同质量的离子没有时间相移。该光束可以通过x/y偏转单元回到轴上，例如用于操作带有反射器的飞行时间质谱仪。
鉴于以上解释，需要加速沉积在样品支架上的样品材料的测量。此外，还需要减少在解吸束和样品支架的相对运动中涉及的组件的不必要的磨损和撕裂。通过阅读以下公开内容，本领域技术人员将立即清楚本发明可以实现的进一步目标。
发明内容
本发明涉及一种用于分析测量沉积在样品支架表面上的样品材料的方法，包括以下步骤：(a)在样品支架表面上定义多个区域，其中一些区域与样品材料接触，(b1)使用解吸束在一个区域上对样品的切片进行采样以产生解吸分子，这些解吸分子被电离并转移到分析仪，(b2)通过改变解吸束相对于样品支架表面的定向设置沿着该区域上从多个预定义的非直线轨迹中选出的非直线轨迹扫过该区域，同时将样品支架保持在一个位置，(c)使用样品支架的空间调节装置从扫过的区域过渡到下一个要扫过的区域，以及(d)重复步骤(b1)，(b2)和(c)直到满足预定的终止条件。
根据本发明，用于样品支架的移动机构和用于改变解吸束定向的装置有利地根据预定义的图案交替运行以尽可能快速且磨损和撕裂最少地扫描分布在样品支架的一个区域上的样品材料。解吸束组件尤其包含电光调节装置，用于沿平行于样品支架表面的平面在两个空间方向上改变光束相对于样品支架表面的空间定向。所述装置运行迅速，并且具有相对较小的、在三位数纳米到一位数微米范围内的调整幅度。样品支架组件尤其包含用于样品支架相对于解吸束空间移动的运动机构。相比之下，由于要移动的质量相对较大，该机构运行缓慢，并且在移动发生后需要休息时间，例如，大约0.8秒，以便任何可能摇晃样品支架并损害解吸过程的振荡或振动可以平息。
解吸束在平面中的区域上非直线移动，该平面基本上平行于样品材料已经沉积在其上的样品支架表面，同时用解吸束对样品材料进行采样。最迟当用于沿着平行于样品支架表面的平面在两个空间方向上扫描某个区域的电光调节装置的移动半径达到其极限时，可以启动移动机构以扫描另外的区域，例如相邻的区域。因此可以有利地减少样品支架组件的耗时的逐步移动的数量。还必须考虑的是，当使用具有轴向离子注入的飞行时间分析仪而不对所产生的离子束进行任何补偿时，如专利公开DE 10 2018 112 538 A1中所述，例如，解吸束从离子光学最佳中心的任何位移不应超过100微米，以避免飞行时间测量中的误差。
在优选实施例中，步骤(b2)中，区域可以在解吸束相对于样品支架表面的第一定向和最后定向之间被扫过，其中在步骤(c)中的每次过渡之后，下一个区域的扫描分别从解吸束的最后定向开始。换言之，解吸束可以在步骤(b2)中从该区域上的第一撞击位置开始扫描区域直到最后的撞击位置，其中，在步骤(c)中的每次过渡之后，下一个区域的扫描从该区域上的第一个撞击位置开始，该位置对应于先前扫过的区域上的最后一个撞击位置。根据该实施例，在从一个区域到下一个区域的每次过渡之后或期间将解吸束的定向重置为相对于样品支架表面的统一定向的需要可以通过简单地保留最后设置的光束定向来避免(最后撞击位置，如果适用)，以便每个顺次锚定区域的范围的扫描不会以光束相对于样品支架表面的相同定向设置开始(相同的撞击位置，如果适用)。使用这种有利的运行模式，可以减少用于超出扫描样品材料所需的移动来调整光束定向的电光组件磨损。此外，在从一个区域到下一个区域的过渡期间(包括必要时允许干扰振荡和振动消退的时段)，可以在完成运动机构的调整后立即继续扫描和采样，而不必等待解吸束重新定向，这提供了额外的时间优势。如果需要，该特别优选的实施例甚至可以与样品支架的稳定或连续运动相结合，如在背景技术中提到的专利公开DE 10 2011 112 649 A1中已知的，因此也应被视为本公开的一部分。
在各种实施例中，解吸束可以是离子束或光束。离子束可以是用于轰击样品材料的一次离子束，其会导致二次离子(SIMS)的形成。离子束可以具有连续或脉冲的离子电流。光束可以是相干光束，例如来自固态激光器(尤其是Nd:YAG)、气体激光器(氮气，N2)或发光激光二极管。对于这种光-光学(photo-optical)解吸，样品材料可以经过特殊准备，以表现出可能的最佳光吸收特性，例如，使用用于MALDI电离的基质材料。光束可以具有连续或脉冲的光子流。如果需要，可通过解吸后的后电离程序辅助电离过程，例如MALDI-2(JensSoltwisch等人，科学，2015年4月10日，第348卷，第6231期，211-215)或二级中性质谱(SNMS)，例如使用激光脉冲，该激光脉冲在解吸后，在离子被转移到分析仪之前目的性地侧向引导到解吸云中。光束(尤其是激光束)可以具有修改的光束横截面，例如，具有几个单独的强度峰值，如专利公开DE 10 2004 044 196 A1(对应于GB 2 421 352 A和US 2006/0071160 A1)和DE 10 2005 006 125 A1(对应于GB 2 423 187 A和US 2006/0186332 A1)以激光束为例所述)。
每个区域可以具有多个范围元素或像素，并且解吸束可以沿着从多个预定义解吸路径中选择的解吸路径对一个范围元素上的一个样本区段进行采样。选择的解吸路径优选是非直线的，以利用沿着平行于样品支架表面的平面在两个空间方向上解吸束的定向相对快速和容易的调整，以扫描范围元素。如果解吸束以不连续或脉冲模式运行，则每个范围元素或每个区域可以具有多个(相互分离或相距的)采样点。可以用一个或多个脉冲辐照采样点以产生可能包含带电种类物或分析物离子的解吸物。一个范围元素或像素通常是在大范围上测量的数据的图形表示中最小空间分辨率的单位。来自该范围元素或区域的数据可以合并，即使其包含几个单独的采样点。在后处理中，通过组合从空间上分离地，例如，从不同采样点获取的测量数据，始终可以在图形表示或样品材料的分子含量分布图中回顾性降低空间分辨率。
在一个范围元素上选择的解吸路径可以包含在范围元素上的多个方向变化。方向的变化尤其可以包括(几乎)直角或其他锐角或钝角。方向的变化可以是突然的，即以一个角度，但也可以几乎是连续的，例如，沿着圆形轨迹、摆线或任何其他类型的弯曲轨迹。
样品材料可以是组织切片。优选以空间分辨率测量薄组织切片的分子含量，以便创建和可视化感兴趣分子的分布图，例如，生物分子，如肽、脂质(磷脂和糖脂)、寡糖、甾醇、聚糖、次生代谢物或脂溶性维生素，以及其他可能的非组织分子，例如活性药物(药物物质)和/或其降解产物。专家将考虑样品材料还可以具有组织微阵列(TMA)或单独制备的阵列，例如通过干液滴方法进行基质制备的样品材料，用于随后的MALDI电离。然后，这些区域可以包括金属或其他导电样品支架上的疏水或亲水区域，这些区域通过样品支架上的亲水或疏水区域彼此分离并因此被隔离，如来自Bruker的AnchorChipTM板的形式。
在各种实施例中，区域和/或范围元素可以具有多边形轮廓。因此，可以生成几乎完全覆盖样品支架的基本区域和沉积在其上的样品材料的多个区域和/或范围元素的阵列。示例是矩形，例如正方形，以及具有更多角度的多边形，例如六边形。区域和/或范围元素的轮廓可以在整个样品支架上是均匀的。然而，原则上也可以在相同的测量中定义不同形状的区域和/或范围元素，如果这对应用有利的话。也可以不同地设计区域和范围元素的轮廓，例如，对于区域而言的统一的矩形或正方形，以及对于各个区域中的范围元素而言的统一的六边形。对专家而言范围的自由度几乎是无限的。
在不同的实施例中，分析仪可以是迁移率分析仪、质量分析仪或组合迁移率-质量分析仪。一般来说，可以使用术语离子光谱分析仪和测量方法，其可以包括迁移率分离、质量分离或两者的组合。
离子迁移率分析仪根据带电分子或分子离子的碰撞横截面与电荷的比率将其分离，有时用Ω/z或σ/z表示。其基础是离子种类物和电场之间的相互作用，该电场与离子的电荷耦合，以及缓冲气体的同时作用，其影响离子的平均横截面积。尤其已知具有静电场梯度的漂移管迁移率分离器，其驱动离子通过基本静止的气体。这里，离子种类物的漂移速度由电场的推进力和与气体粒子碰撞的减速力给出。同样常见的是俘获离子迁移分离器(TIMS)，其具有驱动离子向前的连续层流气流，所述气流被逐渐变化的电场梯度和相应可变的减速力所抵消。行波迁移率分离器也值得一提。
另一方面，质量分析仪根据通常指定为m/z的质荷比分离带电分子或分子离子。除了上述可配备线性和反射器设置的飞行时间分析仪外，还可以使用其他类型的质量色散分离器，例如四极滤质器(单四极杆)、三重四极杆分析仪(“三重四极杆”)、离子回旋共振(ICR)池、Kingdon型分析仪，例如
Figure BDA0003689290970000081
(Thermo Fisher Scientific)等。当然，上述类型的分离器可以被耦合以使离子种类物能够被多维分离，即根据一种以上的物理化学性质，例如m/z和Ω/z或σ/z。
可以使用多个偏转元件来改变解吸束的定向。对于光-光学(light-optical)束，可以使用反射元件系统，例如镜面、折射元件，例如棱镜、和/或电光或声光偏转元件，例如电光晶体，其能够改变或移动解吸束沿平行于样品支架表面的平面在两个空间方向上撞击到样品支架表面或其上的样品材料上的位置，例如，通过倾斜或以其他方式改变空间定向。对于离子束，可以使用被供应有电势的偏转电极系统，其围绕离子束路径并且可以在一对电极中的两个电极之间的空间中产生可变电势梯度。一个例子是两个电极对，彼此成90°。如果施加到一对电极的两个相对电极上的电势相同，则穿过这对电极的一次离子束将不会经历任何侧向偏转。如果电势不同，则初级离子在飞行期间根据电势差的作用偏转。
选择的轨迹可以包含区域和/或范围元素上的多个方向变化。这允许通过快速改变解吸束的定向来扫描样品材料的扁平或二维区域，并且几乎没有磨损和撕裂，因为相当沉重的样品支架组件的逐步移动的数量可以相应地减少。方向的变化尤其可以包括(几乎)直角或其他锐角或钝角。方向的变化可以是突然的，即以一个角度，但也可以是几乎连续的，例如，沿着圆形轨迹、摆线或任何其他类型的弯曲轨迹。接下来要扫过的区域的轨迹可以与已经扫过的区域的轨迹相对应，但方向相反。一般来说，如果对应用来说是有利的，轨迹可以因区域而异。
在各种实施例中，样品支架可以通过平移台在空间上移动。优选的是xy平移台，其设计用于在平行于样品支架表面的平面的两个空间方向上平移或移动样品支架，包括放置在平移台上或平移台中的样品材料。用于改变解吸束定向的调节装置的移动半径越大，对平移台最小步长的要求就越低，因为解吸束的移动可以覆盖平移台两次激活之间的表面区域。平移台的步长通常在二到三位数微米范围内。在各种实施例中，尤其是布置在平移台中或平移台上的用于样品支架的移动机构还可以包括沿第三空间方向(z轴)移动的装置，例如，用来调整解吸束的最佳焦点，以适应不同厚度或高度的样品材料。
在各种实施例中，使用分析仪从采样的区域和/或范围元素中获得的信息可以被组合以形成跨越样品材料的离子或下面的分子底物的空间分布图。例如，与光学显微镜中的染色方法相比，这使得可以以具有无标记测量的非光学显微镜的方式展示样品自身分子以及对于样品材料而言为异物的分子在样品材料上的分布。
当所有的区域和/或范围元素已经被扫描和采样时，可以满足终止条件。在极端情况下，采样会进行到这样的程度，即，由于解吸束对所有区域和/或范围元素的影响，样品材料被或多或少地完全去除，因此解吸束将无法继续产生解吸分子。终止条件的另一个示例可以是多个特别感兴趣的区域已被扫描和采样，该数量小于定义区域的总数，因此样品材料的部分保持未测量，例如(薄)组织切片中不同细胞类型的区域。终止条件也可以定义为方法执行期间的故障，例如，因为镜面卡住了。
本发明还涉及一种用于分析离子的系统，其包括离子发生装置和控制单元，其被设计和配置为在离子发生装置上执行如上文所述的方法。
附图说明
通过参考以下说明可以更好地理解本发明。图示中的元件不一定按比例绘制，而是主要旨在说明本公开的原理(主要是示意性的)。在图示中，相同的附图标记表示不同视图中的对应元件。
图1示意性地示出了适合于执行根据本公开的原理的方法的MALDI飞行时间质谱仪(改装自现有技术)的设计。
图2在侧视图中示出了伴随解吸束和样品支架相对于彼此的运动的扫描序列的示意性截面图，其可以在图1中的MALDI飞行时间质谱仪中进行。
图3A在平面图中示出了跨越几个区域的解吸束的非直线轨迹的示例图案。
图3B同样在平面图中示出了解吸束在一个区域中跨越多个范围元素的非直线解吸路径的示例图案，以及跨越包含多个范围元素的多个区域的非直线轨迹的示例图案。
图3C也在平面图中示出了解吸束穿过一个区域中的几个范围元素的非直线解吸路径的进一步示例图案，以及穿过包含多个范围元素的多个区域的非直线轨迹的示例图案。
具体实施方式
尽管已经参照多个实施例说明和解释了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以在不背离技术教导的范围的情况下进行形式和细节上的各种改变，如在所附权利要求中定义的。
图1是具有飞行时间分析仪1和激光系统2的MALDI飞行时间质谱仪(改装自DE 102011 112 649 A1)的示意图，该激光系统使用镜系统7、8控制激光束相对于承载样品材料的样品支架13表面的方向。通常脉冲形式的激光束在光束生成单元3中生成，该单元包含激光晶体4，如果需要，还包含用于激光倍频的装置5。激光束在图案发生器6中具有强度峰值，并在镜系统中通过两个振镜7和8在两个空间方向上偏转，使得激光束撞击在样品支架表面上的位置可以移动。然后，偏转的激光束在开普勒望远镜9中扩展，并根据角度偏转平行移动。射出的激光束然后通过镜面10以减小的偏转角被引导到物镜11中，以便再次完全居中。根据角度偏转，光束通过物镜11的中心，但角度略有不同，从而改变了其撞击在样品支架13上的位置。这里应该注意的是，开普勒望远镜9内的光束引导更加复杂，并且出于简单的原因，图示并未真实将其再现，尽管图示确实正确再现了望远镜对激光光束的外部影响。
在冲击激光束的解吸云中产生的解吸的带电分子和离子被隔膜14和15上的电压加速以形成离子束18，该离子束18穿过两个偏转电容器16、17以校正其轨迹，并通过反射器19(MALDI TOF布置)聚焦到检测器20上。适合实施本公开的原理并且可以适当编程的控制单元22与飞行时间分析仪1和激光系统2通信并协调飞行时间分析仪和激光系统相对于彼此的运行。
图2在侧视图中示出了伴随解吸束23和样品支架13相对于彼此移动的扫描序列的示意性截面图，如可以在图1中的MALDI飞行时间质谱仪中进行的那样。附图标记21对应于离子光轴，通过施加到第一加速隔膜14的提取电压，带电种类物或分析物离子沿着该离子光轴加速到飞行路径上，参见图1中的离子束18。
在样品支架13上，定义了几个区域a、b、c、d等，这些区域将沉积在其上的样品材料(未显示)，例如用MALDI基质制备的(薄)组织切片，细分成几个区段。按照从上到下的顺序24，解吸束23最初指向区域c的左边缘。位于此处的样品材料可以被碰撞的解吸束23解吸和电离，然后通过向第一加速电极14施加电提取电势而沿离子光轴21提取。之后，改变解吸束23的定向，使得区域c上的相邻位点成为目标。发生这种情况时，样品支架13保持静止。在使用在样品支架13的位置保持静止的情况下其定向已略微改变的解吸束23对区域c进行两个进一步的采样步骤后，到达区域c的右侧边缘。
这里应该指出，侧视图不应给人留下这样的印象，即在采样期间，区域c在平行于样品支架表面的平面中仅沿一个空间方向被解吸束扫过(在图2从左到右，或从右到左)。根据本公开，解吸束23在样品支架13的表面上在两个空间方向上的相对较小的质量和因此快速的方向变化得以利用，以最小化样品支架为了扩展或扁平样品材料的或多或少完整的扫描而移动的次数(箭头33)。在图2的展示中，第二个方向垂直于绘图平面，即进入或离开绘图平面。这将在下面参考图3A-C更详细地解释。
当区域c已经通过在平行于样品支架表面的两个空间方向上调整解吸束23的方向而被扫过并因此在几个位置被取样时，样品支架13可以通过其移动机构(未示出)被移动到另一个位置(箭头33)，使得解吸束23撞击的位置位于与先前扫过的区域c相邻的、本例中为区域b的边缘上。在样本支架移动之后，区域b的扫描和采样图案可以与用于扫描和采样前一个区域c的图案非常相似。然而，有利的是在样品支架移动33期间不改变解吸束23相对于样品支架表面的方向，而是保持原样。在该优选实施例中，随后对区域b的扫描和采样从右侧的边缘区域开始。然后，解吸束23的定向在相反方向(在图2中的序列24中从右到左，包括垂直于绘图平面的移动，由于侧视图，这仅暗含在内)改变数次，直到解吸束23朝向区域b的左边缘定向并且位于此处的样品材料例如已经被最后一次采样。
解吸束23保持在该最后的定向设置，直到样品支架13已移动到随后的位置(箭头33)，在该位置中区域a位于解吸束23的移动半径内。此处同样，解吸束23撞击以用于区域a的后续扫描和采样的位置最初位于左边缘。因此可以避免在样品支架移动33期间解吸束23的定向的不必要的重新设置。区域a的扫描和采样图案可以与区域c使用的图案相似，但也可以不同。
图3A通过示例的方式示意性示出了跨越多个预先定义的区域a、b、c、...的非直线轨迹30的平面图，这些区域具有在区域a、b、c、...上的不同(相互分离的)采样点31。区域a、b、c、...内的实线箭头32表示当解吸束(未示出)相对于样品支架表面的定向改变时扫描的移动方向。沿实线箭头32的各个点31表示以脉冲模式运行的解吸束在区域a、b、c、...中的采样点。关于由解吸束撞击这些采样点31产生的带电种类物和分析物离子的丰度或数量的信息可以在由迁移率和/或质谱仪的检测器登记时进行组合，用于分子含量的图形表示，因此区域a、b、c、...在这种表示中用作最小空间分辨率的单位。
从图3A中可以看出，第一区域a的扫描和采样从图中的左上角开始，然后在执行几个90°变化的同时遵循曲折或之字形路线方向直到到达右下角的位置。当第一区域a的扫描和采样完成时，解吸束保持其相对于样品支架表面的定向，并且样品支架的移动机构逐步调整(区域外的虚线箭头33)，以便另一个区域b进入解吸束的移动半径。新区域b的后续扫描和采样从该区域中与前一个区域a的扫描和采样结束的位置相对应的位置开始，在此示例中位于右下角。为清楚起见，除了第一个和最后一个之外，第二个区域b中的采样点31已被省略。在本示例中，解吸束在区域a、b、c、...上遵循非直线轨迹，这些轨迹在依次的区域中以相反方向延伸。然而，这并不一定总是这样。如果本领域技术人员认为对具体应用有利，还可以为解吸束的扫描和采样选择个性化的、非直线的轨迹或对每个区域a、b、c、...而言合适的其他图案。
与具有固定光束定向和xy平移台作为唯一移动机制的设置相比，通过此处说明的过程实现的时间节省可以用数值示例来说明。本示例中图3A中的区域a包含15个采样点，因此需要14次台子移动才能完全扫描区域a。因此，在通过移动机构的相应部件逐步移动样品支架之后，在背景技术中提到的振荡和振动的等待时间共计14x(～)0.8秒＝11.2秒。另一方面，改变解吸激光束的方向要快得多，即14x(～)0.002秒＝0.028秒，这是显著的加速。
也可以通过数值示例来说明用于改变解吸光束的定向的电光装置上的负载减少。在所示的示例中，在每个区域中，从该区域上的第一撞击点到最终撞击点，电光调节装置必须将扫描解吸光束的移动方向改变八次。如果在从一个区域到下一个区域的每次过渡期间或之后，解吸束的定向相对于样品支架表面或该区域中一致的撞击位置要一致地重新设置，如现有技术所建议的那样，这将需要一次额外的移动或调整，即进行九次而不是八次移动变化，增加了12.5％。尤其是在扫描面积为1cm2且区域面积为10μm x 10μm＝100μm2的(薄)组织切片时，根据图3A中的图案必须扫描1亿个区域，这将导致12500000个基本上不必要的解吸束的光电调节装置的运动。通过根据本公开的优选实施例调整扫描图案，可以相应地延长调节装置受磨损限制的使用寿命。
图3B示出了用于根据本公开的原理对包含样品材料的区域进行扫描和采样的另一示例图案。与图3A中的示例相反，图3B不仅示出了细分为定义的区域a、b、c、...，而且还示出了每个区域中的多个范围元素34。范围元素34可以用作用于从样品材料中测量的分子含量的图形表示的最小空间分辨率的单位(像素)。根据预定的非直线解吸路径35(实线箭头)对范围元素34的区域进行扫描和采样，从而在一个区域的多个范围元素34上产生预定的、非直线的扫描和采样轨迹。从一个区域到下一个区域的过渡使用样品支架的移动机构进行，而仅通过在平行于样品支架表面的两个空间方向上改变解吸束的定向来扫描一个区域中的许多范围元素。
与图3A的方法类似，该示例中的每个解吸路径35包含多个方向变化，根据这些方向变化，跨各个范围元素34的矩形振荡型“微运动”被叠加到区域a、b、c、...的蜿蜒或蛇形扫描的“宏观运动”。从一行中的最后一个范围元素到下一行中的相邻范围元素的过渡涉及解吸束沿相反方向的短时移动。然而，由于解吸束的有利调整特性，这不会出现任何问题，并且几乎不需要任何时间。为清楚起见，图3B中省略了脉冲解吸束可以撞击的采样点，但可以设想，沿每个实线箭头至少可以对采样材料进行一次采样。在该示例中还实现了在保持解吸束的定向的同时执行样品支架的每次空间调整的有利原理。在此处示出的类似区域a、b、c、...和这些区域中的类似范围元素34的网格中，这意味着一个区域的扫描和采样开始于解吸束相对于样品支架表面这样的定向，并因此开始于样品支架上的这样的撞击位置，即，先前区域的扫描和采样结束于该定向和撞击位置。
图3C示出了样品支架上的一个范围的扫描和采样图案的另一示例实施例，其被划分为多个区域和包含在其中的多个范围元素。图3B的说明可以很容易地转用到图3C的实施例中，在此不再赘述。
上面已经参考不同的具体示例实施例说明了本发明。然而，应当理解，可以在不偏离本发明的范围的情况下修改所说明的实施例的各个方面或细节。例如，这些示例仅提及解吸束的脉冲运行。然而，稳定的或连续的运行也与本公开的原理兼容，尤其是在使用连续初级离子束的SIMS电离的情况下。此外，结合不同实施例公开的特征和措施可以根据需要组合，如果这对于本领域技术人员来说是可行的。此外，以上描述仅用作对本发明的说明，而不是对保护范围的限制，保护范围仅由所附权利要求限定，可以考虑可能存在的任何等效形式。

Claims (13)

1.用于分析测量沉积在样品支架表面上的样品材料的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)在样品支架表面上定义多个区域，其中一些区域与样品材料接触，
(b1)使用解吸束在一个区域上对样品区段进行采样以产生解吸分子，这些解吸分子被电离并转移到分析仪，
(b2)通过改变解吸束相对于样品支架表面的定向设置沿着该区域上从多个预定义的非直线轨迹中选出的一个非直线轨迹扫过该区域，同时将样品支架保持在一个位置，
(c)使用样品支架的空间调节装置从一个扫过的区域过渡到下一个要扫过的区域，以及
(d)重复步骤(b1)，(b2)和(c)直到满足预定的终止条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b2)中的区域可以在解吸束相对于样品支架表面的第一定向和最后定向之间被扫过，其中在步骤(c)中的每次过渡之后，下一个区域的扫描分别从解吸束的最后定向开始。
3.根据权利要求1所述的方法，其中解吸束可以是离子束或光束。
4.根据权利要求1所述的方法，其中每个区域可以具有多个范围元素，并且解吸束可以沿着从多个预定义解吸路径中选择的一个解吸路径对一个范围元素上的样本区段进行采样。
5.根据权利要求1所述的方法，其中样品材料包括组织切片。
6.根据权利要求1所述的方法，其中区域和/或范围元素具有多边形轮廓。
7.根据权利要求1所述的方法，其中分析仪是迁移率分析仪、质量分析仪或组合迁移率-质量分析仪。
8.根据权利要求1所述的方法，其中使用多个偏转元件来改变解吸束的定向。
9.根据权利要求1所述的方法，其中选择的轨迹包含一个区域和/或范围元素上的多个方向变化。
10.根据权利要求1所述的方法，其中样品支架通过平移台在空间上移动。
11.根据权利要求1所述的方法，其中使用分析仪从采样的区域和/或范围元素中获得的信息可以被组合以形成跨越样品材料的离子或下面的分子底物的空间分布图。
12.根据权利要求1所述的方法，其中当所有的区域和/或范围元素已经被扫描和采样时，满足终止条件。
13.用于分析离子的系统，所述系统包括离子发生装置和控制单元，所述控制单元被设计和配置用于在所述离子发生装置上执行根据权利要求1所述的方法。
CN202210655429.9A 2021-06-10 2022-06-10 用于分析测量样品支架上样品材料的方法 Pending CN115472486A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021114934.7A DE102021114934B4 (de) 2021-06-10 2021-06-10 Verfahren zum analytischen Vermessen von Probenmaterial auf einem Probenträger
DE102021114934.7 2021-06-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115472486A true CN115472486A (zh) 2022-12-13

Family

ID=82324042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210655429.9A Pending CN115472486A (zh) 2021-06-10 2022-06-10 用于分析测量样品支架上样品材料的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220397551A1 (zh)
CN (1) CN115472486A (zh)
DE (1) DE102021114934B4 (zh)
GB (1) GB2609721B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021128848A1 (de) 2021-11-05 2023-05-11 Bruker Daltonics GmbH & Co. KG Vorrichtung zum desorbierenden Abtasten von Analytmaterial auf einem Probenträger
GB202400523D0 (en) 2023-02-23 2024-02-28 Bruker Daltonics Gmbh & Co Kg Method and device for spectrometric analysis

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5920068A (en) * 1998-03-05 1999-07-06 Micron Technology, Inc. Analysis of semiconductor surfaces by secondary ion mass spectrometry
US20040183009A1 (en) 2003-03-17 2004-09-23 Reilly James P. MALDI mass spectrometer having a laser steering assembly and method of operating the same
DE102004044196B4 (de) 2004-09-14 2019-03-07 Bruker Daltonik Gmbh Massenspektrometer mit einem Lasersystem für die Ionisation einer Probe durch matrixunterstützte Laserdesorption in der massenspektrometrischen Analyse
DE102005006125B4 (de) 2004-09-14 2021-04-29 Bruker Daltonik Gmbh Lasersystem für die Ionisation einer Probe durch matrixunterstützte Laserdesorption in der massenspektrometrischen Analyse
GB2423187B (en) 2005-02-10 2010-10-27 Bruker Daltonik Gmbh Laser system for the ionization of a sample by matrix-assisted laser desorption in mass spectrometric analysis
EP2047243A4 (en) 2006-07-19 2011-11-23 Mds Analytical Tech Bu Mds Inc DYNAMIC PICTURE PATTERN FOR USE WITH MALDI-MS
DE102011112649B4 (de) 2011-09-06 2014-02-27 Bruker Daltonik Gmbh Laserspotsteuerung in MALDI-Massenspektrometern
DE202018002538U1 (de) * 2018-05-25 2018-06-12 Trotec Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Zugriffskontrolle auf eine Mehrfachsteckdose sowie Stromverteilungs-Stecksystem und Stromerfassungs-Stecksystem
DE102018112538B3 (de) 2018-05-25 2019-11-07 Bruker Daltonik Gmbh Desorptionsstrahlsteuerung mit virtueller Achsennachführung in Flugzeitmassenspektrometern
EP3850656A4 (en) 2018-09-10 2022-06-22 Fluidigm Canada Inc. DEVICE AND METHOD FOR SAMPLE IMAGING WITH HIGH SPEED MODULATION
CN212542353U (zh) * 2020-08-28 2021-02-12 广州禾信康源医疗科技有限公司 激光质谱检测仪及激光光学组件

Also Published As

Publication number Publication date
GB2609721B (en) 2024-01-10
US20220397551A1 (en) 2022-12-15
DE102021114934A1 (de) 2022-12-15
DE102021114934B4 (de) 2024-02-01
GB2609721A (en) 2023-02-15
GB202208059D0 (en) 2022-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115472486A (zh) 用于分析测量样品支架上样品材料的方法
US9741550B2 (en) Mass spectrometer with laser spot pattern for MALDI
US8872103B2 (en) Laser spot control in maldi mass spectrometers
TWI787794B (zh) 多重射束帶電粒子顯微鏡或系統與其操作方法
JP6642702B2 (ja) 質量分析装置
JP4316394B2 (ja) 荷電ビーム装置
US8957392B2 (en) Mass spectrometer
US11942302B2 (en) Pulsed charged-particle beam system
WO2006124095A2 (en) Sample handling mechanisms and methods for mass spectrometry
WO2006124097A2 (en) Mass analyzer systems and methods for their operation
JP2014197538A (ja) 質量選別器並びにイオン銃、イオン照射装置及び質量顕微鏡
KR20200113166A (ko) 시료로부터 에너지 분석기 및 전자 분광계 장치로의 전자 전달 장치 및 방법
KR20220134682A (ko) 다중 전자 빔 시스템에 대한 마이크로 스티그메이터 어레이
CN108604528B (zh) 具有激光解吸离子源和长使用寿命的激光系统的质谱仪
CN110534398B (zh) 一种飞行时间质谱仪及其操作方法
US20200075304A1 (en) Molecular Imaging of Biological Samples with Sub-Cellular Spatial Resolution and High Sensitivity
JP4710710B2 (ja) 飛行時間型質量分析装置
JPH08148116A (ja) 顕微レーザ飛行時間型質量分析計
US20230145540A1 (en) Device for desorption scanning of analyte material on a sample support
JP2003513407A (ja) 改良された熱電界放出の整列
EP1113482B1 (en) High energy electron diffraction apparatus
US20240177986A1 (en) Method for desorbing and ionizing of sample material
CN118112088A (zh) 用于解吸和电离样品材料的方法
KR101357940B1 (ko) 편심 어퍼쳐를 가진 전극층을 포함하는 멀티 입자 빔 칼럼
CN117198857A (zh) 一种质谱芯片

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination