CN118369458A - 用于将离子沉积到表面上的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置和方法。感兴趣的分子如溶液中的蛋白质分子被电喷雾并且转化为单电荷气相离子。通过离子迁移率过滤器选择蛋白质离子的特定构象，并且以亚电子伏特动能沉积到低温电子显微镜网格上，以保留分子的高阶结构。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年12月10日提交的美国临时专利申请序列号63/288,478的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本申请还要求2021年12月19日提交的美国临时专利申请序列号63/291,441的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
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不适用
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背景技术
A.技术领域
本发明的技术总体上涉及在表面上制备分子和粒子样品，更具体地涉及制备用于通过低温电子显微镜检查的样品。
B.参考文献
以下出版物通过引用全部内容并入本文。
1.Badu-Tawiah,AK,C Wu和RG Cooks等人,Anal.Chem.,2011年第83期，第2648-2654页(Badu-Tawiah,AK,C Wu,and RG Cooks,Anal.Chem.,2011,83,2648-2654)。
2.Baker E S,BH Clowers.F Li,K Tang,AV Tolmachev,DC Prior,ME Belov和RDSmith等人,J.Am.Soc.Mass Spectrom.,2007年第18(7)期：第1176–1187页(Baker E S,BHClowers.F Li,K Tang,AV Tolmachev,DC Prior,ME Belov and RD Smith,J.Am.Soc.MassSpectrom.,2007,18(7):1176–1187)。
3.Belov ME,BH Clowers,DC Prior,WF Danielson III,AV Liyu,BO Petritis和RD Smith等人,Anal.Chem.,2008年第80(15)期：第5873-5883页(Belov ME,BH Clowers,DCPrior,WF Danielson III,AV Liyu,BO Petritis and RD Smith,Anal.Chem.,2008,80(15):5873-5883)。
4.Benesch JLP,BT Ruotolo,DA Simmons,NP Barrera,N Morgner,L Wang,HRSaibil和Robinson CV等人,J Struct Biol,2010年第172期：第161–168页(Benesch JLP,BT Ruotolo,DA Simmons,NP Barrera,N Morgner,L Wang,HR Saibil and Robinson CV,2010,J Struct Biol 172:161–168)。
5.Blake TA,Z Ouyang,JM Wiseman,Z Taka′ts,AJ Guymon,S Kothari和CooksRG等人,Anal Chem,2004年第76期：第6293–6305页(Blake TA,ZOuyang,JM Wiseman,ZTaka′ts,AJ Guymon,S Kothari and Cooks RG,2004,Anal Chem 76:6293–6305)。
6.Chaudhary A,FH van Amerom和RT Short等人,Rev.Sci.Instrum.,2014年第85(10)期：105101页(Chaudhary A,FH van Amerom and RT Short,Rev.Sci.Instrum.,2014,85(10):105101)。
7.Clowers B H,YM Ibrahim,DC Prior,WF Danielson III,ME Belov和RD Smith等人,Anal.Chem.,2008年第80(3)期：第612–623页(Clowers B H,YM Ibrahim,DC Prior,WF Danielson III,ME Belov and RD Smith,Anal.Chem.,2008,80(3):612–623)。
8.Cooks,RG,D.Snyder,AS Basu和W-P Peng等人,2021年,USPTO 11,037,777(Cooks,RG,D.Snyder,AS Basu and W-P Peng,2021,USPTO 11,037,777)。
9.Deng ZT,N Thontasen,N Malinowski,G Rinke,L Harnau,SRauschenbach和KKern等人,2012年,Nano Lett第12期：第2452–2458页(Deng ZT,N Thontasen,NMalinowski,G Rinke,L Harnau,S Rauschenbach and K Kern,2012,Nano Lett 12:2452–2458)。
10.Earl等人,Current Opinion in Structural Biology 2017年第46期：第71–78页(Earl et al Current Opinion in Structural Biology 2017,46:71–78)。
11.Fernandez de la Mora,J.,S Ude和BA Thompson等人,Biotechnol.J.,2006年第1期第988-997页(Fernandez de la Mora,J.,S Ude and BA Thompson,Biotechnol.J.,2006,1.988-997)。
12.Gologan B,JM Wiseman and RG Cooks,2006in Laskin J和C Lifshitz C,Eds.等人,Principles of mass spectrometry applied to biomolecules,John Wiley&Sons.出版公司,美国新泽西州霍博肯市(Gologan B,JM Wiseman and RG Cooks,2006inLaskin J and C Lifshitz C,Eds.,Principles of mass spectrometry applied tobiomolecules,John Wiley&Sons.,Inc.,Hoboken,NJ)。
13.Hogan,Jr.,CJ,EM Kettleson,B Ramaswami,DR Chen和P Biswas等人,Anal.Che.,2006年第78期第844-852页(Hogan,Jr.,CJ,EM Kettleson,BRamaswami,DRChen,and P Biswas,Anal.Che.,2006,78,844-852)。
14.Johnson,GE,D Gunarantne和J Laskin等人,Mass Spectrometry Reviews,2016年第35期第439-479页(Johnson,GE,D Gunarantne and J Laskin,MassSpectrometry Reviews,2016,35,439-479)。
15.Julian RR,SR Mabbett,Jarrold MF等人,J.Am.Soc.Mass Spectrom.,2005年第16(10)期：第1708–1712页(Julian RR,SR Mabbett,Jarrold MF,J.Am.Soc.MassSpectrom.,2005,16(10):1708–1712)。
16.Kaufman,SL,JW Skogen,FD Dorman,F Zarrin和KC Lewis等人,Anal.Chem.1996年第68期第1895-1904页(man,SL,JW Skogen,FD Dorman,FZarrin and KCLewis,Anal.Chem.1996,68,1895-1904)。
17.Kim T,AV Tolmachev,R Harkewicz,DC Prior,G Anderson,HR Udseth和RDSmith等人,Anal.Chem.,2000年第72(10)期：第2247–2255页(Kim T,AV Tolmachev,RHarkewicz,DC Prior,G Anderson,HR Udseth and RD Smith,Anal.Chem.,2000,72(10):2247–2255)。
18.Mikhailov VA,TH Mize,JLP Benesch和Robinson CV等人,2014年,AnalChem，第86期：第8321–8328页(Mikhailov VA,TH Mize,JLP Benesch and Robinson CV,2014,Anal Chem 86:8321–8328)。
19.Ouyang Z,Z Takats,TA Blake,B Gologan,AJ Guymon,JM Wiseman,JCOliver,VJ Davisson和RG Cooks等人,2003年,Science 301期：第1351–1354页(Ouyang Z,Z Takats,TA Blake,B Gologan,AJ Guymon,JM Wiseman,JC Oliver,VJ Davisson and RGCooks,2003,Science 301:1351–1354)。
20.Page JS,AV Tolmachev,K Tang和RD Smith等人,J.Am.Soc.Mass Spectrom.,2006年第17(4)期第586–592页(Page JS,AV Tolmachev,K Tang and RD Smith,J.Am.Soc.Mass Spectrom.,2006,17(4)586–592)。
22.Rinke,G.,S Rauschenbach,L Harnau,A Albarghash,M Peuly和K Kern等人,Nano Letters DOI 10.1021/nI502122j(Rinke,G.,S Rauschenbach,L Harnau,AAlbarghash,M Peuly and K Kern,Nano Letters DOI 10.1021/nI502122j)。
22.Tang K,AA Shvartsburg,HN Lee,DC Prior,MA Buschbach,F Li,AVTolmachev,GA Anderson and RD Smith,Anal.Chem.,2005,77(10):3330–3339(Tang K,AAShvartsburg,HN Lee,DC Prior,MA Buschbach,F Li,AV Tolmachev,GA Anderson和RDSmith等人,Anal.Chem.,2005年第77(10)期：第3330–3339页)。
23.Tata,A.,C Salvitti和F Pepi等人,Int.J.Mass Spectrom.,2020年第450期第116309页(Tata,A.,C Salvitti and F Pepi,Int.J.Mass Spectrom.,2020,450,116309)。
24.Wang P和J Laskin等人,2008年,Angew Chem Int Ed第47期：第6678–6680页(Wang P and J Laskin,2008,Angew Chem Int Ed 47:6678–6680)。
25.Volny M,WT Elam,BD Ratner和F Turecek等人,2005年,Anal Chem第77期：第4846–4853页(Volny M,WT Elam,BD Ratner and F Turecek,2005,Anal Chem 77:4846–4853)。
26.Walton,BL,WD Hoffmann和GF Verbeck等人,Int.J.Mass Spectrom.,2014年第370期第66-74页(Walton,BL,WD Hoffmann and GF Verbeck,Int.J.Mass Spectrom.,2014,370,66-74)。
27.Wyttenbach T,PR Kemper和MT Bowers等人,Int.J.Mass Spectrom.,2001年第212(1-3)期：第13–23页(Wyttenbach T,PR Kemper and MT Bowers,Int.J.MassSpectrom.,2001,212(1-3):13–23)。
C.背景讨论
近年来，低温电子显微镜(cryo-EM)已成为研究单分子(尤其是蛋白质)结构的一种更易接受的方法。在很大程度上，越来越多的人接受这种方法是因为硬件和软件的改进。低温电子显微镜的分辨率已开始可与X射线晶体学相媲美，而且无需像X射线晶体学那样制作蛋白质晶体。低温电子显微镜检查样品的制备方法的改进落后于低温电子显微镜的发展，与20世纪80年代首次开发的方法相比基本没有变化。低温电子显微镜研究样品制备的典型方法有以下几个手工步骤。首先，纯化蛋白质并将其转移到适当的水性缓冲液中。然后，用移液管将少量含有样品的缓冲液移到低温电子显微镜网格上，再用吸墨纸吸去大部分液体，使蛋白质分子粘在网格表面并覆盖一层薄薄的水膜。最后，将浸湿的网格迅速放入冷冻剂中，使水膜快速冻结，从而形成玻璃状冰而不是结晶冰。玻璃状冰可以固定感兴趣的分子，以便用低温电子显微镜进行检查。插入步骤是最难完成的，一旦操作不当，就会成为样品制备失败的最常见原因。要想更有效、更可重复地制备样品，还需要改进(Earl)。
发明内容
本发明描述的装置和方法提供了一种将离子和带电粒子沉积到表面以进行后续分析的新颖方法。本发明中所述的技术提供了一种以所谓软着陆的方式将离子和带电粒子沉积到表面的方法。
软着陆是指一种允许离子以足够软的方式着陆到表面上的条件，这样离子或带电粒子的分子构象在着陆过程中就不会改变，着陆过程也不会破坏弱结合的分子复合物或聚集粒子。软着陆的概念意味着离子或粒子在撞击瞬间的动能不足以破坏分子或粒子。
本发明中描述的技术与之前将离子和粒子软着陆到表面的方法之间的显著区别与在大气压力下执行的技术有关。这种新技术提供了一种将离子着陆到脆弱薄膜(如碳薄膜或石墨烯薄膜)上的方法，这些薄膜很容易受到离子或带电粒子的高速撞击而损坏。这种软着陆方法提供了一种如下通常用于制备低温电子显微镜样品的常规方法的替代方法，即：把分析分子悬浮在冷冻的玻璃状水冰中。
本文所述技术的更多方面将在说明书的以下部分中介绍，其中的详细描述是为了充分公开该技术的优选实施方式，而不对其进行限制。
附图说明
参考以下附图可以更全面地理解本文所述技术，附图仅供参考：
图1：包括将迁移率选择的离子或带电粒子沉积到收集表面上的单元的主要组件的示意图。插图更详细地说明了nDMA的操作。
图2：用于将迁移率选择的离子或带电粒子沉积到收集表面的组件的详细示意图。
图3：用于收集离子和带电粒子以检测和记录离子或带电粒子的电流的离子探测器。
图4：描述加湿器设计的示意图。
图5：描述离子聚焦漏斗设计的示意图。
图6：用于固定包含离子聚焦电极的圆形金属丝环的圆形基底和倾斜臂的示意图。
图7：离子聚焦漏斗设计的更多细节。图7中的单元位于圆柱形笼子内(中间图)。端视图显示了图6的臂结构。
图8A：图6中设备的进一步细节的示意图显示了将金属丝环与图6中设备的臂固定在一起的单元。
图8B：图7和图8A中设备的进一步细节。
图9：用于固定其上沉积离子或带电粒子的基底的夹具示意图。
图10A：用于在测量基底温度的同时冷却基底的单元的示意图。
图10B：生成LN2吹脱气体的方法和设备以及将吹脱气体导入基底支架的单元的示意图。
图10C：为液氮提供热量以产生液态LN2吹脱气体的电路图。
图11：图7设备的进一步示意图显示离子或带电粒子收集器的位置。
图12：用于保护沉积在收集基底上的离子或带电粒子的两部分圆柱形腔体的示意图。
图13：nDMA出口与离子聚焦漏斗入口之间的连接示意图。弯曲的线条代表发散的气流。
图14：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线代表离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图15：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图16：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图17：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图18：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图19：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图20：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图21：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图22：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块表示离子聚焦漏斗中包括电极的圆形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图23：离子聚焦漏斗内的离子轨迹图(实线)。点线表示离子在不同时间的位置。小方块代表离子聚焦漏斗中包括电极的环形导线的位置。气体速度条件、施加在电极环上的电压(按从最大环到最小环的顺序排列)以及离子分子量和电荷均列于示意图旁。
图24：在离子聚焦漏斗出口环上施加指定电压时记录的两个托珠单抗(Tocilizumab)离子的离子迁移率谱图。
图25：在离子聚焦漏斗的出口环上施加指示电压时记录的两个托珠单抗(Tocilizumab)离子的离子迁移率谱图。
图26：在离子聚焦漏斗的出口环上施加指示电压时记录的两个托珠单抗(Tocilizumab)离子的离子迁移率谱图。
图27：在离子聚焦漏斗的出口环上施加指示电压时记录的两个托珠单抗(Tocilizumab)离子的离子迁移率谱图。
图28：在离子聚焦漏斗出口环上施加指示电压时记录的两个托珠单抗(Tocilizumab)离子的离子迁移率谱图。
图29：显示M+、M2+和2M+峰的迁移率峰高与施加在离子聚焦漏斗上的电压的函数关系图。
具体实施方式
A.引言
本专利描述了使用以下步骤将离子和粒子沉积到表面的装置和方法，所有步骤均在常压下进行：1)通过电喷雾将分析物质溶液(如蛋白质分子或纳米粒子的混合物)转化为气相离子或带电粒子。2)通过微分迁移率分析仪(DMA)从离子和粒子混合物中选出具有预定电迁移率的离子和粒子。3)将迁移率选择的离子和粒子暴露在湿度控制气体中，以控制水合作用。4)引导离子和带电粒子通过离子聚焦室，在离子聚焦室中，使其沿着聚焦室的中心线集中，并进一步引导它们以较低的冲击速度落在基底上。5)通过暴露于水蒸气、热量或冷却来改变离子的构象和粒子的形状，以及6)通过冷藏来保持离子的构象和粒子的形状。
与以前的设计相比，本专利所述技术有所改进。与在真空中产生的离子束相比，在大气压力下运行所公开的装置实现了一项重大改进，从而无需真空室和去加速透镜来控制离子撞击收集器时的离子能量。通过DMA从离子或粒子混合物中选择具有特定电迁移率的离子或粒子，为分析具有特定构象或形状的离子和带电纳米粒子提供了方法。在以前的报告中，离子或粒子是根据其分子质量通过质谱系统而不是DMA筛选出来的。所公开技术的一项应用是制备随后用低温电子显微镜进行检查的样品。低温电子显微镜的要求是收集和分析具有相同构象但在低温电子显微镜网格表面随机定向的蛋白质分子的图像。因此，如果能够选择大量具有几乎相同构象的分子并将其沉积在低温电子显微镜网格等收集表面上，就能提高低温电子显微镜图像的质量，减少为显示高质量分子结构而需要处理的分子图像数量。在本装置中使用离子聚焦技术可将大部分迁移率选择的离子沉积到低温电子显微镜网格上，从而使所需数量的分子沉积到低温电子显微镜网格上所需的时间最小化。低能沉积过程提供了一种可将未变形的蛋白质沉积到低温电子显微镜网格上，由此防止撞击损坏的方法。这些优点的结合使本文所述的软着陆设备概念化。当粒子被引导撞击表面时，粒子可能会从收集表面弹开并丢失。将所公开的软着陆技术应用到粒子收集过程中，可以更好地控制沉积过程。在本专利内容中，术语“离子(ion)”或“多个离子(ions)”也指和包括“粒子(particle)”、“多个粒子(particles)”、“纳米粒子(nanoparticle)”和“纳米粒子(nanoparticles)”的概念。
当离子以较低的速度撞击表面时，会软着陆。表面诱导解离是与当前技术相反的方法，是引导离子以高速撞击表面，使离子的动能足以在与表面碰撞时产生碎片的过程。Johnson对软着陆方法和应用进行了回顾，介绍了以前尝试以低能沉积离子的情况，一般动能小于200eV。一系列报道揭示了对低动能撞击的研究进展。Gologan等人以及Wang和Laskin报道了利用基于质谱仪真空环境的软着陆方法沉积蛋白质的情况。沉积后完整回收的多电荷电喷雾蛋白质离子显示出保留的生物活性(Volnay，2005；Ouyang等人，2003；Blake等人，2004)。Deng报告沉积蛋白质离子的电荷状态会影响沉积离子的结构。当沉积低电荷状态的细胞色素C时，他们观察到了紧凑的结构；当沉积高电荷状态的细胞色素C离子时，他们观察到了意大利面条状的结构。Benesch等人将软着陆扩展到GroEL的大分子离子，并且报告到通常GroEL复合物的形状经受住了冲击。不过，Michailov等人指出：在质谱仪的真空环境中将蛋白质沉积到表面是一项挑战，需要低于100eV的低温冲击速度(Rinke等人)。Walton等人描述了亚电子伏特能量机制下的离子沉积。只有少数出版物报道了在大气压力下进行的离子沉积，而且在描述这种沉积时，并不包括离子聚焦的条件(Tata；Badu-Tawiah等人)。本专利所述的技术引导由湿度和温度条件受控的气体携带的离子以比以前报告的低得多的能量撞击收集表面，从而使蛋白质的三级和四级结构在沉积过程中不受损害。本专利所述的技术提供了一种可在离子能量小于几meV的沉积速度下将离子沉积到低温电子显微镜网格上的方法。
B.示例性实施方式
1.产生气相分子离子
用于操作本专利中描述的装置的一种模式开始于选择用于通过低温电子显微镜分析的蛋白质。抗体分子是将由所公开的装置处理的示例性材料。本专利中描述的技术中使用的电喷雾电离的电荷减少形式能够将电喷雾抗体转化成单电荷气相抗体离子。电荷减少的电喷雾过程对样品制备提出了与电喷雾质谱领域技术人员通常执行的样品制备不同的要求。电荷减少过程将电喷雾液滴携带的电荷减少到较低水平。低水平的电荷阻止了液滴裂变，即，液滴静电分裂成逐渐变小的液滴，并最终形成几乎无水的蛋白质离子。当电喷雾液滴中存在非挥发性缓冲盐时，非挥发性盐将在分析物分子表面形成薄涂层，导致分析物离子的尺寸比预期的大。在本发明中，通过使用分子量旋转过滤器有效地从样品中去除非挥发性盐并将样品交换到挥发性缓冲液(例如，乙酸铵溶液)中，使盐涂层最小化。使用分子量截止旋转过滤器的旋转过滤，例如使样品多次通过Amicon旋转过滤器(PNUFC510096)，充分地将样品中的盐含量降低到可接受的水平，例如，将盐含量降低到亚微摩尔浓度。旋转过滤并使用挥发性缓冲液(例如，25-200mM醋酸铵水溶液)提供了一种产生未受污染的近无水单电荷气相离子的方法。
制备用于电荷减少电喷雾的样品还需要使用低分析物浓度，例如，1-50μg/mL。正如非挥发性盐的存在会污染具有盐壳的离子一样，液滴中存在多个分析物分子将导致分析物分子在液滴蒸发时聚结，从而导致簇的形成，例如，分析物分子的二聚体和三聚体等。二聚体、三聚体和通过使用相对高的分析物浓度产生的任何多聚体被称为人工聚集体。它们被称为人造的，因为在电喷雾样品溶液之前它们不存在于样品溶液中。人工多聚体的检测是有问题的，因为它们的存在可能会导致错误的结论，即在液滴蒸发之前抗体分子已经在溶液中聚集。因此，有必要分析相对较低浓度的抗体，以防止人工二聚体等的形成。
初级电喷雾液滴的尺寸也会影响人工二聚体的形成，因为随着液滴尺寸的增加，多个抗体分子被捕获在液滴中的可能性增加。电喷雾液滴尺寸与粘度、电导率、表面张力和样品输送速率有关。稀乙酸铵溶液的粘度和表面张力可以通过向样品中添加有机液体(例如，异丙醇或乙腈)来改变。添加有机溶剂是不期望的，因为有机溶剂可能扭曲示例性抗体的构象。样品电导率随着乙酸铵浓度的增加而增加。电喷雾时，200mM醋酸铵水溶液比25mM醋酸铵水溶液产生更小的液滴，因此更高的醋酸铵浓度可以分析更高的抗体浓度，而不会形成人工二聚体等。较低的样品流速也会产生更小的液滴。但电喷雾在非常低或非常高的流量下都不稳定，因此需要调整所有条件以产生稳定的电喷雾。以300nL/min的速度电喷雾100mM醋酸铵溶液可产生平均直径为250nm的液滴，并允许分析物浓度高达约1微摩尔，同时将人工聚集体的形成降至最低。
图1中呈现了本专利中所描述的装置的概略图。使用电喷雾离子源104电喷雾样品溶液102，例如，溶解在乙酸铵稀溶液中的抗体。优选的电喷雾离子源是产生单电荷离子的电荷减少源。将离子引导至纳米微分迁移率分析器(nDMA)106。在标为nDMA的插入图106a中更详细地示出的nDMA提供了一种引导特定迁移率的离子通过加湿器的方法，之后离子被引入到离子聚焦装置中。应当理解的是，先前已经描述了许多不同类型的加湿器和离子聚焦装置。在此，我们经常提到用于控制载有离子或粒子的气流的水蒸气含量和温度的加湿器。用于加湿气流的替代实施方式的实例是起泡器。控制气流温度的单元的替代实施方式的实例是加热管的激冷管。离子聚焦漏斗，但任何类型的离子聚焦设备都可以用作漏斗形设备的替代品。如本专利中所描述的，当离子通过漏斗时，离子聚焦漏斗将离子集中到聚焦漏斗的中心线，以便将离子有效地引导到收集表面，例如，位于离子聚焦漏斗处的低温电子显微镜网格，位于聚焦漏斗的出口端。可以使用低温电子显微镜网格以外的收集表面，并将受益于离子聚焦的使用。我们经常提到的低温电子显微镜或低温电子显微镜网格用于表示用于分析样品的示例性应用或示例性后续分析方法。用于提供离子聚焦的替代实施方式的实例是电阻圆柱体或管，例如，来自Photonis Inc.的电阻玻璃，或者用抗静电塑料(例如聚氨酯)制造的圆柱体或管。
本专利中的示意图使用带有实线的箭头来指示流体的流动和流动的方向。带虚线的箭头用于识别示意图中的组件。再次参考图1，液体样品通过毛细管(例如50μm内径×220μm外径熔融石英毛细管(Trajan Scientific，PN 062444))导入电喷雾离子源。电喷雾离子源中产生的电荷减少的电喷雾离子被引导至nDMA。迁移率选择的离子或带电粒子进一步被引导通过温度和湿度控制设备108，并且甚至进一步进入离子或粒子聚焦漏斗110，在此它们被沉积到由支架114支撑的收集表面112上。图1中的插图106a示出了nDMA的操作。离子或带电粒子116的混合物被引导到沿着nDMA的外壁的内部的环形空间中。离子或带电粒子与清洁鞘气流118合并，然后暴露于由供应到圆柱形内部元件120的电压提供的电场。插图示出了施加到内部元件的固定电压的结果。特定迁移率122的离子被引导穿过出口管124。
图2详细示出了本专利中描述的技术的一种实施方式。毛细管1将液体样品输送至电喷雾离子源2。液体样品包含分析物分子。示例性样品是溶解在100nm醋酸铵中的抗体。优选的毛细管是聚酰亚胺涂覆的熔融石英毛细管，外径220中的抗内径500中并且长度小于30cm，例如来自澳大利亚Trajan Scientific的PN 062462。毛细管1在其入口处设有加压样品源，例如连接到微流体泵的注射泵或自动进样器，微流体泵向样品施加压力，使其穿过毛细管1。毛细管1还设有电连接1a，将来自电源1b的电压连接至流过1a的液体样品，以产生电喷雾。在优选实施方式中，电连接是不锈钢微流体联合体(例如，IDEX Healthcare)。有时，在毛细管堵塞后需要用新的毛细管更换电喷雾毛细管1。由于高压连接1a具有高压，例如2kV，因此在更换毛细管时去除高压是安全要求。如果在更换毛细管时没有从1a去除高压，则在从高压源1b通向高压连接1a的高压线路中安装限流电阻器和泄放电阻器。图2中的1c的放大图示出了限流电阻器和泄放电阻器的组合1c。1c中的每个电阻器都是5kV 1M欧姆电阻器。如果在向1a提供高电压的同时操作者触摸1a，则1c降低但没有消除潜在的高电压暴露。
生产电喷雾实践中的技术人员会知道，毛细管1出口端上的尖端能够形成稳定的电喷雾。毛细管1上的尖端保持在电喷雾离子源2内部的中心位置。电喷雾离子源2包含放射性钋210的小型密封源，例如来自纽约州格兰德岛NRD，LLC的P-2042型核点。钋210原子衰变释放的α粒子在电喷雾液滴附近产生双极空气离子云。由钋210α粒子产生的双极空气离子与电喷雾液滴所携带的电荷相互作用，导致液滴上的电荷降低到较低水平，使得已知部分的液滴携带玻尔兹曼电荷预测的单个电荷。产生单电荷离子的重要性将在后面描述。电喷雾离子源2的设计遵循先前设计用于减少电喷雾液滴和离子上的电荷的离子源，例如Kaufman等人、Fernandez等人以及Hogan等人描述的设计。本专利中描述的技术提供了对Kaufman等人、Fernandez等人以及Hogan等人的设计的改进。在本专利中描述的技术的优选实施方式中，设有加压干燥空气源的质量流量控制器3a向离子源2提供1.5Lpm的干燥空气。设有加压CO2供应的第二质量流量控制器3b向离子源2提供0.2Lpm的干燥空气。将空气和CO2的混合流引入电喷雾离子源2提供了将从毛细管1尖端释放的电喷雾液滴携带通过电喷雾离子源2主体的手段。在电喷雾离子源2主体中，电喷雾液滴在行进通过电喷雾离子源2时与气体和空气离子相互作用。质量流量控制器的使用实现了对提供给电喷雾离子源2的气体的更好控制，Kaufman等人、Fernandez等人以及Hogan等人先前已对此进行了描述。质量流量控制器比前面描述的转子流量计提供对这些气体流量更稳定的控制，特别是当压缩空气的供应由空气压缩机提供时，因为压缩机输送的压力不是随时间恒定的，而是在压缩机泵的开启和关闭循环期间上升和下降。
继续参见图2，将摄像机(例如Dino-Lite型号AD4113TL，www.dinolite.com)连接到离子源2并聚焦在电喷雾毛细管1的末端的尖端上，作为在电喷射样品期间检查泰勒锥(Taylor cone)的方法。电喷雾离子形成领域的技术人员将理解检查泰勒锥的稳定性的能力的实用性。泰勒锥描述了从电喷雾毛细管尖端喷出的液体的尖形形状。泰勒锥的实时视频图像使操作员能够检查泰勒锥并调整提供给样品的电压，作为产生稳定泰勒锥的方法，即不闪烁的泰勒锥产生稳定的离子流。本专利中所描述的技术中的摄像机的实现是对Kaufman等人、Fernandez等人以及Hogan等人所描述的装置的改进。因为泰勒锥的图像可以用摄像机以高放大倍率检查。在本专利中描述的技术的优选实施方式中，使用Dinolite(www.microscopes.com)型号AD4113TL相机来可视化电喷雾离子源2中的泰勒锥。
2.选择具有特定电迁移率的离子
离子源2中产生的电喷雾液滴在它们行进通过电喷雾离子源2时蒸发。当液滴蒸发时，每个液滴携带的电荷被转移到电喷雾液滴携带的分析物分子。蒸发导致气相分析物离子的形成。气相分析物离子通过出口管4从电喷雾离子源2导出。出口管4将离子传导至纳米DMA 5，其中分析物离子根据其电迁移率被分离，如图1中插图所示。
在优选实施方式中，nDMA 5是纳米DMA(TSI，Inc.，型号3085)。nDMA 5使用由25psig干燥空气源和质量流量控制器6(例如，Sierra Instruments，蒙特利，加利福尼亚州)提供的鞘流空气进行操作，向nDMA 5上标记为“鞘流”的端口提供20Lpm的空气。nDMA可以选择以20Lpm以外的鞘流运行，例如，5-40Lpm范围内的鞘流，以便选择特定尺寸的离子或带电粒子可从中传导通过nDMA的离子或电荷粒子尺寸的范围。5Lpm的鞘流提供了一系列可选的粒子和离子尺寸，该范围小于通过nDMA传导的粒子和离子范围，而nDMA以40Lpm的鞘流运行。
微分迁移率分析仪实践中的技术人员将理解以离子和带电粒子的过滤器来操作微分迁移率分析仪操的概念。在本专利中描述的技术中，型号3085提供了从具有大得多的尺寸范围的离子群中选择具有窄的尺寸范围的离子的手段。型号3085的操作条件提供了选择离子子集的方法，这些离子的范围约为直径2纳米和200纳米之间。术语“选择离子子集”是指鞘流气流和施加到nDMA 5内部元件的电压的条件。例如，当使用20Lpm的鞘流并且将180伏施加到nDMA的内部元件时，直径接近7nm的单电荷离子可通过nDMA传输。使用20Lpm鞘气流并向nDMA内部元件施加180伏电压是允许单电荷白蛋白离子通过nDMA的操作条件。术语“迁移率选择的离子”是描述为了选择离子子集的目的而被引导通过nDMA的离子的表述。
nDMA 5可以选择的粒子或离子尺寸的精确范围由nDMA 5制造商提供。除了鞘流之外，还向nDMA 5提供载离子气体流。电喷雾离子源2提供了通过管4从电喷雾源2传导至nDMA5的载有离子的气体流。气体流将迁移率选择的离子带出nDMA 5。
本装置中的nDMA 5使用两种不同的技术产生迁移率选择的离子。在第一种技术中，施加到nDMA 5的内部元件的电压是斜坡电压。斜坡电压的一个实例是从施加到nDMA 5内部元件的0伏电压开始，并在几分钟内升至10kV。在斜坡时间期间，随着施加到nDMA 5的内部元件的电压增加，迁移率逐渐降低的离子被传导通过nDMA 5。斜坡电压用于生成迁移率谱，如图24至图28所示。斜坡电压还可用于确定将具有特定迁移率的离子传导至收集表面(例如低温电子显微镜网格)所需的电压。通过记录迁移率谱中峰值相对于斜坡时间或斜坡电压的位置，可以推断出记录峰值期间施加到nDMA 5内部元件的电压。在第二种技术中，施加到nDMA 5的内部元件的电压是固定电压。固定电压对于将具有特定迁移率的离子长时间传导至收集表面是有用的。通过驱动National Instruments USB-611模块的定制软件向nDMA 5提供固定和斜坡电压。611模块通过模拟信号连接到高压电源，例如Bertan型号255。型号255的输出连接到nDMA 5的内部元件。
优选地平衡提供给nDMA 5的流入鞘流和从nDMA 5离开的流出鞘流的流量。平衡流量是通过阀7实现的。阀7对携带迁移率选择的离子离开nDMA 5的气体的流动提供流动限制。在优选实施方式中，阀是Swagelok型号SS-1RS4-A阀。调节阀7提供了一种平衡通过nDMA5的鞘气输入和输出流量的方法，同时nDMA 5使用质量流量控制器操作，以建立通过nDMA 5的鞘流。在观察由流量计指示的气体流速的同时执行阀7的调节。当流量计指示的流量与质量流量控制器6设定的流量相等后，可以理解的是，流量是均衡的。与不能由第三方软件控制的TSI公司型号3080提供的再循环流量相比，质量流量控制器6可以通过从IonDX(Monterey，California)获得的定制软件容易地调节。
nDMA制造商提供了一种基于闭路循环鼓风机(型号3080)来平衡输入和输出鞘气流的方法。使用循环鼓风机将特定体积流量的鞘气引入nDMA，然后从nDMA中抽出等体积流量的气体。型号3080提供的鞘气再循环流量不足以提供高达40Lpm的鞘流。型号3080提供的再循环鞘流通过nDMA使室内空气再循环。在使用型号3080进行实验并使用循环鼓风机的过程中，由于电喷雾离子源提供的气流与鞘气流的部分混合，水蒸气在鞘流中积聚。本专利中描述的技术建立了鞘流条件，其中进入的鞘流由提供给质量流量控制器6的干燥气体连续地供应。本设计相对于型号3080的优点是更好地控制所选择的离子群通过nDMA 5。在本专利所描述的技术中，所有选定的离子都穿过具有已知且受控的水蒸气含量的鞘气流。因此，本设计提供了对将被引导降落在收集表面上的离子的更精确的控制，因为鞘气的水蒸气含量影响离子的电迁移率。此外，穿过潮湿气体的离子比穿过干燥气体的离子稍大，因为穿过潮湿气体的离子会积聚一些水分子。出于选择具有特定电迁移率的离子或粒子的考虑，如实施离子迁移谱测定的技术人员所理解的，本专利中描述的技术应当被理解为对通过nDMA5传导的离子提供更精确的控制。在本说明书的后面，将描述本公开中描述的技术的一项规定，其中鞘气流的水蒸气含量任选为可调节的参数，这是型号3080没有提供的能力。
在本专利中描述的技术的一种实施方式中，迁移率选择的分析物离子通过阀7离开纳米DMA 5并且经由管8仅传导至离子检测器19，如图2所示。图3中更详细地描述了离子检测器19。离子检测器19用作粒子和离子过滤器。通过管8传导的载有离子的气体被传导通过在50mm长的5mm×4mm内径玻璃管302中的20mm长的细网钢丝棉300的塞子。在气流通过钢丝棉之后，所产生的无粒子且无离子的气体从玻璃管302的远端逸出，如代表气流流线的弯曲箭头304所示。钢丝棉经由固定在离子检测器310或19的壁中的BNC连接器308电连接到皮安计306，例如Keithley型号6400，如图2所示。带电粒子和离子经钢丝棉过滤后所携带的电荷转移至钢丝棉，并进一步由皮安计306检测为电流。玻璃管的10mm长的入口部分被密封在5mm内径×60mm长度的黄铜管312的内部。黄铜管312通过塑料垫圈314固定在4.5”×3.5”×2”金属外壳310壁上的孔中。金属外壳连接到电接地316，用于在钢丝棉周围提供电屏蔽，使得可以在不受环境电噪声干扰的情况下测量小电流。
如上所述，可以将斜坡电压或固定电压施加到nDMA 5中的内部元件。当提供到nDMA 5的内部元件的电压斜坡化时，可以使用离子检测器19来记录离子迁移谱。当选定迁移率的离子被引导至离子检测器19时，离子电流由离子检测器19检测。离子检测器19还可以用于在将固定电压施加到nDMA 5的内部元件时监测离子电流。当固定电压施加到nDMA 5的内部元件时，离子电流提供了在离子流进一步传导通过本专利中描述的技术的组件之前离子电流的幅度的参考信号，并且可用于确定离子在通过组件期间损失的程度。通过计算离开组件的离子电流与在nDMA 5出口处测得的离子电流之比来确定通过系统组件期间损失的离子分数。
3.将迁移率选择的离子暴露于受控湿度
再次参考图2所示，在本专利中描述的技术的一种实施方式中，迁移率选择的分析物离子通过阀7离开纳米DMA 5并通过管8引导至加湿器12a。加湿器提供了一种控制载有离子的气体流的温度和水蒸气含量的方法。温度控制模块10a加热加湿器12a内部的水，并且当设置为特定温度时在载有离子的气体中产生预定水平的湿度。湿度受控的载有离子的气体由8导入露点传感器13a，例如Easydew在线监测器，型号0422，Mitchell InstrumentsHauppauge，NY，然后导入离子聚焦室9。第二加湿器12b提供了一种控制从nDMA5逸出的鞘气的露点的方法。鞘气通过侧端口11从nDMA 5逸出。鞘气被引导至加湿器12b。加湿器12b与加湿器12a的操作相同。湿度控制器还控制气流的温度。在加湿器的优选实施方式中，湿度受控的鞘气从14导入露点传感器13b，然后导入离子聚焦室9，用作离子聚焦室9中的鞘流。加湿器的优选实施方式是稍后在图4中示出。还应当理解的是，加湿器12a和/或加湿器12b可以在没有电力的情况下操作，以便不提供加湿。此外，可以操作加湿器来降低气流的温度，作为降低气流湿度的方法。在另一种实施方式中，加湿器可以以冷却气流并导致水蒸气凝结到穿过加湿器的离子或粒子上的方式操作。这种操作模式提供了一种将载有离子的液滴沉积到收集表面上的方法。在另一种实施方式中，加湿器可以以当冷凝液滴通过加湿器时冻结它们的方式操作。这种操作模式提供了一种将微小冰球中的离子或粒子沉积到表面上的方法。
从露点传感器13a和13b导出的受湿度控制的气流被引入到离子聚焦室9中，其中离子进入离子漏斗14以便将离子朝着漏斗14的中心线聚焦，以达到聚焦和引导离子和/或粒子降落到收集表面，例如低温电子显微镜网格。聚焦室9的设计提供了一种将离子聚焦在湿度受控气体中的方法。在本专利所描述的技术中，对通过漏斗传导离子的气体的湿度的控制是重要的参数。湿度影响离子或粒子的水合程度。较高的湿度会产生具有较高水合水平的离子。本专利中描述的技术提供了将具有特定水合水平的离子沉积到着陆表面(例如低温电子显微镜网格)上的方法。通过控制含离子气体的湿度来建立特定的水合水平。特别重要的是产生水合离子的湿度水平，同时保持较低的湿度水平，以防止在离子沉积到冷却的收集表面上期间水蒸气凝结到收集表面上。在所公开的装置的一种用途中，期望在低温电子显微镜网格附接到指形冷冻器时防止冷凝到低温电子显微镜网格的收集表面上。在使用所公开的装置进行的其他类型的研究中，期望研究加湿粒子中的化学反应，以便产生在室外环境(例如在雾或云中)中发现的反应条件。上圆柱体17和下圆柱体18包括聚焦室9的主体。圆柱体17和圆柱体18可以分离以接近杆16的端部15，以便加载或移除收集表面，例如，从杆16的端部15加载或移除低温电子显微镜网格。
图4中进一步详细描述了加湿器12a和12b的优选实施方式，其中加湿器以向气流添加水蒸气的方式操作。加湿器12a和12b各自包含容纳在金属管19A中的润湿的管状芯19。管19A被由温度控制模块10a控制的电阻管加热器21包围。通过管状芯19的空气吸收从芯19蒸发的水蒸气，从而加湿空气流。管状芯19的实例是1/4英寸直径的3层厚过滤膜卷，例如，来自Millipore-Sigma的DVPP。管状芯19通过入口管22和出口管23保持就位。芯19的出口端23位于水25中。毛细管作用将水25吸入芯19，以保持芯湿润。芯的这种设计类似于Herring、Spielman和Lewis在美国专利11,029,240B2中描述的芯，润湿芯的操作提供了产生载有离子或载有粒子的液滴的条件。
4.聚焦离子撞击低温电子显微镜网格
离子聚焦室9中离子聚焦的实现是基于文献中描述的现有技术。Baker等人、Belov等人、Chaudhary等人、Clowers等人、Ibrahim等人、Julian等人、Kelley等人、Kim等人、Page等人、Tang等人和Wyttenbach等人描述了离子漏斗的设计和操作，作为提高电喷雾质谱仪性能的方法。现有技术中描述的离子漏斗通常用在质谱领域中以捕获电喷雾离子羽流并将它们有效地引导到质谱仪的真空室内部的收集表面上。离子漏斗也已用于离子迁移率质谱仪，但同样是为了将离子有效传输到真空室中。使用离子漏斗来聚焦然后将低速离子沉积到目标上，例如，本专利中的低温电子显微镜网格，并不是离子漏斗现有技术的描述的明显扩展。TSI有限公司开发了一种称为纳米气溶胶采样器型号3089的市售设备，其目的是将带电粒子沉积到保持在大气压力气体(例如，室内空气)中的收集表面上。它使用极性与感兴趣的粒子所携带的电荷极性相反的电压作为将带静电粒子吸引到沉积表面上的方法。在此设备中，将<±10kV的电压施加到收集表面，以静电吸引带电粒子降落在位于纳米粒子采样器内部的收集表面上。纳米气溶胶采样器的使用尚未被描述为软着陆装置，因为安装在纳米气溶胶采样器内部收集器杆上的收集表面施加了高电压。
参考图5所示，离子聚焦漏斗14施加围绕气体和分析物离子流的电场，导致分析物离子朝离子漏斗的纵向中心线移动，在那里它们在靠近漏斗的中心线处集中，即聚焦。聚焦的离子被流经漏斗的气体引导至接近杆16的端部15。杆16被设计成装配到腔室18的底部上的滑动密封件中。诸如O形环密封件的滑动密封件允许杆移入和移出腔室18。引导离子或粒子接近杆16的端部15的气流将离子或粒子推近杆16的端部15，从而允许扩散以将一部分离子沉积到杆16的端部15上。在本专利中描述的装置的一种实施方式中，低温电子显微镜网格安装在杆16的端部15上并且扩散作用以将离子沉积到低温电子显微镜网格上。在本专利中描述的技术的另一实施方式中，杆是指形冷冻器。制冷领域的技术人员将会理解，指形冷冻器提供了一种冷却杆16的端部和附接到其上的收集表面的单元，作为保存沉积在收集表面上的物质(例如蛋白质)的单元。在离子聚焦室的另一实施方式中，杆16连接至电压源并利用吸引离子朝杆行进的电压供电，例如施加负电压以提高收集正离子的效率。应当理解的是，收集不限于正离子，也可以在离子和收集表面的极性反转后收集负离子或粒子。
继续参考图5，离子聚焦室9和离子聚焦漏斗14的设计和操作的进一步细节示出了引导离子通过管8的延伸部进入离子聚焦漏斗14的入口的单元。通过管11的延伸部分传导的湿度控制的气体通过扩散器26。扩散器26对湿度受控气体的流动提供阻力，导致湿度受控气体在扩散器26的入口处膨胀，如气体扩散27所示。因此扩散器26提供均匀的流动穿过管状柱17的直径的气体。所产生的均匀分散的鞘气流围绕着由管8引入的载离子气体流。可以理解的是，围绕来自管8的载离子流的均匀流是离子聚焦漏斗14中的鞘流。当载离子气体流过离子聚焦漏斗14时，鞘流继续围绕这些气体流。本专利中描述的技术的优选实施方式引入2.0Lpm的载离子气体和20Lpm的鞘气进入离子聚焦漏斗14。
继续参考图5所示，五个圆形金属丝环包括聚焦漏斗14的静电聚焦元件。该设计不限于金属丝环，而是可以包括使用具有中心孔的圆形板堆叠形成的电极。环28是示例性环。离子通过最宽直径的环进入漏斗并通过最小直径的环离开漏斗14。图5示出了用带子和由四个肋支撑的五个环组装而成的示例性漏斗。图29是示例性环支撑柱。离子聚焦漏斗14的优选实施方式是一个圆形带和五个圆形聚焦环的堆叠。带子的直径为58mm，环是直径为50、41、32、24和15mm的金属丝圈，由1mm厚(直径)的不锈钢丝制成。五个环由六个肋支撑。肋骨组件采用ABS塑料3D打印而成。环组件的总长度为70mm。串联连接在电压源31和电接地32之间的五个电阻器30包括用于向每个环提供电压的分压器。在本专利中描述的技术的优选实施方式中，通过环与分压器中的电阻器30之间的电连接，将1kV的示例性电压提供给最小的环，并且分别将0.8、0.6、0.4、0.2和0kV提供给直径越来越大的环中的每一个。聚焦漏斗14的操作不限于1、0.8、0.6、0.4、0.2和0伏特，但也可以使用射频电压供电。
图6中示出了离子聚焦漏斗14的进一步示意图。具有入口部分602、出口部分604和中间部分606的圆柱体(600)包括3D打印部件的组件。诸如不锈钢的金属片带(0.015”厚)缠绕在中间部分606的整个宽度和圆周上，并且缠绕的金属片的端部固定在一起以形成圆柱体。该金属圆柱体称为带，见上文。六个肋608从600的内径向600的纵向轴线的中心延伸。肋608附接至中间部606的内表面并朝向600的纵向中心线成角度。肋相对于600的纵向中心线的角度由角度610示出。肋的横截面的较长尺寸与图8A中的半径806对齐。五个直径为1mm的孔沿肋条的长度等距分布。肋条中的孔612为1mm厚的铜线环提供支撑。
离子聚焦漏斗14入口的端视图如图7中700所示。六个肋均匀地分布在入口部分600的圆周周围，并从600的内径向600的纵向中心线延伸。7022示出了组件700是较大组件的特征，如由保持聚焦漏斗14与出口组件704连通的特征的等距绘制所示。六个肋从704的内径向704的中心延伸，其中肋附接到居中的1/4”内径圆柱体706。圆柱体706是用于将离子收集基座固定在漏斗出口的中心的固定装置。
图8A中示出了离子聚焦漏斗14的实施方式的进一步示意图，其中图800示出了离子聚焦漏斗14的入口的端视图。沿着800中的半径绘制的线是保持丝线的肋608。丝线802在800中用圆圈表示。图804示出了丝线802到聚焦漏斗14的肋的附接。可以理解的是，对丝线的引用与丝环同义。
图8B中示出了漏斗14的附加视图。图806是支撑金属带808和肋810的3-D打印组件的侧视图。图700和704示出了漏斗14的端视图。
端视图700是投影到漏斗入口的视图，并且显示了从入口环808朝向漏斗14的小端延伸的漏斗14的肋608。肋相对于部件的中心线的倾斜用角度来描述610。在优选实施方式中，角度610是42度。端视图704揭示了看起来像轮子中的辐条的配置。不要与端视图700中的肋混淆，辐条从604的外周向它们相遇的部分的中心延伸，以提供圆形支撑，用于在插入穿过圆形支撑时维持基座(未示出)处于居中位置。图8B的中心面板提供了聚焦漏斗14的等距视图并揭示了肋和辐条的位置。
如图9示出了用于将收集表面保持在杆16的端部15上或管41的端部上的固定装置900。附接至杆16的端部15的短管状部分38将低温电子显微镜网格39固定在杆16的端部15上。在优选实施方式中，杆和管状部分的外径为0.25”，管状部分的高度为0.031”，管状部分的内径为0.25”，低温电子显微镜网格的直径为0.118”(3mm网格)。外管41和内管40连同用于固定低温电子显微镜网格的装置一起被统称为基座900。固定装置902进一步示出了用于将低温电子显微镜网格固定到离子收集基座的端部上的另一种装置。902的最宽直径为1/4英寸，通过胶水或一段螺纹杆(例如，1/4英寸长的4-40紧定螺钉)连接到杆或管(又名基座)的端部。固定装置902具有用于固定低温电子显微镜网格的顶部部分、用于容纳附接到较大直径杆的锥形过渡部分。顶部特征是浅埋头孔室，设计用于容纳低温电子显微镜网格。狭槽可让镊子进入安装在腔室中的收集表面。固定装置902从0.25”直径到0.15”直径的锥度用于减小固定装置的横截面，使得横截面与载有离子的空气流的相互作用最小化，从而为离子撞击低温电子显微镜网格提供了引导，而不会将湍流引入将降低沉积效率的载有离子的气流中。气体动力学和物体周围气体流动的实践和设计领域的技术人员会理解，最小化基座的横截面最小化了气流流线的重定向，其中分散的流线不利于将离子引导到收集表面上，因为分散的流线不利于将离子引导到收集表面上，因为分散的流线引导离子远离低温电子显微镜网格。
在另一个实施方式中，杆16或管41由电绝缘的1/4”外径管(例如，白色聚甲醛树脂)制成。Delrin管提供了一种电隔离收集表面的装置，例如，附接至Delrin管末端的固定装置902。在该配置中，屏蔽电缆穿过Delrin管的孔，并且屏蔽电缆的导电内部元件附接到固定装置902。电缆提供了将电气固定装置902连接到皮安计(例如，Keithley型号6400皮安计)的装置，用于测量离子被引导着陆到固定装置9092上或连接到固定装置902的低温电子显微镜网格期间的离子电流。在引导离子着陆在低温电子显微镜网格上的时间期间测量离子电流提供了有助于计算在给定收集时间间隔期间沉积的离子总数的信息。
在一种实施方式中，固定装置902、杆16被替换为由内管40和外管41组成的管组件，如图9所示。将诸如冷冻防冻溶液或液氮吹出气体之类的冷却流体以提供冷气体或液体以接触低温电子显微镜网格39下方的表面的方式引导至内管40中，以达到冷却低温电子显微镜网格的目的。然后冷却流体穿过管之间的环形空间42并且被丢弃或返回到冷却流体源。位于低温电子显微镜网格39下方的表面上的温度传感器43提供用于控制低温电子显微镜网格39的温度的信号。更详细地，如903所示，管状部分38设有狭槽44，以便诸如镊子的装置可以通过狭槽44插入以拾取或放下低温电子显微镜网格。
图10A和图10B中示出了使冷冻剂流过基座900的装置。使用内管40和外管41输送冷冻剂1000向基座900的端部提供冷却，低温电子显微镜网格可以安装在基座900上。温度传感器1002安装在基座900的端部的内侧上。温度传感元件可以是热敏电阻、铂电阻温度传感器或热电偶中的任意一种。温度传感元件通过穿过内管40和外管41之间的环形空间的丝线1004连接到温度读出装置。温度读出装置可以是数字温度显示器，包括提供放大温度信号，以提供可用于控制冷冻剂流量的辅助信号。控制冷冻剂流量提供了建立特定温度来冷却低温电子显微镜网格的方法。可以理解的是，冷冻剂的较高流速将提供较低的温度，而冷冻剂的较低流速将提供较高的温度。控制基座端部温度的装置的实例是诸如可从康涅狄格州诺沃克的Omega Engineering获得的温度控制器。温度控制器接收温度信号，例如由热电偶产生的mV信号，并打开或关闭用于控制冷冻剂流的电开关。在基座末端建立的最终温度是冷冻剂流量、基座末端的热质量以及经过基座末端的载离子气体流量的函数。
在一种实施方式中，冷冻剂流1000通过内管40输送到基座900。在离开位于外管41内部的内管40的端部之后，冷冻剂1000流过内管40和外管40之间的环形空间，并从外管41的开口端逸出，如1006所示。冷冻剂通过连接到杜瓦瓶(dewar)1010的绝缘管1008输送到基座900。在一个实施方式中，杜瓦瓶容纳液氮1012，并且内管被密封至杜瓦瓶1010，使得内管40的端部以允许液氮吹出气体进入内管40的方式延伸到杜瓦瓶1010中。液氮不进入内管40。可以理解的是，液氮在杜瓦瓶1010中会缓慢沸腾并产生冷氮气吹出气体。本专利中描述的装置的特征是控制液氮沸腾的速率。通过控制沸腾速率，可以控制吹出气体的流量。图10A至图10C中示出了用于控制液氮沸腾速率的装置。加热元件1014浸入液氮1012中并且提供给加热元件1014的电流导致液氮沸腾。提供给液氮的热量由温度控制模块1016控制。用于向液氮提供热量的电路的实例在图10C中示出。可以理解的是，电路原理图中的电池为锂离子电池(例如，型号1650电池)，电阻为金属膜电阻，其欧姆值在指示值的+/-1％之间。可以理解的是，电路示意图中的DVM通过使用温度-电阻转换方程将所指示的电阻转换为温度来用于温度指示。在一种实施方式中，电路中的开关(SW1)可以用温度控制器(例如，OmegaEngineering)上的开关闭合连接来代替。还可以理解的是，图10B中的加热元件是标记为1N4148的电路元件，其是反向偏置二极管。控制液氮沸腾速率不限于使用图10C所示的加热器和加热器电路。电阻器(例如，100K欧姆电阻器)和可调低压电源的简单组合将提供另一种向液氮加热的方法，即通过使电流流过浸没在液氮中的100K欧姆电阻器。增加电源提供的电压会增加沸腾速率，降低电压会降低沸腾速率。图10C中所示的电路的使用提供了对固定装置902的温度的自动控制。
图11示出了离子聚焦室9和组件702(图7)的另一个特征。在将离子沉积到附接到基座900的端部的低温电子显微镜网格上之前和之后，需要一种装置来将基座900从离子聚焦室18插入和移除。可以理解的是，基座900滑动通过704中的开口706并且值得注意的是，所述开口706提供了将基座900的纵向中心线与聚焦漏斗9的纵向中心线对准的装置。还需要将基座900的端部定位在聚焦漏斗14中的最小环下游预定距离处。止动环1100附接至基座900以控制可插入到702中的基座900的长度。止动环还起到安全特征的作用，并且防止基座900插入得太远并且在基座900接触聚焦漏斗14的最小环的情况下产生放电。
参考图12所示，圆柱体腔室17和18提供了一种防止离子在沉积到低温电子显微镜网格上之后暴露于室内空气的装置。腔室17和18的直径足够大，以给操作员提供足够的体积来执行与从转移箱装载、卸载和转移样品基板或将样品基板转移到转移箱中有关的任务，它们被放入用于保存样品的辅助腔室中。每个腔室的合适尺寸是直径6”和高度10”。低温电子显微镜分析领域的技术人员将理解需要在低温下保存样品，特别是蛋白质分子。将离子沉积到低温电子显微镜网格上后，需要将离子存储在液氮中以保存离子。为此，将加载的低温电子显微镜网格从杆16的端部15移除，并投入到保持在腔室18内部的液氮瓶中。腔室17设计成与腔室18配合，从而允许两个腔室易于组装或拆卸。腔室17的直径等于腔室18的直径，从而允许腔室17和腔室18端对端对齐以形成单个圆柱体。利用腔室18的端壁中的O形环槽将O形环45固定就位提供了将两个气缸密封在一起的装置。当两个腔室附接在一起时，由气源46提供的干燥空气或液氮吹出气体流穿过腔室18并通过腔室17上的端口19排出。当腔室17和腔室18被拆卸时，来自46的气流从室18的顶部排出，如47所示。通过将杆16的端部15撤回腔室18的内部，杆16的端部15沐浴在由46提供的液氮吹出气体中，允许在不将杆16或指形冷冻器41暴露于潮湿的室内空气的情况下拆卸腔室17和18。将附接至杆16的端部15的低温电子显微镜网格浸入由46提供的干燥气体中，防止当低温电子显微镜网格附接至指形冷冻器41的末端时水蒸气凝结在低温电子显微镜网格上。然后可以用镊子拾取41的端部并转移到位于腔室18内部的小瓶48中。在本专利中描述的技术的一个实施方式中，小瓶48支撑低温电子显微镜网格保持器49并且含有液氮。
聚焦漏斗14的设计的理论验证可通过离子通过聚焦漏斗时所遵循的轨迹的SIMION模拟来提供。SIMION软件可通过新泽西州林戈斯市(Ringoes)的ScientificInstrument Services(SIS)进行商业销售。为了模拟本专利中描述的设备中的离子轨迹，还可从SIS获得的SDS用户程序被修改以支持预测的携带离子通过聚焦漏斗的一定范围的气体速度的实现。那些了解使用计算流体动力学模型来模拟从突出到周围腔室的端口发出的气体的技术人员将认识到，发出的气流将发散。气流发散的程度取决于气体条件，例如，气压、气体流速、端口直径、腔室的物理尺寸以及气体从腔室排出的速率。可以在流体模拟中引入其他参数，以使模拟更加准确，例如，气体的分子量、整个腔室的压差、气体温度以及流动是层流还是湍流。
为了模拟本专利中所描述的装置中的气体流动，假设聚焦漏斗中的气体流动是层流，发生在维持在室温的端口和室内的大气压下。还假设从沿着聚焦漏斗14的中心线定位的端口8发出的气流随着其流过聚焦漏斗14而膨胀，如图13所示。图13示出了从端口8发出的气流流线以及当气体通过聚焦漏斗14时气流的径向扩展。除了由端口8引导到聚焦漏斗14中的载有离子的气体流之外，由导体11提供的鞘流与载有离子的流汇合。下面的模拟使用简单的数学表达式来模拟从端口8发出的气体的膨胀。可以理解的是，载有离子的气体流围绕聚焦漏斗的中心线膨胀。使用表达式y-速度＝2e-6*(x-位置-5.1)/离子序列数^2来建立数学条件以模拟流动气体的膨胀。CFD实践中的技术人员将理解这是简化的表达式，并且在科学文献中可以获得更准确的表达式。这个简单的表达式充分模拟了流过聚焦漏斗的气体的膨胀，并提供了对在离子聚焦漏斗中实现离子聚焦所需的电压大小的初步估计。
如图14至图23示出了当载有离子的气体流被引导通过聚焦漏斗9时离子轨迹的SIMION模拟。气流携带离子通过漏斗，而施加到漏斗9中的电极的电压导致离子被引导朝向漏斗9的中心线。在图14至图23中，图标题揭示了离子聚焦条件。应当理解的是，“施加到聚焦漏斗的电压”或相关短语的使用是指施加到聚焦漏斗中最小环的电压。再次参考图5所示，分压器30一端具有电压，另一端具有电接地连接。“施加到聚焦漏斗的电压”是指施加到分压器的电压，该分压器也被提供到漏斗14中的最小环。分压器30将电压分配到漏斗14中的每个环。
在图14至图23中，左侧面板示出了当标题中指示的电压施加到构成聚焦漏斗的电极环时的离子轨迹模拟。这些图中的右侧面板出于比较离子轨迹模拟的目的而示出了当电压未施加到聚焦漏斗中的电极环时。右侧面板再现于图14至图23中。这些图中的小方块代表聚焦线的位置，并且可以理解的是，这些方块揭示了沿着聚焦漏斗的中心线切割的x-y平面的横截面图。为了进一步说明，环形电极在图8中用粗的垂直线示出。图14至图23中的左侧面板示出了当电压被施加到漏斗14时的模拟离子轨迹。离子轨迹用黑色实线表示。叠加在轨迹上的点代表计时标记。离子在图14至图23中描述的设备中从左向右流动，这些图中从左到右的点序列指示每10毫秒间隔离子的位置。每个面板右侧附近的5×5小方块簇代表离子沉积的基座。低温电子显微镜网格可以安装在基座的末端。每个面板左侧附近的5×5小方块簇代表离子进入漏斗14的端口。
图14至图23中示出了离子聚焦漏斗14相对于施加到漏斗14的电压大小和离子聚焦的实现的性能。载有离子的气体被导入离子聚焦漏斗14并随着其行进通过漏斗14而膨胀，如图14所示的。载有离子的气体从8的出口端出现时的流动由流动流线34描绘。熟悉气流流线的人员将认识到流线是悬浮在流动气体中的粒子所遵循的轨迹。他们还将认识到，当从管8离开的流进一步流入漏斗时，其直径会扩大。离子轨迹34发散，因为离子被气流拖拽并且随着气流膨胀而膨胀。现在参考图14中的左图，由于漏斗14内部电场的聚焦特性，离子轨迹继续扩展，然后开始会聚到杆16的端部15上。随着载有离子的气体进一步渗透到漏斗中，气体继续膨胀，但离子轨迹在区域35中不再膨胀。漏斗内的电场迫使离子朝漏斗的纵向中心线移动。当载有离子的气体更深入地渗透到漏斗中并到达区域36时，电场也增加并提供更强的离子聚焦效应，如朝向杆16的端部15聚焦的离子轨迹所示的。区域36中的离子的聚焦效应是由于聚焦环的直径减小，这对区域36中的离子产生更强的聚焦效果。
离子聚焦漏斗14的有效性可以通过将导体8输送的离子通量与沉积在棒16的端部15上或沉积在图14至图23所示的低温电子显微镜网格固定装置的端部上的离子通量进行比较来理解。终止于杆16的端部15的离子轨迹表示撞击端部14的离子通量，并且当相对较大数量的轨迹终止于杆16的端部15时，可以理解的是通量较高。当向漏斗14的出口环施加0伏特时，不会导致离子聚焦。然而，由导体8递送的一部分离子将直接穿过漏斗14并撞击附接到杆16的端部15上的低温电子显微镜网格。向漏斗14的出口环施加电压增加了终止在杆16的端部15上的轨迹的数量。熟悉离子聚焦漏斗操作的人将知道，向漏斗14的出口环施加更高的电压将引导更多的离子撞击杆16的端部15。
从图14中右侧面板的解释开始，离子轨迹从端口8开始，并朝着底座前进。靠近聚焦漏斗中心线的一部分离子，如其轨迹所示，直接穿过聚焦漏斗并撞击基座，但并非所有离子轨迹都终止于基座上。终止于基座的轨迹的分数是聚焦漏斗聚焦效率的量度。与未将电压施加到漏斗14时的电压条件相比，图14至图23中的左侧面板示出了将电压施加至漏斗14的结果。
图14至图23显示了使用不同聚焦电压、具有不同分子量的离子和具有不同电荷量的离子的一系列SIMION模拟。托珠单抗是分子量接近150kDa的抗体，可以被认为是测试软着陆装置的示例性物质。
图14至图23的示例性标题：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷800、1600、2400、3200、4000：施加到环形电极的电压，分别按施加到最大环和较小环的电压顺序列出。
(b)Vx＝0.5m/s：漏斗内的平均气体速度。
图14示出了使用以下方式进行的离子聚焦模拟：
(a)a M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗内x方向的平均气体速度，注意气体从最大环包围的区域流向最小环包围的区域。
图15示出了使用以下方式进行的离子聚焦模拟：
(a)a M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗内x方向(从左到右)的平均气体速度。
图16示出了使用以下方式阻止离子进入漏斗14的条件：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗14内x方向(从左到右)的平均气体速度。
图17示出了使用以下方式阻止离子进入漏斗14的条件：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗14内x方向(从左到右)的平均气体速度。
图18示出了使用以下方式进行的离子聚焦模拟：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗14内x方向(从左到右)的平均气体速度。
图19示出了使用以下方式进行的离子聚焦模拟：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗内x方向(从左到右)的平均气体速度。
图20示出了使用以下方式进行的离子聚焦模拟：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗14内x方向(从左到右)的平均气体速度。
图21示出了使用以下方式进行的离子聚焦模拟：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗14内x方向(从左到右)的平均气体速度
图22示出了使用以下方式进行的离子聚焦模拟：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗14内x方向(从左到右)的平均气体速度。
图23示出了使用以下方式进行的离子聚焦模拟：
(a)300kDa M+：离子质量和电荷。
(b)800、1600、2400、3200、4000：分别串行施加到最大环和最小环的电压。
(c)Vx＝0.5m/s：漏斗14内x方向(从左到右)的平均气体速度。
图14-图23示出的SIMION模拟的大体总结说明，与不存在离子聚焦的情况相比，本专利中所描述的装置的实施方式提供了离子到收集表面上的增强的沉积。应当理解的是，使用SIMION模拟研究的条件范围以及图示的附图并不将本专利中描述的技术约束或限制为仅实现所模拟的条件。在气体速度和施加电压的模拟条件范围之外还有其他条件，这些条件将提供离子聚焦和增强的离子沉积到收集表面(例如，低温电子显微镜网格)上。模拟条件(包括图14至图28所示的离子轨迹)不仅展示了与未向聚焦漏斗14施加电压的条件相比，可提高沉积到收集表面上的离子比例的条件，还提供了量化沉积离子动能的指标。如本专利多次所述，本专利所述装置的目的是提供一种将离子和带电粒子软着陆到收集表面的方法。使用SIMION软件进行的模拟显示了离子撞击收集表面时的能量。表1列出了图14至图28所示聚焦条件下离子撞击表面时的离子能量。更具体地说，表1总结了SIMION软件模拟的条件。离子分子量是指进入模拟的离子的质量。z代表离子携带的电荷数。Vx代表聚焦漏斗14中的背景气体速度。漏斗电压指加在聚焦漏斗14中各环上的电压，所列最高电压分配给最小的环。KE(动能)代表离子撞击收集表面时的能量。了解在表面上沉积离子和带电粒子的人都知道，小于1eV的沉积被认为是能量极低的撞击。表1中列出的低冲击能量提供了被称为软着陆的沉积条件。
图24至图28展示了对聚焦漏斗14施加电压所产生的聚焦效应的实验验证。图24至图28可以理解的是为离子迁移率光谱，其中y轴表示沉积到连接杆16的端部15的收集表面上的离子电流。图24显示了一个约0.02的信号(虚线)，相当于在漏斗14的出口环上施加零电压时，沉积到杆16的端部15上的离子流所产生的0.04皮安。将皮安计安装在棒16上并测量离子电流，可以测得撞击棒16的端部15的离子通量。当向漏斗14施加1000伏特电压时，撞击杆16的端部15的离子通量增加。图24中的实线表示通过对聚焦漏斗施加1000伏电压而获得的离子迁移率谱，同时对nDMA 5的内部元件施加的电压从0伏升至1000伏。该迁移率谱中的峰值表示不同类型离子的通量，因为nDMA 5内部元件上施加电压后，nDMA 5会传输不同迁移率的离子。当对nDMA 5的内部元件施加低电压(例如，175伏)时，相对高迁移率离子(例如，托珠单抗的三电荷单体(M+++，其中M代表托珠单抗的三电荷单体离子))会撞击基座，从而允许高迁移率离子通过nDMA 5。对nDMA 5内部元件施加较高的斜坡电压，可使越来越多的低迁移率离子通过nDMA 5。可以观察到，双电荷单体(M++)离子、接着单电荷单体(M+)、单电荷二聚体(2M+)和单电荷三聚体(3M+)依次通过nDMA 5，并在通过漏斗14聚焦后，随着施加到nDMA 5内部元件上的电压从低值升至高值，撞击到杆16的端部15。图24中的峰值根据其代表的离子类型进行了标注，总体上该峰值可以理解为表示离子迁移率谱。
图25示出了在使施加到nDMA5的内部元件的电压倾斜的同时将2kV施加到聚焦漏斗的效果。将图24中的迁移率谱与图25中的迁移率谱进行比较，可以发现当对漏斗14施加2千伏电压时，分配给M+++和M++离子的峰值较小，但M+、2M+和3M+峰值的高度有所增加。可以理解的是，聚焦漏斗14的电压从1kV增加到2kV时，M+++和M++离子被排斥到漏斗14的中心线之外，但M+、2M+和3M+离子的聚焦效率更高。图26显示了将加在漏斗14上的电压进一步增加到3千伏，代表2M+和3M+离子的峰高进一步增加，并开始分散M+离子，包括进一步分散M+++和M++离子。图27显示了在漏斗14上施加4千伏电压时出现的类似趋势。如图28所示，当对漏斗14施加5千伏电压时，这一趋势仍在继续。
图29是图24至图28所示结果的总结。图29中的三条曲线表示与M+、M++和2M+离子相关的离子电流对应的离子迁移率光谱中离子峰的高度，并显示M+离子的最佳聚焦电压为2kV，3至4kV之间的值可最佳聚焦2M+离子，1kV可最佳聚焦M++离子。
应该理解的是，本专利中描述的装置并不局限于本专利中描述的技术的优选实施方式的描述或图29中显示的离子信号。例如，离子源的另一种设计可以是加利福尼亚州蒙特雷IonDX公司提供的可变电荷还原源。加湿器12a和12b可以用恒温喷水器或空气喷射器代替，例如，Teesing公司的多孔金属喷射器(www.teesing.com)。此外，加湿器12a和12b还可以作为冷却器运行，以产生液滴或冷冻小冰球。
从本文的描述中可以了解到，本专利的技术包括多种实施方式，其中包括但不限于以下内容：
一种制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，所述装置包括：电喷雾离子源和以下装置中的一个或多个：(a)减少电喷雾液滴和离子上电荷的单元；(b)迁移率过滤器，其配置用于从离子混合物中选择具有特定构象的离子；(c)加湿器，其配置用于控制含离子的空气的露点和温度；(d)离子聚焦漏斗；(e)用于低温电子显微镜网格的支架；(f)配置为保持沉积的离子的构象的冷却基座；(g)用于保护沉积的离子的腔室；和(i)将沉积的离子或粒子转移到液氮中的单元。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，还包括减少电喷雾液滴和离子上的电荷的单元。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，还包括迁移率过滤器，其配置用于从离子混合物中选择具有特定构象的离子。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，还包括加湿器，其配置用于控制含离子的空气的露点和温度。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，进一步包括离子聚焦漏斗。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，还包括用于低温电子显微镜网格的支架。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，还包括用于保持沉积的离子的构象的冷却基座。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，还包括用于保护沉积的离子的腔室。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，还包括将沉积的离子或粒子转移到液氮中的单元。
前述任一实施方式中的制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，其中，所述减少电喷雾液滴和离子上电荷的单元包括210钋源，其中，α粒子从210钋释放到电喷雾液滴和离子中。
前述任一实施方式中的制备用于低温电子显微镜检查的样品的装置，其中，所述减少电喷雾液滴和离子上电荷的单元包括能量小于约20eV的电子源，其中，所述电子被释放到电喷雾液滴和离子中。
前述任一实施方式中的制备用于低温电子显微镜检查的样品的装置，其中，将沉积的离子或粒子转移到液氮中的单元包括镊子。
用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，该装置包括电喷雾离子源和以下装置中的一个或多个：(a)减少电喷雾液滴、离子和粒子上的电荷的单元；(b)迁移率过滤器，其配置用于从离子和粒子混合物中选择具有特定构象或尺寸的离子和带电粒子；(c)控制含离子或含粒子的气体的露点和温度的单元；(d)控制离子和带电粒子的水合作用的单元；(e)离子和带电粒子聚焦装置；(f)控制离子和带电粒子的动能的单元；(g)用于将离子或带电粒子沉积到其上的基底的支架；(h)将离子和带电粒子沉积到基底上的单元；(i)控制收集表面温度的单元；(j)用于保护沉积的离子或带电粒子的腔室；(k)用于将沉积的离子或带电粒子转移到辅助分析装置中的单元；和(l)用低温保护剂保存沉积的离子或带电粒子的单元。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，进一步包括减少电喷雾液滴、离子和粒子上的电荷的单元。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，进一步包括迁移率过滤器，其配置用于从离子和粒子混合物中选择具有特定构象或尺寸的离子和带电粒子。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，进一步包括控制含离子或含粒子的气体的露点和温度的装置。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，进一步包括控制离子和带电粒子的水合作用的单元。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，进一步包括离子和带电粒子聚焦装置。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，进一步包括控制离子和带电粒子的动能的单元。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，进一步包括用于将离子或带电粒子沉积在其上的基底的支架。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，进一步包括将离子和带电粒子沉积到基底上的单元。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，还包括控制收集表面温度的单元。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，还包括用于保护沉积离子或带电粒子的腔室。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，还包括将沉积的离子或带电粒子转移到辅助分析装置中的单元。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，还包括用低温保护剂保存沉积的离子或带电粒子的单元。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述减少电喷雾液滴、离子和粒子上电荷的单元包括210钋源，其中，α粒子从210钋释放到电喷雾液滴、离子和粒子中。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述减少电喷雾液滴、离子和粒子上电荷的装置包括能量小于约20eV的电子源，其中，所述电子被释放到电喷雾液滴、离子和粒子中。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述控制含离子或含粒子的气体的露点的单元包括露点控制器，其配置为根据加热或冷却水蒸气供应来添加或去除水蒸气。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述用于控制含离子或含粒子的气体的温度的单元包括温度控制器，其配置为感测气流温度。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述控制离子和带电粒子的水合的单元包括加湿器，其配置为基于将水蒸气冷凝到离子和带电粒子上来水合离子或粒子。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述控制离子和带电粒子的动能的单元包括质量流量控制器或压力控制器或电场发生器或其任意组合。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述控制动能的单元使用物理距离、气体密度和气体速度来产生具有低动能的离子和带电粒子，其中，通电电极之间的分离影响离子能量；其中较高的气体密度会降低离子速度，从而降低离子能量；并且其中含离子和含粒子的气体的速度直接影响离子动能。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述将离子和带电粒子沉积到基底上的单元包括离子漏斗。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述控制收集表面的温度的单元包括温度控制器。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，将沉积的离子或带电粒子转移到辅助分析装置的单元包括镊子。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述用低温保护剂保存沉积的离子或带电粒子的单元包括冷冻源。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面以进行后续分析的装置，其中，所述迁移率过滤器包括纳米微分迁移率分析器。
用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，该装置包括电喷雾源和以下装置中的一个或多个装置：(a)210钋源，其中，α粒子从210钋释放到电喷雾液滴、离子和粒子中；或者能量小于约20eV的电子源，其中，所述电子释放到电喷雾液滴、离子和粒子中；(b)迁移率过滤器，包括纳米微分迁移率分析器；(c)温度控制器和露点控制器，其配置为控制离子流和粒子流的温度和露点，其中，温度控制基于感测气流温度；其中，露点控制通过基于加热或冷却水蒸气供应来添加或去除水蒸气；(d)加湿器，其配置为基于将水蒸气冷凝到离子和带电粒子上来水合离子或粒子；(e)离子漏斗，其配置为增加离子和带电粒子的通量，以尽量减少沉积预定数量的离子或粒子所需的时间；(f)质量流量控制器或压力控制器或电场发生器或其任意组合，其配置为利用物理距离、气体密度和气体速度来控制动能，以产生具有低动能的离子和带电粒子，其中通电的电极之间的分离影响离子能量；其中较高的气体密度降低离子速度，从而降低离子能量；并且其中含离子和含粒子的气体的速度直接影响离子动能；(g)配置为支撑收集表面的支架；(h)离子沉积设备，其配置为使用和控制电场、气体密度和气体速度以引导离子和带电粒子撞击收集表面；(i)任选的温度控制器，其配置为在收集离子和粒子期间控制收集表面及所收集的离子和粒子的温度；(j)任选的温度控制器，其配置为在收集离子和粒子后控制收集的离子和粒子的温度；(k)用于将收集的粒子从所述支架移出并且移入储存容器的辅助分析仪器的转移平台或仪器；(l)任选的温度控制器，其配置为在将收集的粒子转移到可选择第分析设备时控制收集的离子和粒子的温度；和(m)用于在收集粒子期间将收集的粒子转移到长期存储容器如液氮杜瓦瓶中的转移平台或转移仪器。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括210钋源，其中，α粒子从210钋释放到电喷雾液滴、离子和粒子中；或者能量小于约20eV的电子源，其中，所述电子释放到电喷雾液滴、离子和粒子中。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括由纳米微分迁移率分析仪组成的迁移率过滤器。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括温度控制器和露点控制器，其配置用于控制离子流和粒子流的温度和露点，其中，温度控制基于感应气体流温度；其中，通过基于加热或冷却水蒸气供应的方式添加或去除水蒸气来提供露点控制。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括加湿器，其配置为基于将水蒸气冷凝到离子和带电粒子上来水合离子或粒子。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，还包括离子漏斗，其配置为增加离子和带电粒子的通量，从而使沉积预定数量的离子或粒子所需的时间最小化。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括质量流量控制器或压力控制器或电场发生器或其任意组合，其配置用于利用物理距离、气体密度和气体速度控制动能，以产生具有低动能的离子和带电粒子，其中通电的电极之间的分离影响离子能量；其中较高的气体密度降低离子速度，从而降低离子能量；以及其中含离子和含粒子的气体的速度直接影响离子动能。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括配置用于支撑收集表面的支架。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括离子沉积装置，其配置用于使用和控制电场、气体密度和气体速度，以引导离子和带电粒子撞击收集表面。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括可选的温度控制器，其配置用于在收集离子和粒子期间控制收集表面的温度。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括可选的温度控制器，其配置用于在收集离子和粒子后控制其温度。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括转移平台或转移仪器，用于将收集的粒子从所述支架移出并且移入到存储容器的辅助分析仪器中。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括可选的温度控制器，其配置用于在将收集的粒子转移到可选择的分析装置时控制收集的离子和粒子的温度。
前述任一实施方式中的用于将样品沉积到表面进行后续分析的系统，进一步包括用于在收集期间将收集的颗粒转移到长期存储容器如液氮杜瓦瓶中的转移平台或仪器。
一种方法，包括使用前述任一实施方式的装置或系统制备用于通过低温电子显微镜检查的样品。
本文所用术语“实施方式”意在包括但不限于实施本文所述技术的实施方式、实例或其它形式。
本文中使用的单数术语“一”、“一种”和“这个”可包括复数指代，除非上下文另有明确规定。除非明确说明，否则单数所指的对象并非指“一个且仅有一个”，而是指“一个或多个”。
本专利内容中的措辞结构如“A、B和/或C”描述了可以存在A、B或C，或A、B和C的任意组合。措辞结构表示如“至少有一个”，随后列出一组元素，表示至少有一组元素存在，其中包括所列出元素的任何可能组合。
本专利中提及的“一种实施方式”、“至少一种实施方式”或类似的实施方式措辞表示与所述实施方式相关的特定特征、结构或特性包含在本专利的至少一种实施方式中。因此，这些不同的实施方式短语不一定都是指同一个实施方式，或者是指不同于所描述的所有其他实施方式的特定实施方式。实施方式短语应理解为，给定实施方式的特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合到所公开的装置、系统或方法的一个或多个实施方式中。
本文所用术语“集合”是指一个或多个对象的集合。因此，例如，一组对象可以包括单个对象或多个对象。
第一和第二、顶部和底部、上部和下部、左侧和右侧等关系术语仅用于区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际关系或顺序。
术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“包含(contains)”、“含有(containing)”或其任何其它变体，旨在涵盖非排他性的包含，因此，包括、具有、包括、含有一系列要素的工艺、方法、物品或设备并不只包括这些要素，还可能包括未明确列出的或该工艺、方法、物品或设备所固有的其它要素。以“包括......一个”、“具有......一个”、“包括......一个”、“含有......一个”开头的元素，在没有更多限制的情况下，并不排除在包括、具有、包括、含有该元素的工艺、方法、物品或装置中存在其它相同的元素。
本文中使用的术语“近似”、“大约”、“基本上”、“基本上”和“大约”，或其任何其它版本，用于描述和说明微小的变化。当与事件或情况结合使用时，这些术语可以指事件或情况精确发生的情况，也可以指事件或情况近似发生的情况。当与数值结合使用时，术语可指小于或等于该数值±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。例如，“基本上”对齐可指小于或等于±10°的角度变化范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°或小于或等于±0.05°。
此外，量、比率和其他数值有时也可以用范围格式表示。应该理解的是，使用这种范围格式是为了方便和简洁，应灵活理解为包括明确指定为范围界限的数值，但也包括该范围内包含的所有单个数值或子范围，就像明确指定了每个数值和子范围一样。例如，约1至约200范围内的比率应理解为包括明确叙述的约1和约200的界限，但也包括个别比率，例如约2、约3和约4，以及子范围，如约10至约50、约20至约100等。
本文中使用的术语“耦合”是指连接，但不一定是直接连接，也不一定是机械连接。以某种方式“配置”的设备或结构至少是以这种方式配置的，但也可能是以未列出的方式配置的。
好处、优势、问题解决方案以及可能导致任何好处、优势或解决方案发生或变得更加明显的任何要素，均不得理解为本文或任何或所有权利要求所述技术的关键、必需或基本特征或要素。
此外，在上述公开内容中，为了简化公开内容，各种特征可以在不同的实施方式中组合在一起。本文中的这种方法不应被解释为反映了一种意图，即所要求的实施方式需要比每项权利要求中明确叙述的更多的特征。发明主题可以不包含在所公开的单个实施方式的所有特征中。
提供本文内容的摘要是为了让读者快速确定技术内容的性质。提交摘要时应理解，即摘要不用于解释或限制权利要求的范围或含义。
可以理解的是，某些司法管辖区的做法可能要求在申请提交后删除公开内容的一个或多个部分。因此，读者应查阅已提交的申请，了解本文的原始内容。对本文内容的任何删除都不应被解释为对最初提交的申请中任何主题的免责、放弃或向公众公开。
以下权利要求特此并入本文内容，每项权利要求作为单独的权利要求主题独立存在。
尽管本文的描述包含了许多细节，但这些细节不应被理解为限制了本专利的范围，而仅仅是对一些目前优选的实施方式进行了说明。因此，可以理解的是，本专利的范围完全包括对本领域技术人员来说显而易见的其他实施方式。
本领域普通技术人员已知的与所公开的实施方式中的元件在结构上和功能上的所有等同物均以引用的方式明确并入本文中，并被本权利要求所涵盖。此外，本专利的任何元件、组件或方法步骤均不打算向公众公开，无论该元件、组件或方法步骤是否在权利要求中明确叙述。本文中的任何权利要求要素均不应被解释为“手段加功能”要素，除非使用短语“用于…的手段”明确地叙述该要素。本文中没有权利要求要素应被解释为“步骤加功能”要素，除非使用短语“步骤用于”明确地叙述该要素。
表1
| 离子质量，kDa | 离子电荷，z | Vx | 漏斗电压 | 撞击时的KE(eV) |
| 150 | 1 | 0.5 | 0 | 0.00019 |
| 300 | 1 | 0.5 | 4000,3200,2400,1600,800 | 0.0015 |
| 150 | 1 | 0.5 | 4000,3200,2400,1600,800 | 0.0012 |
| 150 | 2 | 0.5 | 4000,3200,2400,1600,800 | x |
| 150 | 3 | 0.5 | 4000,3200,2400,1600,800 | x |
| 150 | 3 | 0.5 | 1000,800,600,400,200 | 0.00091 |
| 150 | 2 | 0.5 | 1000,800,600,400,200 | 0.00055 |
| 150 | 1 | 0.5 | 1000,800,600,400,200 | 0.00035 |
| 300 | 1 | 0.5 | 1000,800,600,400,200 | 0.00058 |
| 150 | 1 | 0.5 | 6500,5200,3900,2600,1300 | 0.0027 |
| 150 | 1 | 1 | 4000,3200,2400,1600,800 | 0.0025 |
| 150 | 1 | 10 | 4000,3200,2400,1600,800 | 0.090 |
Claims (19)
1.一种制备用于通过低温电子显微镜检查的样品的装置，所述装置包括：
(a)电喷雾离子源；
(b)减少电喷雾液滴和离子上的电荷的单元；
(c)迁移率过滤器，其配置用于从离子混合物中选择具有特定构象的离子；
(d)加湿器，其配置用于控制含离子的空气的露点和温度；
(e)离子聚焦漏斗；
(f)用于低温电子显微镜网格的支架；
(g)配置为保持沉积的离子的构象的冷却基座；
(h)用于保护沉积的离子的腔室；和
(i)将沉积的离子或粒子转移到液氮中的单元。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述减少电喷雾液滴和离子上的电荷的单元包括210钋源，其中α粒子从210钋被释放到电喷雾液滴和离子中。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述减少电喷雾液滴和离子上的电荷的单元包括能量小于约20eV的电子源，其中，所述电子被释放到电喷雾液滴和离子中。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述将沉积的离子或粒子转移到液氮中的单元包括镊子。
5.一种用于将样品沉积到表面上以进行后续分析的装置，所述装置包括：
(a)电喷雾离子源；
(b)减少电喷雾液滴、离子和粒子上的电荷的单元；
(c)迁移率过滤器，其配置用于从离子和粒子的混合物中选择具有特定构象或尺寸的离子和带电粒子；
(d)控制含离子或含粒子的气体的露点和温度的单元；
(e)控制离子和带电粒子的水合作用的单元；
(f)离子和带电粒子聚焦设备；
(g)控制离子和带电粒子的动能的单元；
(h)将离子或带电粒子沉积到其上的基底的支架；
(i)将离子和带电粒子沉积到基底上的单元；
(j)控制收集表面的温度的单元；
(k)配置为保护沉积的离子或带电粒子的腔室；
(l)将沉积的离子或带电粒子转移到辅助分析设备中的单元；和
(m)用低温保护剂保存沉积的离子或带电粒子的单元。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述减少电喷雾液滴、离子和粒子上的电荷的单元包括210钋源，其中，α粒子从210钋被释放到电喷雾液滴、离子和粒子中。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述减少电喷雾液滴、离子和粒子上的电荷的单元包括能量小于约20eV的电子源，其中，所述电子被释放到电喷雾液滴、离子和粒子中。
8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制含离子或含粒子的气体的露点的单元包括露点控制器，其配置为基于加热或冷却水蒸气供应来添加或去除水蒸气。
9.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制含离子或含粒子的气体的温度的单元包括用于感测气流的温度的温度控制器。
10.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制离子和带电粒子的水合作用的单元包括加湿器，其配置为基于将水蒸气冷凝到离子和带电粒子上来水合离子或粒子。
11.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制离子和带电粒子的动能的单元包括质量流量控制器或压力控制器或电场发生器或其任意组合。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述控制动能的单元使用物理距离、气体密度和气体速度来产生具有低动能的离子和带电粒子，其中通电的电极之间的分离影响离子能量；其中较高的气体密度降低离子速度，从而降低离子能量；并且其中含离子和含粒子的气体的速度直接影响离子动能。
13.根据权利要求5所述的装置，其中，所述将离子和带电粒子沉积到基底上的单元包括离子漏斗。
14.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制收集表面的温度的单元包括温度控制器。
15.根据权利要求5所述的装置，其中，所述将沉积的离子或带电粒子转移到辅助分析设备中的单元包括镊子。
16.根据权利要求5所述的装置，其中，所述用低温保护剂保存沉积的离子或带电粒子的单元包括制冷源。
17.根据权利要求5所述的装置，其中，所述迁移率过滤器包括纳米微分迁移率分析器。
18.一种用于将样品沉积到表面上进行后续分析的系统，所述装置包括：
(a)电喷雾源；
(b)210钋源，其中，α粒子从210钋被释放到电喷雾液滴、离子和粒子中；或者能量小于约20eV的电子源，其中，所述电子被释放到电喷雾液滴中、离子和粒子中；
(c)迁移率过滤器，其包括纳米微分迁移率分析器；
(d)温度控制器和露点控制器，其配置为控制离子流和粒子流的温度和露点，其中温度控制基于感测气流温度；以及其中通过基于加热或冷却水蒸气供应的方式添加或去除水蒸气来提供露点控制；
(e)加湿器，其配置为基于将水蒸气冷凝到离子和带电粒子上来水合离子或粒子；
(f)离子漏斗，其配置为增加离子和带电粒子的通量，以使沉积预定数量的离子或粒子所需的时间最小化；
(g)质量流量控制器或压力控制器或电场发生器或其任意组合，其配置为利用物理距离、气体密度和气体速度来控制动能，以产生具有低动能的离子和带电粒子，其中通电的电极之间的分离会影响离子能量；其中较高的气体密度降低离子速度，从而降低离子能量；其中含离子和含粒子的气体的速度直接影响离子动能；
(h)配置为支撑收集表面的支架；
(i)离子沉积设备，其配置为使用和控制电场、气体密度和气体速度以引导离子和带电粒子撞击所述收集表面；
(j)任选的温度控制器，其配置为在收集离子和粒子期间控制收集表面以及所收集的离子和粒子的温度；
(k)任选的温度控制器，其配置为在收集离子和粒子后控制收集的离子和粒子的温度；
(l)用于将收集的粒子从所述支架移出并且移入到储存容器的辅助分析仪器的转移台或转移仪器；
(m)任选的温度控制器，其配置为在将收集的粒子转移到可选择的分析设备时控制收集的离子和粒子的温度；和
(o)用于在收集粒子期间将收集的粒子转移到长期存储容器如液氮杜瓦瓶中的转移台或转移仪器。
19.一种方法，包括使用权利要求1-18中任一项所述的装置制备用于通过低温电子显微镜检查的样品。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US63/288,478 | 2021-12-10 | ||
| US202163291441P | 2021-12-19 | 2021-12-19 | |
| US63/291,441 | 2021-12-19 | ||
| PCT/US2022/081328 WO2023108163A1 (en) | 2021-12-10 | 2022-12-10 | Apparatus and methods for depositing ions onto a surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118369458A true CN118369458A (zh) | 2024-07-19 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280080141.1A Pending CN118369458A (zh) | 2021-12-10 | 2022-12-10 | 用于将离子沉积到表面上的装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118369458A (zh) |
-
2022
- 2022-12-10 CN CN202280080141.1A patent/CN118369458A/zh active Pending
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Legal Events
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