DE102021128848A1

DE102021128848A1 - Vorrichtung zum desorbierenden Abtasten von Analytmaterial auf einem Probenträger

Info

Publication number: DE102021128848A1
Application number: DE102021128848.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Haase; Marcel Niehaus; Jens Höhndorf
Original assignee: Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Current assignee: Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2023-05-11
Also published as: US20230145540A1; GB2613680A; GB202214726D0; CN116092912A

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum desorbierenden Abtasten von auf einem Probenträger abgelegten Analytmaterial, welche folgende Betriebsweise beinhalten können: (a) Einstellen einer Position des Probenträgers, um einen Auftreffbereich anzufahren, auf den ein Strahl für eine örtliche Desorption von Analytmaterial gerichtet wird; (b) Ermitteln einer Ist-Position des Probenträgers nach der Positionseinstellung; (c) Abgleichen der ermittelten Ist-Position mit einer Soll-Position des Probenträgers, um eine Abweichung zu ermitteln; (d) Anpassen einer Strahlausrichtung, sofern eine Abweichung erkannt ist, derart, dass der Strahl auf den Auftreffbereich auf dem Probenträger gerichtet ist, der sich ergibt, wenn keine Abweichung vorliegt; (e) Beaufschlagen des Auftreffbereichs mit dem Strahl, um örtlich Analytmaterial zu desorbieren und einer Analyseeinrichtung zuzuführen; und (f) Prüfen, ob eine vorbestimmte Endbedingung erfüllt ist, und, falls dies nicht der Fall ist, Wiederholen der Schritte (a)-(e) für einen folgenden nicht-deckungsgleichen Auftreffbereich. Es werden Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt, die trotz einer Präzision in der Bewegung einer Translationseinrichtung für den Probenträger, die für bestimmte Anforderungen an eine Ortsauflösung der Abtastung ausgelegt ist, auch bei erhöhten Anforderungen eine ortstreue Desorption von Analytmaterial über ausgedehnte Flächenbereiche ermöglichen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum desorbierenden Abtasten von Analytmaterial, das auf einem (flachen, plattenartigen) Probenträger abgelegt ist. Die Vorrichtungen und Verfahren finden insbesondere in der Ionen-Spektrometrie, z.B. Massenspektrometrie, Mobilitätsspektrometrie oder Mobilitäts-Massenspektrometrie des desorbierten Analytmaterials, Anwendung.
Hintergrund der Erfindung
Der Stand der Technik wird in dieser Einleitung mit Bezug auf einen speziellen Aspekt erläutert. Dies soll jedoch nicht als Einschränkung der nachfolgenden Offenbarung der Erfindung verstanden werden. Nützliche Fortentwicklungen und Änderungen vom aus dem Stand der Technik Bekannten können auch über den vergleichsweise engen Rahmen dieser Einleitung hinaus anwendbar sein und werden sich geübten Praktikern auf diesem Gebiet nach Lektüre der dieser Einleitung nachfolgenden Offenbarung der Erfindung umstandslos erschließen.
Bildgebende Massenspektrometrie (MSI = Mass Spectrometry Imaging; gelegentlich auch IMS = Imaging Mass Spectrometry) befasst sich im Wesentlichen mit der Abtastung flächigen Analytmaterials, z.B. eines mikrotomierten Gewebe(dünn)schnitts, unter Verwendung eines desorbierenden Strahls, der ortsaufgelöst Analytmoleküle aus dem flächigen Analytmaterial freisetzt und daraus erzeugte geladene Molekülspezies oder Analyt-Ionen einem Massenanalysator, z.B. einem Flugzeitanalysator (time of flight, TOF), zuführt. Beispiele sind die Ionisierung mit Matrix-unterstützter Laserdesorption (matrix-assisted laser desorption/ionization, MALDI) oder die Ionisierung per Primärionenbeschuss (secondary ion mass spectrometry, SIMS) gekoppelt mit einem Flugzeitanalysator, MALDI-TOF bzw. SIMS-TOF. Aus den ortsaufgelösten Messdaten lässt sich eine Verteilungskarte der verschiedenen Analytmoleküle über das flächige Analytmaterial erstellen und anzeigen.
Aufbauten für die bildgebende Massenspektrometrie arbeiteten ursprünglich mit einer stationären Strahlführung und einem in zwei Dimensionen verfahrbaren xy-Verschiebetisch, auf oder in dem sich der Probenträger mit dem flächigen Analytmaterial befand, siehe z.B. die Patentveröffentlichung US 2008/0017793 A1 , auch WO 02/084577 A1 , allerdings für Einzelpräparationen. Um das flächige Analytmaterial in einem solchen Aufbau ortsaufgelöst abzutasten, wird in regelmäßigen Abständen der Verschiebetisch verstellt, so dass sich nach jeder Bewegung des Tischs ein anderes Gebiet des flächigen Analytmaterials im Fokus des desorbierenden Strahls findet.
Verschiebetische sind als Bewegungsmechanik vergleichsweise schwerfällig, und daher ist die Tischbewegung recht zeitaufwändig, da mit dem flächigen Analytmaterial, dem Probenträger und dem Tisch selbst zusammengenommen eine recht große Masse regelmäßig wiederkehrend über eine vergleichsweise kurze Strecke von wenigen Mikrometern bewegt werden muss (im stop-and-go-Takt). Darüber hinaus liegt die bestmögliche Positioniergenauigkeit kommerziell verfügbarer, für Einsatz im Unterdruck tauglicher Verschiebetische mit Schrittmotorantrieb im einstelligen Mikrometerbereich, etwa 2,5 bis 3 Mikrometer, was sich beschränkend auf die erreichbare Ortsauflösung auswirkt. Piezo-Tische mit besserer Positioniergenauigkeit für erhöhte Anforderungen an die Ortsauflösung, die darüber hinaus auch Unterdruck standhalten können, sind zwar bekannt, aber sehr teuer in der Anschaffung und daher für industrielle Produktion ungeeignet. Weiterhin ist es schwierig, für die Mikroskopie entwickelte hochpräzise Tische auf Grund der baulich teils deutlichen Unterschiede für den Einsatz in einer Desorptionsionenquelle anzupassen, welche fast immer im Unterdruck betrieben wird.
Kinematisch äquivalent zur reinen Tischbewegung unter Verwendung eines stationär ausgerichteten desorbierenden Strahls ist die stationäre Positionierung des Probenträgers mitsamt darauf abgelegtem flächigen Analytmaterial und dem Abtasten der Analytmaterialfläche durch Änderung der Ausrichtung des desorbierenden Strahls. Ein Beispiel ist in der Patentveröffentlichung US 2004/0183009 A1 genannt. Die mit reiner Strahlverstellung abzutastende Fläche auf einem Probenträger erfährt jedoch praktische Grenzen, da Ionenerzeugung und Ionenüberführung in einen angeschlossenen Analysator über eine entsprechende Schnittstelle mit abnehmendem flacheren Einfallswinkel des Strahls relativ zur Probenträgerfläche immer stärker beeinträchtigt werden. Insbesondere bei Verwendung eines typischen Flugzeitanalysators mit axialem Einschuss der Ionen ist die Auslenkung aus einer durch ein Flugrohr verlaufenden geradlinigen Flugzeitachse ohne weitere Kompensation des entstehenden Ionenstrahls auf etwa ±100 Mikrometer beschränkt, wohingegen ein Gewebeschnitt eine Fläche in der Größenordnung von Quadratzentimetern hat. In ein Gewebequadrat mit 1 Zentimeter Kantenlänge passt ein Bildelementquadrat mit 100 Mikrometern Kantenlänge 100-mal hinein, so dass eine reine Strahlverstellung nicht ausreicht, um Gewebeproben solchen Zuschnitts vollflächig abzutasten.
Weiterhin wurden Kombinationen aus Tischbewegung und Änderung der Strahlausrichtung bekannt, z.B. aus der Patentveröffentlichung DE 10 2011 112 649 A1 (entspricht GB 2 495 805 A und US 2013/0056628 A1 ), die Massenspektrometer mit Ionisierung der Proben durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI) betrifft, wobei sich die Proben auf einer beweglichen Trägerplatte befinden und dort von einem Pulslaser bestrahlt werden, dessen Auftreffpunkt auf der kontinuierlich bewegten Trägerplatte über ein System drehbarer Spiegel verändert wird.
Die nachfolgenden Druckschriften liefern weitere Einblicke in den technischen Hintergrund der vorliegenden Offenbarung:
Die Veröffentlichung von Konstantin Aizikov et al. (Review of Scientific Instruments 82, 054102 (2011)) beschäftigt sich mit einer vakuumtauglichen Probenpositionierungsvorrichtung für die MALDI-Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie.
Die Studie von Andre Zavalin et al. (J Mass Spectrom. 2012 November ; 47(11)) berichtet über unmittelbare Bildgebung einzelner Zellen und Gewebe mit subzellulärer räumlicher Auflösung unter Verwendung von MALDI-MS im Durchlicht.
Die Arbeit der Autoren Mario Kompauer et al. (Nature Methods 2017, DOI: 10.103 8/NMETH. 4433) „AutofocusingMALDI mass spectrometry imaging of tissue sections and 3D chemical topography of nonflat surfaces“ präsentiert ein autofokussierendes Atmosphärendruck-MALDI-MSI-System zur Untersuchung von 3D-Probenoberflächen mit topografischen Seitenverhältnissen von bis zu 50, welches den MALDI-Laserfokus, die Fluenz und die Größe des Ablationsflecks über Probenhöhenvariationen konstant halten soll, indem es die Position des Probentischs entsprechend dem Probenhöhenprofil für jeden Messfleck anpasst. Mit dieser Vorgehensweise sollen laterale Auflösungen von ≤10 Mikrometern für 3D-Proben möglich sein.
Die Arbeit von Brian J. Malys et al. (J. Am. Soc. Mass Spectrom. (2018) 29, 422-434) befasst sich mit Diagnose und Korrektur von Fehlern bei der Massengenauigkeit und Signalintensität aufgrund von Schwankungen der anfänglichen Ionenerzeugungsposition in einem MALDI-TOF MS.
In der Studie von Michelle Piotrowski et al. (J. Am. Soc. Mass Spectrom. (2019) 30, 489-500) wird eine Methode zur Bestimmung der Position der Ionenbildung in einem MALDI-TOF MS durch Analyse eines Laserbildes auf der Probenoberfläche vorgestellt.
Die Veröffentlichung von Jeffrey M. Spraggins et al. (Anal Chem. 2019 November 19; 91(22) 14552-14560) erläutert eine Untersuchung zur Hochleistungs-Molekülbildgebung unter Verwendung von MALDI Speicherionenmobilitäts-Flugzeit (timsTOF) Massenspektrometrie.
In dem Beitrag von Kyunghan Kim et al. (JLMN-Journal of Laser MicroNanoengineering Vol. 7, No. 2, 2012) wird eine Methode zur instantanen Synchronisierung eines Lasergalvanometerscanners und eines Lineartisches für eine schnelle und großflächige Materialbearbeitung z.B. flexibler Leiterplatten vorgestellt. Eine weitere Verwendung oder Untersuchung des Laserablatierten Materials ist nicht vorgesehen. Die Positions- und Geschwindigkeitsinformationen des Lineartisches werden über ein Encodersignal an die Steuerplatine des Galvanometerscanners übertragen, welche die Schrittweite der Laserstrahlbewegung durch Subtraktion der ursprünglichen CAD-Daten von der Bewegung des Lineartisches berechnet (CAD = computer assisted design).
Es besteht angesichts der vorstehenden Erläuterungen ein Bedarf, Vorrichtungen und Verfahren bereitzustellen, die trotz einer Präzision in der Bewegung einiger verwendeter Bauteile, die für bestimmte Anforderungen an eine Ortsauflösung der Abtastung ausgelegt ist, auch bei erhöhten Anforderungen eine ortstreue Desorption von Analytmaterial über ausgedehnte Flächenbereiche ermöglichen. Weitere von der Erfindung zu lösende Aufgaben ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres bei der Lektüre der nachfolgenden Offenbarung.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung eine Vorrichtung zum desorbierenden Abtasten von Analytmaterial, das auf einem Probenträger abgelegt ist, umfassend: - eine Strahleinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, einen Strahl, der örtlich Analytmaterial desorbiert, auf einen Auftreffbereich auf dem Probenträger zu richten; - eine Schnittstelle, die angeordnet und ausgelegt ist, örtlich desorbiertes Analytmaterial zu empfangen und einer Analyseeinrichtung zuzuführen; - eine Translationseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, eine Position des Probenträgers relativ zur Schnittstelle (entlang wenigstens einer Dimension) zu verändern, um verschiedene vorbestimmte, nicht-deckungsgleiche Auftreffbereiche anzufahren; - eine Positionsüberwachungseinrichtung, die an oder bei der Translationseinrichtung angeordnet und ausgelegt ist, Daten für die Ermittlung einer Ist-Position des Probenträgers zu erheben; und - ein Steuerungssystem, das angeordnet und ausgelegt ist, mit der Strahleinrichtung, der Translationseinrichtung und der Positionsüberwachungseinrichtung zu kommunizieren sowie deren Betrieb zu regeln und koordinieren, wobei das Steuerungssystem den Betrieb der Strahleinrichtung und der Translationseinrichtung derart aufeinander abstimmt, dass jeder Auftreffbereich so angeordnet wird, dass örtlich desorbiertes Analytmaterial von der Schnittstelle empfangen werden kann, und wobei das Steuerungssystem eine Abweichung der Ist-Position von einer Soll-Position des Probenträgers unter Verwendung der Daten der Positionsüberwachungseinrichtung ermittelt und, sofern eine solche erkannt ist, daraus eine Anpassung einer Strahlausrichtung derart ableitet, dass der Strahl auf einen Auftreffbereich gerichtet wird, der sich ergibt, wenn keine Abweichung vorliegt.
Die Erfinder haben erkannt, dass Ungenauigkeiten in der Bewegung der Translationseinrichtung, die auftreten, weil die Translationseinrichtung für die Erfüllung geringerer Anforderungen an eine Ortsauflösung ausgelegt ist, durch eine zeitnahe und schnelle Anpassung der Ausrichtung eines desorbierenden Strahls ausgeglichen werden können. Auf diese Weise wird es möglich, auch unter Verwendung einfacher, robuster Translationseinrichtungen verlässlich Ortsauflösungsvermögen bei der Abtastung von zu untersuchendem Analytmaterial von hinunter bis zu 5-10 Mikrometern zu erzielen. Dies verbessert die Performanz von Analyseeinrichtungen wie Massenspektrometern und/oder Mobilitäts-Massenspektrometern, insbesondere in der bildgebenden Massenspektrometrie und der Hochdurchsatzanalyse bei auf einem Probenträger sehr eng gesetzten Einzelpräparationen, z.B. in der Charakterisierung pharmazeutischer Wirkstoffkandidaten. Die Prinzipien der Offenbarung sind anwendbar auf gestufte Bewegungen der Translationseinrichtung (im stop-and-go-Takt) als auch quasi-kontinuierliche Bewegungen (z.B. bei vielen, aneinander anschließenden, mit hoher Frequenz ausgeführten Einzelschritten, die als nahezu kontinuierlich wahrgenommen werden).
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Positionsüberwachungseinrichtung als linearer Drehgeber oder Inkrementalgeber, kapazitive Sensorik oder lichtoptische Sensorik ausgebildet sein. Ein Inkrementalgeber kann zum Beispiel selbst auf optischen Techniken beruhen und Auflösungen im Bereich von wenigen 100 Nanometern insbesondere durch Interpolation bieten. Jedoch ist jegliche Art von robuster Positionsbestimmung mit ausreichender Auflösung geeignet, um Daten zu etwaigen Positionierfehlern zu ermitteln und zur Weiterverarbeitung für die Anpassung der Ausrichtung des desorbierenden Strahls zu verwenden.
In Ausführung einer lichtoptischen Sensorik kann die Positionsüberwachungseinrichtung hochpräzise Interferenzmessungen von kohärentem Licht ausnutzen. Es ist zum Beispiel möglich, die Translationseinrichtung selbst, insbesondere einen Piezo-Tisch, oder den Probenträger, insbesondere an seinen Schmalseiten, mit reflektierenden Merkmalen zu versehen, auf die kohärentes Licht gerichtet wird. Das von diesen reflektierenden Merkmalen zurückgeworfene Licht kann von einem Lichtempfänger aufgenommen und mit dem ausgesendeten Licht auf Interferenzmuster geprüft werden, wobei sich insbesondere durchlaufende Maxima zählen lassen. Aus diesen erhobenen Daten lässt sich die Position des Probenträgers unmittelbar, wenn der Probenträger selbst sondiert wird, oder mittelbar, wenn die reflektierenden Merkmale an der Translationseinrichtung angeordnet sind, mit Genauigkeiten im Nanometerbereich ableiten. Entsprechende Einrichtungen können die Position entlang einer Raumrichtung (x), zwei Raumrichtungen (xy) oder auch entlang drei Raumrichtungen (xyz) ermitteln, z.B. unter Verwendung einer Anzahl entsprechend ausgerichteter Lichtwege und reflektierender Merkmale. In einer weiteren Variante kann die Positionsüberwachungseinrichtung auch mit einem hochaufgelösten Kamerabild des Areals arbeiten, in dem die Translationseinrichtung den Probenträger verfährt, wobei ein spezialisiertes Bildauswerteprogramm instantan Ist-Position und Soll-Position des Probenträgers abgleicht. Die Kamera erhebt die Daten durch Beobachtung der Position der Translationseinrichtung und/oder des Probenträgers bevorzugt im Auflicht; bei weitgehend transparenter Ausgestaltung der Baugruppe(n) könnte sie aber auch im Durchlicht arbeiten. Möglich ist auch, mit mehreren, aus unterschiedlichen Winkeln aufgenommenen und dann verrechneten Kamerabildern zu arbeiten. Auf diese Weise lassen sich mehrdimensionale Positionierfehler bei der Anpassung der Strahlausrichtung berücksichtigen und ausgleichen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahleinrichtung einen Erzeuger eines Laserstrahls oder eines Ionenstrahls aufweisen. Ein Ionenstrahl kann ein Primärionenstrahl für den Beschuss des Analytmaterials sein, der zur Bildung von Sekundärionen führt (SIMS). Der Ionenstrahl kann einen stetigen oder gepulsten Ionenstrom aufweisen. Ein Laserstrahl als Strahl kohärenten Lichts kann z.B. von einem Festkörperlaser (insbesondere Nd:YAG), Gaslaser (Stickstoff, N₂), Farbstofflaser oder einer lichtemittierenden Laserdiode ausgesendet werden. Für diese lichtoptische Desorption kann das Analytmaterial in besonderer Weise präpariert worden sein, um bestmögliche Lichtabsorptionseigenschaften aufzuweisen, z.B. mit einem Matrixmaterial für die MALDI-Ionisierung. Der Laserstrahl kann einen stetigen oder gepulsten Photonenstrom aufweisen. Gegebenenfalls kann eine Ionisierung im Zuge der Desorption durch eine Nachionisierungsmodalität unterstützt werden, z.B. das sogenannte MALDI-2 (Jens Soltwisch et al., Science, 10 April 2015 • Vol 348 Issue 6231, 211-215) oder Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometrie (secondary neutral mass spectrometry, SNMS). Eine Nachionisierungsmodalität kann beispielsweise unter Verwendung eines seitlich in die Desorptionswolke eingestrahlten Laserpulses kurz nach der Desorption, bevor das desorbierte Analytmaterial durch die Schnittstelle in einen Analysator überführt wird, verwirklicht werden. Ein desorbierender Laserstrahl kann einen modifizierten Strahlquerschnitt z.B. mit mehreren vereinzelten Intensitätsspitzen aufweisen, wie es in den Patentveröffentlichungen DE 10 2004 044 196 A1 (entspricht GB 2 421 352 A und US 2006/0071160 A1 ) und DE 10 2005 006 125 A1 (entspricht GB 2 423 187 A und US 2006/0186332 A1 ) beschrieben ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahleinrichtung einstellbare strahllenkende Elemente umfassen, die für die Anpassung der Strahlausrichtung angesteuert werden. Vorzugsweise weisen die strahllenkenden Elemente Galvanometer-Mikrospiegel für einen Laserstrahl oder Paare gegenständiger Gleichspannungselektroden für einen Ionenstrahl auf. Für einen Laserstrahl kann insbesondere eine Anordnung aus reflektierenden Elementen wie Spiegeln, refraktiven Elementen wie Prismen und/oder elektro- oder akusto-optischen Ablenkelementen wie elektrooptischen Kristallen verwendet werden, die in der Lage ist, eine Auftreffposition des desorbierenden Strahls auf der Probenträgerfläche oder dem Analytmaterial darauf in zwei Raumrichtungen entlang einer Ebene parallel zur Probenträgerfläche zu ändern oder zu verschieben, z.B. durch Verkippung oder eine sonstige Änderung der räumlichen Ausrichtung. Für einen Ionenstrahl kann ein System potentialversorgter gegenständiger Ablenkelektroden verwendet werden, die den Ionenstrahlweg umgeben und veränderliche Potentialgradienten in dem Raum zwischen den beiden gegenständigen Elektroden eines Paares erzeugen können. Ein Beispiel sind zwei jeweils um 90° zueinander verdrehte gegenständige Elektrodenpaare. Ist das angelegte elektrische Potential auf den beiden gegenständigen Elektroden eines Paars gleich, wird ein dieses Paar durchlaufender Ionenstrahl keine seitliche Ablenkung erfahren. Sind die elektrischen Potentiale ungleich, werden die (Primär-) Ionen beim Durchflug in Abhängigkeit der Potentialdifferenz ausgelenkt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Auftreffbereich (i) im Wesentlichen vollflächig von dem desorbierenden Strahl erfasst werden oder (ii) in eine Vielzahl von Teilbereichen untergliedert sein, welche in einer vorbestimmten Reihenfolge von dem Strahl abgetastet werden. Einer durch die Translationseinrichtung erzeugten „Makrobewegung“, z.B. ein schreibmaschinen- oder serpentinenartiges Anfahren von Auftreffbereichen in Zeilen über den Probenträger hinweg, das sich in schnell aufeinander folgenden Schritten gegebenenfalls auch quasi-kontinuierlich ausführen lässt, kann eine „Mikrobewegung“ über die einzelnen Auftreffbereiche, z.B. ein Abtasten von Teilbereichen eines Auftreffbereichs mittels reiner Änderung der Strahlausrichtung, überlagert sein. Letztere Ausführung erlaubt insbesondere die vergleichsweise schnelle und aufwandarme Verstellung der Ausrichtung des desorbierenden Strahls in zwei Raumrichtungen entlang einer Ebene parallel zur Probenträgerfläche. Ein Auftreffbereich oder Teilbereich davon ist üblicherweise die Einheit kleinster Ortsauflösung in einer Bilddarstellung der über eine größere Fläche des Analytmaterials mit der Analyseeinrichtung erfassten Daten. Die Daten aus einem unterteilten Auftreffbereich müssen aber nicht zwingend getrennt betrachtet, sondern können auch zusammengefasst werden. Eine nachträgliche Verringerung der Ortsauflösung in einer bildlichen Darstellung oder Verteilungskarte des Molekülgehalts von abgetastetem Analytmaterial durch Zusammenfassen räumlich getrennt aufgenommener Messdaten, z.B. von verschiedenen Teilbereichen innerhalb eines Auftreffbereichs, ist in der Postprozessierung immer möglich.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schnittstelle eine Achse aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu einer Flächennormale des Probenträgers ist und entlang welcher örtlich desorbiertes Analytmaterial der Analyseeinrichtung zugeführt wird. Die Anordnung der Schnittstelle derart, dass ihre Projektion den Auftreffbereich und Desorptionsort auf dem Probenträger umfasst, ist vorteilhaft, da sich desorbiertes Analytmaterial von der Probenträgerfläche immer wegbewegt und somit bereits ohne weitere Einwirkung eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Schnittstelle aufweist. Es ist aber ebenso möglich, zusätzlich oder alternativ, der Schnittstelle das geladene desorbierte Analytmaterial aktiv zuzutreiben, z.B. unter Verwendung von geeigneten statischen oder pulsweise geschalteten Potentialgefällen zwischen dem Probenträger und der Schnittstelle.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahleinrichtung so angeordnet und ausgelegt sein, dass der desorbierende Strahl unter einem Einfallswinkel zu einer Flächennormalen auf den Probenträger trifft. Diese Ausführung ist bevorzugt, wenn das desorbierte Analytmaterial entlang der Flächennormale zum Auftreffbereich und Desorptionsort von der Schnittstelle empfangen und der Analyseeinrichtung zugeführt wird. Ein Beispiel ist ein Flugzeitanalysator mit axialer Beschleunigung in die Flugstrecke, z.B. das microflex® Massenspektrometer von Bruker.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Translationseinrichtung angeordnet und ausgelegt sein, die Position des Probenträgers in einer xy-Ebene zu verändern, die im Wesentlichen senkrecht zur (i) Achse der Schnittstelle und/oder (ii) Flächennormalen des Probenträgers steht. In besonderen Ausführungsformen sind die Achse der Schnittstelle und jegliche Flächennormalen des Probenträgers, ungeachtet deren Ausgangspunkts, vorzugsweise wenigstens parallel oder auch identisch; letzteres insbesondere bezüglich einer von einem eingestellten Auftreffbereich ausgehenden Flächennormale. Vorzugsweise ist die Strahleinrichtung zusätzlich angeordnet und ausgelegt, eine Lage eines Strahlfokus auf dem Analytmaterial in Abhängigkeit der abgeleiteten Anpassung der Strahlausrichtung in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur xy-Ebene steht, nachzuführen. Insbesondere kann die Strahleinrichtung einstellbare abbildende Linsen für die Nachführung des Strahlfokus umfassen. Bevorzugte Translationseinrichtungen sind xy-Verschiebetische oder vergleichbare Stellglieder, die dazu ausgelegt sind, den auf oder in ihnen abgelegten Probenträger mitsamt Analytmaterial in zwei Raumrichtungen parallel zu einer Ebene der Probenträgerfläche zu verstellen oder zu bewegen. Je ausgedehnter der Bewegungsradius der Verstelleinrichtung für die Ausrichtungsänderung des desorbierenden Strahls ist, desto geringer können die Anforderungen an die geringste Schrittweite des Verschiebetischs ausfallen, da die Bewegung des desorbierenden Strahls die Auftreffbereiche zwischen zwei Betätigungen des Verschiebetischs abdecken kann. Übliche Schrittweiten eines Verschiebetischs können im Bereich zwei- bis dreistelliger Mikrometerabstände liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Bewegungsmechanik für den Probenträger, insbesondere implementiert im oder am Verschiebetisch, auch die Möglichkeit der Verstellung entlang einer dritten Raumrichtung (z-Achse) umfassen, z.B. um einen optimalen Fokuspunkt eines desorbierenden Strahls auf in der Dicke oder Höhe variierendem Analytmaterial anzupassen, wie es in der Patentveröffentlichung DE 10 2007 006 933 A1 (entspricht US 2008/0191131 A1 und GB 2 446 699 A ) der Anmelderin beschrieben ist. Beim Einstrahlen unter einem Winkel führt diese z-Verstellung auch zu einer Verstellung in den Raumrichtungen xy senkrecht dazu (d.h. der Probenträgerfläche), was unter Verwendung der hier beschriebenen Anpassung der Strahlausrichtung ausgeglichen werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen lässt sich ein Auftreffbereich so wählen, dass eine Flächennormale des Probenträgers, die von dem Auftreffbereich ausgeht, die Schnittstelle durchläuft, um zu gewährleisten, dass örtlich desorbiertes Analytmaterial der Analyseeinrichtung zugeführt werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Analyseeinrichtung ein Mobilitätsanalysator, Massenanalysator oder kombinierter Mobilitäts-Massenanalysator sein. Verallgemeinert lässt sich von Ionen-spektrometrischen Analysatoren und Messverfahren sprechen, die Mobilitätsseparation, Massenseparation oder eine Kombination aus beidem aufweisen können.
Ein Mobilitätsanalysator trennt geladene Moleküle oder Molekülionen gemäß ihrem Stoßquerschnitt-zu-Ladungsverhältnis, gelegentlich als Ω/z oder σ/z bezeichnet. Grundlage hierfür ist die Wechselwirkung der Ionenspezies mit einem elektrischen Feld, das mit der Ladung der Ionen koppelt, bei gleichzeitiger Einwirkung eines Puffergases, das auf die mittlere Querschnittsfläche des Ions einwirkt. Bekannt sind insbesondere Driftröhren-Mobilitätsseparatoren mit statischem elektrischen Feldgradienten, die Ionen durch ein im Wesentlichen ruhendes Gas treiben, wobei sich die Driftgeschwindigkeit einer Ionenspezies aus der vorantreibenden Kraft des elektrischen Feldes und der bremsenden Kraft der Stöße mit den Gasteilchen ergibt. Ebenso geläufig sind Speicher-Ionenmobilitätsseparatoren (trapped ion mobility separators, TIMS) mit einem die Ionen vorantreibenden stetigen laminaren Gasstrom, dem ein schrittweise veränderter elektrischer Feldgradient mit entsprechend veränderlicher Bremskraft entgegenwirkt. Erwähnt werden können auch Wanderwellen-Mobilitätsseparatoren (travelling wave).
Ein Massenanalysator wiederum trennt geladene Moleküle oder Moleküionen gemäß ihrem Masse-zu-Ladungsverhältnis, üblicherweise als m/z bezeichnet. Neben den in der Einleitung bereits genannten Flugzeitanalysatoren, für die sowohl Linear- als auch Reflektoraufbauten oder solche mit axialer oder orthogonaler Beschleunigung von Ionen in die Flugstrecke vorgesehen sein können, lassen sich auch andere Arten massendispergierender Separatoren verwenden, z.B. Quadrupol-Massenfilter (single quads), Tripel-Quadrupol-Analysatoren („Tripel-Quads“), Ionenzyklotronresonanz-Zellen (ion cyclotron resonance, ICR), Analysatoren des Kingdon-Typs wie die Orbitrap® (Thermo Fisher Scientific) und andere. Es versteht sich, dass Separatoren der vorgenannten Typen gekoppelt werden können, um Ionenspezies mehrdimensional, also gemäß mehr als einer physikalisch-chemischen Eigenschaft wie m/z und Ω/z oder σ/z, trennen zu können.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schnittstelle mit elektrischen Potentialen beschaltbare Elektroden zur Führung örtlich desorbierten, geladenen Analytmaterials umfassen. Es kann sich um Blendenelektroden handeln, z.B. Platten aus elektrisch leitendem Material, die eine Öffnung/Apertur aufweisen. Solche Ausgestaltungen eignen sich insbesondere als Extraktionselektroden zum Beschleunigen desorbierten Analytmaterials in eine Flugstrecke. Zusätzlich oder alternativ können auch mit Hochfrequenzspannungen versorgte Elektroden verwendet werden, wie es zum Beispiel in einem Hochfrequenzspannungs-Ionentrichter der Fall ist, einer Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, räumlich weit aufgefächerte Ionen in einen vergleichsweise dünnen Strahl zu verdichten. Die elektrischen Potentiale können dauerhaft an den beschaltbaren Elektroden anliegen, so dass sich dauerhafte Potentialgefälle ergeben, und/oder sie können pulsweise aufgeschaltet werden, z.B. in zeitlicher Abstimmung mit einem Desorptionsereignis in einem Auftreffbereich auf dem Probenträger.
Das Analytmaterial kann einen Gewebeschnitt aufweisen. Ein Gewebe(dünn)schnitt wird bevorzugt ortsaufgelöst bezüglich seines Molekülgehalts vermessen, um eine Verteilungskarte von interessierenden Molekülen, z.B. Biomolekülen wie Peptiden, Lipiden (Phospho- und Glykolipiden), Oligosacchariden, Sterolen, Glykanen, sekundären Metaboliten oder fettlöslichen Vitaminen aber auch anderen, gegebenenfalls gewebefremden Molekülen wie medizinischen Wirkstoffen (Pharmazeutika) und/oder deren Abbauprodukten, zu erstellen und sichtbar zu machen. Fachleute werden in Erwägung ziehen, dass das Analytmaterial auch ein Multigewebeblock (tissue microarray, TMA) oder ein Feld vereinzelter Präparationen aufweisen kann, beispielsweise nach der Methode der getrockneten Tröpfchen (dried droplet) Matrix-präpariertes Analytmaterial für die anschließende MALDI-Ionisierung. Die Auftreffbereiche können dann lyophobe oder hydrophile Bereiche auf einem metallischen oder sonstwie elektrisch leitfähigen Probenträger umfassen, die durch lyophile bzw. hydrophobe Bereiche auf dem Probenträger voneinander getrennt und so vereinzelt sind, wie in Form der AnchorChip™-Platten von Bruker.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Auftreffbereiche einen vieleckigen Umriss aufweisen. Auf diese Weise lässt sich ein Feld von Auftreffbereichen erstellen, das die zugrunde liegende Fläche des Probenträgers und das darauf abgelegte Analytmaterial nahezu lückenlos abdeckt. Beispiele sind Rechtecke wie Quadrate aber auch Polygone mit einer höheren Anzahl an Ecken wie Sechsecke (Hexagone). Die Umrisse der Auftreffbereiche können über den gesamten Probenträger einheitlich ausgeführt sein. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, Auftreffbereiche mit variierendem Zuschnitt im gleichen Abtastlauf zu definieren, wenn es der Anwendung dienlich ist. Möglich ist auch, die Umrisse von Auftreffbereichen unterschiedlich auszuführen. Der Gestaltungsfreiheit eines Fachmanns sind hier kaum Grenzen gesetzt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die mit der Analyseeinrichtung gewonnene Information aus den abgetasteten Auftreffbereichen zu einer räumlichen Verteilungskarte von Ionen oder zugrundeliegenden Molekülsubstraten über das Analytmaterial zusammengefügt werden. Dies ermöglicht die Veranschaulichung der Verteilung von eigenen oder fremden Molekülen über das Analytmaterial in der Art einer nicht-lichtoptischen Mikroskopie mit einer markierungsfreien Messung, im Unterschied z.B. zu Färbeverfahren (staining) in der lichtoptischen Mikroskopie.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung ein Verfahren zum desorbierenden Abtasten von Analytmaterial, das auf einem Probenträger abgelegt ist, aufweisend die Schritte: (a) Einstellen einer Position des Probenträgers (entlang wenigstens einer Dimension), um einen Auftreffbereich anzufahren, auf den ein Strahl für eine örtliche Desorption von Analytmaterial gerichtet wird; (b) Ermitteln einer Ist-Position des Probenträgers nach der Positionseinstellung; (c) Abgleichen der ermittelten Ist-Position mit einer Soll-Position des Probenträgers, um eine Abweichung zu ermitteln; (d) Anpassen einer Strahlausrichtung, sofern eine Abweichung erkannt ist, derart, dass der Strahl auf den Auftreffbereich auf dem Probenträger gerichtet ist, der sich ergibt, wenn keine Abweichung vorliegt; (e) Beaufschlagen des Auftreffbereichs mit dem Strahl, um örtlich Analytmaterial zu desorbieren und einer Analyseeinrichtung zuzuführen; und (f) Prüfen, ob eine vorbestimmte Endbedingung erfüllt ist, und, falls dies nicht der Fall ist, Wiederholen der Schritte (a)-(e) für einen folgenden nicht-deckungsgleichen Auftreffbereich.
Ermitteln einer Ist-Position des Probenträgers nach der Positionseinstellung im Schritt (b) kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beinhalten, dass Daten zur Ermittlung der Ist-Position des Probenträgers in einer Nachhallzeit der Bewegung der massereichen Translationseinrichtungsbaugruppe mit hoher Taktrate (z.B. im Bereich von 10 kHz oder mehr) erhoben werden, wenn der Antrieb einer die Positionseinstellung ausführenden Translationseinrichtung nach Abschluss einer gestuften Bewegung schon nicht weiter wirkt. Die hohe Taktrate der Datenerhebung einer Positionsüberwachungseinrichtung erlaubt dann die zeitnahe Ansteuerung der Strahleinrichtung zur Ausrichtungskorrektur, noch während nachfolgende Schwingungen der Translationseinrichtung abklingen, wobei das schnelle Antwortverhalten der Strahleinrichtung in der Größenordnung von Kilohertz in der Lage ist, die durch die Schwingungen verursachten kleinskaligen Auslenkungen der Translationseinrichtung um die Gleichgewichtsposition herum auszugleichen, so dass die Beaufschlagung des gestuft angefahrenen Auftreffbereichs schnell begonnen werden kann. Diese Vorgehensweise kann pro gestufter Positionseinstellung einige Millisekunden Abkling-Wartezeit einsparen; gerade bei der Abtastung großflächiger Gewebeschnitte, für den mehrere Millionen gestufte Positionseinstellungen erforderlich sein können, macht sich diese Einsparung positiv bemerkbar.
Eine Endbedingung kann erfüllt sein, wenn alle geplanten Auftreffbereiche auf dem Probenträger oder dem Analytmaterial durch den desorbierenden Strahl beaufschlagt worden sind. In extremen Fällen kann das Beaufschlagen so weit gehen, dass das Analytmaterial durch die Einwirkung des desorbierenden Strahls in allen geplanten Auftreffbereichen weitgehend vollständig abgetragen ist, so dass der desorbierende Strahl nicht in der Lage ist, weiteres desorbiertes Analytmaterial zu erzeugen. Als weiteres Beispiel einer Endbedingung kann gelten, wenn eine Anzahl von Auftreffbereichen besonderen Interesses, die kleiner sein kann als die Gesamtfläche eines ausgedehnten Analytmaterials, abgetastet worden ist, so dass bestimmte Ausschnitte unbeaufschlagt bleiben, z.B. Bereiche unterschiedlicher Zelltypen in einem Gewebe(dünn)schnitt. Die Endbedingung kann grundsätzlich auch als Fehlfunktion während der Ausführung des Verfahrens, z.B. auf Grund eines verklemmten Spiegels in der Strahlführung, definiert sein.
Da sich das offenbarungsgemäße Verfahren als Betriebsweise der offenbarungsgemäßen Vorrichtung eignet, sind die oben mit Bezug auf die Vorrichtung erläuterten Ausführungsformen auch in entsprechender Weise auf das Verfahren anwendbar.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die folgenden Abbildungen verwiesen. Die Elemente in den Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt, sondern sollen in erster Linie die Prinzipien der Erfindung (größtenteils schematisch) veranschaulichen. In den Abbildungen sind einander entsprechende Elemente in den verschiedenen Ansichten durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

zeigt zur Einordnung der Offenbarung eine schematische LDI-Axial-Reflektor-TOF-Anordnung, mit und in der sich die Prinzipien der Offenbarung umsetzen lassen.
illustriert schematisch die von der Offenbarung adressierten Herausforderungen, die bei Verwendung einer Translationseinrichtung auftreten, deren Leistungsmerkmale die gestellten Anforderungen an die Ortsauflösung einer Abtastung nicht erfüllen.
zeigt eine mikroskopische Aufnahme einer abgetasteten Probenträgeroberfläche ohne Strahlausrichtungskorrektur.
illustriert schematisch die Wirkungsweise der offenbarungsgemäßen Prinzipien.
zeigt eine mikroskopische Aufnahme einer abgetasteten Probenträgeroberfläche, ähnlich zu , mit Strahlausrichtungskorrektur.
zeigt zur weiteren Einordnung der Offenbarung eine LDI-TIMS-Q-FRAG-Reflektor-OTOF-Anordnung, mit und in der sich die Prinzipien der Offenbarung umsetzen lassen.

Detaillierte Beschreibung
Während die Erfindung anhand einer Anzahl von Ausführungsformen dargestellt und erläutert wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet anerkennen, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der in den beigefügten Patentansprüchen definierten technischen Lehre abzuweichen.
zeigt zur Einordnung der Offenbarung schematisch ein MALDI-Flugzeitmassenspektrometer (adaptiert aus der in der Einleitung zitierten DE 10 2011 112 649 A1 ). Es enthält einen Flugzeitanalysator (1) und eine Strahleinrichtung (2), die ein Spiegelsystem (7, 8) zur Steuerung der Ausrichtung des Laserstrahls relativ zur Analytmaterial tragenden Oberfläche des Probenträgers (13) aufweist. Der üblicherweise gepulste Laserstrahl wird in der Strahlerzeugungseinheit (3) generiert, die einen Laserkristall (4) und erforderlichenfalls eine Vorrichtung (5) für eine Vervielfachung der Laserfrequenz enthält, im Mustergenerator (6) mit Intensitätsspitzen versehen (z.B. nach dem in DE 10 2004 044 196 A1 dargelegten Prinzip; entsprechend US 2006/0071160 A1 und GB 2 421 352 A ), und im Spiegelsystem durch zwei Galvospiegel (7) und (8) in zwei Raumrichtungen abgelenkt, so dass die Auftreffposition des Laserstrahls auf der Probenträgerfläche verschoben werden kann.
Der abgelenkte Laserstrahl wird dann in einem Keplerschen Teleskop (9) aufgeweitet und gemäß der Winkelablenkung parallel verschoben, der austretende Laserstrahl wird mit verkleinerter Winkelablenkung über den Spiegel (10) wieder genau zentral in das Objektiv (11) gerichtet. Das Objektiv (11) wird je nach Winkelablenkung zentral, aber unter leicht verschiedenen Winkeln durchstrahlt, wodurch sich die Verschiebung der Auftreffposition auf dem Probenträger (13) ergibt. Es sei hier angemerkt, dass die Strahlführung innerhalb eines Teleskops (9) nach Kepler komplizierter ist und aus Vereinfachungsgründen von der Abbildung nicht real wiedergegeben wird, die Abbildung gibt aber die Außenwirkung des Teleskops auf den Laserlichtstrahl richtig wieder.
Die in den Desorptionswolken des auftreffenden Laserstrahls erzeugten desorbierten geladenen Moleküle und Ionen werden durch elektrische Potentiale an der Schnittstelle zum Massenanalysator, die die mit elektrischen Potentialen pulsweise beschalteten Blenden (14) und (15) aufweist, zu einem Ionenstrahl (18) beschleunigt, der die beiden Ablenkkondensatoren (16, 17) zur Bahnkorrektur passiert und im Reflektor (19) auf den Detektor (20) fokussiert wird (LDI-Axial-Reflektor-TOF-Anordnung). Der Probenträger (13) ist mit einer Translationseinrichtung (22) gekoppelt, z.B. auf einem Verschiebetisch abgelegt, der in einer, zwei oder auch drei Raumrichtungen (xyz) verstellt werden kann, um den durch den Laserstrahl anzuvisierenden Auftreffbereich des Analytmaterials auf dem Probenträger anzufahren. Der Translationseinrichtung (22) an- oder beigestellt ist eine Positionsüberwachungseinrichtung (24), z.B. ein linearer Drehgeber oder Inkrementalgeber, eine kapazitive Sensorik oder eine lichtoptische Sensorik, die in der Lage ist, Daten zur Ist-Position der Translationseinrichtung (22) und/oder des Probenträgers mit hoher Genauigkeit unabhängig zu bestimmen, z.B. mit 0,1 Mikrometer nomineller Auflösung. Bevorzugt ist der Einsatz einer Positionsüberwachungseinrichtung, deren nominelle Positionsbestimmungsgenauigkeit die kleinstmögliche Schrittweite der Translationseinrichtung um mehr als den Faktor zehn übertrifft. Bei einer minimalen Schrittweite der Translationseinrichtung von 5 Mikrometern führt dies zu einer nominellen Genauigkeit der Positionsüberwachungseinrichtung von ≤ 0,5 Mikrometer; entsprechend bedingt eine minimale Schrittweite von 3 Mikrometern eine nominelle Genauigkeit von ≤ 0,3 Mikrometer usw.
Ein Steuerungssystem (26), das für die Umsetzung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung geeignet und entsprechend programmiert ist, kommuniziert sowohl mit der Positionsüberwachungseinrichtung (24) als auch mit den verstellbaren Spiegeln (7, 8) der Strahleinrichtung (2) und der Translationseinrichtung (22) und stimmt den Betrieb insbesondere der beiden letztgenannten aufeinander ab. Die Auftreffbereiche auf dem Probenträger werden so eingestellt, dass das durch den Strahl desorbierte und ionisierte Analytmaterial die Schnittstelle in Form der beiden Blendenelektroden (14, 15) durchlaufen kann. In der gezeigten Anordnung verläuft eine Flächennormale zum Probenträger (13), die dem eingestellten Auftreffbereich entspringt, durch die Öffnungen in den Blendenelektroden (14, 15), im Wesentlichen parallel zum Ionenstrahl (18). Die erste Blendenelektrode (14), genauer gesagt deren Öffnung, setzt in diesem Beispiel den Rahmen geometrischer Akzeptanz für den Empfang und die Weiterleitung örtlich desorbierten Analytmaterials, denn Material, das jenseits des auf die Probenträgerfläche projizierten Umrisses dieser Öffnung auf dem Probenträger (13) desorbiert wird, lässt sich nicht mehr verlässlich mit einer Flugzeit-zu-Massen abbildenden Kalibration auswerten und unterliegt ferner deutlichen Auflösungseinbußen im Vergleich zu solchem Material, das innerhalb des projizierten Öffnungsumrisses auf dem Probenträger (13) desorbiert wird.
Die durch die vorliegende Offenbarung adressierte Aufgabe und Lösung dazu wird im Folgenden mit Verweis auf die erläutert. Ein Probenträger ist mit zu desorbierendem Analytmaterial belegt, z.B. einem mikrotomierten, zweidimensional ausgedehnten Gewebeschnitt oder einem zweidimensional ausgedehnten Feld aus vereinzelten Probenpräparationen an dafür ausgezeichneten Stellen, letzteres z.B. auf einer Platte des AnchorChip™-Typs von Bruker. Ein desorbierender Strahl soll unterschiedliche Auftreffbereiche dieses Analytmaterials abtasten, um örtlich Moleküle und Ionen freizusetzen, die über eine Schnittstelle einem Analysator zugeführt werden, um dort untersucht zu werden. Der Probenträger ist mit einer Translationseinrichtung gekoppelt, die seine Position gegenüber der Schnittstelle entlang wenigstens einer Raumrichtung, bevorzugt entlang zwei Raumrichtungen in einer Ebene und weiter bevorzugt entlang drei Raumrichtungen verändern kann.
Die Position des Probenträgers kann zum Beispiel als seine geometrische Mitte oder als ein sonstiger beliebiger fester Punkt an oder in ihm definiert sein. Position und Abmessungen des Probenträgers auf der Translationseinrichtung sind durch die instrumentellen Gegebenheiten normalerweise vorgegeben oder bekannt, z.B. eine Aufnahmemulde oder Festlegungsmerkale wie Klemmen, so dass sich die Positionsänderung der Translationseinrichtung schnell und unkompliziert in die Positionsänderung des Probenträgers übersetzen lässt. Ebenso sind Position und Abmessungen des Analytmaterials auf dem Probenträger bekannt (z.B. im Fall einer AnchorChip™-Platte) oder können vorher ermittelt werden (z.B. im Fall eines Gewebeschnitts, dessen genauer Zuschnitt und Umriss schwer vorherzusagen ist). Gegebenenfalls, z.B. wenn es diesbezüglich Unsicherheiten geben sollte oder eine Bestätigung gewünscht ist, können sie sondiert oder abgefragt werden, z.B. lichtoptisch unter Verwendung einer Kamera und geeigneter Referenzmarken auf dem Probenträger, die sich häufig in dessen Randbereich befinden.
Der desorbierende Strahl trifft in einer Standardausrichtung auf einen bestimmten Bereich der Oberfläche des Probenträgers, welcher sich im Wesentlichen durch die Position der Translationseinrichtung bestimmt. Auslenkungen der Strahleinstellung von dieser Standardausrichtung sind in bestimmten räumlichen Grenzen möglich und angezeigt; letzteres gerade dann, wenn das Abtasten des Analytmaterials zwecks beschleunigter Ausführung unter Verwendung einer Folge von abwechselnden Translationseinrichtungsbewegungen und Strahlausrichtungsänderungen durchgeführt wird, siehe z.B. die kürzlich eingereichte deutsche Anmeldung 102021114934.7 der Anmelderin. Soll ein Bereich der Probenträgeroberfläche vom Strahl beaufschlagt werden, der jenseits des Bewegungsradius der Strahleinrichtung liegt, wird die Translationseinrichtung den Probenträger in die entsprechende Richtung verfahren, um den Zugang des desorbierenden Strahls zum Analytmaterial wiederherzustellen. In einem Messzyklus kommen üblicherweise viele solcher Bewegungen der Translationseinrichtung vor, gegebenenfalls quasi-kontinuierlich mit hoher Schrittfrequenz, was grundsätzlich auch die kumulierte Gefahr des Auftretens von Positionierfehlern erhöht, selbst wenn die Wahrscheinlichkeit für einen Positionierfehler in der Einzelbewegung, wie von Verschiebetisch-Herstellern oft angegeben, gering ist.
Insbesondere bei der Abtastung eines Gewebeschnitts aber auch bei sehr dicht gesetzten Einzelpräparationen sollen einander benachbarte Auftreffbereiche des Strahls eng beieinander liegen, aber trotzdem räumlich voneinander getrennt sein. Gerade in der Bildgebung von flächigem Analytmaterial ist die räumliche Nähe wichtig, um so viel Analytinformation wie möglich aus dem Analytmaterial herauszuholen. Ein Bildelement oder Einzelpräparationsabstand von 5-10 Mikrometern bei vergleichbarer Bildelement- oder Präparationsgröße gilt nach jetzigem Stand als Herausforderung. Gleichzeitig ist es aber auch wichtig, in der Lage zu sein, die Analytinformation unzweideutig einem eng definierten Flächenbereich des Analytmaterials als Ursprungsort zuzuordnen, gerade in Bereichen des Analytmaterials, in denen sich die Analytzusammensetzung stark verändert, z.B. von einer Gewebeart zur anderen oder von einer Einzelpräparation zur anderen.
Mit kommerziell erhältlichen Translationseinrichtungen lassen sich diese erhöhten Anforderungen nur bedingt erfüllen. Insbesondere wenn Anforderungen an die Ortsauflösung der Abtastung so hoch sind, dass Auftreffbereiche mit Abmessungen von einigen wenigen Mikrometern abgetastet werden sollen, die dann auch in einer grafischen Auswertung als unterschiedliche Bildelemente dargestellt werden, macht sich die beschränkte Präzision der bislang verwendeten Bauteile bemerkbar. veranschaulicht schematisch einen Probenträger (13'), der Analytmaterial trägt (nicht gezeigt) und an Hand eines vorbestimmten Rasters von Auftreffbereichen durch einen Desorptionsstrahl (30) abgetastet werden soll. Die geplanten Auftreffbereiche (32) sind durch gestrichelte Quadrate gekennzeichnet, siehe Legende unten. Der entsprechende Rasterplan, der sowohl die Position der Auftreffbereiche (z.B. eine Mittenposition oder eine fest vorgegebene Stelle am Rand oder eine Ecke) als auch Abstand und Anordnung der Bereiche zueinander beinhaltet, kann von einem Nutzer vorgegeben oder durch ein Computerprogramm automatisiert oder halb-automatisiert erstellt werden. In dem vorliegenden Beispiel wird der Einfachheit halber ein Raster mit einer geradlinigen Anordnung von geplanten Auftreffbereichen (32) angenommen, wobei sich die Prinzipien natürlich auf Abtastungen in zwei Dimensionen übertragen lassen. Ebenfalls wird angenommen, dass der desorbierende Strahl (30) in einer festen Ausrichtung auf die Auftreffbereiche trifft, d.h. dass es keine Mikrobewegung der Ausrichtung des Strahls (30) in den Auftreffbereichen gibt, um eine bestimmte Fläche innerhalb des Bewegungsradius des Strahls (30) zu überstreichen, wie sie als Kombination aus „Strahl-Scanmodus“ (beam scan mode) und „Tisch-Scanmodus“ (stage scan mode) in Teilen des Stands der Technik beschrieben ist. Die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung sind aber gleichwohl auf solche Ausgestaltungen in entsprechender Weise anwendbar.
Neben den geplanten Auftreffbereichen (32) sind auch die tatsächlichen Auftreffbereiche (34) in Form von unterschiedlich schraffierten Quadraten mit durchgezogenem Umriss in wiedergegeben. Im obersten Schritt sind der tatsächliche Auftreffbereich (Vertikalschraffur) und der geplante Auftreffbereich deckungsgleich. Dies bedeutet, dass in der weiteren Daten- und Signalverarbeitung die aus diesem Flächenelement des Analytmaterials stammenden Informationen räumlich korrekt zugeordnet werden. Es bedeutet ebenfalls, dass diese Informationen von bislang unbeprobtem Analytmaterial gewonnen werden; mit anderen Worten, das Analytmaterial ist an dieser Stelle noch nicht durch vorherige Desorption verändert worden.
Der mittlere Schritt veranschaulicht ein Problem einer Translationseinrichtung (nicht gezeigt), wenn die Bewegung zu einem nachfolgenden Auftreffbereich nicht ausreichend ist, sondem zu kurz bleibt, z.B. auf Grund eines Positionierfehlers. Ein solcher Positionierfehler kann durch die Ungleichförmigkeit von Magnetfeldern, die sich aus der Bauform eines Vakuummotors ergeben kann, bedingt sein. Dies wird durch einen gestauchten Pfeil (36A) illustriert. Der tatsächliche Auftreffbereich (Diagonalschraffur) ist nicht mehr deckungsgleich mit dem geplanten Auftreffbereich (32); vielmehr überlappen die beiden Bereiche lediglich zur Hälfte, wobei erschwerend hinzukommt, dass ein Randbereich des tatsächlichen Auftreffbereichs einen Randbereich des zuvor ordentlich bestrahlten Auftreffbereichs (Vertikalschraffur) berührt. Würde die Abtastung in dieser Ausrichtung durchgeführt, wäre das Desorptionsergebnis eine Mischung aus unbeprobtem und bereits beprobtem Material, was ungünstiger Weise die zu Grunde liegende Analytinformation räumlich verschmiert. Je nach Desorptionsgrad, z.B. bei vollständiger Laserablation des Analytmaterials an der zuvor beschossenen Stelle, kann es auch dazu kommen, dass ein Teil des Strahls auf die blanke Probenträgeroberfläche trifft und somit insbesondere Mengeninformation verzerrt wird.
Im unteren Schritt wird ein weiteres Problem der Translationseinrichtung gezeigt, wenn die Bewegung von einem vorherigen Auftreffbereich zu einem nachfolgenden benachbarten Auftreffbereich nicht den Vorgaben folgt, sondern zu lange währt, z.B. auf Grund eines Positionierfehlers. Dies wird durch den gestreckten Pfeil (36B) angezeigt. Der tatsächliche Auftreffbereich (Maschenschraffur) ist auch in diesem Beispiel nicht mehr deckungsgleich mit dem geplanten Auftreffbereich (32); auch hier überlappen die beiden Bereiche lediglich etwa zur Hälfte, wobei der tatsächliche Bereich in ein Gebiet des Probenträgers (13') und Analytmaterials hinüberragt, das noch nicht von dem desorbierenden Strahl (30) beprobt wurde. In beiden zuvor genannten Fällen stimmen geplanter und tatsächlicher Ort der Desorption nicht mehr überein, was ungünstige Abbildungsfehlzuordnungen in den auszuwertenden Messdaten zur Folge hat.
Zur praktischen Veranschaulichung dieser Probleme zeigt eine mikroskopische Aufnahme der durch Laserbeschuss hervorgerufenen Ablationskrater auf einem großflächig und gleichförmig mit der MALDI-Matrixsubstanz α-Cyano-4-hydroxyzimtsäure (HCCA) präparierten Probenträger. Jeder Ablationskrater ist das Ergebnis eines mehrfachen, hier 30-fachen Beschusses der gleichen Stelle, wie er bei der MALDI-Datenakquisition zur Vergrößerung des Signal-Rausch-Abstands häufig verwendet wird. Die Aufnahme ist aus Darstellungsgründen farbinvertiert, so dass die Ablationskrater, deren horizontaler und vertikaler Abstand zueinander mit 10 Mikrometern geplant war, als weiße Flecken erscheinen. Die Abfolge von Bewegungen zur Beprobung unterschiedlicher Auftreffbereiche beinhaltete lediglich solche eines Verschiebetisches, auf dem sich der präparierte Probenträger befand. Die Ausrichtung des Laserstrahls hingegen wurde ortsfest gehalten, was nicht den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung entspricht. Im Ergebnis sind bei den im Beispiel verwendeten Bauteilen eine große Zahl von Unregelmäßigkeiten in dem eigentlich als regelmäßig geplanten Zeilen-Spalten-Raster zu erkennen, insbesondere in den Anfängen der Abtastzeilen. Dort gehen die tatsächlichen Auftreffbereiche teilweise ineinander über. Im weiteren Verlauf der Zeilen finden sich sichtbare Lücken zwischen den einzelnen Auftreffbereichen, die größer als der geplante einheitliche Abstand von 10 Mikrometern sind. Die Spaltentreue des als ideal geplanten Rasters ist in der praktischen Umsetzung und im Hinblick auf die gestellten Anforderungen als ungenügend zu bezeichnen.
Ausgehend von den in und aufscheinenden Problemen illustriert eine Vorgehensweise im Einklang mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Wesentlich für deren Umsetzung ist, dass die Strahleinrichtung in keinem Fall mit einer ortsfesten Ausrichtung des desorbierenden Strahls (30) arbeitet, sondern derart angesteuert wird, dass erkannte Fehlstellungen der Translationseinrichtung durch entsprechende Neuberechnung der Lagekoordinaten der Auftreffbereiche auf der Probenträgeroberfläche und damit einhergehend der Strahlausrichtung ausgeglichen werden. Die Information über eine Fehlstellung der Translationseinrichtung wird von einer Positionsüberwachungseinrichtung (nicht gezeigt) geliefert, z.B. einem hochpräzisen linearen Inkrementalgeber, einer hochpräzisen kapazitiven oder lichtoptischen Sensorik, die ihre Messdaten an ein Steuerungssystem übermittelt, welches zum Beispiel als dezentrales System aus vielen, einzelnen Baugruppen zugeordneten Steuerungseinrichtungen wie Lasersteuerung, Verschiebetischsteuerung usw. zusammengesetzt sein kann. Alternativ kann das Steuerungssystem auch eine zentrale Steuerungseinrichtung umfassen, die als Mikroprozessor oder vergleichbare Recheneinheit ausgeführt sein kann. Gegebenenfalls können diese Rechenprozesse auch in einem Betriebssystem eines Rechners ausgeführt werden, der den Analysator, welcher über die Schnittstelle angeschlossen ist, und insbesondere die Ionenquelle gegebenenfalls unter Verwendung dezentraler Steuerungseinrichtungen gemäß einem vorgegebenen Abtastlauf koordiniert.
Nach jeder Bewegung der Translationseinrichtung erhebt die Positionsüberwachungseinrichtung Daten zu deren Ist-Position, aus denen sich die Position des Probenträgers (13') und des darauf abgelegten Analytmaterials unmittelbar ableiten lassen, oder unmittelbar zur Ist-Position des Probenträgers, und übermittelt sie an das Steuerungssystem. Dieses gleicht Ist-Position und Soll-Position, die sich aus dem vorher festgelegten Rasterplan ergibt, miteinander ab. Wird keine Abweichung erkannt, oder lediglich eine Abweichung innerhalb bestimmter Toleranzen, kann ein Steuerungsbefehl zum Auslösen des desorbierenden Strahls (30) in der angefahrenen Position ausgesendet werden. Diese Toleranzen können sich zum Beispiel daran bemessen, dass ein unterscheidbarer Abstand zwischen zwei benachbarten Auftreffbereichen und damit Ursprungsorten desorbierten Analytmaterials gewahrt ist.
Wird hingegen eine Positionsabweichung erkannt, insbesondere im dreistelligen Nanometerbereich oder darüber hinaus, wird der Unterschied entlang der betroffenen Raumrichtungen bestimmt und als Versatz für eine Neuberechnung der Ausrichtung des desorbierenden Strahls (30) eingegeben. Diese Neuausrichtung oder Anpassung der Ausrichtung wird dann von verstellbaren strahllenkenden Elementen im Strahlführungsweg ausgeführt, z.B. durch Verkippung galvanometrischer Strahlführungsspiegel im Falle einer Laserablation (siehe z.B. Bezugszeichen (7, 8) in ) oder Änderung einer Potentialdifferenz, die an paarweise gegenständig angeordnete Ablenkelektroden angelegt wird, im Falle eines desorbierenden Primärionenstrahls. In wird die korrigierte Strahlausrichtung mit durchgezogenem Pfeilumriss (30`) veranschaulicht, wohingegen die vor der Korrektur geplante Strahlausrichtung gestrichelt gezeigt ist. In dem obersten Schritt von ist keine Anpassung der Strahlausrichtung erforderlich, weil keine Positionsabweichung vorliegt. Im mittleren Schritt muss die Strahlausrichtung etwas gegen die Bewegungsrichtung der Translationseinrichtung ausgelenkt werden, um geplanten und tatsächlichen Auftreffbereich zur Deckung zu bringen. Im untersten Schritt wird die Strahlausrichtung etwas in der Bewegungsrichtung ausgelenkt, um den geplanten Austreffbereich ins Ziel zu nehmen. Erst wenn die Positionskorrektur, sofern erforderlich, von der Strahleinrichtung ausgeführt worden ist, was ohne störenden Zeitverlust in einigen wenigen Millisekunden geschieht, wird der Strahl ausgelöst, um örtlich Analytmaterial zu desorbieren.
Ein mathematisch einfacher Fall der Neuberechnung oder Korrektur der Strahlausrichtung liegt insbesondere dann vor, wenn der desorbierende Strahl mit einem Einfallswinkel von nahezu null Grad zur Flächennormale auf die Probenträgeroberfläche trifft, weil dann eine Auslenkung des Strahls von der Standardausrichtung unmittelbar in der Auftreffebene, die der Oberfläche des Probenträgers entspricht, in jede Richtung gleich zu behandeln ist. Mathematisch etwas komplexer wird es, wenn der desorbierende Strahl unter einem von null oder 180 Grad abweichenden Einfallswinkel zur Flächennormale (je nach Sichtweise) auf den Probenträger trifft, wie es auch in mit der dortigen Axial-TOF-Anordnung schematisch illustriert ist. Dort werden geladene Moleküle und Ionen bevorzugt entlang der Flächennormale des Probenträgers aus dem Ionenerzeugungsbereich herausgezogen. Leichte Abweichungen von dieser Ionenextraktionsachse können bezüglich der Massenauflösung beispielsweise durch das in DE 10 2018 112 538 B3 (entsprechend US 2019/0362958 A1 und GB 2 574 709 A ) beschriebene Verfahren ausgeglichen werden. Die Einfallswinkel in der Standardausrichtung derartiger Axial-TOF-Aufbauten können 30°-40° betragen.
Bei solch schrägem Einfall in der Standardausrichtung des Strahls ändert sich bei entsprechender Verkippung der Spiegel oder sonstigen Verstellung der strahllenkenden Elemente nicht nur seine Auftreffposition auf dem Probenträger, sondern auch seine Form, und insbesondere ist nicht mehr vollständig gewährleistet, dass sein Fokus (definiert als Bereich kleinster räumlicher Ausdehnung bei gleichzeitig größter räumlicher Energiedichte) im oder auf dem Analytmaterial liegt, wo er seine desorbierende Kraft entfalten soll. Dies gilt umso mehr, als es bei schrägem Einfall im Gegensatz zum Flächennormal-parallelen Einfall eine Vorzugsrichtung gibt, die sich darin äußert, dass sich Änderungen der Strahlausrichtung in der Vorzugsrichtung bei übereinstimmendem Winkelinkrement stärker auf Form und Fokus des Strahls auswirken als Änderungen entgegen der (oder auch senkrecht zur) Vorzugsrichtung. Demzufolge muss das Steuerungssystem in solchen Ausführungen den schrägen Einfall in den Berechnungen berücksichtigen, um zu gewährleisten, dass der desorbierende Strahl auch nach Anpassung seines Einstrahlwinkels in Abhängigkeit einer erkannten Translationseinrichtungs-Fehlstellung sein Ziel ordentlich findet. Je nach Ausmaß der licht- oder ionenoptisch zu korrigierenden Translations-Fehlstellung kann eine Anpassung der Ausrichtung des desorbierenden Strahls auch eine Anpassung von dessen Fokus in einer z-Richtung senkrecht zur Oberfläche xy des Probenträgers beinhalten. Beispielsweise lässt sich die Fokuslage verändern unter Verwendung einer im Strahlweg angeordneten abbildenden Linse, deren Position im Strahlweg sich anpassen lässt, für einen Strahl elektromagnetischer Wellen oder einer im Strahlweg angeordneten Einzellinse, deren Betriebspotentiale sich anpassen lassen, für einen Primärionenstrahl.
In Analogie zu , die das Ergebnis einer Abtastung ohne korrigierende Veränderung einer Laserstrahlausrichtung zeigt, so dass die Genauigkeit der Abtastung von der für geringere Anforderungen ausgelegten Präzision des Verschiebetisches beherrscht wird, veranschaulicht das Ergebnis des gleichen Experiments unter Verwendung einer Strahlausrichtungskorrektur in Abhängigkeit der aus den Daten einer Positionsüberwachungseinrichtung ermittelten Translations-Fehlstellungen des Verschiebetisches oder auch Probenträgers. Auch hier handelt es sich aus Veranschaulichungsgründen um eine farbinvertierte Darstellung. Wie deutlich zu sehen ist, liegen die Ablationskrater (weiße Flecken) in regelmäßig angeordneten Reihen und Spalten. Die Abstände der einzelnen Flecken sind weitgehend einheitlich, bei etwa 10 Mikrometern. Überlagerungen mehrerer Auftreffbereiche sind nicht ersichtlich. Mit einer solchen Einstellung lässt sich eine ortstreue Abbildung des Analytmaterials gewährleisten. Der Befund aus diesem Beispiel lässt sich selbstverständlich auch auf noch anspruchsvollere Desorptionseinstellungen übertragen, wie z.B. unter Verwendung eines Durchmessers von etwa 3-5 Mikrometer des desorbierenden Strahls auf dem Analytmaterial, Bewegungsinkrementen der Translationseinrichtung von etwa 5 Mikrometern und Abständen der benachbarten abzutastenden Auftreffbereiche von etwa 5-10 Mikrometern, die in der gleichen Größenordnung wie die Bewegungsinkremente der Translationseinrichtung liegen.
gibt zur weiteren Einordnung der Offenbarung eine schematische Darstellung eines weiteren möglichen Aufbaus einer offenbarungsgemäßen Vorrichtung wieder, wobei der über eine Schnittstelle angeschlossene Analysator ein Mobilitätsspektrometer-Massenspektrometer ist (adaptiert aus der in der Einleitung zitierten Arbeit von Jeffrey M. Spraggins et al.). In aller Kürze seien Aufbau und Betrieb erläutert:
Ein Lasersystem als Strahleinrichtung (2*) mit verschiedenen lichtoptischen Strahlführungselementen ist dazu ausgelegt, Analytmaterial auf einem Probenträger (13*) pulsweise zu beschießen. Der Probenträger (13*) kann dabei schrittweise abgetastet werden, um ortsaufgelöste Messsignale vom Analytmaterial zu erhalten, z.B. aus ausgedehntem zweidimensionalem Analytmaterial wie einem flächigen Gewebeschnitt oder einem Feld vereinzelt präparierter Proben wie etwa örtlich aufgebrachten Gewebehomogenisats-Präparationen.
Der Probenträger (13*) ist mit einer Translationseinrichtung (22*) gekoppelt, z.B. auf einem Verschiebetisch abgelegt, der in einer, zwei oder auch drei Raumrichtungen (xyz) verstellt werden kann, um die durch den Laserstrahl anzuvisierende Stelle des Analytmaterials auf dem Probenträger anzufahren. Der Translationseinrichtung (22*) an- oder beigestellt ist eine Positionsüberwachungseinrichtung (24*), z.B. ein linearer Drehgeber oder Inkrementalgeber, eine kapazitive Sensorik oder lichtoptische Sensorik, die in der Lage ist, Daten zur Ist-Position der Translationseinrichtung (22*) und/oder des Probenträgers (13*) mit hoher Genauigkeit unabhängig zu bestimmen, z.B. mit 0,1 Mikrometer nomineller Auflösung. Bei Positionsbestimmung der Translationseinrichtung selbst lassen sich die Positionen des Probenträgers (13*) und auch des Analytmaterials einfach ableiten.
Ein Steuerungssystem (26*), das für die Umsetzung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung geeignet und entsprechend programmiert ist, kommuniziert sowohl mit der Positionsüberwachungseinrichtung (24*) als auch mit verstellbaren strahlführenden Elementen (nicht dargestellt) in der Strahleinrichtung (2*) sowie der Translationseinrichtung (22*) und stimmt den Betrieb insbesondere der beiden letztgenannten aufeinander ab. Die Auftreffbereiche auf dem Probenträger (13*) werden so eingestellt, dass das durch den Strahl desorbierte und ionisierte Analytmaterial von der Schnittstelle in Form des Hochfrequenzspannungs-Ionentrichters (40) aufgenommen und für die Weiterleitung durch die Anordnung räumlich zu einem dünnen Ionenfaden verdichtet wird. In der gezeigten Anordnung verläuft eine Flächennormale zum Probenträger (13*), die dem eingestellten Auftreffbereich entspringt, durch die Öffnungen in den Elektroden des Trichters (40). Die Elektrodenbaugruppe des ersten Trichterelements, genauer gesagt deren Öffnung, setzt in diesem Beispiel den Rahmen geometrischer Akzeptanz für den Empfang und die Weiterleitung örtlich desorbierten Analytmaterials. Dieser Akzeptanzbereich ist etwas größer als der in der Schnittstelle im Beispiel aus , gleichwohl lässt sich auch hier Analytmaterial nicht an einem beliebigen Ort auf dem Probenträger (13*) desorbieren. Hier gilt entsprechend, dass Material, das jenseits des auf die Probenträgerfläche projizierten Umrisses der ersten Trichteröffnung auf dem Probenträger (13*) desorbiert wird, sich nicht mehr verlässlich oder nur unter Einbußen in den anknüpfenden Tunnelbereich des Mobilitätsspektrometers überführen lässt, im Vergleich zu solchem Material, das innerhalb des projizierten Umrisses der größten Trichteröffnung auf dem Probenträger (13*) desorbiert wird.
Nach der Erzeugung tritt das geladene Analytmaterial über den Hochfrequenzspannungstrichter (40) in ein Mobilitätsspektrometer (42) ein, das einen akkumulierenden Bereich (42A) und einen nachfolgenden analysierenden Bereich (42B) besitzt. Das Prinzip einer solchen dualen Ausgestaltung ist z.B. in der Patentveröffentlichung US 2016/0231275 A1 der Anmelderin beschrieben. Durch beide Bereiche des Mobilitätsspektrometers (42) strömt ein inertes Gas (in der Abbildung von links nach rechts). Das geladene Analytmaterial wird darin durch den Gasstrom gegen ein entgegenwirkendes elektrisches Feld getrieben. Im analysierenden Bereich (42B) wird das geladene Analytmaterial in Abhängigkeit der jeweiligen Mobilität entsprechend an unterschiedlichen Positionen entlang der Achse aufgetrennt.
Eine inkrementelle Verringerung der elektrischen Feldstärke im analysierenden Bereich (42B) des Mobilitätsanalysators (42) ermöglicht eine sequenzielle Abgabe von nach Mobilität separiertem geladenen Analytmaterial. Nach der Mobilitätsanalyse im analysierenden Bereich (42B) wird das währenddessen im akkumulierenden Bereich (42A) gesammelte geladene Analytmaterial an den analysierenden Bereich (42B) transferiert. Das aus dem Analysebereich (42B) austretende geladene Analytmaterial durchläuft zunächst einen Transfermultipol (44) und tritt dann in einen Quadrupol-Massenfilter (46) ein. Hier kann das geladene Analytmaterial für die weitere Analyse ausgesucht, anderes geladenes Analytmaterial im Gegenzug herausgefiltert werden. Im Anschluss hieran wird das geladene Analytmaterial in eine Stoßzelle (48) überführt, wo das ausgesuchte geladene Analytmaterial durch beschleunigten Einschuss in ein neutrales Gas in Bruchstücke fragmentiert werden kann.
In der Stoßzelle (48) wird das geladene Analytmaterial und/oder die etwaig daraus erzeugten geladenen Fragmente zwischengespeichert, bevor es bzw. sie zeitlich abgestimmt in den Pulser (50) eines Flugzeit-Analysators (52) mit orthogonalem Einschuss eingebracht wird bzw. werden. Dort wird senkrecht zur Eintrittsrichtung auf die Flugstrecke eines Reflektor-Flugzeit-Analysators beschleunigt. Am Ende der Flugstrecke nach der Flugrichtungsumkehr im Reflektor (durch Pfeil angedeutet) empfängt ein Detektor (nicht gezeigt) die verschiedenen Pakete zeit- und damit massenaufgelöst und gibt sie als Flugzeittransient aus, der anschließend in Massen (m) oder Masse/Ladungsverhältnisse (m/z) umskaliert werden kann.
Die Erfindung ist vorstehend mit Bezug auf verschiedene besondere Ausführungsbeispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass diverse Aspekte oder Details der beschriebenen Ausführungen geändert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Weiterhin können die im Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsformen offenbarte Merkmale und Maßnahmen beliebig kombiniert werden, sofern dies einem Fachmann praktikabel erscheint. Überdies dient die vorstehende Beschreibung nur zur Veranschaulichung der Erfindung und nicht zur Einschränkung des Schutzbereichs, der ausschließlich durch die beigefügten Patentansprüche unter Berücksichtigung etwaig vorhandener Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Vorrichtung zum desorbierenden Abtasten von Analytmaterial, das auf einem Probenträger abgelegt ist, umfassend: - eine Strahleinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, einen Strahl, der örtlich Analytmaterial desorbiert, auf einen Auftreffbereich auf dem Probenträger zu richten; - eine Schnittstelle, die angeordnet und ausgelegt ist, örtlich desorbiertes Analytmaterial zu empfangen und einer Analyseeinrichtung zuzuführen; - eine Translationseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, eine Position des Probenträgers relativ zur Schnittstelle zu verändern, um verschiedene vorbestimmte, nicht-deckungsgleiche Auftreffbereiche anzufahren; - eine Positionsüberwachungseinrichtung, die an oder bei der Translationseinrichtung angeordnet und ausgelegt ist, Daten für die Ermittlung einer Ist-Position des Probenträgers zu erheben; und - ein Steuerungssystem, das angeordnet und ausgelegt ist, mit der Strahleinrichtung, der Translationseinrichtung und der Positionsüberwachungseinrichtung zu kommunizieren sowie deren Betrieb zu regeln und koordinieren, wobei das Steuerungssystem den Betrieb der Strahleinrichtung und der Translationseinrichtung derart aufeinander abstimmt, dass jeder Auftreffbereich so angeordnet wird, dass örtlich desorbiertes Analytmaterial von der Schnittstelle empfangen werden kann, und wobei das Steuerungssystem eine Abweichung der Ist-Position von einer Soll-Position des Probenträgers unter Verwendung der Daten der Positionsüberwachungseinrichtung ermittelt und, sofern eine solche erkannt ist, daraus eine Anpassung einer Strahlausrichtung derart ableitet, dass der Strahl auf einen Auftreffbereich gerichtet wird, der sich ergibt, wenn keine Abweichung vorliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Positionsüberwachungseinrichtung als linearer Drehgeber oder Inkrementalgeber, kapazitive Sensorik oder lichtoptische Sensorik ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Strahleinrichtung einen Erzeuger eines Laserstrahls oder eines Ionenstrahls aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Strahleinrichtung einstellbare strahllenkende Elemente umfasst, die für die Anpassung der Strahlausrichtung angesteuert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die strahllenkenden Elemente Galvanometer-Mikrospiegel für einen Laserstrahl oder Paare gegenständiger Gleichspannungselektroden für einen Ionenstrahl aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der ein Auftreffbereich (i) im Wesentlichen vollflächig von dem desorbierenden Strahl erfasst wird oder (ii) in eine Vielzahl von Teilbereichen untergliedert ist, welche in einer vorbestimmten Reihenfolge von dem Strahl abgetastet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Schnittstelle eine Achse aufweist, die im Wesentlichen parallel zu einer Flächennormale des Probenträgers ist und entlang welcher örtlich desorbiertes Analytmaterial der Analyseeinrichtung zugeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Strahleinrichtung so angeordnet und ausgelegt ist, dass der desorbierende Strahl unter einem Einfallswinkel zu einer Flächennormalen auf den Probenträger trifft.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei der die Translationseinrichtung angeordnet und ausgelegt ist, die Position des Probenträgers in einer xy-Ebene zu verändern, die im Wesentlichen senkrecht zur (i) Achse der Schnittstelle und/oder (ii) Flächennormalen des Probenträgers steht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Strahleinrichtung zusätzlich angeordnet und ausgelegt ist, eine Lage eines Strahlfokus auf dem Analytmaterial in Abhängigkeit der abgeleiteten Anpassung der Strahlausrichtung in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur xy-Ebene steht, nachzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Strahleinrichtung einstellbare abbildende Linsen für die Nachführung des Strahlfokus umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der ein Auftreffbereich so gewählt ist, dass eine Flächennormale des Probenträgers, die von dem Auftreffbereich ausgeht, die Schnittstelle durchläuft, um zu gewährleisten, dass örtlich desorbiertes Analytmaterial der Analyseeinrichtung zugeführt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Schnittstelle mit elektrischen Potentialen beschaltbare Elektroden zur Führung örtlich desorbierten, geladenen Analytmaterials umfasst.
Verfahren zum desorbierenden Abtasten von Analytmaterial, das auf einem Probenträger abgelegt ist, aufweisend die Schritte: (a) Einstellen einer Position des Probenträgers, um einen Auftreffbereich anzufahren, auf den ein Strahl für eine örtliche Desorption von Analytmaterial gerichtet wird; (b) Ermitteln einer Ist-Position des Probenträgers nach der Positionseinstellung; (c) Abgleichen der ermittelten Ist-Position mit einer Soll-Position des Probenträgers, um eine Abweichung zu ermitteln; (d) Anpassen einer Strahlausrichtung, sofern eine Abweichung erkannt ist, derart, dass der Strahl auf den Auftreffbereich auf dem Probenträger gerichtet ist, der sich ergibt, wenn keine Abweichung vorliegt; (e) Beaufschlagen des Auftreffbereichs mit dem Strahl, um örtlich Analytmaterial zu desorbieren und einer Analyseeinrichtung zuzuführen; und (f) Prüfen, ob eine vorbestimmte Endbedingung erfüllt ist, und, falls dies nicht der Fall ist, Wiederholen der Schritte (a)-(e) für einen folgenden nicht-deckungsgleichen Auftreffbereich.