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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft die Massenspektrometrie und insbesondere betrifft die Erfindung das Bereitstellen eines Mittels zum Halten eines Substrats für die Massenspektrometrie während der Desorption und Ionisation eines Analyten.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Massenspektrometrie wird dazu verwendet, um die Masse eines Probenmoleküls sowie die Masse der Fragmente eines Probenmoleküls zu messen, um diese Probe zu identifizieren. Die einfachsten Massenspektrometer führen eine gasförmige, elektrisch neutrale Probe in ein Vakuum ein, in dem normalerweise Drücke von 10–6 torr (1333–800 Pa) oder weniger herrschen (Silverstein, et al., Spectrometric Identification of Organic Compounds, S. 7, John Wiley & Sons, Inc. 1963). Die Probe wird sodann durch einen Elektronenstrahl geführt.
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Die sich schnell bewegenden Elektronen aus dem Elektronenstrahl stoßen auf Elektronen der untersuchten Probe, wodurch ein oder mehrere Elektronen aus der Probe heraus gestoßen werden. Nachdem ein Probenmolekül ein Elektron verloren hat, weist die Probe eine positive Gesamtladung auf oder ist „ionisiert”.
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Bei der Massenspektrometrie wird das Verhältnis der Molekülmasse zu der elektrischen Ladung des Ions gemessen. Die Masse wird üblicherweise in atomischen Masseneinheiten ausgedrückt, die auch Daltons genannt werden. Die Ladung oder Ionisation wird üblicherweise in Vielfachen der Elementarladung ausgedrückt. Das Verhältnis dieser beiden Werte wird als ein m/z-Verhältniswert (Masse/Ladung- oder Masse/Ionisation-Verhältnis) ausgedrückt. Da das Ion üblicherweise einfach geladen ist, handelt es sich bei dem m/z-Verhältnis üblicherweise um die Masse des Ions oder dessen Molekulargewicht (abgekürzt MW). Oftmals werden gleichzeitig die Begriffe m/z, die Masse der Probe in Daltons (oder Molekulargewicht, abgekürzt MW) austauschbar verwendet.
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Moleküle, die nicht ohne Weiteres in den gasförmigen Zustand versetzt werden können, sind schwieriger mit der Massenspektrometrie zu untersuchen. Somit lösen zahlreiche moderne Fortschritte in der Massenspektrometrie Probleme hinsichtlich der Handhabung von flüssigen oder festen Proben. Wenn sich ein Molekül „auf einem Substrat befindet”, dann ist die Probe auf diesem Substrat adsorbiert. Desorption wird der Prozess genannt, durch den ein Molekül, das auf einem Substrat adsorbiert ist, von dem Substrat entfernt wird. Das Entfernen eines Moleküls von einer Oberfläche wird als das „Desorbieren” eines Moleküls von dieser Oberfläche bezeichnet. Wenn das Molekül desorbiert ist, dann kann dieses „verdampft” werden, d. h. in einen gasförmigen Zustand gebracht werden. Anstatt mit einer gasförmigen Probe zu starten, wie dies bei der herkömmlichen Massenspektrometrie getan wird, startet die Desorptions-Massenspektrometrie mit der auf einem Substrat adsorbierten Probe und desorbiert die Probe, um somit die gasförmige Probe dem Massenspektrometer bereitzustellen.
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Die Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometrie (matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometry; MALDI-MS) ist ein Desorptions-Massenspektrometrieverfahren, das für die Analyse von biologischen Proben verwendet wird. Bei der herkömmlichen MALDI wird die Probe üblicherweise in einer festen, Ultraviolett-absorbierenden, kristallinen organischen Säurematrix gelöst. Die flüssige Matrix/Probe wird auf einer inerten Basisplatte in einem bestimmten Muster abgelagert und dieser wird ermöglicht, zu Target-Punkten zu trocknen. Gepulste Laserstrahlung ionisiert einige Probenmoleküle, während der Spot verdampft wird, der die Probe mit der verdampften Matrix trägt. Zahlreiche MALDI-Instrumente sind ausgestaltet, die Spots der Reihe nach zu ionisieren, um den Durchsatz des Systems zu maximieren.
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Die MALDI-MS ermöglicht die Desorption und Ionisation von nicht-volatilen Proben (z. B. biologischen Proben) aus einer Festkörperphase direkt in die Gasphase, und zwar ohne eine Verkohlung, Fragmentierung oder chemische Degradation. Die MALDI-MS wird verwendet, um Substanzen, wie beispielsweise Polypeptide, Polynukleotide, Proteine, DNA-Fragmente, Biopolymere und andere große Moleküle, zu untersuchen. Die Entwicklung der Protontransfer-Ionisation hat die Massenspektroskopie von Biomolekülen ermöglicht.
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MALDI ist hinsichtlich der Untersuchung von kleinen Molekülen stark begrenzt. Die MALDI-Matrix stört Messungen unterhalb eines m/z-Werts von ungefähr 700, auch Niedrigmassenbereich genannt, der ein wenig von der verwendeten Matrix abhängt. Sogar bei großen Molekülen weist MALDI bedeutende Beschränkungen auf. Die Matrix und die Matrixfragmente können Addukte mit dem Probenion ausbilden, die bewirken, dass das gemessene Signal einen Bereich von Molekulargewichten aufweist. Ein Spektrum anhand einer derartigen Analyse kann bedeutend verkürzte Peakhöhen aufweisen.
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Neue Methoden zum Desorbieren von Proben sind entwickelt worden, die ein Substrat verwenden, um die Probe zu halten, anstatt die Probe mit einer Matrix zu vermischen, so dass diese sodann von der Basisplatte adsorbiert wird, wie dies bei MALDI-Spektrometern die herkömmliche Praxis gewesen ist. Substrate aus porösem Silizium sind mit Massenspektrometern, die mit Laser ausgestattet sind, verwendet worden, um Analysen von Proben durchzuführen. Der hierin verwendete Begriff „DIOS” bezeichnet die Desorptionsionisation auf Silizium, eine Struktur, die in der Patentschrift
US 5,882,496 A beschrieben wird, auf deren Inhalt hierin Bezug genommen wird. Ein DIOS-Substrat (auch als Chip bezeichnet) weist üblicherweise Dimensionen von ungefähr 3–5 cm und eine Dicke von 0,5 mm auf. Die Probe, die üblicherweise in der Form einer wässrigen Lösung vorliegt, in der eine oder mehrere Verbindungen gelöst sind, wird auf der porösen Siliziumoberfläche des Substrats aufgenommen. Wenn das Substrat bei der Bestimmung von Massen- und Ladungsinformationen von Ionen verwendet wird, die durch Laserionisation ausgebildet worden sind, wird das Substrat in unmittelbarer Nähe des Einlasses eines Massenspektrometers angeordnet. Der Laser wird entladen oder gepulst, um einen Teil der Probe zu ionisieren und zu verdampfen, wobei jedoch das Substrat verbleibt. Der Dampf, die Ionen und die Gase werden in dem Einlass des Massenspektrometers für eine Analyse eingesaugt.
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Die DIOS-Technik weist die vorteilhaften Effekte auf, dass sie eine direkte Laser-Desorption/Ionisation-Technik für die Verwendung in biomolekularen Analysen und anderen Analysen zur Hand hat. Die DIOS-Technik befriedigt die unerfüllten Bedürfnisse herkömmlicher Verfahren nach dramatisch vereinfachter Probenaufbereitung. Die Probenaufbereitung wird aufgrund des Fehlens der Matrix oder des Bedarfs nach einer kovalenten Verbindung des Analyten zu dem Substrat vereinfacht. Ferner müssen Substrate nicht auf eine bestimmte Probe zugeschnitten werden, und das DIOS-Verfahren weist eine Toleranz hinsichtlich Salzen und Puffern auf.
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Um den DIOS-Chip mit bestehenden MALDI-Instrumenten zu verwenden, müssen Wege entwickelt werden, um die Substrate in den Instrumenten zu sichern, ohne Chemikalien einzubringen. Es wäre wünschenswert, dass die Chips wiederholbar positioniert sind, so dass das Instrument zwischen Chips nicht neu ausgerichtet werden muss. Wenn ferner die Analyse der Proben auf dem Substrat abgeschlossen ist, dann wäre ein einfacher Weg nützlich, um die genutzten Substrate zu entfernen und zu entsorgen. Die vorliegende Erfindung befriedigt diese Bedürfnisse.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten eines oder mehrerer Substrate für die Verwendung in einem Instrument. Insbesondere kann jedes Substrat eine oder mehrere Proben aufweisen, die in einem Muster von Positionen angeordnet sind, um durch eine Lichtenergiequelle ionisiert zu werden, die mit einem Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometer (matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometer) verbunden ist. Jedes Substrat weist eine Vorderseite auf, die eine Arbeitsfläche zur Aufnahme einer oder mehrerer Proben bereitstellt, sowie eine Rückseite, wenigstens eine Kante und eine Dicke.
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Die Vorrichtung umfasst eine Aufnahmeplatte und wenigstens einen Substratclip. Die Aufnahmeplatte weist eine Rückseite, eine Dicke, wenigstens eine Kante, die einen Umfang definiert, und wenigstens eine Aufnahmefläche auf. Jede Aufnahmefläche ist für die Aufnahme der Rückseite eines Substrats ausgestaltet. Diese Aufnahmefläche weist eine oder mehrere Aufnahmelippen auf, die von der Aufnahmefläche für die Aufnahme wenigstens einer Kante des Substrats absteht.
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Jeder Substratclip weist wenigstens einen Vorderfinger und einen Rückfinger auf. Der Vorderfinger weist eine Breite und eine Länge auf, die ausreichend ist, um sich über die Dicke des Substrats zu erstrecken, das auf der Aufnahme liegt, wenn diese verwendet werden. Der Rückfinger erstreckt sich von dem Vorderfinger, um eine Position auf der Rückseite der Aufnahmeplatte anzunehmen.
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Wenn die Aufnahmeplatte verwendet wird, dann nimmt diese das eine oder die mehreren Substrate auf. Jedes Substrat befindet sich an einer der Aufnahmeflächen der Vielzahl von Aufnahmeflächen, wobei einige Kanten an eine oder mehrere Aufnahmemittel anstoßen, um die Substrate in Position für die Ionisation für eine der Proben durch die Lichtenergiequelle zu orientieren. Jedes Substrat wird durch wenigstens einen Substratclip an der vorderen Kante des Substrats in Eingriff genommen. Der Substratclip nimmt ferner die Rückseite der Aufnahmeplatte in Eingriff, um das Substrat in Position festzuhalten.
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In einer Ausführungsform weist jede Aufnahmefläche wenigstens eine Kante auf, die aus einem Abschnitt der Kante der Aufnahmeplatte ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Aufnahmefläche für die Aufnahme eines Substrats auf. Die Aufnahmeplatte ist leitfähig und kann ferner metallisch sein. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat um einen Halbleiter. Bei dem Halbleiter kann es sich um Silizium oder Germanium handeln. Mit einer leitfähigen Aufnahmeplatte und einem Halbleitersubstrat wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Substrat und der Aufnahmeplatte hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgestaltet und angeordnet, in dem Raum von einer oder mehreren metallischen Platten für die Verwendung in Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometern (matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometers) zu kooperieren. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Substrat um einen Desorption/Ionisation-auf-Siliziumchip (DIOS-Chip). Der Desorption/Ionisation-auf-Siliziumchip weist poröse Halbleiterbereiche auf, die in einem Muster angeordnet sind, die den Targets des Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometers (matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometer) entspricht.
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In einer Ausführungsform weist die Aufnahmeplatte wenigstens eine Vertiefung in dem Umfang auf. Diese Vertiefung stellt eine Fläche bereit, wo der Vorderfinger die Vorderseite des Substrats berühren kann, während der Substratclip innerhalb eines Vorsprungs des Umfangs entlang der Vertiefung verbleibt. Der Substratclip hält das Substrat, indem eine Kompressionskraft auf das Substrat zwischen dem Vorderfinger und den Aufnahmelippen ausgeübt wird. Um dies zu erreichen, weist wenigstens eine Aufnahmelippe eine Substrat-berührende Oberfläche auf. Die Substrat-berührende Oberfläche ist eben und bildet einen Winkel mit der Aufnahmefläche. Der Winkel beträgt 90° oder weniger, und vorzugsweise zwischen 75° und 85°. Die Aufnahmelippen erstrecken sich oberhalb der Aufnahmefläche über eine Strecke, die ungefähr doppelt so groß wie die Dicke des Substrats ist.
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In einer Ausführungsform weist die Aufnahmeplatte wenigstens eine Aussparung in der Rückseite auf. Jede Aussparung weist eine Breite, eine Bodenseite und wenigstens eine Seitenwand auf. Die Aussparungen sind dazu gedacht, die Rückfinger des Substratclips aufzunehmen. Die Seitenwand definiert eine Seitenwandebene und die Bodenwandfläche definiert eine Bodenebene. Die Überschneidung der Bodenebene und der Seitenwandebene definiert einen Winkel. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise zwischen 40° und 50°. In einer Ausführungsform schneidet die Aussparung die Kante der Aufnahmeplatte. Vorzugsweise nimmt die Aussparung den Rückfinger gleitend in Eingriff.
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Vorzugsweise weist die Aufnahmeplatte wenigstens eine Vertiefung in dem Umfang auf, der um die Aussparung zentriert ist. Die Vertiefung stellt einen Bereich bereit, wo der Vorderfinger die Vorderseite des Substrats berühren kann, während der Substratclip innerhalb eines Vorsprungs des Umfangs entlang der Vertiefung verbleibt. Die um die Aussparung zentrierte Vertiefung weist eine Breite auf, die der Breite der Aussparung entspricht oder größer als diese ist. Diese Ausführungsform erleichtert das Einbringen des Substratclips auf die Aufnahmeplatte.
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Der Substratclip ist aus einem biegsamen Material ausgebildet. In einer Ausführungsform ist der Substratclip aus einem metallischen Material ausgebildet und eine elektrische Verbindung kann zwischen dem Substratclip und dem Substrat hergestellt werden. In einer Ausführungsform umfasst der Rückfinger des Substratclips ein ebenes Element, das eine erste Seite, eine zweite Seite, wenigstens eine Kante, eine Breite und Spannmittel zum Halten des Substratclips in der Aussparung umfasst. Wenn der Rückfinger von der Aussparung aufgenommen wird, wobei die erste Seite gegen der Bodenfläche der Aussparung liegt, dann wird die zweite Seite unter die Rückseite der Aufnahmeplatte geführt. In einer Ausführungsform weist der Rückfinger wenigstens ein Federelement auf, um die wenigstens eine Seitenwand in Eingriff zu nehmen. Das Federelement steht von der Kante des Rückfingers ab. In einer Ausführungsform weist der Rückfinger zwei Federelemente für die In-Eingriffnahme der Seitenwand auf.
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In einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst der Vorderfinger ein ebenes Blatt, das eine erste Seite, eine zweite Seite und eine Spitze aufweist. Die erste Seite bildet einen Winkel mit dem Rückfinger. Der Winkel beträgt vorzugsweise zwischen 75° und 85°. Mit diesem Winkel drückt die erste Seite des Vorderfingers des Substrats auf die Aufnahmefläche, wenn der Clip die Vorderkante des Substrats in Eingriff nimmt. Überdies kann der Vorderfinger eine Verdickung an der Spitze aufweisen, um die Vorderseite des Substrats weiter in Eingriff zu nehmen.
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In einer Ausführungsform weist die Aufnahmeplatte eine rechteckige Form auf, die vier Kanten aufweist. Eine erste Kante verläuft gegenüber einer dritten Kante und eine zweite Kante verläuft gegenüber einer vierten Kante. Die zweite und die vierte Kante befinden sich in einem rechten Winkel zu der ersten und der dritten Kante. Bei dieser Ausführungsform sind die eine oder die mehreren Aufnahmelippen derart angeordnet, dass wenigstens eine erste Aufnahmelippe entlang der ersten Kante der Aufnahmefläche angeordnet ist und wenigstens eine zweite Aufnahmelippe entlang der zweiten Kante der Aufnahmefläche angeordnet ist. Die erste Aufnahmelippe weist eine Substrat-berührende Oberfläche auf. Die Substrat-berührende Oberfläche ist eben und bildet einen Winkel mit der Aufnahmefläche, der 90° oder weniger beträgt. Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen 75° und 85°. In einer Ausführungsform weist die Aufnahmeplatte wenigstens eine Vertiefung entweder in der dritten Kante oder der vierten Kante auf, um einen Bereich bereitzustellen, wo der Vorderfinger die Vorderseite des Substrats berühren kann, während der Substratclip innerhalb eines Vorsprungs der Kante entlang der Vertiefung verbleibt.
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Die Vorrichtung wird in einem Verfahren zum Halten wenigstens eines Substrats verwendet, das eine oder mehrere Proben in einem Muster von Positionen für die Ionisation der Proben mit einer Lichtenergiequelle aufweist. Das Substrat weist eine Vorderseite zur Aufnahme einer oder mehrer Proben auf, eine Rückseite sowie eine Dicke. Die Rückseite weist eine oder mehrere Rückkanten auf, die eine Länge definieren sowie eine Breite entlang der Rückseite. Die Vorderseite weist eine oder mehrere Vorderkanten auf, die eine Länge und eine Breite entlang der Vorderseite definieren.
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Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Vorrichtung mit einer Aufnahmeplatte und wenigstens einem Substratclip. Die Aufnahmeplatte weist eine Rückseite, eine Dicke, wenigstens eine Kante, die einen Umfang definiert, sowie wenigstens eine Aufnahmefläche auf. Die Aufnahmefläche ist für die Aufnahme der Rückseite des Substrats ausgestaltet. Die Aufnahmefläche weist eine oder mehrere Aufnahmelippen auf, die von der Aufnahmefläche abstehen, um wenigstens eine Kante des Substrats aufzunehmen. Jeder Substratclip weist wenigstens einen Vorderfinger und wenigstens einen Rückfinger auf. Der Vorderfinger weist eine Breite und eine Länge auf, die ausreicht, um sich über die Dicke des Substrats hinauszuerstrecken, das auf der Aufnahmeplatte liegt, wenn diese verwendet werden. Der Rückfinger erstreckt sich von dem Vorderfinger, um eine Position auf der Rückseite der Aufnahmeplatte einzunehmen.
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Das Verfahren umfasst sodann das Platzieren des Substrats auf einer Aufnahmefläche. Das Substrat wird derart angeordnet, dass wenigstens eine Vorderkante an eine oder mehrere Aufnahmelippen anstößt. Somit wird das Substrat in Position für eine Ionisation einer Probe durch eine Lichtenergiequelle orientiert.
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Eine Kante der Vorderseite des Substrats wird sodann durch wenigstens einen Substratclip in Eingriff genommen, um das Substrat in Position zu halten. Schließlich wird die Vorrichtung mit dem Substrat in dem Raum von einer oder mehreren metallischen Platten für die Verwendung in einem Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometer angeordnet.
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Vorzugsweise weist die Rückseite der Aufnahmeplatte wenigstens eine Aussparung für die Aufnahme des Rückfingers des Substratclips auf. Sodann umfasst das Verfahren ferner die gleitende In-Eingriffnahme des Rückfingers in der wenigstens einen Aussparung.
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Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich dem Fachmann anhand der folgenden Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung. Es ist gedacht, dass alle derartigen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile vom Stützumfang der vorliegenden Erfindung umfasst werden, wie dieser durch die anhängenden Ansprüche definiert wird.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zahlreiche Aspekte der Erfindung können unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt, wobei stattdessen die Betonung auf einer klaren Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung liegt. Überdies sind in den Zeichnungen dieselben Bezugsziffern verwendet worden, um entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten zu kennzeichnen. Die vorstehend erwähnten und weiteren Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
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1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines kreisförmigen Substrats.
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1B zeigt eine perspektivische Ansicht eines rechteckigen Substrats.
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2A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform der Aufnahmeplatte.
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2B zeigt eine Seitenansicht der Aufnahmeplatte von 2A.
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3A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Aufnahmeplatte.
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3B zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform von 3A entlang der Linie b-b.
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3C zeigt eine Seitenansicht der Aufnahmeplatte von 3A entlang der Linie c-c.
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3D zeigt ein Detail von 3C.
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4A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Substratclips.
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4B zeigt eine Seitenansicht des Substratclips von 4B.
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5 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform der Vorrichtung, die ein Substrat hält.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten eines oder mehrerer Substrate für die Verwendung in einem Instrument. Ein bevorzugtes Instrument ist ein Matrix-unterstütztes Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometer (matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometer; MALDI mass spectrometer). Die Vorrichtung wird verwendet, wenn die Proben, die desorbiert und ionisiert werden sollen, direkt auf einem Substrat abgelagert werden, anstatt mit einer Matrix vermischt zu werden und auf der Basisplatte abgelagert zu werden, wie dies herkömmlicherweise unter Verwendung von MALDI-Spektrometern durchgeführt worden ist. Jedes Substrat kann eine oder mehrere Stellen zum Halten von Proben aufweisen. Diese Stellen sind in dem Muster angeordnet, das das MALDI-Instrument für die Ionisation einer Sequenz von Proben durch eine Lichtenergiequelle verwendet. Unter Verwendung dieses Mechanismus kann das Substrat in MALDI-Instrumenten verwendet werden, die eine vordefinierte Sequenz von Target-Stellen sequenziell abtastet. Wenn die Vorrichtung verwendet wird, dann werden das Substrat bzw. die Substrate ohne die Verwendung von Klebstoffen befestigt und ausgerichtet, wodurch die Herstellung und Beibehaltung des Vakuums des Massenspektrometers vereinfacht wird.
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Die 1A und 1B stellen Substrate dar. Jedes Substrat 10 weist eine Vorderseite 12 für die Aufnahme einer oder mehrerer Proben 22, eine Rückseite 14 und eine Dicke 16 auf. Die Rückseite 14 weist eine oder mehrere Rückkanten 18 auf, die eine Länge und eine Breite entlang der Rückseite definieren. Die Vorderseite 12 weist eine oder mehrere Vorderkanten 20 auf, die eine Länge und Breite entlang der Vorderseite 12 definieren. Die Proben 22 sind vorzugsweise auf der Vorderseite 12 in Mustern angeordnet, die den Mustern entsprechen, die von dem Analyseelement verwendet werden. 1A zeigt ein rundes Substrat mit einem Durchmesser von 1 Zoll bis 4 Zoll (2,54 bis 10,16 cm). Ein rechteckiges Substrat weist Abmessungen von 2 bis 5,25 Zoll (5,08 bis 13,34 cm) in der Länge und 1 bis 3,5 Zoll (2,54 bis 8,89 cm) in der Breite auf. In 1B ist ein bevorzugtes rechteckiges Substrat dargestellt, das Abmessungen von ungefähr 2 Zoll × 1,4 Zoll (5,08 cm × 3,68 cm) aufweist. Substrate weisen typischerweise eine Dicke zwischen 400–700 μm auf.
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Die Vorrichtung 5, wie diese in den 2A und 2B dargestellt ist, umfasst eine Aufnahmeplatte 30 und wenigstens einen Substratclip 40. Die Aufnahmeplatte 30 weist eine Rückseite 32, eine Dicke 34, wenigstens eine Kante 36, die einen Umfang definiert, und wenigstens eine Aufnahmefläche 38 auf. Jede Aufnahmefläche bzw. Aufnahmeseite 38 ist ausgestaltet, um die Rückseite bzw. Rückfläche 14 eines Substrats 10 aufzunehmen. Jede Aufnahmefläche 38 weist eine oder mehrere Aufnahmelippen 42 auf, die von der Aufnahmefläche 38 abstehen, um wenigstens eine Kante 18, 20 des Substrats 10 aufzunehmen.
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Jeder Substratclip 40 weist wenigstens einen Vorderfinger 44 und wenigstens einen Rückfinger 46 auf. Der Vorderfinger 44 weist eine Breite und eine Länge auf, die ausreichend ist, so dass sich dieser über die Dicke des Substrats 10 hinaus erstreckt, das auf der Aufnahmefläche 38 liegt, wenn diese verwendet werden. Der Rückfinger 46 erstreckt sich von dem Vorderfinger 44, um eine Position auf der Rückfläche 32 der Aufnahmeplatte 30 einzunehmen.
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Wenn die Aufnahmeplatte 30 verwendet wird, dann nimmt diese ein oder mehrere Substrate 10 auf. Jedes Substrat 10 befindet sich auf einer der Vielzahl von Aufnahmeflächen 38, wobei einige Kanten 18, 20 eine oder mehrere Aufnahmelippen anstoßen, um das Substrat 10 in Position für die Ionisation von einer der Proben durch die Lichtenergiequelle auszurichten. Jedes Substrat 10 wird durch wenigstens einen Substratclip 40 an der Vorderkante 20 des Substrats 10 in Eingriff genommen. Der Substratclip 40 nimmt ferner die Rückseite 32 der Aufnahmeplatte 30 in Eingriff, um das Substrat 10 in Position zu halten. Wenigstens eine Vertiefung 50 kann in die Kante 36 gestanzt sein, um zu ermöglichen, dass ein Substratclip 40 installiert wird und innerhalb des Umfangs der Aufnahmeplatten verbleibt. Der Fachmann wird ohne Weiteres erkennen, dass der Umfang mehrere Formen annehmen kann, wobei die Vertiefung 50 in eine Kante gestanzt ist, die durch eine gerade Kante oder einen Bogen einer Kurve ausgebildet ist.
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Wie dargestellt, weist jede Aufnahmefläche 38 wenigstens eine Kante 48 auf, die aus einem Abschnitt der Kante 36 der Aufnahmeplatte 30 ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung 10 eine Aufnahmefläche 38 für die Aufnahme eines Substrats 10 auf. Die Aufnahmeplatte 30 kann leitfähig sein und ferner metallisch sein. Die metallische Aufnahmeplatte 30 kann außerdem magnetisch sein, um weiter den Eigenschaften von herkömmlichen Basisplatten zu entsprechen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Substrat 10 um einen Halbleiter. Bei dem Halbleiter kann es sich um Silizium oder Germanium handeln. Bei einer leitfähigen Aufnahmeplatte 30 und einem Halbleitersubstrat 10 kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Substrat 10 und der Aufnahmeplatte 30 hergestellt werden.
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Wie dargestellt, ist die Vorrichtung
5 ausgestaltet und angeordnet, in dem Raum von einer oder mehreren metallischen Platten für die Verwendung in Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometern (matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometers) zu kooperieren. In dieser Ausführungsform passt die Vorrichtung
5, wobei der Substratclip
40 das Substrat
10 an die Aufnahmeplatte
30 hält, in den Raum, der üblicherweise von der Basisplatte verwendet wird. Die Vorrichtung
5 und das Substrat
10 sind derart angeordnet, dass dann, wenn die Vorrichtung
5 in dem Raum angeordnet wird, die Vorderseite
12 des Substrats sich in einer flachen Ebene befindet, was es dem Laser ermöglicht, auf jedes der Targets
22 fokussiert zu werden. Die Vorrichtung
5 kann mit einem Substrat verwendet werden, das bedeutend kleiner als die Aufnahmefläche
38 ist, und zwar so lange, wie die Aufnahmelippen
42 angeordnet sind, um eine Kante des Substrats
10 in der Nähe einer Kante
36 der Aufnahmeplatte
30 anzuordnen, um von dem Substratclip
40 in Eingriff genommen zu werden. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat
10 um einen Desorption/Ionisation-auf-Silikonchip (desorption/ionization an silicon chip; DIOS-Chip). Der Desorption/Ionisation-auf-Silikonchip weist poröse Halbleiterbereiche auf, die durch den in der Patentschrift
US 6,004,450 A beschriebenen Prozess hergestellt werden, auf die hiermit Bezug genommen wird, die in einem Muster von Targets des Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometers angeordnet sind. Wenn die Vorrichtung, die den DIOS-Chip hält, an dem Ort der Basisplatte eines MALDI-Instruments installiert wird, dann werden die Targets des DIOS-Chip innerhalb von 0,5 bis 0,1 mm ausgerichtet, was für den Laser ausreichend genau ist, um die Proben zu verdampfen, die auf den Targets gehalten werden.
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Wie dies in den 3A–3D dargestellt ist, kann die Aufnahmeplatte eine Form aufweisen, die rechteckig ist, wodurch eine im Wesentlichen rechteckige Aufnahmeplatte 31 ausgebildet wird. Die Aufnahmeplatte ist ein wenig größer als das Substrat, das diese hält. Bei einem rechteckigen Substrat mit Abmessungen von 2 Zoll × 1,4 Zoll (5,08 cm × 3,56 cm) ist die Aufnahmeplatte ungefähr 2,165 Zoll × 1,614 Zoll (5,5 cm × 4,1 cm) groß. Die dargestellte Aufnahmeplatte weist eine Dicke von ungefähr 0,06 ± 0,005 Zoll (0,1524 ± 0,0127 cm) auf, wobei sich die Aufnahmeflächen ungefähr 0,02 ± 0,005 Zoll (0,0508 ± 0,0127 cm) oberhalb der Aufnahmeflächen erstrecken. Die Aufnahmeplatte 130 weist eine Vertiefung 150 in dem Umfang auf. Diese Vertiefung 150 ist tief genug, um sich unter dem Substrat zu erstrecken, und diese stellt einen Bereich bereit, wo der Vorderfinger 44 die Vorderseite 12 des Substrats 10 berühren kann, während der Substratclip 40 innerhalb eines Vorsprungs des Umfangs entlang der Vertiefung 150 verbleibt. Der Substratclip 40 hält das Substrat (nicht gezeigt), indem eine Kompressionskraft auf das Substrat zwischen dem Vorderfinger 44 und der einen oder mehreren Aufnahmelippen 142 ausgeübt wird. Um dies zu erreichen, weist wenigstens eine Aufnahmelippe 142' eine Substrat-berührende Oberfläche 152 auf. Die Substrat-berührende Oberfläche 152 ist eben und bildet einen Winkel 154 mit der Aufnahmefläche 138. Der Winkel 154 beträgt 90° oder weniger, und vorzugsweise zwischen 75° und 85°. Dieser Winkel 154 stellt einen ausreichenden Überhang bereit, so dass dann, wenn ein Substrat in kompressiver Berührung mit der Substrat-berührenden Oberfläche 152 steht, das Substrat durch die gewinkelte Berührungsoberfläche 152 an die Aufnahmeoberfläche 138 gehalten wird. Die Aufnahmelippen 142 erstrecken sich oberhalb der Aufnahmefläche 138 über eine Strecke, die doppelt so groß ist wie die Dicke des Substrats.
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Wie dargestellt, weist die Aufnahmeplatte 130 eine Aussparung 160 auf der Rückseite 132 auf. Die Aussparung 160 weist eine Breite 162, eine Bodenfläche 164 und wenigstens eine Seitenwand 166 auf. Die Aussparung 160 ist ausgestaltet, den Rückfinger 46 des Substratclips 40 aufzunehmen. Die Breite ist ausreichend, um den Rückfinger 46 aufzunehmen, und eine Spannungsvorrichtung zu komprimieren. Die Seitenwand 166 definiert eine Seitenwandebene. Die Bodenoberfläche ist in den Körper der Aufnahmefläche 130 gestanzt, und zwar bis zur Hälfte seiner Tiefe. In der Figur weist die Aussparung eine Tiefe von 0,030 ± 0,005 Zoll (0,0762 ± 0,0127 cm) auf. Die ausgesparte Bodenfläche 164 definiert eine Bodenebene. Die Überschneidung der Bodenebene und der Seitenwandebene definiert einen Winkel 168. Der Winkel 168 beträgt zwischen 40° und 50°. Die Aussparung 160 überschneidet sich mit einer Kante 136 der Aufnahmeplatte 130 und nimmt den Rückfinger 46 gleitend in Eingriff.
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Die Aufnahmeplatte 130 weist eine Vertiefung 150 in dem Umfang auf, die um die Aussparung 160 zentriert ist. Die Vertiefung 150 stellt einen Bereich bereit, wo der Vorderfinger 44 die Vorderseite 12 des Substrats 10 berühren kann, während der Substratclip 40 innerhalb eines Vorsprungs des Umfangs entlang der Vertiefung 150 verbleibt. Die Vertiefung 150, die um die Aussparung 160 zentriert ist, weist eine Breite 170 auf, die der Breite 152 der Aussparung entspricht oder größer als diese ist. Diese Anordnung erleichtert das Einbringen des Substratclips 40 auf der Aufnahmeplatte 130. Der Fachmann wird erkennen, dass die vorstehend dargestellten Abmessungen auf ein Instrument anwendbar sind. Die Anordnung der Aufnahmefläche, der Vertiefung und der Aussparung ist jedoch auf andere Größen und Umfange anwendbar, die aus geraden Kanten oder Bogenstücken ausgebildet sind.
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Der Substratclip 40 ist aus einem elastischen Material ausgebildet. In einer Ausführungsform ist der Substratclip 40 aus einem metallischen Material ausgebildet und eine elektrische Verbindung ist zwischen dem Substratclip und dem Substrat 10 hergestellt. Wie sich den 4A und 4B entnehmen lässt, umfasst der Rückfinger 46 des Substratclips 40 ein ebenes Element 80, das eine erste Seite 82, eine zweite Seite 84, wenigstens eine Kante 86, eine Breite 88 und Spannungsmittel 90 zum Halten des Substratclips 40 in der Aussparung 160 umfasst. Der Substratclip 40 weist eine Dicke auf, die ungefähr ein Drittel bzw. ein halb mal so groß ist wie die Dicke der Aussparung 162. In der Darstellung weist der Finger 40 eine Dicke von 0,01 ± 0,003 Zoll (0,0254 ± 0,00762 cm) auf. Wenn der Rückfinger 46 in der Aussparung 160 aufgenommen ist, wobei die erste Seite 82 gegen die Bodenfläche 164 der Aussparung 160 angeordnet ist, dann ist die zweite Seite 84 unterhalb der Rückseite 132 der Aufnahmeplatte 130 vertieft. Somit stört der Substratclip 40 nicht die In-Eingriffnahme der Rückseite 132, wenn die Vorrichtung 105 installiert ist. In einer Ausführungsform weist der Rückfinger 46 wenigstens ein Federelement 90' für die In-Eingriffnahme der wenigstens einen Seitenwand 166 auf. Das Federelement 90' steht von der Kante 80 des Rückfingers 46 ab. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rückfinger 46 zwei Federelemente 90, 90' für die In-Eingriffnahme der Seitenwand 166 auf.
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Der Vorderfinger 44 umfasst ein ebenes Blatt 92 mit einer ersten Seite 94, einer zweiten Seite 96 und einer Spitze 98. Die erste Seite 94 bildet einen Winkel 99 mit dem Rückfinger 46. Der Winkel 99 beträgt vorzugsweise zwischen 75° und 85°. Bei diesem Winkel drückt die erste Seite 82 des Vorderfingers 44 das Substrat 10 auf die Aufnahmefläche 138, wenn der Clip 40 die Vorderkante 20 des Substrats 10 in Eingriff nimmt. Überdies kann der Vorderfinger 44 eine Verdickung (nicht gezeigt) an der Spitze 98 aufweisen, um die Vorderseite 12 des Substrats 10 weiter in Eingriff zu nehmen.
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Wie sich nun 5 entnehmen lässt, weist die Aufnahmeplatte 230 eine rechteckige Form auf, die vier Kanten aufweist und für die Aufnahme eines rechteckigen Substrats 210 ausgestaltet ist. Eine erste Kante 231 verläuft gegenüber einer dritten Kante 233 und eine zweite Kante 235 verläuft gegenüber einer vierten Kante 237. Die zweite und die vierte 235, 237 verlaufen in einem rechten Winkel zu der ersten und der dritten Kante 231, 233. In dieser Ausführungsform sind die eine oder die mehreren Aufnahmelippen 242, 242' derart angeordnet, dass wenigstens eine erste Aufnahmelippe 242 entlang der ersten Kante 231 der Aufnahmefläche 238 angeordnet ist und wenigstens eine zweite Aufnahmelippe 242' entlang der zweiten Kante 235 der Aufnahmefläche 238 angeordnet ist. Die erste Aufnahmelippe 242 weist eine Substrat-berührende Oberfläche 252 auf. Die Substrat-berührende Oberfläche 252 ist eben und bildet einen Winkel mit der Aufnahmefläche 238, der 90° oder weniger beträgt. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen 75° und 85°. Die erste Aufnahmelippe 242 stellt somit einen Überhang bereit, der gegen das Substrat 210 gedrückt werden kann, um somit zu verhindern, dass die Berührung mit der Substrat-berührenden Oberfläche 252 unterbrochen wird. Die Aufnahmeplatte 230 weist wenigstens eine Vertiefung 250 entweder in der dritten Kante 233 oder der vierten Kante 237 auf. Die Vertiefung 250 stellt einen Bereich bereit, wo der Vorderfinger 244 die Vorderseite 212 des Substrats 210 berühren kann, während der Substratclip 240 innerhalb eines Vorsprungs der Kante entlang der Vertiefung 250 verbleibt. Wie sich dies 5 entnehmen lässt, wird das Substrat 210 von der Aufnahmefläche 238 getragen. Eine Kante des Substrats 210 berührt die Substrat-berührende Oberfläche 252 und befindet sich somit unter dem Überhang auf der ersten Aufnahmelippe 242. Eine zweite Kante ist mit der zweiten Aufnahmelippe 242' ausgerichtet, um das Substrat zu positionieren. Das Substrat 210 überspannt die Vertiefung 250. In der Figur ist dargestellt, wie der Substratclip 240 in die Aussparung (nicht dargestellt) eingebracht ist und die Außenkante 213 des Substrats 210 berührt. Der Substratclip schiebt sowohl das Substrat 210 in Berührung mit der Substrat-berührenden Oberfläche 252 und drückt das Substrat 210 gegen die Aufnahmefläche 238.
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Die Vorrichtung 205 wird in einem Verfahren zum Halten eines Substrats 210 verwendet, das eine oder mehrere Proben (nicht gezeigt) auf einer Arbeitsfläche in einem Muster von Positionen aufweist, um das Ionisieren der Proben mit einer Lichtenergiequelle zu erleichtern. Die Proben befinden sich auf der Vorderseite 212 des Substrats 210. Das Substrat weist eine Rückseite und eine Dicke auf. Die Rückseite weist eine oder mehrere Rückkanten auf, die eine Länge und eine Breite entlang der Rückseite definieren. Die Vorderseite 212 weist eine oder mehrere Vorderkanten auf, die eine Länge und eine Breite entlang der Vorderseite 212 definieren.
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Das Verfahren umfasst das Bereitstellen der Vorrichtung 205, die eine Aufnahmeplatte 230 und wenigstens einen Substratclip 240 umfasst. Die Aufnahmeplatte 230 weist eine Rückfläche, eine Dicke, wenigstens eine Kante, die einen Umfang definiert und wenigstens eine Aufnahmefläche 238 auf. Die Aufnahmefläche 238 ist ausgestaltet, um die Rückseite eines Substrats 210 aufzunehmen. Die Aufnahmefläche 238 weist eine oder mehrere Aufnahmelippen 242 auf, die von der Aufnahmefläche 238 abstehen, um wenigstens eine Kante des Substrats 210 aufzunehmen. Jeder Substratclip 240 weist wenigstens einen Vorderfinger und wenigstens einen Rückfinger auf. Der Vorderfinger weist eine Breite und eine Länge auf, die ausreicht, um sich gerade über die Breite des Substrats 210 zu erstrecken, das auf der Aufnahmeplatte 232 liegt, wenn diese verwendet wird. Der Rückfinger streckt sich von dem Vorderfinger, um eine Position auf der Rückseite der Aufnahmeplatte 230 einzunehmen.
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Das Verfahren umfasst sodann das Anordnen des Substrats 210 auf der Aufnahmefläche 238. Das Substrat 210 wird derart angeordnet, dass wenigstens eine Vorderkante an eine oder mehrere Aufnahmelippen 242 anstößt. Das Substrat wird somit in einer Position für die Ionisation einer Probe durch eine Lichtenergiequelle orientiert. Eine Kante 213 der Vorderseite 212 des Substrats 210 wird sodann durch wenigstens einen Substratclip 240 in Eingriff genommen, um das Substrat 210 gegen wenigstens eine Aufnahmelippe 242 sowie gegen die Aufnahmefläche 238 zu halten. Schließlich wird die Vorrichtung 205 mit dem Substrat 210 in dem Raum von einer oder mehreren metallischen Platten für die Verwendung in einem Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometer (matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometer) angeordnet.
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In einem bevorzugten Verfahren weist die Rückseite der Aufnahmeplatte 230 wenigstens eine Aussparung für die Aufnahme des Rückfingers des Substratclips 240 auf. Das Verfahren umfasst ferner die gleitende In-Eingriffnahme des Rückfingers in der wenigstens einen Aussparung.
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Obgleich eine rechteckige Form verwendet worden ist, um die Aufnahmeplatte in den Figuren darzustellen, erkennt man, dass andere Formen verwendet werden können. In den Figuren ist eine Aufnahmeplatte dargestellt, die eine flache Rückseite und eine flache Aufnahmefläche aufweist. Die Rückseite der Aufnahmefläche kann eine andere Kontur aufweisen, um der Oberfläche des umgebenden Raums zu entsprechen. Gleichermaßen kann die Aufnahmefläche eine Kontur aufweisen, die die Rückseite des Substrats komplementiert. Die Kombination der Konturen des umgebenden Raums, der Aufnahmeplattenflächen und der Rückseite des Substrats führen dazu, dass die Vorderseite des Substrats flach ist und zu der Laserquelle gerichtet ist.
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Beispiele
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Der Fachmann wird zahlreiche Äquivalente zu den spezifischen Prozeduren, Ausführungsformen, Ansprüchen und Beispielen erkennen, die hierin beschrieben worden sind. Derartige Äquivalente fallen in den Schutzumfang dieser Erfindung und werden von den nachstehenden Ansprüchen abgedeckt. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand des nachstehenden Beispiels erläutert.
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Ein Substrathalter, der im Wesentlichen der in 5 dargestellten Struktur entspricht, ist für einen DIOS-Chip konstruiert worden. Eine Probe ist auf den porösen Spots des Chips aufgebracht worden und getrocknet worden. Der Chip ist auf die Aufnahmefläche aufgebracht worden und in Berührung mit den zwei Aufnahmelippen angeordnet worden. Der Substratclip ist installiert worden, wobei der Rückfinger in die Aussparung eingebracht worden ist, bis der Vorderfinger die Kante des Substrats berührt hat. Die Anordnung konnte nun mittels der Kanten der Aufnahmeplatten gehandhabt werden. Wenn die Anordnung ungefähr auf einem Niveau gehalten wurde, ist der Chip nicht verschoben worden. Die Anordnung konnte entweder mit den Kanten der Aufnahmeplatte mit den Aufnahmelippen oder der Kante der Aufnahmeplatte mit dem Substratclip orientiert werden, ohne den Chip zu verschieben. Wenn die Anordnung derart gehalten wurde, dass die Kante der Aufnahmeplatte, die weder eine Aufnahmelippe noch einen Substratclip aufweist, den Chip berührt, dann konnte der Chip von der Aufnahmefläche verschoben werden, wenn eine ausreichende Kraft ausgeübt worden ist. Die Anordnung war innerhalb von zwei Sekunden dazu bereit, in das MALDI-Instrument eingebracht zu werden. Es gab keinen Bedarf für die Verwendung spezieller Ausrüstung oder spezieller Handhabungsprozeduren. Wenn die Vorrichtung unter geeigneten sauberen Bedingungen zusammengebaut worden ist, war kein zusätzlicher Reinigungsschritt erforderlich, nachdem der Chip befestigt worden ist.
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Der Substrathalter war unmittelbar dazu bereit, wieder verwendet zu werden, nachdem alle Tests auf einem DIOS-Chip durchgeführt worden sind. Das Zurückziehen des Substratclips befreit das Substrat von der sauberen Aufnahmefläche. Diese kann nun entsorgt werden und ein neuer DIOS-Chip kann installiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt Konsistenz hinsichtlich der Positionierung der Substrate in der Target-Kavität des MALDI-Massenspektrometers bereit. Keine erneute Ausrichtung des Spektrometers ist bei unterschiedlichen Substraten notwendig. Der Fachmann wird weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung auf der Basis der bevorstehenden Ausführungsformen erkennen. Somit ist die Erfindung nicht auf das beschränkt, was explizit dargestellt und beschrieben worden ist, sofern dies nicht durch die anhängenden Ansprüche angezeigt ist.
