ITRM20070312A1 - Dispositivo porta campione per camere di ionizzazione di spettrometri di massa - Google Patents
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Description
Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:
“DISPOSITIVO PORTA CAMPIONE PER CAMERE DI IONIZZAZIONE DI SPETTROMETRI DI MASSA”
Campo della tecnica
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo porta campioni, adesivo su supporti di vario tipo quali lastrine di vetro, oppure di PTFE, di acciaio, di carta, TLC, materiale solido di varia natura, da inserire nella camera di ionizzazione di spettrometri di massa con sorgente ionica ad elettrospray, per analisi di molecole in campioni intatti, o rapidamente pre-trattati.
Stato deN'arte
La spettrometria di massa accoppiata alla ionizzazione per elettrospray in fase liquida è una tecnica ormai di uso comune nei laboratori di ricerca, clinici, diagnostici e industriali.
La ionizzazione per desorbimento è una tecnica di recente introduzione, rapida ed applicabile in molti campi analitici. In particolare, poiché i campioni possono essere analizzati direttamente, o dopo rapida preparazione, mediante uno spray di solvente ionizzato indirizzato sul campione posto su un supporto, la tecnica è molto attraente ed in rapido sviluppo in campo medico, biologico, farmaceutico, tossicologico, ambientale e forense. Tale tecnica è descritta per esempio in Takats et al. Science 2004, 306:471; Cooks et al. Science 2006, 311:1966 e nella domanda di Brevetto Internazionale: PCT/US2005/011212.
Le applicazioni delle tecniche di desorbimento ionico riportate finora, sono state sperimentate su spettrometri di massa a trappola ionica classica o lineare, interfacciati con sorgenti elettrospray costruite o modificate allo scopo di ottenere la ionizzazione ed il desorbimento delle molecole colpite dallo spray (DESI). Pertanto le sorgenti DESI disponibili non sono adattabili a tutte le strumentazioni di spettrometria di massa e pur essendo manuali e non automatiche hanno costi elevati. Inoltre, è necessario aggiungere al collettore di ioni un prolungamento per il trasferimento degli ioni che si vengono a formare nel processo di desorbimento. Da quanto detto si comprende la necessità di apportare modifiche strutturali per permettere ad uno spettrometro di massa di lavorare con più modalità di ionizzazione.
Ancora, siccome è necessario termostatare l’ambiente dove avviene la ionizzazione e dove sono alloggiati la sorgente ionica ed il collettore di ioni, la maggior parte degli spettrometri di massa sono dotati di una camera di ionizzazione di forma cilindrica o simile. Le ridotte dimensioni di tale camera permettono di alloggiare solo piccoli dispositivi. Allo stato attuale non esistono dispositivi facilmente adattabili e di impiego universale che permettano analisi in spettrometria di massa con tecniche diverse dall’elettrospray o dalla ionizzazione chimica.
Nasce pertanto l’esigenza di realizzare un dispositivo per sostenere campioni che consenta di superare i suddetti inconvenienti.
Sommario dell’invenzione
Scopo primario della presente invenzione è quindi quello di realizzare un dispositivo porta campione che comprende un supporto atto a sostenere un campione da analizzare, una base porta dispositivo in cui il supporto comprende una superficie inclinata ed in cui la base porta dispositivo comprende un tratto semicircolare, una prima superficie piana estendentesi radialmente rispetto al tratto semicircolare ed una seconda superficie congiungente la prima superficie con il tratto semicircolare. Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di realizzare una piattaforma robotizzata per analisi automatiche contenente il dispositivo porta campione di cui sopra, da accoppiare a spettrometri di massa.
Il dispositivo porta campione dell’invenzione è disegnato opportunamente per poter sostenere una superficie su cui è adeso un campione da analizzare. Il campione contenente le molecole ionizzabili, che può essere di qualsiasi tipo ed origine, liquido, solido o gassoso, viene poggiato o spruzzato sul supporto, seccato ed alloggiato sul dispositivo posto nella camera di ionizzazione. Il dispositivo può essere regolato nelle tre direzioni dello spazio compreso tra il capillare dell’elettrospray ed il collettore di ioni dello spettrometro di massa. L’invenzione è composta di due parti rimovibili, il dispositivo di supporto del campione ed un porta dispositivo. Sul dispositivo si poggia la lastrina/supporto sulla cui superficie è adeso il campione. La superficie della lastrina/supporto può essere di vario tipo (lastrine di vetro, di PTFE, di acciaio, di carta, di TLC o materiale solido di varia natura). Tutti i componenti sono rimovibili. In questo modo, impiegando i normali parametri strumentali, è possibile analizzare il campione mediante la tecnica di desorbimento ionico con elettrospray o ionizzazione chimica. L’invenzione è stata utilizzata ed i parametri per il suo impiego sono stati ottimizzati per analizzare soluzioni di campioni biologici contenenti metaboliti dopo una rapida preparazione del campione stesso. Gli spettri di massa ottenuti sono sovrapponibili a quelli del metodo elettrospray in soluzione (ESI, metodo di riferimento). Il metodo può essere applicato per analisi diretta di campioni biologici (non trattati) per diagnosi e monitoraggio di alterazioni metaboliche, monitoraggio di farmaci, tossine, veleni e biomarcatori.
Il dispositivo che viene presentato ha forma e dimensioni tali per essere adattato allo spazio, in genere disponibile, delle camere di ionizzazione di qualsiasi forma.
Il dispositivo è semplice ed utile per sostenere campioni, adesi su supporti di vario tipo, per es. lastrine di vetro, di PTFE, di acciaio, di carta, di TLC o materiale solido di vario genere, da inserire nella camera di ionizzazione di spettrometri di massa con sorgente ionica ad elettrospray per analisi in spettrometria di massa senza modificare la strumentazione (sorgente ionica, selettore di ioni), è regolabile e funzionale. In una variante preferita il dispositivo non viene fissato nella camera, ma preferibilmente è solo appoggiato, così da rendere facile sia il suo inserimento che la sua rimozione in qualsiasi momento.
Qualsiasi campione, liquido o solido, adeso o seccato su un supporto, può essere alloggiato sul dispositivo e posto nella camera di ionizzazione tra il capillare dell’elettrospray ed il collettore di ioni dello spettrometro di massa. Nessuna modifica strumentale è necessaria per alloggiare il dispositivo e per il funzionamento dello strumento. In questo modo è possibile analizzare il campione mediante la tecnica di desorbimento ionico con elettrospray impiegando i normali parametri di regolazione della sorgente e dei gas. Il campione sul dispositivo è posizionato tra lo spray ionizzante e l’analizzatore con distanze tra i due regolabili manualmente. Le goccioline ionizzate multicariche impattano sul campione trasferendo le cariche alle molecole, polari e non polari, che desorbono dalla superficie nell’ambiente della camera di ionizzazione a pressione atmosferica. Il trasferimento di cariche può avvenire anche in fase gassosa dopo il desorbimento. Il collettore di ioni attrae e trasferisce le molecole ionizzate all’interno dello spettrometro per l’analisi.
Breve descrizione delle figure
La figura 1 rappresenta il dispositivo porta campione dell’invenzione; La figura 2 rappresenta l’assemblaggio dell’invenzione alloggiata all’interno di una tipica camera di ionizzazione cilindrica;
La figura 3 rappresenta lo spettro di massa dell’amino acido metionina (ione quasi-molecolare m/z 150) e il suo specifico spettro di frammentazione ottenuti impiegando l’invenzione ed utilizzando i parametri ottimali descritti in tabella 1 , sotto;
La figura 4 rappresenta lo spettro ottenuto con il desorbimento ionico impiegando il dispositivo confrontato verso la tecnica per infusione (FIA-ESI). L’analisi è stata eseguita mediante acquisizione con la funzione "neutral loss”;
La figura 5 rappresenta gli spettri neutral loss di due campioni di sangue (normale e patologico-MSUD) rapidamente estratti ed analizzati, ottenuti con il desorbimento ionico impiegando il dispositivo descritto (i segnali indicati con l'asterisco<*>indicano quelli relativi agli standard interni). ;Descrizione dettagliata dell’invenzione ;Con particolare riferimento alle figure 1 e 2, il dispositivo porta campione dell’invenzione comprende un supporto 1 del campione ed una base porta dispositivo 2. Nella variante illustrata nelle figure il campione 10 è adeso su una lastrina 3, ma esso può in alternativa essere poggiato direttamente sul supporto 1, per esempio nel caso si tratti di materiale solido. ;Il supporto 1 del campione consiste di un piano inclinato, la cui superficie inclinata 8 accoglie il campione, avente base rettangolare e forma laterale triangolare la cui estremità del cateto maggiore e dell’ipotenusa finisce con uno scalino 4 avente un incavo semilunare 5, sostanzialmente al suo centro. La base porta dispositivo 2 comprende un tratto , semicircolare 2’, (con riferimento aN’orientamento presentato nella figura) una prima superficie piana 2”, estendentesi sostanzialmente radialmente rispetto al tratto semicircolare 2’, e una seconda superficie 2”’ congiungente la prima superficie 2” con il tratto semicircolare 2’ della base porta dispositivo 2. ;Il dispositivo porta campione dell’invenzione è di facile assemblaggio. Grazie al tratto 2’ di forma semicircolare è possibile far variare facilmente il grado di inclinazione del dispositivo porta campione nei confronti della sorgente di spray 6 e del collettore di ioni 7. Inoltre il dispositivo per il campione può essere spostato nelle due direzioni laterale e frontale, essendo solo appoggiato all’interno della camera di ionizzazione 9 e rispetto a questa, facilmente in modo da avvicinare o allontanare il campione dal collettore di ioni 7 e dalla sorgente di spray 6. Il dispositivo porta campione 2 può essere in alternativa anche provvisto di un meccanismo di orientamento all’interno della camera di ionizzazione 9, che permetta il suo movimento nelle direzioni opportune per posizionare il campione alla distanza giusta dal collettore di ioni 7 e dalla sorgente di spray 6. ;Il dispositivo porta campione 2 dell’invenzione è stata utilizzato per effettuare analisi con un spettrometro di massa a triplo quadrupolo con la camera di ionizzazione 9 di forma cilindrica. Diverse superfici porta campioni sono state valutate, tipo lastrine di vetro, acciaio, PTFE o carta, con i risultati riportati in tabella 2. ;TABELLA 1. ;Le figure 3, 4 e 5 mostrano dei risultati che sono stati ottenuti impiegando i seguenti parametri ottimali per lo spettrometro scelti in intervalli più ampi di utilizzo: ;; ; ;;
<*>Concentrazioni della miscela di amminoacidi: Phe 70 μΜ, Leu 160 μΜ, Val 30 μΜ, Tyr 100 μΜ e Met 35 μΜ.
TABELLA 2.
Rispetto allo stato deN’arte, il dispositivo porta campione dell’invenzione offre il vantaggio di possedere una maggiore flessibilità d’uso in quanto non è necessario apportare alcuna modifica di tipo strumentale/strutturale allo spettrometro di massa. In uno spettrometro di massa con sorgente ionica di tipo electrospray (ESI) o APCI (atmospherical pressure Chemical ionization) il semplice inserimento all’interno della camera di ionizzazione del dispositivo porta campione dell’invenzione rende possibile il desorbimento e la ionizzazione degli analiti di interesse, ossia offre la possibilità di lavorare con una ulteriore modalità di ionizzazione. Questo nuovo tipo di ionizzazione offre molteplici vantaggi da un punto di vista pratico e analitico, sia qualitativo che quantitativo, ed in aggiunta questo dispositivo permette alla maggior parte degli spettrometri di massa in commercio di cambiare modalità di ionizzazione velocemente e facilmente, senza dover effettuare operazioni complicate per assemblare un dispositivo idoneo al desorbimento/ionizzazione del campione.
Un utilizzo preferito del dispositivo porta campione oggetto dell'invenzione è su una piattaforma robotizzata automatizzata e controllata da un opportuno software. La piattaforma robotizzata comprende un dispositivo su cui è possibile far scorrere un supporto flessibile e continuo, quale ad esempio un nastro meccanizzato, su cui vengono depositati i campioni di sostanze da analizzare ad opportuni intervalli di tempo necessari per separare un campione dal successivo, e definiti in base al tipo di sostanza da analizzare ed alla durata di ogni analisi. Una piattaforma robotizzata di questo tipo permette un’ elevata produttività oraria combinata ad un’ elevata qualità e precisione dei risultati delle analisi.
Claims (5)
- RIVENDICAZIONI: 1. Dispositivo porta campione comprendente un supporto (1) atto a supportare un campione da analizzare, una base porta dispositivo (2), in cui il supporto (1) comprende una superficie inclinata (8), e in cui la base porta dispositivo (2) comprende un tratto semicircolare (2’), una prima superficie piana (2”) estendentesi radialmente rispetto al tratto semicircolare e una seconda superficie (2”’) congiungente la prima superficie (2”) con il tratto semicircolare (2’).
- 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui la superficie inclinata (8) alla sua estremità presenta uno scalino (4) avente un incavo (5).
- 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui l’incavo (5) è di forma semilunare ed è disposto sostanzialmente al centro dello scalino (4).
- 4. Spettrometro di massa comprendente un collettore di ioni (7), una sorgente di spray (6) e una camera di ionizzazione (9) incorporante il dispositivo porta campione (2) conforme alla rivendicazione 1.
- 5. Piattaforma robotizzata per analisi automatiche atta ad essere accoppiata a spettrometri di massa comprendente il dispositivo porta campione (2) conforme alla rivendicazione 1.
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