JP2020204614A - Mass spectrometry probe and system for ionizing sample - Google Patents

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Abstract

To provide a mass spectrometry probe and system for ionizing a sample.SOLUTION: The invention generally relates to a mass spectrometry probe and system for ionizing a sample. In a particular embodiment, the invention provides a mass spectrometry probe including a substrate in which a portion of the substrate is coated with a material, and a portion of which protrudes from the substrate. The invention provides a low voltage mass spectrometry probe configured to generate ions without requiring a high voltage source. Aspects of the invention are accomplished by using a substrate in which a portion of the substrate is coated with material, and a portion of which protrudes from the substrate. Generally, these protrusions are on a nanoscale and, without being limited by any particular theory or mechanism of action, act as an electrode.SELECTED DRAWING: None

Description

関連出願
本出願は、2014年1月13日に出願された米国仮特許出願第61/926,713号、および2013年12月28日に出願されたインド特許出願第6137/CHE/2013号のそれぞれの利益および優先権を主張し、それぞれの内容は、その全体が本明細書において参考として援用される。
Related Applications This application is of US Provisional Patent Application No. 61 / 926,713 filed on January 13, 2014, and Indian Patent Application No. 6137 / CHE/2013 filed on December 28, 2013. Claiming each interest and priority, each content is incorporated herein by reference in its entirety.

政府支援
本発明は、National Science Foundationによって与えられたCHE1307264の下での政府支援によりなされた。政府は、本発明について一定の権利を有する。
Government Assistance The present invention has been made with government assistance under CHE13077264 given by the National Science Foundation. The government has certain rights to the invention.

本発明は一般に、試料をイオン化するための質量分析プローブおよびシステムに関する。 The present invention generally relates to mass spectrometric probes and systems for ionizing samples.

質量分析における最近の進展は、イオン形成の方法の進歩に大きく依存してきた。最小の内部エネルギーを有する複雑な分子の安定な分子イオンの創製が、このような実験の主要目的となっている。これを実現するために最も広く使用されている方法は、エレクトロスプレーイオン化(ESI)およびマトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)である。脱離エレクトロスプレーイオン化(DESI)などのより新しいアンビエントイオン化法は、試料を、最小限の試料前処理を用いて、または試料前処理なしでこれらの天然の状態で検査することを可能にする。これらの利点および得られる分析の速度は、アンビエントイオン化のおよそ50の異なる別形の導入に導いた。リアルタイム直接分析(DART)、抽出エレクトロスプレーイオン化(EESI)、脱離大気圧化学イオン化(DAPCI)、脱離大気圧光イオン化(DAPPI)、レーザーアブレーションエレクトロスプレーイオン化(LAESI)、およびペーパースプレーイオン化は、過去10年にわたって導入された新しい方法の一部である。 Recent advances in mass spectrometry have relied heavily on advances in ion formation methods. The creation of stable molecular ions of complex molecules with minimal internal energy is the main objective of such experiments. The most widely used methods to achieve this are electrospray ionization (ESI) and matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI). Newer ambient ionization methods, such as desorption electrospray ionization (DESI), allow samples to be tested in their natural state with or without sample pretreatment. These advantages and the speed of analysis obtained led to the introduction of approximately 50 different variants of ambient ionization. Real-time direct analysis (DART), extraction electrospray ionization (EESI), desorption atmospheric pressure chemical ionization (DAPCI), desorption atmospheric pressure photoionization (DAPPI), laser ablation electrospray ionization (LAESI), and paper spray ionization It is part of a new method introduced over the last decade.

これらの方法の多くは、周囲環境中でイオン化を実現するためにプローブに連結した高電圧源を使用する。高電圧を印加すると、イオン化プロセス中に標的分析物の望まれない断片化が時に引き起こされる場合がある。 Many of these methods use a high voltage source coupled to the probe to achieve ionization in the ambient environment. The application of high voltage can sometimes cause unwanted fragmentation of the target analyte during the ionization process.

本発明は、高電圧源を必要とすることなくイオンを生成するように構成された低電圧質量分析プローブを提供する。本発明の態様は、基材であって、基材の一部が材料で被覆されており、材料の一部が基材から突出する、基材を用いて達成される。一般に、これらの突起部は、ナノスケールであり、いずれの特定の理論または作用機序によっても限定されるものではないが、電極として作用する。突起部は、これらのナノスケール突起部において分析物を含有する微小な規模の溶液滴の電界放出を引き起こすのに十分高い電界強度をもたらす。そのようにして、本発明の質量分析プローブは、高電圧ではなく低電圧(例えば、3ボルトまたはそれ未満)の印加によって標的分析物をイオン化することができ、標的分析物の望まれない断片化を伴わないイオン化を可能にする。 The present invention provides a low voltage mass spectrometric probe configured to generate ions without the need for a high voltage source. Aspects of the present invention are achieved using a substrate, which is a substrate in which a portion of the substrate is coated with a material and a portion of the material projects from the substrate. In general, these protrusions are nanoscale and act as electrodes, but not limited by any particular theory or mechanism of action. The protrusions provide a field strength high enough to cause field emission of microscale solution droplets containing the analyte in these nanoscale protrusions. As such, the mass spectrometric probe of the present invention can ionize the target analyte by applying a low voltage (eg, 3 volts or less) rather than a high voltage, resulting in unwanted fragmentation of the target analyte. Allows ionization without the need for.

ある特定の態様では、本発明は、基材を含む質量分析プローブを提供する。基材は、多孔質または非多孔質であり得る。例示的な基材は、濾紙から構成される基材などの紙基材
である。基材は、任意の形状を有することができる。ある特定の実施形態では、基材は、先端部へと先細りする平面部分を含む基材など、先端部へと先細りする。例示的な形状は、先端部へと先細りする三角形の基材である。
In certain aspects, the invention provides a mass spectrometric probe containing a substrate. The substrate can be porous or non-porous. An exemplary substrate is a paper substrate, such as a substrate composed of filter paper. The base material can have any shape. In certain embodiments, the substrate tapers to the tip, such as a substrate that includes a flat portion that tapers to the tip. An exemplary shape is a triangular substrate that tapers to the tip.

プローブは、基材の一部を被覆する材料をさらに含む。その材料の一部は、基材から突出する。ある特定の実施形態では、材料は、導電性材料であるが、それは不可欠ではない。理由は、材料を囲繞する溶媒が一部の場合では電解質であり得るためである。任意の導電性材料を本発明のプローブとともに使用してもよい。例示的な材料としては、カーボンナノチューブなどの導電性ナノチューブがある。典型的には、カーボンナノチューブは、基材の外面を被覆し、複数のカーボンナノチューブの遠位部分が基材の表面から突出する。カーボンナノチューブまたは任意の選択された材料の一部が基材に浸透することも可能である。 The probe further comprises a material that covers a portion of the substrate. Part of the material protrudes from the substrate. In certain embodiments, the material is a conductive material, but it is not essential. The reason is that the solvent surrounding the material can be an electrolyte in some cases. Any conductive material may be used with the probes of the invention. An exemplary material is a conductive nanotube such as a carbon nanotube. Typically, the carbon nanotubes cover the outer surface of the substrate, with distal portions of the plurality of carbon nanotubes protruding from the surface of the substrate. It is also possible for carbon nanotubes or some of any selected material to penetrate the substrate.

ある特定の実施形態では、基材は、電圧源に連結されている。ある特定の実施形態では、電圧源は、3ボルトもしくはそれ未満、例えば、2.9ボルトもしくはそれ未満、2.8ボルトもしくはそれ未満、2.7ボルトもしくはそれ未満、2.6ボルトもしくはそれ未満、2.5ボルトもしくはそれ未満、2.4ボルトもしくはそれ未満、2.3ボルトもしくはそれ未満、2.2ボルトもしくはそれ未満、2.1ボルトもしくはそれ未満、2ボルトもしくはそれ未満、1.5ボルトもしくはそれ未満、または1ボルトもしくはそれ未満などの電圧を生成するように構成されている。 In certain embodiments, the substrate is connected to a voltage source. In certain embodiments, the voltage source is 3 volts or less, eg, 2.9 volts or less, 2.8 volts or less, 2.7 volts or less, 2.6 volts or less. , 2.5 Volts or less, 2.4 Volts or less, 2.3 Volts or less, 2.2 Volts or less, 2.1 Volts or less, 2 Volts or less, 1.5 It is configured to generate a voltage of volt or less, or 1 volt or less.

本発明の別の態様は、基材を有する質量分析プローブであって、基材の一部が材料で被覆されており、材料の一部が基材から突出する、質量分析プローブを含むシステムを提供する。電圧源は、基材に連結されており、質量分析器は、システムに作動可能に付随しており、その結果それは、質量分析プローブから生成されるイオンを受け取る。ある特定の実施形態では、プローブは、溶媒のフローから別個になっている。ある特定の実施形態では、プローブは、空気圧支援を伴わずに作動する。質量分析器は、卓上質量分析計用またはミニチュア質量分析計用であり得る。 Another aspect of the present invention is a mass spectrometric probe having a substrate, wherein a part of the substrate is coated with a material and a part of the material protrudes from the substrate. provide. The voltage source is coupled to the substrate and the mass spectrometer is operably attached to the system so that it receives the ions produced from the mass spectrometry probe. In certain embodiments, the probe is separate from the solvent flow. In certain embodiments, the probe operates without pneumatic assistance. The mass spectrometer can be for a desktop mass spectrometer or for a miniature mass spectrometer.

本発明の別の態様は、カーボンナノチューブを有する質量分析プローブと、プローブに連結した電圧源と、質量分析器とを含むシステムを提供する。ある特定の実施形態では、カーボンナノチューブだけでプローブを作り上げる。他の実施形態では、プローブは、基材(多孔質または非多孔質)をさらに含み、カーボンナノチューブは、基材に連結されている。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
(項目1)
基材を含む質量分析プローブであって、前記基材の一部が材料で被覆されており、前記材料の一部が前記基材から突出する、質量分析プローブ。
(項目2)
前記基材に連結された電圧源をさらに含む、項目1に記載のプローブ。
(項目3)
前記電圧源が、3ボルトまたはそれ未満の電圧を生成するように構成されている、項目2に記載のプローブ。
(項目4)
前記材料が導電性材料である、項目1に記載のプローブ。
(項目5)
前記導電性材料が、1つまたはそれ超の導電性ナノチューブを含む、項目4に記載のプローブ。
(項目6)
前記導電性ナノチューブが、カーボンナノチューブである、項目5に記載のプローブ。
(項目7)
前記カーボンナノチューブが、前記基材の外面を被覆する、項目6に記載のプローブ。(項目8)
基材を含む質量分析プローブであって、前記基材の一部が材料で被覆されており、前記材料の一部が前記基材から突出する、質量分析プローブと、
前記基材に連結された電圧源と、
質量分析器と
を含むシステム。
(項目9)
前記電圧源が、3ボルトまたはそれ未満の電圧を生成するように構成されている、項目8に記載のシステム。
(項目10)
前記材料が導電性材料である、項目8に記載のシステム。
(項目11)
前記導電性材料が、1つまたはそれ超の導電性ナノチューブを含む、項目10に記載のシステム。
(項目12)
前記導電性ナノチューブが、カーボンナノチューブである、項目11に記載のシステム。
(項目13)
前記カーボンナノチューブが、前記基材の外面を被覆する、項目12に記載のシステム。
(項目14)
前記基材が、先端部へと先細りする、項目8に記載のシステム。
(項目15)
前記プローブが、溶媒のフローから別個である、項目8に記載のシステム。
(項目16)
前記プローブが、空気圧支援を用いずに作動する、項目8に記載のシステム。
(項目17)
前記質量分析器が、ミニチュア質量分析計である、項目8に記載のシステム。
(項目18)
カーボンナノチューブを含む質量分析プローブと、
前記プローブに連結された電圧源と、
質量分析器と
を含むシステム。
(項目19)
前記プローブが、基材をさらに含み、前記カーボンナノチューブが、前記基材に連結されている、項目18に記載のシステム。
(項目20)
前記基材が多孔質基材である、項目19に記載のシステム。
Another aspect of the invention provides a system comprising a mass spectrometric probe with carbon nanotubes, a voltage source coupled to the probe, and a mass spectrometer. In certain embodiments, the probe is made entirely of carbon nanotubes. In other embodiments, the probe further comprises a substrate (porous or non-porous) and the carbon nanotubes are linked to the substrate.
For example, the present invention provides the following items.
(Item 1)
A mass spectrometric probe containing a base material, wherein a part of the base material is coated with a material and a part of the material protrudes from the base material.
(Item 2)
The probe of item 1, further comprising a voltage source coupled to the substrate.
(Item 3)
The probe of item 2, wherein the voltage source is configured to generate a voltage of 3 volts or less.
(Item 4)
The probe according to item 1, wherein the material is a conductive material.
(Item 5)
4. The probe of item 4, wherein the conductive material comprises one or more conductive nanotubes.
(Item 6)
The probe according to item 5, wherein the conductive nanotube is a carbon nanotube.
(Item 7)
The probe according to item 6, wherein the carbon nanotubes coat the outer surface of the base material. (Item 8)
A mass spectrometric probe containing a base material, wherein a part of the base material is coated with a material and a part of the material protrudes from the base material.
A voltage source connected to the base material and
A system that includes a mass spectrometer.
(Item 9)
8. The system of item 8, wherein the voltage source is configured to generate a voltage of 3 volts or less.
(Item 10)
8. The system of item 8, wherein the material is a conductive material.
(Item 11)
10. The system of item 10, wherein the conductive material comprises one or more conductive nanotubes.
(Item 12)
The system according to item 11, wherein the conductive nanotube is a carbon nanotube.
(Item 13)
The system of item 12, wherein the carbon nanotubes coat the outer surface of the substrate.
(Item 14)
The system according to item 8, wherein the base material tapers to a tip portion.
(Item 15)
8. The system of item 8, wherein the probe is separate from the solvent flow.
(Item 16)
8. The system of item 8, wherein the probe operates without pneumatic assistance.
(Item 17)
8. The system of item 8, wherein the mass spectrometer is a miniature mass spectrometer.
(Item 18)
Mass spectrometric probes containing carbon nanotubes and
With the voltage source connected to the probe,
A system that includes a mass spectrometer.
(Item 19)
18. The system of item 18, wherein the probe further comprises a substrate and the carbon nanotubes are linked to the substrate.
(Item 20)
19. The system of item 19, wherein the substrate is a porous substrate.

図1のパネルAは、カーボンナノチューブ(CNT)ペーパーからのイオン化の模式図である。パネルBは、接地電気的接続(grounding electrical connection)とともに紙の三角形体およびバッテリーを示すイオン化源の写真である。パネルCは、湿潤CNTペーパーからの3kV、3V、および1Vでのトリフェニルホスフィン(M)の質量スペクトルである。パネルDは、CNT被覆ペーパーの電界放出−走査電子顕微鏡法(FE−SEM)画像である。パネルEは、3Vにおけるプロトン化された分子の同位体分布である。パネルFは、m/z 263のプロダクトイオンMSである。Panel A of FIG. 1 is a schematic diagram of ionization from carbon nanotube (CNT) paper. Panel B is a photograph of an ionization source showing a paper triangle and a battery along with a grounding electrical connection. Panel C is a mass spectrum of triphenylphosphine (M) at 3 kV, 3 V, and 1 V from wet CNT paper. Panel D is a field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM) image of CNT coated paper. Panel E is the isotope distribution of the protonated molecule at 3V. Panel F is a product ion MS 2 of m / z 263.

図2は、3Vでのトリフェニルホスフィンの全範囲の質量スペクトルである。FIG. 2 is a mass spectrum of the entire range of triphenylphosphine at 3 V.

図3は、3kVでのトリフェニルホスフィンのESI質量スペクトル(MeOH:HO、1:1)である。スペクトルは、CNT被覆ペーパー(図1のパネルC)と比較した、m/z 279における増強された酸化ピーク、およびm/z 221におけるそのC断片を示す。MS/MSスペクトルが挿入図に示されている。FIG. 3 is an ESI mass spectrum (MeOH: H 2 O, 1: 1) of triphenylphosphine at 3 kV. The spectrum shows an enhanced oxidation peak at m / z 279 and its C 6 H 6 fragment at m / z 221 compared to CNT coated paper (panel C in FIG. 1). The MS / MS spectrum is shown in the inset.

図4は、矩形のCNT被覆ペーパーを使用して生成されるスペクトルであり、挿入図は、紙(質量分析計がその一面に向き合っている)の概略図を示す。FIG. 4 is a spectrum generated using rectangular CNT-coated paper, and the inset shows a schematic of the paper (mass spectrometer facing one side thereof).

図5Aは、CNT被覆ペーパーについてのm/z 263ピークの強度の電圧による変動を示す。図5Bは、通常の紙についての同じものを示す。FIG. 5A shows the voltage variation of the intensity of the m / z 263 peak for the CNT coated paper. FIG. 5B shows the same for regular paper. 図5Aは、CNT被覆ペーパーについてのm/z 263ピークの強度の電圧による変動を示す。図5Bは、通常の紙についての同じものを示す。FIG. 5A shows the voltage variation of the intensity of the m / z 263 peak for the CNT coated paper. FIG. 5B shows the same for regular paper.

図6のパネルA〜Dは、3Vでの様々な分析物(M)についての希HClを添加した後の強度増強を示す。パネルAは、トリフェニルホスフィンを示す。パネルBは、トリブチルホスフィンを示す。パネルCは、ジフェニルアミンを示す。パネルDは、トリエチルアミンを示す。各プロットの上および下のトレースは、同じスケールであり、それぞれHClを添加する前後のスペクトルを示す。Panels A to D of FIG. 6 show the intensity enhancement after addition of dilute HCl for various analytes (M) at 3 V. Panel A shows triphenylphosphine. Panel B shows tributylphosphine. Panel C shows diphenylamine. Panel D shows triethylamine. The traces above and below each plot are on the same scale and show the spectra before and after the addition of HCl, respectively.

図7のパネルA〜Bは、3Vでの事前形成されたイオン(陽および陰イオンモード)の分析を示す。パネルAは、塩化テトラメチルアンモニウムを示す。パネルBは、臭化テトラメチルアンモニウムを示す。Panels A-B of FIG. 7 show analysis of preformed ions (positive and anion modes) at 3 V. Panel A shows tetramethylammonium chloride. Panel B shows tetramethylammonium bromium.

図8のパネルA〜Bは、3Vでの事前形成されたイオン(陽および陰イオンモード)の分析を示す。パネルAは、硝酸テトラメチルアンモニウムを示す。パネルB ヨウ化テトラブチルアンモニウム。Panels A-B of FIG. 8 show analysis of preformed ions (positive and anion modes) at 3 V. Panel A shows tetramethylammonium nitrate. Panel B Tetrabutylammonium iodide.

図9のパネルA〜Cは、オレンジの表面から個々に検査した農薬の検出を示す。パネルAは、カルボフランである。パネルBは、メチルパラチオンである。パネルCは、パラチオンである。Panels A-C of FIG. 9 show the detection of pesticides individually tested from the surface of the orange. Panel A is carbofuran. Panel B is methyl parathion. Panel C is a parathion.

図10は、オレンジの表面からの3Vでの農薬混合物の分析を示す。ピークの同位体分布は、低強度に起因して明確に目に見えない。FIG. 10 shows an analysis of the pesticide mixture at 3 V from the surface of the orange. The isotopic distribution of the peak is not clearly visible due to the low intensity.

図11のパネルA〜Cは、3VでのCNT被覆ペーパーからの錠剤の、これらの質量スペクトルデータおよびMSデータを用いた分析を示す。パネルAは、Crocine(パラセタモール)である。パネルAは、xyzal(レボセチリジン二塩酸塩)である。パネルAは、combiflam(パラセタモール)である。Panels A-C of FIG. 11 show analysis of tablets from CNT-coated paper at 3 V using these mass spectral data and MS 2 data. Panel A is Crocin (paracetamol). Panel A is xyzal (levocetirizine dihydrochloride). Panel A is a combiflam (paracetamol).

図12のパネルA〜Hは、CNT被覆ペーパーにロードした様々なアミノ酸(90ng)の検出および3Vで記録したスペクトルを示す。パネルAは、フェニルアラニンである。パネルbは、メチオニンである。パネルCは、グルタミン酸である。パネルDは、グルタミンである。パネルEは、イソロイシンである。パネルFは、バリンである。パネルGは、プロリンである。パネルHは、セリンである。Panels A to H of FIG. 12 show the detection of various amino acids (90 ng) loaded on CNT coated paper and the spectra recorded at 3 V. Panel A is phenylalanine. Panel b is methionine. Panel C is glutamic acid. Panel D is glutamine. Panel E is isoleucine. Panel F is valine. Panel G is proline. Panel H is serine.

図13のパネルA〜Cは、イオン化前後のCNT被覆ペーパーのラマン測定を示す。パネルAは、中性分子(MeOH/HO中30ppmのTTP)および事前形成されたイオン(臭化テトラメチルアンモニウム)を示す。パネルBは、陽イオンモードで示す。パネルCは、陰イオンモードで示す。Panels A to C of FIG. 13 show Raman measurements of CNT-coated paper before and after ionization. Panel A shows a neutral molecule (TTP of MeOH / H 2 O in 30 ppm) and pre-formed ion (tetramethylammonium bromide). Panel B is shown in cation mode. Panel C is shown in anion mode.

図14は、様々な異なるタイプの試料を分析するための本発明のシステムを例示する概略図である。質量分析プローブは、カーボンナノチューブで被覆されているように例示されている。FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a system of the invention for analyzing a variety of different types of samples. Mass spectrometric probes are illustrated as being coated with carbon nanotubes.

図15のパネルA〜Eは、1Vでの様々な酸のプロトン結合二量体の検出を示す。パネルAは、ギ酸である。パネルBは、酢酸である。パネルCは、プロピオン酸である。パネルDは、酪酸である。パネルEは、ペンタン酸である。文字「D」は、プロトン結合二量体を表す。Panels A to E of FIG. 15 show the detection of proton-bound dimers of various acids at 1 V. Panel A is formic acid. Panel B is acetic acid. Panel C is propionic acid. Panel D is butyric acid. Panel E is pentanoic acid. The letter "D" represents a proton-bonded dimer.

図16のパネルA〜Dは、様々な酸混合物の混合二量体の検出を示す。パネルAは、酢酸&酪酸である。パネルBは、プロピオン酸&酪酸である。パネルCは、酢酸&ペンタン酸である。パネルDは、ギ酸&ペンタン酸である。文字「D」は、プロトン結合二量体を表す。Panels A to D of FIG. 16 show the detection of mixed dimers of various acid mixtures. Panel A is acetic acid & butyric acid. Panel B is propionic acid & butyric acid. Panel C is acetic acid & pentanoic acid. Panel D is formic acid & pentanoic acid. The letter "D" represents a proton-bonded dimer.

図17のパネルA〜Bは、2種の異なる溶媒中の様々な酸についてのD/M比対電圧試験を示す。パネルAは、水中である。パネルBは、メタノール中である。Panels A-B of FIG. 17 show D / M ratio vs. voltage tests for various acids in two different solvents. Panel A is underwater. Panel B is in methanol.

図18は、異なる溶媒中のプロピオン酸についてのD/M比対電圧を示す。FIG. 18 shows the D / M ratio vs. voltage for propionic acids in different solvents.

図19のパネルA〜Dは、1Vでの様々な陰イオンの水和物の検出を示す。パネルAは、塩化物であり、パネルBは、臭化物である。パネルCは、ヨウ化物である。パネルDは、アセテートである。Panels AD in FIG. 19 show the detection of various anionic hydrates at 1 V. Panel A is chloride and panel B is bromide. Panel C is iodide. Panel D is acetate.

図20は、試験分析物として50ppmトリフェニルホスフィン溶液を使用する低電圧スプレー質量分析(CNT被覆ペーパースプレー)についてのスプレー電圧に対する信号対ノイズ比(S/N)のプロットである。このスプレーは、各実験について先端部上に分析物溶液5μLを送達することによって行った。CNT被覆ペーパー先端部は、MS入口からおよそ1mm離して配置した。FIG. 20 is a plot of the signal-to-noise ratio (S / N) to spray voltage for low voltage spray mass spectrometry (CNT coated paper spray) using a 50 ppm triphenylphosphine solution as the test analyte. This spray was performed by delivering 5 μL of the analyte solution over the tip for each experiment. The tip of the CNT-coated paper was arranged at a distance of about 1 mm from the MS inlet.

図21は、試験分析物としてメタノール中の50ppmトリフェニルホスフィン溶液を使用する、低電圧スプレー質量分析(CNT被覆ペーパースプレー)についてのスプレー電圧に対する信号強度のプロットである;矩形のCNTペーパースプレー、キャピラリー電圧およびチューブレンズ電圧 0V、MS入口からの距離 約0.5mm、5回の実験の平均値。FIG. 21 is a plot of signal intensity relative to spray voltage for low voltage spray mass spectrometry (CNT coated paper spray) using a 50 ppm triphenylphosphine solution in methanol as the test analyte; rectangular CNT paper spray, capillary. Voltage and tube lens voltage 0V, distance from MS inlet about 0.5mm, average value of 5 experiments.

図22は、3VでのCNTペーパースプレー質量分析(上)および3.5kVでのペーパースプレー質量分析(下)を使用してBacillus subtilisから得たネガティブモード質量スペクトルを示す。スプレー溶媒(メタノール、10μL)を、紙の矩形体に塗り付けた数個のコロニーに添加した。FIG. 22 shows negative mode mass spectra obtained from Bacillus subtilis using CNT paper spray mass spectrometry at 3 V (top) and paper spray mass spectrometry at 3.5 kV (bottom). A spray solvent (methanol, 10 μL) was added to several colonies smeared on a paper rectangle.

本発明は一般に、試料をイオン化するための質量分析プローブおよびシステムに関する。ある特定の実施形態では、本発明は、基材を含む質量分析プローブであって、基材の一部が材料で被覆され、材料の一部が基材から突出する、質量分析プローブを提供する。本発明のプローブを用いると、空気圧支援は、分析物を輸送するのに要求されず、むしろ、電圧(例えば、例えば3ボルトまたはそれ未満の低電圧)が、質量分析計の前部に把持さ
れている基材に単に印加される。
The present invention generally relates to mass spectrometric probes and systems for ionizing samples. In certain embodiments, the present invention provides a mass spectrometric probe that includes a substrate, wherein a portion of the substrate is coated with a material and a portion of the material protrudes from the substrate. .. With the probes of the invention, pneumatic assistance is not required to transport the analyte, but rather a voltage (eg, a low voltage of 3 volts or less) is gripped on the front of the mass spectrometer. It is simply applied to the substrate.

ある特定の実施形態では、基材は、溶媒の連続フローなどの溶媒のフローから別個に(すなわち、分離して、または切り離して)保持される。代わりに、試料は、試料を含む表面から基材上にスポットされ、またはその上にスワブされる。次いでスポットまたはスワブされた試料は、電圧源に接続されて試料のイオンが生成され、イオンは、引き続いて質量分析される。試料は、別途の溶媒フローを必要とすることなく基材によって輸送される。空気圧支援は、分析物を輸送するのに要求されず、むしろ、電圧が、質量分析計の前部に把持されている多孔質材料に単に印加される。 In certain embodiments, the substrate is retained separately (ie, separated or separated) from the flow of solvent, such as a continuous flow of solvent. Instead, the sample is spotted or swabbed onto the substrate from the surface containing the sample. The spotted or swabbed sample is then connected to a voltage source to generate sample ions, which are subsequently mass spectrometrically analyzed. The sample is transported by the substrate without the need for a separate solvent flow. Pneumatic support is not required to transport the analyte, but rather a voltage is simply applied to the porous material held in front of the mass spectrometer.

他の実施形態では、基材は、連続的な溶媒フローまたは溶媒リザーバーに連結され、その結果基材は、溶媒を連続的に供給され得る。このような例示的なセットアップは、例えば、Bareら(国際特許出願公開第WO2012/170301号)に記載されており、その内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。 In other embodiments, the substrate is linked to a continuous solvent flow or solvent reservoir so that the substrate can be continuously supplied with solvent. Such an exemplary setup is described, for example, in Bare et al. (International Patent Application Publication No. WO 2012/170301), the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

溶媒は、分離/抽出およびイオン化を支援し得る。質量スペクトル分析に適合する任意の溶媒を使用してよい。特定の実施形態では、好都合な溶媒は、エレクトロスプレーイオン化にも使用されるものである。例示的な溶媒としては、水、メタノール、アセトニトリル、およびテトラヒドロフラン(THF)の組合せが挙げられる。有機含有量(水に対するメタノール、アセトニトリルなどの割合)、pH、および揮発性塩(例えば、酢酸アンモニウム)は、分析される試料に応じて変動し得る。例えば、薬物イマチニブのような塩基性分子は、より低いpHでより効率的に抽出およびイオン化される。シロリムスのようなイオン性基を有さないが、いくつかのカルボニル基を有する分子は、付加体形成に起因して溶媒中のアンモニウム塩でより良好にイオン化する。 Solvents can assist in separation / extraction and ionization. Any solvent suitable for mass spectrum analysis may be used. In certain embodiments, the preferred solvent is one that is also used for electrospray ionization. Exemplary solvents include a combination of water, methanol, acetonitrile, and tetrahydrofuran (THF). The organic content (ratio of methanol, acetonitrile, etc. to water), pH, and volatile salts (eg, ammonium acetate) can vary depending on the sample being analyzed. For example, basic molecules such as the drug imatinib are more efficiently extracted and ionized at lower pH. Molecules that do not have an ionic group like silolims but have some carbonyl groups are better ionized with ammonium salts in the solvent due to adduct formation.

基材の材料は、導電性であり得、またはこれは、絶縁体であり得る。基材は、多孔質材料もしくは非多孔質材料、またはこれらの組合せで構成することができる。非多孔質は、液体または気体が材料を通過して他方の反対側に出ることを可能にする貫通孔を含まない材料を指す。例示的な非多孔質材料としては、それらに限らないが、金属、プラスチック、ポリマー、ガラス、またはグラフェンがある。 The material of the substrate can be conductive, or it can be an insulator. The base material can be composed of a porous material, a non-porous material, or a combination thereof. Non-porous refers to a material that does not contain through holes that allow a liquid or gas to pass through the material and out to the other side. Exemplary non-porous materials include, but are not limited to, metals, plastics, polymers, glass, or graphene.

多孔質材料は、例えば、Ouyangら(米国特許第8,859,956号)に記載されており、その内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。ある特定の実施形態では、多孔質材料は、任意のセルロース系材料である。他の実施形態では、多孔質材料は、非金属多孔質材料、例えば、綿、リネンウール、合成織物、または植物組織(例えば、葉)などである。さらに他の実施形態では、多孔質材料は、紙である。紙の利点には:コスト(紙は、安価である);紙は完全に商品化されており、その物理的および化学的性質を調整することができること;紙は液体試料から微粒子(細胞および粉塵)を濾過することができること;紙は容易に成形されること(例えば、切断し、引き裂き、または折り畳むことが容易);毛細管作用の下で液体が紙に流入すること(例えば、外部のポンピングおよび/または電力供給装置を用いないで);ならびに紙は使い捨てであることが含まれる。 Porous materials are described, for example, in Ouyang et al. (US Pat. No. 8,859,956), the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. In certain embodiments, the porous material is any cellulosic material. In other embodiments, the porous material is a non-metallic porous material such as cotton, linen wool, synthetic fabrics, or plant tissue (eg leaves). In yet another embodiment, the porous material is paper. The advantages of paper are: cost (paper is cheap); paper is fully commercialized and its physical and chemical properties can be adjusted; paper is fine particles (cells and dust) from liquid samples. ) Can be filtered; the paper is easily formed (eg, easy to cut, tear, or fold); the liquid flows into the paper under capillary action (eg, external pumping and / Or without a power supply); and paper is included to be disposable.

特定の実施形態では、多孔質材料は、濾紙である。例示的な濾紙としては、セルロース濾紙、無灰濾紙、ニトロセルロース紙、ガラスマイクロファイバー濾紙、およびポリエチレン紙がある。任意の孔サイズを有する濾紙を使用してもよい。例示的な孔サイズとしては、グレード1(11μm)、グレード2(8μm)、グレード595(4〜7μm)、およびグレード6(3μm)があり、孔サイズは、スプレー材料内部の液体の輸送に影響を及ぼすことになるだけでなく、先端部におけるテイラーコーンの形成にも影響し得る。最適な孔サイズは、安定なテイラーコーンを生成し、液体蒸発を低減することになる。濾
紙の孔サイズは、濾過における重要なパラメータでもあり、すなわち、紙は、オンライン前処理デバイスとして作用する。低nm範囲の孔サイズを有する再生セルロースの市販の限外濾過膜は、1000Daという小さい粒子を保持するように設計されている。1000Da〜100,000Daの範囲の分子量カットオフを有する限外濾過膜を商業的に得ることができる。
In certain embodiments, the porous material is filter paper. Exemplary filter papers include cellulose filter papers, ashless filter papers, nitrocellulose papers, glass microfiber filter papers, and polyethylene papers. Filter paper with any hole size may be used. Illustrative pore sizes include grade 1 (11 μm), grade 2 (8 μm), grade 595 (4-7 μm), and grade 6 (3 μm), where the pore size affects the transport of liquid inside the spray material. Not only can it affect the formation of the Taylor cone at the tip. The optimum hole size will produce a stable Taylor cone and reduce liquid evaporation. The pore size of the filter paper is also an important parameter in filtration, i.e. the paper acts as an online pretreatment device. Commercially available ultrafiltration membranes of regenerated cellulose with pore sizes in the low nm range are designed to hold particles as small as 1000 Da. Ultrafiltration membranes with a molecular weight cutoff in the range of 1000 Da to 100,000 Da can be obtained commercially.

本発明の基材は、任意の形状であり得、鋭く尖った先は、本発明のプローブを使用してイオンを生成するのに要求されない。例えば、本発明の基材は、矩形であり得、イオンは、矩形体の隅のポイントとは対照的に、矩形体の縁部に沿って生成され得る。特定の実施形態では、多孔質材料は、イオン生成のために、三角形のポイントなどの巨視的に鋭く尖った先を有するように成形される。本発明のプローブは、異なる先端幅を有し得る。ある特定の実施形態では、プローブの先端幅は、少なくとも約5μmまたはそれ超、少なくとも約10μmまたはそれ超、少なくとも約50μmまたはそれ超、少なくとも約150μmまたはそれ超、少なくとも約250μmまたはそれ超、少なくとも約350μmまたはそれ超、少なくとも約400μmまたはそれ超、少なくとも約450μmまたはそれ超などである。特定の実施形態では、先端幅は、少なくとも350μmまたはそれ超である。他の実施形態では、プローブ先端幅は、約400μmである。他の実施形態では、本発明のプローブは、円錐形などの3次元形状を有する。ある特定の実施形態では、基材は、先端部へと先細りする平面部分を含む基材など、先端部へと先細りする。例示的な形状は、先端部へと先細りする三角形の基材である。 The substrate of the present invention can be of any shape and a sharp pointed tip is not required to generate ions using the probe of the present invention. For example, the substrate of the present invention can be rectangular, and ions can be generated along the edges of the rectangle, as opposed to points at the corners of the rectangle. In certain embodiments, the porous material is shaped to have macroscopically sharp points, such as triangular points, for ion generation. The probes of the present invention may have different tip widths. In certain embodiments, the tip width of the probe is at least about 5 μm or greater, at least about 10 μm or greater, at least about 50 μm or greater, at least about 150 μm or greater, at least about 250 μm or greater, at least about. 350 μm or more, at least about 400 μm or more, at least about 450 μm or more, and so on. In certain embodiments, the tip width is at least 350 μm or greater. In other embodiments, the probe tip width is about 400 μm. In another embodiment, the probe of the present invention has a three-dimensional shape such as a cone. In certain embodiments, the substrate tapers to the tip, such as a substrate that includes a flat portion that tapers to the tip. An exemplary shape is a triangular substrate that tapers to the tip.

本発明のプローブに関して、基材の一部または全体が材料で被覆されている。被膜は、材料の1つまたは複数の部分が基材から突出するように基材に塗布される。一般に、これらの突起部は、ナノスケール(ナノメートルの特徴物)であり、いずれの特定の理論または作用機序にも限定されるものではないが、電極として作用する。突起部は、これらのナノスケール突起部において分析物を含有する微小な規模の溶液滴の電界放出を引き起こすのに十分高い電界強度をもたらす。そのようにして、本発明の質量分析プローブは、高電圧ではなく低電圧(例えば、3ボルトまたはそれ未満)の印加によって標的分析物をイオン化することができ、標的分析物の望まれない断片化を伴わないイオン化を可能にする。 For the probe of the present invention, part or all of the substrate is coated with a material. The coating is applied to the substrate such that one or more portions of the material project from the substrate. In general, these protrusions are nanoscale (nanometer features) and act as electrodes, but not limited to any particular theory or mechanism of action. The protrusions provide a field strength high enough to cause field emission of microscale solution droplets containing the analyte in these nanoscale protrusions. As such, the mass spectrometric probe of the present invention can ionize the target analyte by applying a low voltage (eg, 3 volts or less) rather than a high voltage, resulting in unwanted fragmentation of the target analyte. Allows ionization without the need for.

ある特定の実施形態では、材料は、導電性材料であるが、それは不可欠ではない。理由は、材料を囲繞する溶媒が一部の場合では電解質であり得るためである。任意の導電性材料を本発明のプローブとともに使用してもよい。例示的な材料には、導電性ナノチューブが含まれる。ナノチューブは、ナノメートルスケールチューブ様構造体である。例示的なナノチューブは、カーボンナノチューブ、シリコンナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ、または無機ナノチューブ(すなわち、金属酸化物もしくはIII族−窒化物から形成されるナノチューブ)である。典型的には、ナノチューブは、基材の外面を被覆し、複数のナノチューブの部分(遠位部分など)が基材の表面から突出する。ナノチューブまたは任意の選択された材料の一部が基材に浸透することも可能である。 In certain embodiments, the material is a conductive material, but it is not essential. The reason is that the solvent surrounding the material can be an electrolyte in some cases. Any conductive material may be used with the probes of the invention. Exemplary materials include conductive nanotubes. Nanotubes are nanometer-scale tube-like structures. Exemplary nanotubes are carbon nanotubes, silicon nanotubes, boron nitride nanotubes, or inorganic nanotubes (ie, nanotubes formed from metal oxides or Group III-nitrides). Typically, the nanotubes cover the outer surface of the substrate, with a plurality of nanotube portions (such as the distal portion) protruding from the surface of the substrate. It is also possible that nanotubes or some of any selected material penetrate the substrate.

ある特定の実施形態では、ナノチューブは、例えば、Monthiouxら(Carbon、44巻(
9号):1621頁、2006年)、Oberlinら(Journal of Crystal Growth、32
巻(3号):335〜349頁、1976年)、Endoら(Carbon、37巻(11号):1873頁、2002年)、Izvestiyaら(Metals、1982年、3巻、12〜17頁)、Tennent(米国特許第4,663,230号)、Iijimaら(Nature、354巻(6348号):56〜58頁、1991年)、Mintmireら(Phys. Rev. Lett.、68巻(5号):631〜634頁、1992年)、Bethune(Nature、363巻(6430号):605
〜607頁、1993年)、Iijimaら(Nature、363巻(6430号):603〜605頁、1993年)、Kratschmerら(Nature、347巻(6291号):354〜358頁、1990年)、およびKrotoら(Nature、318巻(6042号):162〜163
頁、1985年)に記載されているカーボンナノチューブであり、これらの文献それぞれの内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。
In certain embodiments, nanotubes are described, for example, by Monthioux et al. (Carbon, Volume 44).
No. 9): p. 1621, 2006), Oberlin et al. (Journal of Crystal Growth, 32)
Volume (3): 335-349, 1976), Endo et al. (Carbon, 37 (11): 1873, 2002), Izvestiya et al. (Metals, 1982, Volume 3, pp. 12-17) , Tennent (US Pat. No. 4,663,230), Iijima et al. (Nature, 354 (6348): 56-58, 1991), Mintmire et al. (Phys. Rev. Lett., 68 (5)) ): pp. 631-634, 1992), Bethune (Nature, Vol. 363 (No. 6430): 605)
~ 607, 1993), Iijima et al. (Nature, 363 (6430): 603 to 605, 1993), Kratschmer et al. (Nature, 347 (6291): 354 to 358, 1990), And Croto et al. (Nature, Vol. 318 (No. 6042): 162-163)
The carbon nanotubes described in (page, 1985), the contents of each of these documents, which are incorporated herein by reference in their entirety.

カーボンナノチューブ(CNT)は、円柱状ナノ構造を有する炭素の同素体である。カーボンナノチューブは、フラーレン構造ファミリーのメンバーである。これらの名称は、グラフェンと呼ばれる炭素の1原子の厚さのシートによって形成される壁を有するこれらの長い中空構造に由来する。これらのシートは、特定のかつ別個の(「キラル」)角度でロールされ、ローリング角および半径の組合せがナノチューブの性質;例えば、個々のナノチューブシェルが金属であるか、半導体であるかを決定する。カーボンナノチューブは、単層ナノチューブ(SWNT)および多層ナノチューブ(MWNT)として分類され、両方が本発明のプローブとともに使用され得る。 Carbon nanotubes (CNTs) are allotropes of carbon with columnar nanostructures. Carbon nanotubes are a member of the fullerene structure family. These names are derived from these long hollow structures with walls formed by a single atom thick sheet of carbon called graphene. These sheets are rolled at specific and distinct (“chiral”) angles, and the combination of rolling angle and radius determines the nature of the nanotubes; for example, whether the individual nanotube shells are metal or semiconductor. .. Carbon nanotubes are classified as single-walled nanotubes (SWNTs) and multi-walled nanotubes (MWNTs), both of which can be used with the probes of the invention.

ほとんどの単層ナノチューブ(SWNT)は、1ナノメートルに近い直径を有し、何百万倍長くなり得るチューブ長を伴う。SWNTの構造は、グラフェンと呼ばれる1原子厚層のグラファイトを巻いて継ぎ目のない円筒にすることによって概念化することができる。グラフェンシートが巻かれる方法は、一対の指数(n,m)によって表される。整数nおよびmは、グラフェンのハニカム結晶格子内の2つの方向に沿った単位ベクトルの数値を表す。m=0である場合、ナノチューブは、ジグザグナノチューブと呼ばれ、n=mである場合、ナノチューブは、アームチェアナノチューブと呼ばれる。その他では、これらは、キラルと呼ばれる。理想的なナノチューブの直径は、以下の通りその(n,m)指数から計算することができる:
式中、a=0.246nmである。
Most single-walled nanotubes (SWNTs) have diameters close to 1 nanometer and are accompanied by tube lengths that can be millions of times longer. The structure of SWNT can be conceptualized by winding a single atomic thick layer of graphite called graphene into a seamless cylinder. The method by which the graphene sheet is wound is represented by a pair of indices (n, m). The integers n and m represent the numerical values of the unit vectors along the two directions in the graphene honeycomb crystal lattice. When m = 0, the nanotubes are called zigzag nanotubes, and when n = m, the nanotubes are called armchair nanotubes. Elsewhere, these are called chiral. The ideal nanotube diameter can be calculated from its (n, m) exponent as follows:
In the formula, a = 0.246 nm.

多層ナノチューブ(MWNT)は、グラフェンの多数のロール層(同心チューブ)からなる。多層ナノチューブの構造を記述するのに使用することができる2つのモデルがある。Russian Dollモデルでは、グラファイトのシート、例えば、より大きい(0,17)単層ナノチューブ内に(0,8)単層ナノチューブ(SWNT)が同心円筒中に配列される。Parchmentモデルでは、グラファイトの単一のシートがそれ自体を囲むようにロールされ、羊皮紙の巻き物またはロールされた新聞紙に類似している。多層ナノチューブ中の層間距離は、グラファイト中のグラフェン層間の距離に近く、およそ3.4Åである。Russian Doll構造がより一般に観察される。その個々のシェルをSWNTと記述することができ、これらは、金属性または半導性であり得る。個々のチューブの相対的な直径に対する統計的な確率および制限のために、シェルの1つ、およびしたがってMWNT全体は、通常、ゼロギャップ金属である。 Multi-walled nanotubes (MWNTs) consist of multiple roll layers (concentric tubes) of graphene. There are two models that can be used to describe the structure of multi-walled nanotubes. In the Russian Doll model, (0,8) single-walled nanotubes (SWNTs) are arranged in a concentric cylinder within a sheet of graphite, eg, a larger (0,17) single-walled nanotube. In the Partchment model, a single sheet of graphite is rolled around itself, similar to a parchment scroll or rolled newspaper. The interlayer distance in the multi-walled nanotubes is close to the distance between the graphene interlayers in graphite, which is approximately 3.4 Å. The Russian Doll structure is more commonly observed. The individual shells can be described as SWNTs, which can be metallic or semi-conducting. Due to statistical probabilities and limitations on the relative diameters of the individual tubes, one of the shells, and thus the entire MWNT, is usually a zero-gap metal.

本明細書において用いられる場合、用語カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブおよびフラーレンの組合せであるカーボンナノバッドを含む。カーボンナノバッドでは、フラーレン様のバッドが下にあるカーボンナノチューブの外側側壁に共有結合している。このハイブリッド材料は、フラーレンおよびカーボンナノチューブの両方の有用な性質を有する。特に、これらは、並外れて良好な電界エミッターであることが判明している。複合材料では、付着したフラーレン分子は、ナノチューブのスリップを防止する分子アンカーとして機能を果たす場合があり、したがって複合体の機械的性質を改善する。 As used herein, the term carbon nanotube includes carbon nanobuds, which are a combination of carbon nanotubes and fullerenes. In carbon nanobuds, a fullerene-like pad is covalently bonded to the outer sidewall of the underlying carbon nanotube. This hybrid material has the useful properties of both fullerenes and carbon nanotubes. In particular, they have proven to be exceptionally good electric field emitters. In composites, the attached fullerene molecules can act as molecular anchors to prevent the nanotubes from slipping, thus improving the mechanical properties of the composite.

本明細書において用いられる場合、用語カーボンナノチューブは、グラフェン化(graphenated)CNTも含み、これらは、多層または竹スタイル(bamboo style)CNTの側壁に沿って成長する黒鉛状葉状物(graphitic foliate)を組み合わせるハイブリッドで
ある。グラフェン化CNTは、例えば、Yuら(J. Phys. Chem. Lett.、13 2巻(
13号):1556〜1562頁、2011年)、およびStonerら(Appl. Phys. Lett.、18 99巻(18号):183104頁、2011年)に記載されており、これら
のそれぞれの内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。
As used herein, the term carbon nanotubes also includes graphenated CNTs, which are graphitic foliates that grow along the sidewalls of multi-walled or bamboo-style CNTs. It is a hybrid to combine. Grapheneized CNTs are described, for example, by Yu et al. (J. Phys. Chem. Lett., Volume 132).
13): 1556 to 1562, 2011), and Stoner et al. (Appl. Phys. Lett., 1899 (18): 183104, 2011), the contents of each of which are described. , All of which are incorporated herein by reference.

本明細書において用いられる場合、用語カーボンナノチューブは、窒素ドープカーボンナノチューブなどのドープカーボンナノチューブ(Kouvetakisら、Chemistry of Materials、6巻(6号):811頁、1994年;Zhongら、Journal of Physics and Chemistry of Solids、71巻(2号):134頁、2010年;Yinら、Advanced Materials、15巻(21号):1840頁、2003年;およびOkuら、Diamond and Related Materials、9巻(3〜6号):906頁、2000年);ならびにカーボンナノチューブ内部にフラーレンを捕捉するハイブリッド炭素材料であるカーボンピーポッド(Smithら、Nature、396巻:323〜324頁、1998年;およびSmithら、Chem. Phys. Lett.、321巻:169〜174頁、2000年)も含む。 As used herein, the term carbon nanotubes refers to doped carbon nanotubes such as nitrogen-doped carbon nanotubes (Kouvetakis et al., Chemistry of Materials, Vol. 6 (No. 6): 811 pages, 1994; Zhong et al., Journal of Physics and Chemistry of Solids, Vol. 71 (No. 2): 134, 2010; Yin et al., Advanced Materials, Vol. 15 (21): 1840, 2003; and Oku et al., Diamond and Related Materials, Vol. 9 (3-~) 6): 906, 2000); and carbon peapods, a hybrid carbon material that traps fullerenes inside carbon nanotubes (Smith et al., Nature, 396: 323-324, 1998; and Smith et al., Chem. Also includes Phys. Lett., Vol. 321; pp. 169-174, 2000).

本発明のカーボンナノチューブプローブを使用する例示的なシステムを図14に示す。以下の実施例に記載するように、カーボンナノチューブ(CNT)被覆/含浸ペーパーを使用して、3Vまたはそれ未満の電位で有機分子からイオンを生成することができる。オレンジの表面からの一般的な農薬、医薬錠剤の成分、およびアミノ酸などの様々な分析物が、本発明のプローブおよびシステムを使用して特徴付けられている。 An exemplary system using the carbon nanotube probe of the present invention is shown in FIG. Carbon nanotube (CNT) coated / impregnated paper can be used to generate ions from organic molecules at potentials of 3 V or less, as described in the Examples below. Various analytes such as common pesticides from the surface of oranges, ingredients of pharmaceutical tablets, and amino acids have been characterized using the probes and systems of the invention.

ある特定の実施形態では、材料は、導電性繊維性材料であり、その結果、複数の繊維の部分が基材から突出する。例示的な繊維は、金属もしくは炭素繊維、または金属もしくは炭素ナノワイヤーである。これらの繊維は、中空または中実であり得る。ある特定の実施形態では、突起部は、基材上にナノメートル特徴物(プロセスで使用される材料に基づいて導電性であり、または導電性でない)として印刷される(印刷された被膜)。Gingerら(Angewandte Chemie International Edition、43巻(1号):30〜45頁、2004年)に記載されたディップペンナノリソグラフィーをこのプロセスに使用することができ、または例えば、Yueh-Linら(Appl. Phys. Lett.、81巻(3号):562〜5
64頁、2002年)に記載されたものなどの他の公知のプロセスを使用してもよく、これらの文献のそれぞれの内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。
In certain embodiments, the material is a conductive fibrous material, resulting in multiple fibrous portions protruding from the substrate. Illustrative fibers are metal or carbon fibers, or metal or carbon nanowires. These fibers can be hollow or solid. In certain embodiments, the protrusions are printed on the substrate as nanometer features (conductive or non-conductive based on the material used in the process) (printed coating). The dip-pen nanolithography described in Ginger et al. (Angewandte Chemie International Edition, Vol. 43 (No. 1): pp. 30-45, 2004) can be used in this process, or, for example, Yueh-Lin et al. (Appl). . Phys. Lett., Volume 81 (No. 3): 562-5
Other known processes, such as those described on page 64, 2002), may be used, and the content of each of these documents is incorporated herein by reference in its entirety.

本発明の質量分析プローブは、典型的には電圧源に連結される。ある特定の実施形態では、電圧源は、低電圧源、すなわち、3ボルトもしくはそれ未満、例えば、2.9ボルトもしくはそれ未満、2.8ボルトもしくはそれ未満、2.7ボルトもしくはそれ未満、2.6ボルトもしくはそれ未満、2.5ボルトもしくはそれ未満、2.4ボルトもしくはそれ未満、2.3ボルトもしくはそれ未満、2.2ボルトもしくはそれ未満、2.1ボルトもしくはそれ未満、2ボルトもしくはそれ未満、1.5ボルトもしくはそれ未満、または1ボルトもしくはそれ未満などの電圧を生成するように構成されている電圧源である。他の実施形態では、高電圧源(例えば、3ボルト超)が本発明のプローブに連結されている。このような連結は、当技術分野で公知である。 The mass spectrometric probe of the present invention is typically coupled to a voltage source. In certain embodiments, the voltage source is a low voltage source, i.e. 3 volts or less, eg, 2.9 volts or less, 2.8 volts or less, 2.7 volts or less, 2 6.6 volts or less, 2.5 volts or less, 2.4 volts or less, 2.3 volts or less, 2.2 volts or less, 2.1 volts or less, 2 volts or less A voltage source configured to generate a voltage less than, 1.5 volts or less, or 1 volt or less. In other embodiments, a high voltage source (eg, greater than 3 volts) is coupled to the probe of the present invention. Such connections are known in the art.

本発明の質量分析プローブは、試料を分析するための質量分析計とインターフェースすることができる。上述したように、液滴を輸送するのに空気圧支援は要求されない。分析物のアンビエントイオン化は、これらの帯電液滴に基づいて実現され、溶液相試料を質量分析するための単純で好都合な手法を提供する。試料溶液は、いずれの前処理も伴うことなく質量分析計の入口の前部に把持されたプローブ上に直接塗布される。次いでアンビエントイオン化が、プローブに電位(高いまたは低い)を印加することによって実施される。 The mass spectrometric probe of the present invention can interface with a mass spectrometer for analyzing a sample. As mentioned above, no pneumatic assistance is required to transport the droplets. Ambient ionization of the analyte is achieved on the basis of these charged droplets and provides a simple and convenient method for mass spectrometry of solution phase samples. The sample solution is applied directly onto the probe gripped in front of the inlet of the mass spectrometer without any pretreatment. Ambient ionization is then performed by applying an electric potential (high or low) to the probe.

当技術分野で公知の任意のタイプの質量分析計を、本発明のプローブとともに使用することができる。例えば、質量分析計は、標準的な卓上質量分析計であり得る。他の実施形態では、質量分析計は、ミニチュア質量分析計である。例示的なミニチュア質量分析計は、例えば、Gaoら(Z. Anal. Chem.、2006年、78巻、5994〜6002頁)に
記載されており、その内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。数千ワットの電力を伴う実験室規模の計測器に使用されるポンプシステムと比較すると、ミニチュア質量分析計は一般に、Gaoらに記載されたシステムについての5L/分(0.3m
3/時間)のダイヤフラムポンプおよび11L/秒のターボポンプのみを用いた18Wポンプシステムなどのより小さいポンプシステムを有する。他の例示的なミニチュア質量分析計は、例えば、Gaoら(Anal. Chem.、80巻:7198〜7205頁、2008年)
、Houら(Anal. Chem.、83巻:1857〜1861頁、2011年)、およびSokolら(Int. J. Mass Spectrom.、2011年、306巻、187〜195頁)に記載され
ており、これらのそれぞれの内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。ミニチュア質量分析計は、例えば、Xuら(JALA、2010年、15巻、433〜439頁);Ouyangら(Anal. Chem.、2009年、81巻、2421〜2425頁);Ouyangら(Ann. Rev. Anal. Chem.、2009年、2巻、187〜214頁);Sandersら(Euro. J. Mass Spectrom.、2009年、16巻、11〜20頁);Gaoら(Anal. Chem.、2006年、78巻(17号)、5994〜6002頁);Mulliganら(Chem.Com.
、2006年、1709〜1711頁);およびFicoら(Anal. Chem.、2007年、79巻、8076〜8082頁).)にも記載されており、これらのそれぞれの内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
Any type of mass spectrometer known in the art can be used with the probes of the invention. For example, the mass spectrometer can be a standard tabletop mass spectrometer. In another embodiment, the mass spectrometer is a miniature mass spectrometer. An exemplary miniature mass spectrometer is described, for example, in Gao et al. (Z. Anal. Chem., 2006, Vol. 78, pp. 5994-6002), the entire contents of which are referred to herein in its entirety. Is incorporated by. Compared to pump systems used in laboratory-scale instruments with thousands of watts of power, miniature mass spectrometers are generally 5 L / min (0.3 m) for the system described by Gao et al.
It has a smaller pump system, such as an 18W pump system that uses only a 3 / hour diaphragm pump and an 11L / sec turbopump. Other exemplary miniature mass spectrometers include, for example, Gao et al. (Anal. Chem., Vol. 80: 7198-7205, 2008).
, Hou et al. (Anal. Chem., Vol. 83: 1857-1861, 2011), and Sokol et al. (Int. J. Mass Spectrom., 2011, Vol. 306, pp. 187-195). The contents of each of these are incorporated herein by reference in their entirety. Miniature mass spectrometers include, for example, Xu et al. (JALA, 2010, Vol. 15, pp. 433-439); Ouyang et al. (Anal. Chem., 2009, Vol. 81, pp. 2421-2425); Ouyang et al. (Ann. Rev. Anal. Chem., 2009, Volume 2, pp. 187-214); Sanders et al. (Euro. J. Mass Spectrom., 2009, Volume 16, pp. 11-20); Gao et al. (Anal. Chem., 2006, Vol. 78 (No. 17,) pp. 5994-6002); Mulligan et al. (Chem.Com.
, 2006, pp. 1709-1711); and Fico et al. (Anal. Chem., 2007, pp. 79, pp. 8076-8082). ), And the contents of each of these are incorporated herein by reference in their entirety.

ある特定の実施形態では、本発明のシステムは、ミニチュア質量分析計で特に有用である不連続インターフェースを備えている。例示的な不連続インターフェースは、例えば、Ouyangら(米国特許第8,304,718号)に記載されており、その内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。ある特定の実施形態では、分析中に試料を加熱することが有利である。したがって、ある特定の実施形態では、本発明の質量分析プローブは、Cooksら(米国特許出願公開第2013/0344610号)に記載されたもの
などの加熱素子とともに構成されており、この文献の内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。
In certain embodiments, the system of the invention comprises a discontinuous interface that is particularly useful in miniature mass spectrometers. An exemplary discontinuous interface is described, for example, in Ouyang et al. (US Pat. No. 8,304,718), the content of which is incorporated herein by reference in its entirety. In certain embodiments, it is advantageous to heat the sample during the analysis. Thus, in certain embodiments, the mass spectrometric probe of the present invention is configured with a heating device, such as that described in Cooks et al. (US Patent Application Publication No. 2013/0346410), which is described in this document. , All of which are incorporated herein by reference.

ある特定の実施形態では、本発明の方法およびシステムは、質量スペクトル分析のための分析物を把持および輸送するのに、多孔質材料、例えば、紙を使用する。試料中の分析物は、多孔質材料に電圧(低いまたは高い)を印加してイオンを生成するために、統合された様式で多孔質材料中で予め濃縮され、富化され、精製される。ある特定の実施形態では、別個の量の輸送溶液(例えば、1個の液滴または数個の液滴)が、多孔質材料を通じて分析物が移動するのを支援するために塗布される。ある特定の実施形態では、分析物は、多孔質材料に塗布される溶液中に既に存在する。このような実施形態では、追加の溶媒が多孔質材料に添加される必要はない。他の実施形態では、分析物は、表面をスワブすることによって容易に収集することができる粉末状試料中にある。本発明のシステムおよび方法は、植物もしくは動物組織、または生体内の組織の分析を可能にする。 In certain embodiments, the methods and systems of the invention use a porous material, such as paper, to grip and transport the analyte for mass spectrum analysis. The analyte in the sample is pre-concentrated, enriched and purified in the porous material in an integrated manner in order to apply a voltage (low or high) to the porous material to generate ions. In certain embodiments, separate amounts of transport solution (eg, one droplet or several droplets) are applied to assist the movement of the analyte through the porous material. In certain embodiments, the analyte is already present in the solution applied to the porous material. In such an embodiment, no additional solvent needs to be added to the porous material. In other embodiments, the analyte is in a powdered sample that can be easily collected by swiping the surface. The systems and methods of the present invention allow analysis of plant or animal tissue, or tissue in vivo.

本発明の方法およびシステムは、エピネフリン、セリン、アトラジン、メタドン、ロキシスロマイシン、コカイン、およびアンギオテンシンIを含めた多種多様な低分子、または分子複合体(例えば、タンパク質およびペプチド複合体)の分析に使用することができる。すべてが様々な多孔質表面からの高品質な質量およびMS/MSプロダクトイオンスペクトルを示す。本発明の方法およびシステムは、0.1〜10μg/mLの程度の分析物濃度(合計量の分析物50pg〜5ng)で、典型的には数μlの小体積の溶液の使用を可能にし、1〜数分続く信号を与える。 The methods and systems of the invention are used for the analysis of a wide variety of small molecules or molecular complexes (eg, protein and peptide complexes), including epinephrine, serine, atrazine, methadone, loxythromycin, cocaine, and angiotensin I. Can be used. All show high quality mass and MS / MS product ion spectra from various porous surfaces. The methods and systems of the present invention allow the use of small volumes of solution, typically several μl, at analytical material concentrations on the order of 0.1 to 10 μg / mL (total volume of analytical material 50 pg to 5 ng). Gives a signal that lasts for 1 to several minutes.

本発明の方法およびシステムは、タンパク質およびペプチドならびに生体分子複合体(bimolecular complex)(タンパク質またはペプチド複合体)を含めた多種多様な生体分子の分析にも使用することができる。本発明の方法は、ゲルからオリゴヌクレオチドを分析するのにも使用することができる。ゲル中のオリゴヌクレオチドを電気泳動で分離した後、目的の1つまたは複数のバンドが当技術分野で公知の方法を使用して多孔質材料にブロットされる。ブロッティングは、ゲル中のバンド内のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部の本発明のプローブへの移動をもたらす。次いでプローブは、電圧源に接続され、オリゴヌクレオチドは、イオン化され、質量スペクトル分析のために質量分析計へとスプレーされる。 The methods and systems of the invention can also be used to analyze a wide variety of biomolecules, including proteins and peptides as well as biomolecular complexes (protein or peptide complexes). The method of the present invention can also be used to analyze oligonucleotides from gels. After the oligonucleotides in the gel are electrophoretically separated, one or more bands of interest are blotted onto a porous material using methods known in the art. Blotting results in the transfer of at least some of the oligonucleotides within the band in the gel to the probe of the invention. The probe is then connected to a voltage source and the oligonucleotide is ionized and sprayed onto a mass spectrometer for mass spectrometric analysis.

本発明の方法およびシステムは、全血または尿などの複合混合物の分析に使用することができる。血液中の医薬品または他の化合物を分析するための典型的な手順は、分析の前に可能な限り多くの妨害を除去するように設計された多段階式プロセスである。最初に、血液細胞がおよそ1000×gで15分間の遠心分離を介して血液の液体部分から分離される(Mustard, J. R;Kinlough-Rathbone, R. L.;Packham, M. A.、Methods in
Enzymology;Academic Press、1989年)。次に、内部標準が得られる血漿中にス
パイクされ、液体−液体または固相抽出が、分析物のほとんどすべてを回収しながら可能な限り多くの基質化学物質を除去する目的で実施される(Buhrman, D. L.;Price, P.
I.;Rudewicz, P. J.、Journal of the American Society for Mass Spectrometry、1996年、7巻、1099〜1105頁)。抽出された相は典型的には、溶媒
を蒸発させることによって乾燥され、次いで高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)移動相として使用される溶媒中に再懸濁される(Matuszewski, B. K.;Constanzer, M. L.;Chavez-Eng, C. M.、Ithaca、New York、1997年7月23〜25日;88
2〜889頁)。最後に、試料がおよそ5〜10分間HPLCを実行する過程で分離され、溶離液がエレクトロスプレーイオン化−タンデム質量分析法によって分析される(Hopfgartner, G.;Bourgogne, E.、Mass Spectrometry Reviews、2003年、22巻、
195〜214頁)。
The methods and systems of the present invention can be used for the analysis of complex mixtures such as whole blood or urine. A typical procedure for analyzing a drug or other compound in the blood is a multi-step process designed to remove as much interference as possible prior to analysis. First, blood cells are separated from the liquid portion of the blood via centrifugation at approximately 1000 xg for 15 minutes (Mustard, JR; Kinlough-Rathbone, RL; Packham, MA, Methods in).
Enzymology; Academic Press, 1989). An internal standard is then spiked into the plasma and a liquid-liquid or solid-phase extraction is performed with the goal of removing as much substrate chemical as possible while recovering almost all of the analyte (Buhrman). , DL; Price, P.
I .; Rudewicz, PJ, Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 1996, Vol. 7, pp. 1099-1105). The extracted phase is typically dried by evaporating the solvent and then resuspended in a solvent used as a high performance liquid chromatography (HPLC) mobile phase (Matuszewski, BK; Constanter, ML; Chavez-Eng, CM, Ithaca, New York, July 23-25, 1997; 88
Pp. 2-889). Finally, the samples are separated in the process of performing HPLC for approximately 5-10 minutes and the eluent is analyzed by electrospray ionization-tandem mass spectrometry (Hopfgartner, G .; Bourgogne, E., Mass Spectrometry Reviews, 2003). Year, Volume 22,
195-214).

本発明の方法およびシステムは、上記試料後処理ステップを回避する。本発明の方法およびシステムは、抽出手順をわずかに改良した同様の様式で乾燥血液スポットを分析する。最初に、特殊なデバイスが、各乾燥血液スポットからまったく同様にサイズ調整したディスクを打ち抜くのに使用される。次いでこれらのディスク上の材料が、内部標準を含有する有機溶媒中で抽出される(Chace, D. H.;Kalas, T. A.;Naylor, E. W.、Clinical Chemistry、2003年、49巻、1797〜1817頁)。抽出された試料が紙基材上で乾燥され、本明細書に記載するように分析が進行する。 The methods and systems of the present invention avoid the sample post-treatment steps. The methods and systems of the present invention analyze dry blood spots in a similar manner with slightly modified extraction procedures. First, a special device is used to punch out exactly the same sized disc from each dry blood spot. The material on these discs is then extracted in an organic solvent containing an internal standard (Chace, D.H .; Kalas, T.A .; Naylor, E.W., Clinical Chemistry, 2003, Vol. 49, pp. 1797-1817). The extracted sample is dried on a paper substrate and analysis proceeds as described herein.

本発明の方法およびシステムは、分析の前に試料調製を必要とすることなく、複合混合物中の個々のコンポーネント、例えば、尿中のカフェイン、ヒトの指上のコカイン50pg、デスクトップ表面上のヘロイン100pg、ならびにインタクトな副腎組織中のホルモンおよびリン脂質などを直接検出することができる。本発明の方法およびシステムは、紙に直接移された針生検組織切片を迅速に連続して検査することによって、単純なイメージング実験を実施することを可能にする。 The methods and systems of the present invention require individual components in the complex mixture, such as caffeine in urine, cocaine 50 pg on human fingers, heroin on the desktop surface, without the need for sample preparation prior to analysis. 100 pg, as well as hormones and phospholipids in intact adrenal tissue can be detected directly. The methods and systems of the present invention make it possible to perform simple imaging experiments by rapidly and continuously inspecting needle biopsy tissue sections transferred directly to paper.

溶液からの分析物は、検査のためにプローブに塗布され、溶液の溶媒コンポーネントは、エレクトロスプレー溶媒として機能を果たすことができる。ある特定の実施形態では、分析物(例えば、固体または溶液)は、多孔質材料、例えば、紙上に事前にスポットされ、溶媒は、質量スペクトル分析のためにスプレー中に分析物を溶解させ、輸送するために材料に塗布される。 The analyte from the solution is applied to the probe for inspection and the solvent component of the solution can serve as an electrospray solvent. In certain embodiments, the analyte (eg, solid or solution) is pre-spotted on a porous material, eg, paper, and the solvent dissolves and transports the analyte in spray for mass spectral analysis. Is applied to the material to do.

ある特定の実施形態では、溶媒は、分離/抽出およびイオン化を支援するために多孔質
材料に塗布される。質量スペクトル分析に適合する任意の溶媒が使用され得る。特定の実施形態では、好都合な溶媒は、エレクトロスプレーイオン化にも使用されるものであろう。例示的な溶媒には、水、メタノール、アセトニトリル、およびTHFの組合せが含まれる。有機含有量(水に対するメタノール、アセトニトリルなどの割合)、pH、および揮発性塩(例えば、酢酸アンモニウム)は、分析される試料に応じて変更される場合がある。例えば、薬物イマチニブのような塩基性分子は、より低いpHでより効率的に抽出およびイオン化される。シロリムスのようなイオン性基を有さないが、いくつかのカルボニル基を有する分子は、付加体形成に起因して溶媒中のアンモニウム塩でより良好にイオン化する。
In certain embodiments, the solvent is applied to the porous material to aid in separation / extraction and ionization. Any solvent suitable for mass spectrum analysis can be used. In certain embodiments, the preferred solvent will also be used for electrospray ionization. Exemplary solvents include a combination of water, methanol, acetonitrile, and THF. The organic content (ratio of methanol, acetonitrile, etc. to water), pH, and volatile salts (eg, ammonium acetate) may vary depending on the sample being analyzed. For example, basic molecules such as the drug imatinib are more efficiently extracted and ionized at lower pH. Molecules that do not have an ionic group like silolims but have some carbonyl groups are better ionized with ammonium salts in the solvent due to adduct formation.

ある特定の実施形態では、多次元手法が行われる。例えば、試料は、1つの次元に沿って分離され、その後別の次元でのイオン化が続く。これらの実施形態では、分離およびイオン化は、個々に最適化することができ、異なる溶媒を各相について使用することができる。 In certain embodiments, a multidimensional approach is performed. For example, the sample is separated along one dimension, followed by ionization in another dimension. In these embodiments, separation and ionization can be individually optimized and different solvents can be used for each phase.

他の実施形態では、プローブ上の分析物の輸送は、電界と組み合わせて溶媒によって達成される。電位が印加されるとき、プローブ上の分析物の移動の方向は、溶液中のこれらの帯電形態の極性に関係することが見出されている。スプレー前の分析物の事前濃縮も、プローブ上の一ポイントに電極を配置することによってプローブ上で実現することができる。先端部付近に接地電極を配置することによって、DC電圧が印加されるとき、強い電界がプローブを通じて生成され、帯電分析物は、この電界下で前方に推進される。スプレーが開始される前に、特定の分析物がプローブのある特定の部分で濃縮されてもよい。 In other embodiments, transport of the analyte on the probe is accomplished by the solvent in combination with an electric field. It has been found that when a potential is applied, the direction of movement of the analyte on the probe is related to the polarity of these charged forms in solution. Pre-concentration of the analyte before spraying can also be achieved on the probe by placing the electrode at a point on the probe. By arranging the ground electrode near the tip, a strong electric field is generated through the probe when a DC voltage is applied, and the charge analyzer is propelled forward under this electric field. Certain analytes may be concentrated in certain parts of the probe before spraying is initiated.

ある特定の実施形態では、化学物質が、プローブの化学的性質を改変するためにプローブに塗布される。例えば、異なる化学的性質を有する試料コンポーネントを異なって保持することを可能にする化学物質を塗布することができる。さらに、塩および基質効果を最小限にする化学物質を塗布することができる。他の実施形態では、酸性または塩基性化合物が、スポッティングの後の試料のpHを調整するために多孔質材料に添加される。pHの調整は、血液などの生体液の分析の改善に特に有用であり得る。さらに、選択された分析物のオンライン化学誘導体化を可能にする化学物質を、例えば、効率的なエレクトロスプレーイオン化のために非極性化合物を塩に変換するのに塗布することができる。 In certain embodiments, a chemical is applied to the probe to alter the chemical properties of the probe. For example, chemicals that allow different holding of sample components with different chemistries can be applied. In addition, salts and chemicals that minimize substrate effects can be applied. In other embodiments, an acidic or basic compound is added to the porous material to adjust the pH of the sample after spotting. Adjusting the pH can be particularly useful for improving the analysis of biological fluids such as blood. In addition, chemicals that allow online chemical derivatization of selected analytes can be applied, for example, to convert non-polar compounds to salts for efficient electrospray ionization.

ある特定の実施形態では、多孔質材料を改変するのに塗布される化学物質は、内部標準である。内部標準は、定量分析のために内部標準を提供するために、材料中に組み込み、溶媒フロー中に既知の速度で放出することができる。他の実施形態では、多孔質材料は、質量スペクトル分析の前に目的の分析物の事前分離および事前濃縮を可能にする化学物質で改変される。 In certain embodiments, the chemicals applied to modify the porous material are internal standards. The internal standard can be incorporated into the material and released at a known rate into the solvent flow to provide the internal standard for quantitative analysis. In other embodiments, the porous material is modified with a chemical that allows pre-separation and pre-concentration of the analyte of interest prior to mass spectral analysis.

スプレー液滴は、陽イオンモードでの強い照射下で可視化することができ、ナノエレクトロスプレーイオン源(nESI)から放出される液滴とサイズが同等である。陰イオンモードでは、電子が放出され、ベンゾキノンのような気相電子捕捉剤を使用して捕捉され得る。 The spray droplets can be visualized under intense irradiation in cation mode and are comparable in size to the droplets emitted from the nanoelectrospray ion source (nESI). In anion mode, electrons are emitted and can be captured using a gas phase electron scavenger such as benzoquinone.

ここで記載した方法は、新生児(neotal)スクリーニング、治療薬監視、および組織生検分析を含めた臨床用途にとって望ましい特徴を有する。手順は、単純で迅速である。多孔質材料は、例えば、全血の分析中に血液細胞を保持するフィルターとして二次的役割を果たす。重要なことに、試料を多孔質材料上に貯蔵し、次いで分析前に多孔質材料から移す必要なく、後日に貯蔵された多孔質材料から直接分析することができる。本発明のシステムは、オープンラボ環境において実施される室内実験を可能にする。 The methods described herein have desirable features for clinical applications including neotal screening, therapeutic drug monitoring, and tissue biopsy analysis. The procedure is simple and quick. The porous material plays a secondary role, for example, as a filter that retains blood cells during whole blood analysis. Importantly, the sample can be stored on the porous material and then analyzed directly from the stored porous material at a later date without the need to transfer it from the porous material prior to analysis. The system of the present invention allows laboratory experiments performed in an open lab environment.

参照による組み込み
他の文書、例えば、特許、特許出願、特許公開、定期刊行物、書籍、論文、webコンテンツなどへの参照および引用は、本開示全体にわたって行われている。すべてのこのような文書は、すべての目的に関してその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
Incorporation by Reference References and citations to other documents, such as patents, patent applications, patent publications, periodicals, books, treatises, web content, etc., are made throughout this disclosure. All such documents are incorporated herein by reference in their entirety for all purposes.

均等物
本明細書に示し、記載したものに加えて、本発明およびその多くのさらなる実施形態の様々な改変は、本明細書で引用した科学文献および特許文献への参照を含めて、本文献の全内容から当業者に明らかとなるであろう。本明細書の主題は、本発明の様々な実施形態およびこれらの均等物において本発明の実行に適応させることができる重要な情報、例証、およびガイダンスを含有する。
Equivalents In addition to those shown and described herein, various modifications of the invention and many further embodiments thereof are made herein, including references to the scientific and patent documents cited herein. It will be clear to those skilled in the art from the entire contents of. The subject matter of this specification contains important information, illustrations, and guidance that can be adapted to practice of the invention in various embodiments of the invention and their equivalents.

以下の実施例は、アンビエントイオン化が小電圧(≧1V)の影響下でカーボンナノチューブ(CNT)ペーパー表面からスプレーすることによって実現される本発明のある特定の実施形態を例示する。有機分子は、陽または陰イオンモードで断片化を伴わない単純な高品質質量スペクトルを与える。慣例的な電界イオン化が排除され、微小滴の電界放出が示される。CNTペーパーを顕微鏡検査すると、改変された紙表面におけるナノスケールの特徴が高電界を担っていることが確認される。ラマンスペクトルは、ナノチューブ中の相当な電流フローを暗示する。分析性能を揮発性および非揮発性化合物、ならびに様々な基質で示す。
(実施例1)
材料およびプローブ調製
The following examples exemplify certain embodiments of the invention in which ambient ionization is achieved by spraying from the surface of carbon nanotube (CNT) paper under the influence of a small voltage (≧ 1 V). Organic molecules give a simple high quality mass spectrum with no fragmentation in positive or anionic mode. Conventional field ionization is eliminated and field emission of microdroplets is shown. Microscopic examination of the CNT paper confirms that the nanoscale features on the modified paper surface are responsible for the high electric field. Raman spectra imply a considerable current flow in the nanotubes. Analytical performance is shown with volatile and non-volatile compounds, as well as various substrates.
(Example 1)
Material and probe preparation

CNTと呼ばれる多層カーボンナノチューブ(MWNT)を、本発明のプローブを形成するのに使用していた。これらを、ドデシル硫酸ナトリウム(6mg)を界面活性剤として使用して水中に分散させた(水25mL中2mg)(K. Moshammer、F. Hennrich、M. M. Kappes、Nano Res.、2009年、2巻、599〜606頁)。このCNT懸濁
液をワットマン42濾紙上にドロップキャストした(5mmを被覆するCNT懸濁液3μL)。次いで紙を空気中で乾燥させ、寸法2×5mm(底部×高さ)で三角形にカットした。CNT被覆ペーパー三角形体を3Vのバッテリーに接続し、質量分析計の入口の近く(2mm)で把持した。次いでこれに試料を装填した(典型的には30ppm溶液として)。使用した溶媒の体積は、2μLであり、同じ紙を使用する反復測定は、純粋な溶媒の同じアリコートを使用した。すべての測定は、3Vで行った。質量スペクトルは、事前形成したイオンを除くすべての分析物について陽イオンモードで記録した。塩に由来する事前形成したイオンについては、陽イオンモードスペクトルおよび陰イオンモードスペクトルの両方を±3Vで記録した。すべてのスペクトルを以下の実験条件下で記録した:溶媒 メタノール/水(1:1)、電源電圧 ±3V、キャピラリー温度 150℃、キャピラリー電圧 ±15V、およびチューブレンズ電圧 ±55V。
Multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) called CNTs have been used to form the probes of the present invention. These were dispersed in water using sodium dodecyl sulfate (6 mg) as a surfactant (2 mg in 25 mL of water) (K. Moshammer, F. Hennrich, MM Kappes, Nano Res., 2009, Volume 2, 599-606). This CNT suspension was drop cast on Whatman 42 filter paper ( 3 μL of CNT suspension covering 5 mm 2 ). The paper was then dried in air and cut into triangles with dimensions of 2 x 5 mm (bottom x height). A CNT-coated paper triangle was connected to a 3 V battery and gripped near the entrance to the mass spectrometer (2 mm). It was then loaded with a sample (typically as a 30 ppm solution). The volume of solvent used was 2 μL and repeated measurements using the same paper used the same aliquot of pure solvent. All measurements were made at 3V. Mass spectra were recorded in cation mode for all analytes except preformed ions. For preformed ions derived from salts, both cation and anion mode spectra were recorded at ± 3V. All spectra were recorded under the following experimental conditions: solvent methanol / water (1: 1), power supply voltage ± 3V, capillary temperature 150 ° C., capillary voltage ± 15V, and tube lens voltage ± 55V.

単層カーボンナノチューブ(SWNT)も測定のために使用した。以下のパラメータ:電源電圧 −5kV、シースガス(窒素)流量 8(製造者の単位)、溶媒フロー速度 2μL/分をすべてのESI実験に使用し、すべての他のパラメータは、ペーパースプレーと同じであった。すべてのESI質量スペクトルは、100スキャンの平均値に対応する。 Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) were also used for measurement. The following parameters: power supply voltage -5 kV, sheath gas (nitrogen) flow rate 8 (manufacturer's unit), solvent flow rate 2 μL / min were used for all ESI experiments, all other parameters were the same as for paper spray. It was. All ESI mass spectra correspond to the mean of 100 scans.

SWCNTおよびMWCNTは、Nanocyl s.a、USAから購入し、;SDSは、RFCL Ltd.、Gujarat、インドから購入し;トリフェニルホスフィンは、Spectrochem Pvt. Ltd.、Mumbai、インドから購入し;トリブチルホスフィンは、和光純薬工業株式会社から購入し;ジフェニルアミンおよび
トリエチルアミンは、Merck Ltd.、Mumbai、インドから購入した。農薬、カルボフラン、メチルパラチオン、およびパラチオンは、Sigma Aldrich、インドから購入した。使用したすべての医療錠剤(Crocin、Combiflam、およびXyzal、すべて商標名)は、地元の薬局から購入した。実験で使用したアミノ酸は、Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd.、Mumbai、インドから購入した。すべての分析物(農薬および錠剤以外)は、30ppmの濃度で使用した。HPLCグレードメタノール(Sigma Aldrich)およびMeOH/水 1:1を、溶媒として使用した。
SWCNT and MWCNT are described in Nanocycl s. a, purchased from USA; SDS is available from RFCL Ltd. , Gujarat, India; triphenylphosphine is available from Spectrochem Pvt. Ltd. , Mumbai, India; Tributylphosphine purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; Diphenylamine and triethylamine are available from Merck Ltd. , Mumbai, purchased from India. Pesticides, carbofuran, methyl parathion, and parathion were purchased from Sigma Aldrich, India. All medical tablets used (Crocin, Combiflam, and Xyzal, all trade names) were purchased from local pharmacies. The amino acids used in the experiment were described in Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd. , Mumbai, purchased from India. All analytes (except pesticides and tablets) were used at a concentration of 30 ppm. HPLC grade methanol (Sigma Aldrich) and MeOH / water 1: 1 were used as solvents.

すべての質量スペクトルは、イオントラップLTQ XL(Thermo Scientific、San Jose、CA)を使用して記録した。衝突誘起解離を使用するMS分析を実施してイオンの同一性を確認した。ラマン測定は、532nmおよび633nmのレーザー励起を用いてWitec GmbH Confocal Raman Microspectrometer、ドイツを使用して行った。FEI製電界放出SEMを、CNT被覆ペーパー試料を画像化するのに使用した。
(実施例2)
本発明のプローブを使用する試料分析
All mass spectra were recorded using an ion trap LTQ XL (Thermo Scientific, San Jose, CA). MS 2 analysis using collision-induced dissociation was performed to confirm ion identity. Raman measurements were performed using Witec GmbH Confocal Raman Microspectometer, Germany with laser excitation at 532 nm and 633 nm. A FEI field emission SEM was used to image the CNT-coated paper sample.
(Example 2)
Sample analysis using the probe of the present invention

本実施例は、イオン化を、ほんの数ボルトの電位で、カーボンナノチューブ(CNT)で被覆/含浸された基材から実現することができることを示す。小さいCNT突起部において生成される高い電界が、帯電微小滴の電界放出によって起こると思われる低電圧イオン化の理由であることが示唆されている(Xuら、Anal. Chem.、1996年、68巻、4244〜4253頁;およびWangら、Anal. Chim. Acta、2000年、406巻、53〜65頁)。被覆された紙の先端部に塗布される様々な分析物が少量で検出可能である。中性分子は、典型的には、これらのプロトン化または脱プロトン化体として出現し、一方、塩は、陽イオンおよび陰イオンの両方を生じる。高電圧(HV)が必要とされないという事実が、この方法を他のスプレーアンビエントイオン化法から際立たせる。 This example shows that ionization can be achieved from a carbon nanotube (CNT) coated / impregnated substrate at a potential of only a few volts. It has been suggested that the high electric field generated in the small CNT protrusions is the reason for the low voltage ionization that may be caused by the field emission of charged microdrops (Xu et al., Anal. Chem., 1996, Vol. 68). , 4244-4253; and Wang et al., Anal. Chim. Acta, 2000, 406, 53-65). Various analytes applied to the tip of the coated paper can be detected in small amounts. Neutral molecules typically appear as these protonated or deprotonated forms, while salts give rise to both cations and anions. The fact that high voltage (HV) is not required sets this method apart from other spray ambient ionization methods.

実験は、MeOH/水で湿らせ、3Vのバッテリーに接続されたCNT被覆ペーパーの三角形体を用いて行った(図1のパネルA〜B)。CNTペーパーおよび3Vのバッテリー源を使用してトリフェニルホスフィン(TPP)について記録した質量スペクトル(図1のパネルC)は、プロトン化されたトリフェニルホスフィン、[M+H]に起因してm/z 263でピークを呈した。スペクトルは、溶媒2μLを使用して2〜3秒間収集することができた。CNT被覆ペーパー上のTPPの全範囲の質量スペクトル(図2)は、3kVで記録したESI質量スペクトルと同様である(図3)。3Vでの分子イオンの強度は、ESIにおいて見られるものより104分の1も低いが、条件は、厳しくなく、特に、m/z 279における酸化生成物および微量の同族の不純物のもの(m/z 293における生成物)は、m/z 203およびm/z 219におけるこれらの断片化生成物が存在しないのと同様に存在しない。さらに、質量スペクトルは、分子イオンのはっきりした同位体パターンを示し(図1のパネルE)、その構造の確認は、タンデム質量分光学データから得られ(図1のパネルF)、これは、衝突誘起解離後の予期されるベンゼンの喪失およびHの関連したさらなる喪失を示す。 Experiments were performed using CNT coated paper triangles moistened with MeOH / water and connected to a 3 V battery (panels AB in FIG. 1). Mass spectra recorded for triphenylphosphine (TPP) using CNT paper and a 3 V battery source (panel C in FIG. 1) are m / z due to protonated triphenylphosphine, [M + H] +. It peaked at 263. The spectrum could be collected for 2-3 seconds using 2 μL of solvent. The mass spectrum of the entire range of TPP on the CNT coated paper (FIG. 2) is similar to the ESI mass spectrum recorded at 3 kV (FIG. 3). The intensity of the molecular ions at 3V is one-104th lower than that found in ESI, but the conditions are not strict, especially those of oxidation products and trace amounts of homologous impurities at m / z 279 (m /). The product at z 293) is absent, just as these fragmented products at m / z 203 and m / z 219 are absent. In addition, the mass spectrum shows a clear isotope pattern of molecular ions (panel E in FIG. 1), and confirmation of its structure is obtained from tandem mass spectroscopic data (panel F in FIG. 1), which is a collision. showing the expected associated further loss of loss and H 2 benzene after induced dissociation.

印加電位を増大させるとイオン強度が増大し、4kVで飽和し、このポイントで信号は、ESI信号とほとんど同じ規模であった。しかし、追加の特徴は観察されなかった。図1のパネルCに示した2つのスペクトル(3kVおよび3Vにおける、ともにCNT被覆ペーパーから)は、観察されるイオンの観点から同一である。3Vの最小印加電圧が、検出可能なイオン信号にとって必須である。対照実験により、CNTが3Vでのイオン化プロセスを支援した事実を確認した。しかし、同様にカットし、同じ溶媒を使用する濾紙(CNT被膜を有さない)は、最大で500Vでさえ一連の分析物で検出可能なイオンを生
成することにおいて有効でなかった。紙の縁部を精査すると、突出するナノチューブが示される(図1のパネルD)。これらの結果および以下に記載した実験から、分析物を含有する微小な規模の溶液滴の電界放出がこれらのナノスケール突起部で起こり、これが観察されるイオン化事象を担っていることが示唆される。
Increasing the applied potential increased the ionic strength and saturated at 4 kV, at which point the signal was about the same size as the ESI signal. However, no additional features were observed. The two spectra shown in panel C of FIG. 1 (both from CNT coated paper at 3 kV and 3 V) are identical in terms of the observed ions. A minimum applied voltage of 3V is essential for the detectable ion signal. Control experiments confirmed the fact that CNTs supported the ionization process at 3V. However, filter papers that are similarly cut and use the same solvent (without CNT coatings) have not been effective in producing detectable ions in a series of analytes, even at up to 500 V. A close examination of the edges of the paper reveals protruding nanotubes (panel D in FIG. 1). These results and the experiments described below suggest that field emission of microscale solution droplets containing the analyte occurs at these nanoscale protrusions, which is responsible for the observed ionization event. ..

追加の実験をイオン化の機構を探索するために行った。明らかに、質量スペクトル中に断片イオンが存在しないことは、ソフトなイオン化事象の発生に起因し得る。3Vでのイオン化の発生は、非常に高い電界と関連したプロセスを強く暗示する。電界は、濾紙の表面から突出し、電極として作用する小さい導電性CNT構造(図1のパネルD)に起因するに違いない(Gruenerら、J. Fortagh, Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys.、2009年、80巻)。CNT電極で印加される電圧(バッテリーから)は、紙先端部と質量分析計入口との間に電界を誘発する。電界強度は、紙先端部で高く、そこでイオン化が起こる。 Additional experiments were performed to explore the mechanism of ionization. Obviously, the absence of fragment ions in the mass spectrum can be due to the occurrence of soft ionization events. The occurrence of ionization at 3V strongly implies a process associated with a very high electric field. The electric field must be due to a small conductive CNT structure (panel D in FIG. 1) that projects from the surface of the filter paper and acts as an electrode (Gruener et al., J. Fortagh, Phys. Rev. A: At., Mol. , Opt. Phys., 2009, Volume 80). The voltage applied at the CNT electrode (from the battery) induces an electric field between the tip of the paper and the inlet of the mass spectrometer. The electric field strength is high at the tip of the paper, where ionization occurs.

突出するCNT構造および巨視的な紙の先のイオン化への寄与を区別するために、別の実験を行い、ここでは、CNT被覆ペーパーの矩形部分を質量分析計入口の前部に把持し(長い辺の一方をMS入口に向けて)、TPPのイオン化を試みた。紙の形状を除くすべての他のパラメータは、一定に把持した。質量スペクトルは、この紙の矩形体からの3VでのTPPのイオン化を示した(図4)。これは、尖った紙先端部のこの場合における関与はないが、突出するCNTは、イオン化を担うことを証明し、電界放出を引き起こすのに十分高い電界強度をもたらすことにおけるナノスケールCNTの役割を明らかにする。図5Aおよび5Bは、それぞれCNT被覆ペーパー三角形体および通常の紙三角形体についての電圧による分子イオンピークの強度の変化を示す。これらの紙の両方のイオン信号は、高電圧で飽和するが、CNTを用いると、イオン排出の開始ははるかにより早い。したがって、これらの実験から、より低い電圧で、CNTがイオン化の役割を果たし、電圧の増大とともに、紙先端部におけるテイラーコーン形態が形成され、巨視的電界がイオン化を担うと結論付けることが合理的である。 Another experiment was performed to distinguish between the protruding CNT structure and the contribution of the macroscopic paper tip to ionization, where a rectangular portion of the CNT-coated paper was gripped in front of the mass spectrometer entrance (long). Ionization of TPP was attempted with one of the sides facing the MS inlet). All other parameters except the shape of the paper were held constant. The mass spectrum showed the ionization of TPP at 3 V from this paper rectangle (Fig. 4). This is not involved in this case of the pointed paper tip, but the protruding CNTs prove to be responsible for ionization and play the role of nanoscale CNTs in providing field strength high enough to cause field emission. To clarify. 5A and 5B show the change in the intensity of the molecular ion peak with voltage for the CNT-coated paper triangle and the ordinary paper triangle, respectively. The ion signals of both of these papers saturate at high voltages, but with CNTs, ion ejection begins much earlier. Therefore, it is reasonable to conclude from these experiments that at lower voltages, the CNTs play a role in ionization, and as the voltage increases, a Taylor cone morphology is formed at the tip of the paper, and the macroscopic electric field is responsible for the ionization. Is.

慣例的な電界イオン化(Luoら、Chem. Phys. Lett.、2011年、505巻、126〜129頁;およびGoodsellら、Arch., Phys.、2010年、1〜12頁)では、強電
界中に配置された気相分子は、電子を失い、正に帯電したラジカル陽イオンを形成する。使用される分析物の多くは、単純な揮発性有機分子であり、これは、この機構によってイオン化される場合、M+.ラジカル陽イオン、例えば、トリフェニルホスフィン(triphenylphospine)の場合では、観察されるm/z 263ではなく、m/z 262を与えることが予期される。気相トリエチルアミンの電界イオン化が寄与し得るか否かを試験するために、トリエチルアミン(蒸気圧、20℃でρ=57トル)をアセトン(20℃でρ=184.5トル)中に溶解させ、蒸気として電界(CNTとMS入口とのギャップ)中に導入し、イオン化を低電圧で試みた。結果は、分析物の蒸気は、検出可能なイオン化を与えないことを示した。すべての場合において[M+H]のみが検出され、ラジカル陽イオンM+.は、検出されなかったので、電界放出は溶媒和した分析物または液滴から起こると結論付けた。
In conventional electric field ionization (Luo et al., Chem. Phys. Lett., 2011, 505, pp. 126-129; and Goodsell et al., Arch., Phys., 2010, pp. 1-12), in strong electric fields. The gas phase molecules placed in the are lost electrons and form positively charged radical cations. Many of the analytes used are simple volatile organic molecules, which, when ionized by this mechanism, are observed in the case of M +. Radical cations, such as triphenylphospine . It is expected to give m / z 262 instead of m / z 263. To test whether field ionization of vapor phase triethylamine can contribute, triethylamine (vapor pressure, ρ = 57 torr at 20 ° C) was dissolved in acetone (ρ = 184.5 torr at 20 ° C). It was introduced as vapor into an electric field (gap between CNT and MS inlet), and ionization was attempted at a low voltage. The results showed that the vapor of the analyte did not provide detectable ionization. In all cases, only [M + H] + was detected, and the radical cation M +. Was not detected, so it was concluded that the field emission originated from the solvated analyte or droplets.

提案した帯電液滴機構の電界放出をさらに試験するために、TPPおよび3種の他の分析物を用いた実験を、添加されるプロトン酸の存在下および非存在下で繰り返した(Cech, C. G. Enke、Mass Spectrom Rev、2001年、20巻、362〜387頁)。酸の添加は、塩を生成することになり、単純な電界イオン化(M+.を与える)を阻害するはずであるが、それは、液滴からの電界放出/イオン化(M+Hを与える)を増大させるはずである。この理由で、塩基性官能基を含有する特定の分析物を選択し(ホスフィンおよびアミン)、これらを、希酸(HCl)を添加する前後に分析した。図6は、塩基性官能基を含有する分析物に希酸を添加した後のプロトン化された分子の相対強度の増強を
示す。この増強は、溶媒和した種のイオン化を支持する。
To further test the field emission of the proposed charged droplet mechanism, experiments with TPP and three other analytes were repeated in the presence and absence of added protonic acid (Cech, CG). Enke, Mass Spectrom Rev, 2001, Vol. 20, pp. 362-387). The addition of acid should result in salt formation and inhibit simple field ionization (giving M +. ), Which increases field emission / ionization (giving M + H + ) from the droplets. Should let you. For this reason, specific analytes containing basic functional groups were selected (phosphines and amines) and analyzed before and after the addition of dilute acid (HCl). FIG. 6 shows the enhancement of the relative strength of the protonated molecule after the addition of dilute acid to the analyte containing a basic functional group. This enhancement supports ionization of solvated species.

様々な事前形成したイオン(塩である塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、硝酸テトラメチルアンモニウム(tertramethylammoniun nitrate)、
およびヨウ化テトラブチルアンモニウムに由来する)を、同じ条件下で試験した。提案した機構に一致して、陽イオンおよび陰イオンの両方がCNT由来質量スペクトルにおいて観察された(図7のパネルA〜Bおよび図8のパネルA〜B)。断片化は観察されなかった。他のソフトイオン化法と比較してさえプロセスの極端なソフト性が、水和したハロゲン化物陰イオンの存在によって示される。これらの試験は、事前形成したイオンは、液滴中の表面から排出される場合もあり、慣例的な電界イオン化は、イオン形成を担っていないことを示す。
Various preformed ions (salts tetramethylammonium chloride, tetramethylammonium bromide, tetramethylammoniun nitrate, tertramethylammoniun nitrate,
And derived from tetrabutylammonium iodide) were tested under the same conditions. Consistent with the proposed mechanism, both cations and anions were observed in the CNT-derived mass spectra (panels AB in FIG. 7 and panels AB in FIG. 8). No fragmentation was observed. The extreme softness of the process, even compared to other soft ionization methods, is demonstrated by the presence of hydrated halogenated anions. These tests show that preformed ions may be ejected from the surface in the droplet and that conventional field ionization is not responsible for ion formation.

CNT−イオン化技法をさらに特徴付けるために、これを農薬、抗生物質、およびアミノ酸を含めた様々な分析物の定性分析に使用した。すべてが特徴的な質量スペクトルを与えた。したがってこの低電圧イオン化法は、多様な分析のニーズにとって有用であることが示される。果実上の様々な汚染物質の直接分析が、この方法を用いて可能である。果実を保護するために使用される3種の一般的な殺虫剤(カルボフラン、メチルパラチオン、およびパラチオン)を、50ppmの濃度でオレンジの表面に塗布した。次いでCNT被覆ペーパーで表面上をこすり、分析のためにMS入口の前部に把持した。図9のパネルA〜Cは、バッテリー駆動スプレーMS法を使用する異なる農薬の分子イオンピークを示す。こすっている間に果実表面から抽出される試料の量は、塗布される量より数桁低い場合があり、したがって検出限界は、塗布される試料濃度よりはるかに低い場合があることが可能である。図10は、これらの農薬の混合物からのこれらのそれぞれの分子イオンピークを示す。 To further characterize the CNT-ionization technique, it was used in the qualitative analysis of various analytes, including pesticides, antibiotics, and amino acids. All gave a characteristic mass spectrum. Therefore, this low voltage ionization method has been shown to be useful for diverse analytical needs. Direct analysis of various pollutants on the fruit is possible using this method. Three common pesticides used to protect the fruit (carbofuran, methyl parathion, and parathion) were applied to the surface of the orange at a concentration of 50 ppm. The surface was then rubbed with CNT coated paper and gripped in front of the MS entrance for analysis. Panels A-C of FIG. 9 show molecular ion peaks of different pesticides using the battery-powered spray MS method. The amount of sample extracted from the fruit surface during rubbing can be orders of magnitude lower than the amount applied, so the detection limit can be much lower than the concentration of sample applied. .. FIG. 10 shows each of these molecular ion peaks from a mixture of these pesticides.

同じ方法を、薬を分析するのに使用した。CNT被覆ペーパーで3種の市販の医薬錠剤、すなわち、crocin、combiflam、およびxyzal(商標名)の表面上をこすり、3VのバッテリーセットアップとともにMS入口の前部に把持した。図11のパネルA〜Cは、crocinおよびcombiflamがともに、主要な成分としてパラセタモール(アセトアミノフェン)を含有することを示す。CNT被覆ペーパーを使用するこれらの錠剤の直接分析は、プロトン化されたパラセタモールに対応するピークを与えた。他の錠剤、xyzalは、非鎮静抗ヒスタミン剤であり、活性成分としてレボセチリジン二塩酸塩(levocetrizine dihydrochloride)を含有する。同じ条件下でのこの錠剤の分析(図11のパネルB)は、プロトン化されたレボセチリジン(levocetricine)
を示した。分析物の同一性は、MS試験によって確認した(挿入図に示したデータ)。
The same method was used to analyze the drug. Three commercially available pharmaceutical tablets, namely crocin, combiflam, and xyzal ™, were rubbed with CNT coated paper and gripped in front of the MS entrance with a 3V battery setup. Panels A to C of FIG. 11 show that both crocin and combiflam contain paracetamol (acetaminophen) as a major component. Direct analysis of these tablets using CNT-coated paper gave peaks corresponding to protonated paracetamol. The other tablet, xyzal, is a non-sedating antihistamine and contains levocetirizine dihydrochloride as an active ingredient. Analysis of this tablet under the same conditions (panel B in FIG. 11) shows protonated levocetirizine.
showed that. The identity of the analyte was confirmed by MS 2 test (data shown in the inset).

アミノ酸の直接分析も、CNT被覆ペーパーからスプレーすることによって可能である。いくつかのアミノ酸(30ppm)を、マイクロピペットでCNT被覆ペーパーの先端部上に垂らした(10ngの総装填量に対応する体積3μLを注射した)。図12のパネルA〜Hは、アミノ酸の強いプロトン化された分子のピークを示す。アミノ酸の双性イオンの特質は、電界中でのナノチューブ先端部からのイオンの容易な抽出をもたらし得る。 Direct analysis of amino acids is also possible by spraying from CNT coated paper. Some amino acids (30 ppm) were dropped onto the tip of the CNT-coated paper with a micropipette (injected with a volume of 3 μL corresponding to a total loading of 10 ng). Panels A to H of FIG. 12 show the peaks of strongly protonated molecules of amino acids. The zwitterionic nature of amino acids can result in easy extraction of ions from the tips of nanotubes in an electric field.

紙電極自体に対するイオン化事象の効果を調べる(probe)ために、CNT被覆ペーパーのラマンスペクトルを一連の実験(20分の期間にわたる3VでのTPPのイオン化)の前後で記録した(図13のパネルA)。Costaら、Mater. Sci.-Pol.、2008年、26巻、433〜441頁;およびNaeemiら、Annu. Rev. Mater. Res.、2009
年、39巻、255〜275頁を参照。データは、DおよびGバンドにおいて大きなレッドシフトを示し(Leeら、J. Phys. Chem. Solids、2011年、72巻、1101〜
1103頁;およびBhaleraoら、Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.、2012年、86巻)、それは、ポジティブモードイオン化中のCNT中の電子の取得を
暗示する(Scheibeら、Mater. Charact.、2010年、61巻、185〜191頁)。
イオン化が起こるにつれて、電荷が電界支援イオン化について予期されるように増大すると思われる(Luoら、Chem. Phys. Lett.、2011年、505巻、126〜129頁;およびGoodsellら、Arch., Phys.、2010年、1〜12頁)。しかし、発生中の微小
滴からCNTへの電子移動;有効には、CNT中の電子の高い電界および移動度ならびにその大きい電子親和性によって推進される長い薄いCNT繊維(図1のパネルDを参照)中の電子の分極があると思われる(Shamsipurら、Electroanalysis、2012年、24巻、357〜367頁)。正に帯電した液滴が離脱するにつれて、残留する電荷が、レッドシフトしたDおよびGバンドとしてラマンスペクトルにおいて反映されているようにCNTの還元をもたらすと思われる。溶媒の帯電した微小滴からCNTへの電子移動についてのこの推測は、溶媒および電位のみをCNT被覆ペーパーに同じ時間にわたって施し、ラマン測定を実施したブランク実験によって支持された。スペクトルは、DおよびGバンドにおいてレッドシフトを示した。
Raman spectra of CNT-coated paper were recorded before and after a series of experiments (ionization of TPP at 3 V over a 20 minute period) to examine the effect of ionization events on the paper electrodes themselves (panel A in FIG. 13). ). Costa et al., Mater. Sci.-Pol., 2008, Vol. 26, pp. 433-441; and Naeemi et al., Annu. Rev. Mater. Res., 2009.
See Vol. 39, pp. 255-275. Data show a large red shift in the D and G bands (Lee et al., J. Phys. Chem. Solids, 2011, Vol. 72, 1101-
1103; and Bhalerao et al., Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys., 2012, Vol. 86), which implies the acquisition of electrons in CNTs during positive mode ionization (Scheibe et al., Mater. Charact., 2010, Vol. 61, pp. 185-191).
As ionization occurs, the charge appears to increase as expected for field-assisted ionization (Luo et al., Chem. Phys. Lett., 2011, 505, pp. 126-129; and Goodsell et al., Arch., Phys. , 2010, pp. 1-12). However, electron transfer from the developing microdrops to the CNTs; effectively, long thin CNT fibers driven by the high electric field and mobility of the electrons in the CNTs and their large electron affinities (see panel D in FIG. 1). ), There seems to be polarization of the electrons in (Shamsipur et al., Electroanalysis, 2012, Vol. 24, pp. 357-367). As the positively charged droplets depart, the remaining charge appears to result in the reduction of CNTs as reflected in the Raman spectrum as red-shifted D and G bands. This speculation about electron transfer from charged microdrops of solvent to CNTs was supported by a blank experiment in which only the solvent and potential were applied to the CNT-coated paper over the same period of time and Raman measurements were performed. The spectrum showed a red shift in the D and G bands.

ナノチューブ試料のラマンスペクトルも、陽イオンモードおよび陰イオンモードの両方で、塩である臭化テトラメチルアンモニウムをイオン化する前後に記録した。図13のパネルBは、陽イオンモード測定の場合におけるCNT被覆ペーパーについてのDおよびGバンドのレッドシフトを示す。これは、以前のように、微小滴中で溶媒和したイオンの排出を引き起こすのに必要とされる高い電界に起因し得る。陰イオンモード測定については、ラマン測定がシフトしていないDおよびGバンドを示しているのでこのような還元はなかった(図13のパネルC)。理由は、おそらく、CNTがこの条件下で既に電子に富み、電界が失われた電荷を補充するためである。 Raman spectra of nanotube samples were also recorded before and after ionization of the salt tetramethylammonium bromide in both cation and anion modes. Panel B of FIG. 13 shows the red shift of the D and G bands for the CNT coated paper in the case of cation mode measurement. This may be due to the high electric field required to cause the emission of solvated ions in the microdroplets, as before. For the anion mode measurement, there was no such reduction as the Raman measurement showed unshifted D and G bands (panel C in FIG. 13). The reason is probably that the CNTs are already electron-rich under these conditions and the electric field replenishes the lost charge.

ここで提示した結果は、多様な化学種を直接分析するための多用途のストラテジーを示唆する。方法は、様々な分析の要件に適するように改変することができる。高電圧電力供給装置を3Vのバッテリーと置換すると、ナノスケールアンテナからのイオン形成によって質量分析が単純化される。CNTイオン化法を、相対的に低い濃度で、果実表面、医療錠剤、ならびにアミノ酸、抗生物質、および農薬を含む一連の有機分子を含めた異なる源に由来する様々な試料に適用してきた。
(実施例3)
1V電源を使用して本発明のプローブを使用する試料分析
The results presented here suggest a versatile strategy for the direct analysis of diverse species. The method can be modified to suit various analytical requirements. Replacing the high voltage power supply with a 3V battery simplifies mass spectrometry by ion formation from nanoscale antennas. CNT ionization methods have been applied to fruit surfaces, medical tablets, and various samples from different sources, including a range of organic molecules including amino acids, antibiotics, and pesticides, at relatively low concentrations.
(Example 3)
Sample analysis using the probe of the present invention using a 1V power supply

カーボンナノチューブを使用する低電圧(1V)イオン化を、様々な壊れやすい種を検出することに拡張した。これらには、様々な酸二量体および異なる陰イオン種の水和物が含まれる。これらの壊れやすい種は、その低い内部エネルギーによって特徴付けられ、その結果これは、断片化がごくわずかである場合、低電圧で容易に検出することができる。 Low voltage (1V) ionization using carbon nanotubes has been extended to detect a variety of fragile species. These include various acid dimers and hydrates of different anionic species. These fragile seeds are characterized by their low internal energy, so that this can be easily detected at low voltage if fragmentation is negligible.

ギ酸からペンタン酸の5種の異なる酸をネガティブモードで検出した。スペクトルを図15のパネルA〜Eに示す。各スペクトルは、分子イオンピークに沿ったプロトン結合二量体の存在によって特徴付けられる。別の知見は、低電圧での混合二量体の検出であった。ここでは、様々な酸の組合せを作製し、1Vの低電圧で分析した。結果を図16のパネルA〜Dに実証する。ここでは、様々な混合二量体が、予期される個々の酸二量体とともに見られた。 Five different acids from formic acid to pentanoic acid were detected in negative mode. The spectra are shown in panels A to E of FIG. Each spectrum is characterized by the presence of a proton-bound dimer along the molecular ion peak. Another finding was the detection of mixed dimers at low voltage. Here, various acid combinations were made and analyzed at a low voltage of 1 V. The results are demonstrated in panels A to D of FIG. Here, various mixed dimers were found along with the expected individual acid dimers.

電圧によるこれらの酸二量体の強度の変動(D/M比対電圧)を試験した。結果は、非常に高い電圧に向かうにつれて酸二量体の強度の段階的な減少を示す。図17のパネルA〜Bは、D/M比を、2種の異なる溶媒(水およびメタノール)中の5種の異なる酸について電圧の関数としてプロットした結果を表す。同様の試験を、異なる溶媒中の単一の酸についても実施した。ここでは、プロピオン酸を異なる溶媒中に取り込み、D/M比を1V〜3kVの電圧の範囲について書き留めた。結果を図18に示す。 Fluctuations in the intensity of these acid dimers with voltage (D / M ratio vs. voltage) were tested. The results show a gradual decrease in the intensity of the acid dimer towards very high voltages. Panels A-B of FIG. 17 represent the results of plotting the D / M ratio as a function of voltage for 5 different acids in 2 different solvents (water and methanol). Similar tests were performed on a single acid in different solvents. Here, propionic acid was taken up in different solvents and the D / M ratio was noted for the voltage range of 1V to 3kV. The results are shown in FIG.

別のセットの試験を異なる陰イオン種について低電圧(1V)で実施し、ここで目的は、陰イオンの様々な水和物を検出することであった。結果を図19のパネルA〜Dに示す。結果は、塩化物から酢酸塩までの異なる陰イオン種の様々な水和物の存在を示す。
(実施例4)
スプレー形成
Another set of tests was performed at low voltage (1V) for different anionic species, where the goal was to detect various hydrates of the anions. The results are shown in panels A to D of FIG. The results indicate the presence of various hydrates of different anionic species, from chlorides to acetates.
(Example 4)
Spray formation

本実施例は、低電圧スプレーの機構を調査する。このスプレーの機構を確立するために、例えば、低電圧を中程度の高電圧(500V)に増大させた後の信号対ノイズ比の変化の試験、第2に、スプレー中にビデオをキャプチャーすることによる2つの経路を採用した。これらの研究に加えて、研究を支持するためのコンピューターによる試験にある程度の努力を注いだ。非常に低い電圧で信号をもたらすのに、いくつかの機構が関与している(独立して、または共同で作動して)場合があることが提案されている。低電圧での微生物の検出を、この方法の応用として示す。 This example investigates the mechanism of low voltage spray. To establish the mechanism of this spray, for example, testing the change in signal-to-noise ratio after increasing the low voltage to a medium high voltage (500V), secondly, capturing the video during the spray. Two routes were adopted. In addition to these studies, some effort was put into computerized testing to support the studies. It has been proposed that several mechanisms may be involved (operating independently or jointly) to deliver the signal at very low voltages. Detection of microorganisms at low voltage is shown as an application of this method.

機構を理解するために、いくつかの実験を実施した。トリフェニルホスフィン(PPh)、トリシクロヘキシルホスフィン、ジブチルアミン、トリブチルアミンなどの分析物を実験で利用した。1つのこのような例を以下に示す。 Several experiments were performed to understand the mechanism. Analysts such as triphenylphosphine (PPh 3 ), tricyclohexylphosphine, dibutylamine, and tributylamine were used in the experiments. One such example is shown below.

一実験では、50ppmのPPh 5μLを質量分析計中にスプレーした。スプレー電圧は、2Vから500Vまで変更した。この調査は、2つの理由で500Vで中止した。第1に、CNT被覆ペーパー先端部から生じるいかなる放電も回避するため。第2に、500Vのスプレー電圧より上で、信号強度が急速に増大し、通常のペーパースプレーと同等の値に到達した。 In one experiment, it was sprayed PPh 3 5 [mu] L of 50ppm into the mass spectrometer. The spray voltage was changed from 2V to 500V. This investigation was stopped at 500V for two reasons. First, to avoid any discharge from the tip of the CNT coated paper. Second, above the spray voltage of 500V, the signal intensity increased rapidly, reaching values comparable to regular paper sprays.

先端部は、質量分析計(mass spec)入口から約0.5mm離して把持した。スペクトルを収集および分析し、増大するスプレー電圧に対する信号対ノイズ比(S/N)および信号強度をプロットした(図20および21)。分布を、4つの領域に分割する。領域1、分析を開始した2Vスプレー、信号なし。スプレー電圧を3、4、または5Vに増大させると、S/N比は、急速な増大を示す(領域2)。領域3、8〜500V、S/N比は、定常状態にある。500Vを超えると(領域4)、信号/ノイズは、急速に上昇するが、示していない。理由は、それが通常のペーパースプレー値に向かう傾向があるためである。500Vの後、信号は、低電圧スプレーと比較して2または3桁増大し、したがって通常のペーパースプレー(PS)がこの電圧で作用するようになる。 The tip was gripped at a distance of about 0.5 mm from the entrance of the mass spectrometer. The spectra were collected and analyzed and the signal-to-noise ratio (S / N) and signal intensity to the increasing spray voltage were plotted (FIGS. 20 and 21). Divide the distribution into four regions. Area 1, 2V spray where analysis started, no signal. When the spray voltage is increased to 3, 4, or 5 V, the signal-to-noise ratio shows a rapid increase (region 2). Regions 3, 8 to 500 V, S / N ratio are in steady state. Above 500 V (Region 4), the signal / noise rises rapidly but is not shown. The reason is that it tends towards normal paper spray values. After 500V, the signal is increased by two or three orders of magnitude compared to the low voltage spray, so a regular paper spray (PS) will operate at this voltage.

分析物信号の出現は、2つの要因、基材の高電界(エミッター)エリアへのイオン化された分子(溶液の薄膜中)の電界放出および電界誘起輸送(field-induced transport)によって制御される。仮説は、非常に低い電圧(領域1)において、高電界スポットで既に存在している少数の分子がおそらく微小滴中での電界放出によってイオン化されることである。これは、小さい物理的寸法(1nmの程度)と組み合わせた制限された電圧を必要とする。したがって1nmでの5Vは、電界放出のちょうど範囲内である5×10V/mの電界強度を与える(Beckey、Field Ionization Mass Spectrometry、Pergamon
、London、1971年)。領域2(5〜300V)は、信号の観点からのS/N比の観点からおよそ定常状態領域であり、2つのサブ領域、信号が低下する5〜100V、および信号がわずかに上昇する100〜300Vがある。これらのデータは、電界放出が遅く、律速であるか、または電界誘起輸送が遅いことを意味する。電圧による電界放出の増大が予期される(電界強度がイオン形成に必要なものを超えるエリアが増大しているという事実以外の理由がなければ)。しかし、輸送が有効でない場合、この信号は、より高い電界エリアから材料が先に除去されるため、電圧の増大ともに低下し得る。PPhのみに関係する材料の輸送が、100V付近で有効となることが提案される。300Vでのブレイ
クは、溶液相対薄膜、またはここでのイオンへの変換および非常に有効な輸送など、輸送の様々な機構に起因し得る。
(実施例5)
本発明のプローブを使用する微生物分析
The appearance of the analyte signal is controlled by two factors: field emission and field-induced transport of ionized molecules (in a thin film of solution) into the high field (emitter) area of the substrate. The hypothesis is that at very low voltages (region 1), a small number of molecules already present in the high field spots are probably ionized by field emission in the microdroplets. This requires a limited voltage in combination with small physical dimensions (about 1 nm). Therefore, 5 V at 1 nm gives an electric field strength of 5 × 10 9 V / m, which is just within the field emission range (Beckey, Field Ionization Mass Spectrometry, Pergamon).
, London, 1971). Region 2 (5-300V) is approximately a steady-state region from the point of view of signal-to-noise ratio, with two sub-regions, 5-100V where the signal drops, and 100-100 where the signal rises slightly. There is 300V. These data mean that field emission is slow and rate-determining, or field-induced transport is slow. Increased field emission due to voltage is expected (unless there is reason other than the fact that the area where the field strength exceeds what is required for ion formation is increasing). However, if transport is not effective, this signal can decrease with increasing voltage as the material is removed first from the higher electric field area. It is proposed that the transport of materials related only to PPh 3 becomes effective near 100 V. The break at 300V can be due to various mechanisms of transport, such as solution-relative thin films, or conversion to ions here and highly effective transport.
(Example 5)
Microbial analysis using the probe of the present invention

微生物については、bioMerieux,Inc.(Hazelwood、MO)によって供給された細菌分離株を、クライオチューブ中のTSAB上で−80℃にて貯蔵した凍結試料から培養した。すべての実験は、改正されたInstitutional Review Board guidelines IBC protocol #07-004-10「Novel tissue, Biological fluid and Bacteria Evaluation by Mass Spectrometry」の下で実施した。5つのタイプの微生
物を本試験で使用した。これらは、Escherichia coli(グラム陰性菌)、Citrobacter farmeri(グラム陰性菌)、Staphylococcus aureus(グラム陽性菌)、Bacillus subtilis(グラム陽性菌)、Saccharomyces cerevisiae(酵母)である。これらの一般的な微生物を、生物圏全体にわたるその広範な存在に起因して選択する。
For microorganisms, bioMerieux, Inc. Bacterial isolates fed by (Hazelwood, MO) were cultured from frozen samples stored at −80 ° C. on TSAB in cryotubes. All experiments were performed under the revised Institutional Review Board guidelines IBC protocol # 07-004-10 "Novel tissue, Biological fluid and Bacteria Evaluation by Mass Spectrometry". Five types of microorganisms were used in this study. These are Escherichia coli (Gram-negative bacteria), Citrobacter farmeri (Gram-negative bacteria), Staphylococcus aureus (Gram-positive bacteria), Bacillus subtilis (Gram-positive bacteria), and Saccharomyces cerevisiae (yeast). These common microorganisms are selected due to their widespread presence throughout the biosphere.

微生物試料(この場合、Bacillus subtilis)を、CNTスプレーおよびペーパースプレーを使用して分析した。Bacillus subtilisは、CNT被覆ペーパーを使用して、低電圧スプレーを使用して検出することができ、これらの質量スペクトルは、伝統的なペーパースプレーと同等である(図22)。しかし、3Vにおいて、質量スペクトル強度は、通常のペーパースプレー信号より通常3桁強さが低い(図22の下のパネル)。再現性を、Citrobacter fameriを7回分析することによって試験した。各質量スペクトルにおいて、同様の相対存在量の脂質が得られた。 Microbial samples (in this case Bacillus subtilis) were analyzed using CNT spray and paper spray. Bacillus subtilis can be detected using a low voltage spray using CNT coated paper, and their mass spectra are comparable to traditional paper sprays (FIG. 22). However, at 3V, the mass spectral intensity is usually three orders of magnitude lower than a normal paper spray signal (lower panel of FIG. 22). Reproducibility was tested by analyzing Citrobacter fameri 7 times. Similar relative abundances of lipids were obtained in each mass spectrum.

Claims (20)

生体分子または微生物を含む試料を分析するための方法であって、該方法が、 A method for analyzing a sample containing a biomolecule or a microorganism.
紙基材を含む質量分析プローブを提供する工程であって、前記紙基材の表面の一部が、試料でも溶媒でもない導電性材料で被覆されており、前記導電性材料での前記表面の前記被覆が、前記導電性材料で被覆された前記紙基材の前記表面の前記一部から突出する複数のナノスケールの特徴物を形成し、前記複数のナノスケールの特徴物が、複数の電極として作用し、3ボルトまたはそれ未満の電圧を印加すると、前記複数のナノスケールの特徴物において微小な規模の液滴の電界放出を引き起こすのに十分高い電界強度をもたらす工程; A step of providing a mass spectrometric probe containing a paper substrate, wherein a part of the surface of the paper substrate is coated with a conductive material that is neither a sample nor a solvent, and the surface of the surface of the conductive material. The coating forms a plurality of nanoscale features protruding from the part of the surface of the paper substrate coated with the conductive material, and the plurality of nanoscale features form a plurality of electrodes. A step that, when applied as a voltage of 3 volts or less, results in an electric field strength sufficiently high to cause field emission of microscale droplets in the plurality of nanoscale features;
前記質量分析プローブを電圧源に連結する工程であって、前記電圧源が、3ボルトまたはそれ未満の電圧を生成するように構成されている工程; A step of connecting the mass spectrometric probe to a voltage source, wherein the voltage source is configured to generate a voltage of 3 volts or less;
前記質量分析プローブを生体分子または微生物を含む試料と接触させる工程; A step of contacting the mass spectrometric probe with a sample containing a biomolecule or a microorganism;
前記質量分析プローブを接触させた前記試料中の生体分子または微生物をイオン化する工程; A step of ionizing a biomolecule or microorganism in the sample to which the mass spectrometric probe is brought into contact;
前記イオン化された生体分子または微生物を質量分析計において分析する工程 Step of analyzing the ionized biomolecule or microorganism with a mass spectrometer
を包含する、方法。A method that includes.
前記導電性材料が、1つまたはそれ超の導電性ナノチューブを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the conductive material comprises one or more conductive nanotubes. 前記導電性ナノチューブが、カーボンナノチューブである、請求項2に記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the conductive nanotube is a carbon nanotube. 前記カーボンナノチューブが、前記紙基材の外面を被覆する、請求項3に記載の方法。 The method of claim 3, wherein the carbon nanotubes coat the outer surface of the paper substrate. 前記イオン化工程の前に、前記方法が、溶媒を前記質量分析プローブに適用する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the method further comprises applying a solvent to the mass spectrometric probe prior to the ionization step. 前記溶媒が、前記質量分析プローブに連続的に供給される、請求項5に記載の方法。 The method of claim 5, wherein the solvent is continuously supplied to the mass spectrometric probe. 前記質量分析プローブが、前記溶媒とは別個である、請求項5に記載の方法。 The method of claim 5, wherein the mass spectrometric probe is separate from the solvent. 前記溶媒が、前記試料の分離、抽出、およびイオン化のうちの少なくとも1つを支援する、請求項5に記載の方法。 The method of claim 5, wherein the solvent assists at least one of separation, extraction, and ionization of the sample. 前記質量分析プローブを通って前記試料を輸送するための空気圧支援が必要ではない、請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein no pneumatic assistance is required to transport the sample through the mass spectrometric probe. 前記紙が濾紙である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the paper is a filter paper. 生体分子または微生物を含む試料を分析するための方法であって、該方法が、 A method for analyzing a sample containing a biomolecule or a microorganism.
紙基材を含む質量分析プローブを提供する工程であって、前記紙基材の表面の一部が複数のカーボンナノチューブで被覆されており、前記複数のカーボンナノチューブのそれぞれの一部が、前記複数のカーボンナノチューブで被覆された前記紙基材の前記表面の前記一部から突出し、前記複数のカーボンナノチューブのそれぞれの突出する部分が、複数の電極として作用し、3ボルトまたはそれ未満の電圧を印加すると、前記複数のカーボンナノチューブのそれぞれの突出部分において微小な規模の液滴の電界放出を引き起こすのに十分高い電界強度をもたらす工程; In the step of providing a mass analysis probe containing a paper substrate, a part of the surface of the paper substrate is coated with a plurality of carbon nanotubes, and a part of each of the plurality of carbon nanotubes is said to be plural. Projecting from the part of the surface of the paper substrate coated with carbon nanotubes, each protruding portion of the plurality of carbon nanotubes acts as a plurality of electrodes and applies a voltage of 3 volts or less. Then, a step of providing a sufficiently high electric field strength to cause field emission of fine-scale droplets at each protruding portion of the plurality of carbon nanotubes;
前記質量分析プローブを電圧源に連結する工程であって、前記電圧源が、3ボルトまたはそれ未満の電圧を生成するように構成されている工程; A step of connecting the mass spectrometric probe to a voltage source, wherein the voltage source is configured to generate a voltage of 3 volts or less;
前記質量分析プローブを、生体分子または微生物を含む試料と接触させる工程; The step of contacting the mass spectrometric probe with a sample containing a biomolecule or a microorganism;
前記質量分析プローブを接触させた前記試料中の生体分子または微生物をイオン化する工程; A step of ionizing a biomolecule or microorganism in the sample to which the mass spectrometric probe is brought into contact;
前記イオン化された生体分子または微生物を質量分析計において分析する工程 Step of analyzing the ionized biomolecule or microorganism with a mass spectrometer
を包含する、方法。A method that includes.
前記カーボンナノチューブが、前記紙基材の外面を被覆する、請求項11に記載の方法。 The method of claim 11, wherein the carbon nanotubes coat the outer surface of the paper substrate. 前記イオン化工程の前に、前記方法が、溶媒を前記質量分析プローブに適用する工程をさらに包含する、請求項11に記載の方法。 11. The method of claim 11, wherein the method further comprises applying a solvent to the mass spectrometric probe prior to the ionization step. 前記溶媒が、前記質量分析プローブに連続的に供給される、請求項13に記載の方法。 13. The method of claim 13, wherein the solvent is continuously supplied to the mass spectrometric probe. 前記質量分析プローブが、前記溶媒とは別個である、請求項13に記載の方法。 13. The method of claim 13, wherein the mass spectrometric probe is separate from the solvent. 前記溶媒が、前記試料の分離、抽出、およびイオン化のうちの少なくとも1つを支援する、請求項13に記載の方法。 13. The method of claim 13, wherein the solvent assists at least one of separation, extraction, and ionization of the sample. 前記質量分析プローブを通って前記試料を輸送するための空気圧支援が必要ではない、請求項11に記載の方法。11. The method of claim 11, wherein no pneumatic assistance is required to transport the sample through the mass spectrometric probe. 前記紙が濾紙である、請求項11に記載の方法。 The method according to claim 11, wherein the paper is a filter paper. 前記濾紙が尖った先端部を含む、請求項18に記載の方法。 18. The method of claim 18, wherein the filter paper comprises a pointed tip. 前記濾紙が尖った先端部を含まない、請求項18に記載の方法。 18. The method of claim 18, wherein the filter paper does not include a pointed tip.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114078687B (en) * 2020-08-20 2023-03-21 中国科学院化学研究所 Capillary paper spray ion source device and ion generation method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7087895B1 (en) * 2003-06-07 2006-08-08 Musc Foundation For Research Development Electrospray ionization using pointed fibers
CN102324375A (en) * 2011-07-22 2012-01-18 中国科学院上海有机化学研究所 Mass spectrometric nano-spray electrode, manufacturing method and application thereof
CN102637574A (en) * 2012-04-12 2012-08-15 清华大学 Paper-base electrospray ion source device for mass spectrum analysis on continuous droplets
JP2012525687A (en) * 2009-04-30 2012-10-22 パーデュー・リサーチ・ファウンデーション Ion production using wet porous materials

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3185037B2 (en) * 1992-03-13 2001-07-09 能美防災株式会社 Environmental change detecting element and method of manufacturing the same
US6952013B2 (en) * 2003-06-06 2005-10-04 Esa Biosciences, Inc. Electrochemistry with porous flow cell
EP1743355A2 (en) * 2004-04-27 2007-01-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Use of carbon nanotubes (cnts) for analysis of samples
WO2008103733A2 (en) * 2007-02-20 2008-08-28 Applied Nanotech, Inc. Gas ionizer
WO2012167126A1 (en) * 2011-06-03 2012-12-06 Purdue Research Foundation Ion generation using modified wetted porous materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7087895B1 (en) * 2003-06-07 2006-08-08 Musc Foundation For Research Development Electrospray ionization using pointed fibers
JP2012525687A (en) * 2009-04-30 2012-10-22 パーデュー・リサーチ・ファウンデーション Ion production using wet porous materials
CN102324375A (en) * 2011-07-22 2012-01-18 中国科学院上海有机化学研究所 Mass spectrometric nano-spray electrode, manufacturing method and application thereof
CN102637574A (en) * 2012-04-12 2012-08-15 清华大学 Paper-base electrospray ion source device for mass spectrum analysis on continuous droplets

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