JP7356991B2 - 計器の光源を位置合わせするための方法および関連する機器 - Google Patents

計器の光源を位置合わせするための方法および関連する機器 Download PDF

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Description

関連出願
本出願は、2018年3月14日に提出された、米国仮出願第62/642,728号の利益およびその優先権を主張し、その内容は、あたかも本明細書に完全に列挙されるかのように、参照により本明細書に組み込まれている。
本発明は、質量分析計、およびユーザからの隔離が望ましい他のシステムに関する。
質量分析計は、試料をイオン化し、その後、形成されたイオンの収集物の質量電荷比を求める装置である。よく知られる質量分析計は、飛行時間型質量分析計(TOFMS)であり、この場合、イオンの質量対電荷比は、イオン源から検出器まで電界(例えば、パルスまたは静電界)の影響下でこのイオンを伝達するのに必要とされる時間の量によって求められる。TOFMSにおけるスペクトル品質は、フィールドフリードリフト領域に入るように加速する前のイオンビームの最初の状態を反映する。具体的には、同じ質量のイオンが異なる運動エネルギーを有する、および/または空間内の異なる地点から加速される結果となるいかなる要因も、スペクトル分解能の低下を招く可能性があり、またこれにより質量の精度の損失を招く可能性もある。
マトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)は、質量分光分析のために気相生体分子イオンを生成するのによく知られた方法である。MALDI-TOFのための遅延抽出(DE)の開発は、MALDIベースの計器に関する高解像度の分析ルーチンを作成した。DE-MALDIでは、レーザーによってトリガされるイオン化イベントと、TOF源領域への加速パルスの印加との間に短い遅延が加えられる。高速(すなわち高エネルギー)イオンは、低速イオンより遠くに移動することになり、これにより、イオン化におけるエネルギー分布を加速時の空間的分布(抽出パルスの印加より前のイオン化領域における)に変換する。
米国特許第5,625,184号、第5,627,369号、第5,760,393号および第9,536,726号を参照されたい。またWileyら、Time-of-flight mass spectrometer with improved resolution、Review of Scientific Instruments vol.26、no.12、pp.1150-1157(2004)、M.L.Vestal、Modern MALDI time-of-flight mass spectrometry、Journal of Mass Spectrometry、vol.44、NO.3、pp.303-317(2009)、Vestalら、Resolution and mass accuracy in matrix-assisted laser desorption ionization-time-of-flight、Journal of the American Society for Mass Spectrometry、vol.9、NO.9、pp.892-911(1998)、およびVestalら、High Performance MALDI-TOF mass spectrometry for proteomics、International Journal of Mass Spectrometry、vol.268、NO.2、pp.83-92(2007)も参照されたい。これらの文献の内容は、あたかも本明細書に完全に列挙されるかのように、参照により本明細書に組み込まれている。
本発明の実施形態は、計器の光源を位置合わせするための方法を対象としている。光源を含む計器のための方法は、光源からの光をプロセスチャンバ内の標的の場所に提供することを含んでよい。方法は、センサで光を受光することを含んでよい。方法は、センサからのデータを使用して、標的の場所での光の第1の位置を判定することを含んでよい。さらに、方法は、光を標的の場所での第2の位置に調整するかどうかを判定することを含んでよい。
一部の実施形態において、光源はレーザーを含んでよい。光を提供することは、レーザーからの光を標的の場所に反射する反射面に、レーザーからの光を提供することを含んでよい。さらに、方法は、反射面の傾斜を調整して、レーザーからの光を標的の場所での第2の位置に調整することを含んでよい。
一部の実施形態において、レーザーは紫外線(UV)レーザーであってよい。反射面の傾斜を調整することは、標的の場所が、上にいかなる試料も含まない場所を含む間に行われてよい。さらに、方法は、UVレーザーを使用して、プロセスチャンバ内の試料スライド上の試料の試料イオン化を行うことを含んでよい。
一部の実施形態において、傾斜を調整することは、反射面に結合されたアクチュエータを電子的に方向付けて、傾斜を調整することを含んでよい。さらに方法は、センサを使用することによってアクチュエータの動きを較正して、アクチュエータの順方向の動作または逆方向の動作から生じるピクセルの変化を判定することを含んでよい。
一部の実施形態において、傾斜を調整することは、光を計器の荷電粒子光学系の少なくとも1つの開き口と位置合わせすることを含んでよい。さらに、方法は、傾斜を調整した後、上に標的の場所を含むx-y段を移動させて、段の基準特徴部を光および荷電粒子光学系の少なくとも1つの開き口と位置合わせすることを含んでよい。
一部の実施形態において、プロセスチャンバの端部部分は、標的の場所とセンサとの間にある窓を含んでよい。さらに光を受光することは、プロセスチャンバの端部部分の窓を通してセンサで光を受光することを含んでよい。
一部の実施形態において、センサは、光を捕らえるカメラであってよい、またはそのようなカメラのセンサを含んでもよい。方法は、カメラによって取り込まれた画像におけるピクセル内の標的の場所にある光のサイズを判定することを含んでよい。方法は、標的の場所にある光のサイズを調整することによって、標的の場所に光を集束させることを含んでよい。追加として、または代替として、計器は質量分析計であってよく、方法は、カメラを介して、試料スライドが質量分析計のx-y段上に存在するかどうかを判定することを含んでよい。
一部の実施形態において、方法は、光を計器のイオン光学系の少なくとも1つの開き口と位置合わせすることを含んでよい。さらに、方法は、上に標的の場所を含むx-y段を移動させて、x-y段の基準特徴部を光およびイオン光学系の少なくとも1つの開き口と位置合わせすることを含んでよい。
質量分析計のレーザーを位置合わせするための方法は、一部の実施形態によると、レーザーからのレーザービームをイオン化チャンバ内の標的の場所に提供することを含んでよい。方法は、カメラによってレーザービームの画像を取り込むことを含んでよい。方法は、カメラによって取り込まれた画像を使用して、標的の場所でのレーザービームの第1の位置を判定することを含んでよい。方法は、レーザービームを標的の場所での第2の位置に調整するかどうかを判定することを含んでよい。さらに、方法は、レーザービームを標的の場所での第2の位置に調整することを含んでよい。
一部の実施形態において、イオン化チャンバの端部部分は、標的の場所とカメラとの間にある窓を含んでよい。さらに、レーザービームの画像を取り込むことは、イオン化チャンバの窓を通して、カメラにおいてレーザービームの画像を取り込むことを含んでよい。一部の実施形態において、カメラによって取り込まれたレーザービームは、少なくとも1つの反射面および/またはレンズから、少なくとも1つのイオン光学装置の開き口を通ってカメラに進んでよい。追加として、または代替として、レーザービームの画像を取り込むことは、イオン化チャンバが閉鎖され、かつ真空圧下にある間、イオン化チャンバ内の規定された場所でレーザービームのレーザースポットの画像を取り込むことを含んでよい。
計器は、一部の実施形態によると、光源を含んでよい。計器は、光源の光のために標的の場所を取り囲むチャンバを含んでよい。計器は光を受光するように構成されたセンサを含んでよい。さらに、計器は、センサからのデータを使用して、標的の場所での光の第1の位置を判定するように構成されたプロセッサを含んでよい。プロセッサは、光を標的の場所での第2の位置に調整するかどうかを判定するようにさらに構成されてよい。
一部の実施形態において、光源は、紫外線(UV)レーザーを含んでよい。さらに、計器は、UVレーザーからの光を標的の場所に反射するように構成された反射面を含んでよい。計器はまた、反射面に結合され、かつ反射面の傾斜を調整して、UVレーザーからの光を標的の場所での第2の位置に調整するように構成されたアクチュエータも含んでよい。
一部の実施形態において、UVレーザーは、チャンバ内の試料スライド上の試料のイオン化を行うように構成されてよく、チャンバは、真空圧下であってよい。さらに、チャンバの端部部分は、標的の場所とセンサとの間にある窓を含んでよい。追加として、または代替として、センサは、光を捕らえるように構成されたカメラであってよい、またはそのようなカメラのセンサを含んでもよい。
一部の実施形態において、計器は質量分析計であってよく、プロセッサは、カメラからのデータを使用して、試料スライドが質量分析計のx-y段上に存在するかどうかを判定するように構成されてよい。x-y段は、カメラとイオン光学系との間にある円形の開放した開き口を備えたベースプレートを有してよい。
一部の実施形態において、計器は、少なくとも1つの開き口を含むイオン光学系を含んでよい。計器は、上に標的の場所を含むx-y段を含んでよい。さらに、プロセッサは、x-y段の動きを制御して、x-y段の基準特徴部を光およびイオン光学系の少なくとも1つの開き口と位置合わせするように構成されてよい。
一部の実施形態において、計器は、質量分析計であってよく、光源は、質量分析計のレーザーを含んでよく、光は、レーザーのレーザービームを含んでよく、チャンバは、質量分析計のイオン化チャンバを含んでよい。さらに、質量分析計は、反射面を含んでよい。反射面は、レーザーからのレーザービームを標的の場所に反射するように構成されてよい。センサは、レーザービームの画像を取り込むように構成されたカメラであってよい、またはそのようなカメラのセンサを含んでもよい。プロセッサは、反射面の傾斜の調整を制御して、レーザービームを標的の場所での第2の位置に調整するように構成されてよい。
本発明の別の特徴、利点および詳細は、以下に続く図面および一例の実施形態の詳細な説明を読むことで当業者によって理解されると思われ、そのような説明は、本発明の単なる例示である。
一実施形態に関して説明される本発明の態様は、異なる実施形態に組み込まれる場合もあるが、それに対しては具体的に説明されていないことに留意されたい。すなわち、すべての実施形態および/または任意の実施形態の特徴は、何らかの方法で組み合わせることができる、および/または何らかの組合せであり得る。出願人は、最初に提出されたクレームを変更する、またはそれに応じて何らかの新たなクレームを提出する権利を保有しており、そこには、そのような方法で最初はクレーム請求していないが、何らかの他のクレームの任意の特徴に従属する、および/またはそのような特徴を組み込むようにいずれの最初に提出したクレームを補正することができる権利も含まれている。本発明のこのような、および他の目的および/または態様は、以下に記載される明細書に詳細に説明される。
本発明の実施形態による、計器の斜視図である。 本発明の実施形態による、計器と、光源との斜視図である。 本発明の実施形態による、計器と、光源との概略図である。 本発明の実施形態による、図2Aの計器のプロセッサ制御システムのブロック図である。 本発明の実施形態に従って使用され得る一例のプロセッサと、メモリとのブロック図である。 本発明の実施形態による、計器と、光源との概略図である。 本発明の実施形態による、計器のチャンバの内部の部分的な断面の斜視図である。 本発明の実施形態による、カメラからの視野からの、図3Aのチャンバ内への図である。 本発明の実施形態による、信号が、図3Aの1つまたは複数の開き口を通過する、図3Aに示されるチャンバの拡大図である。 本発明の実施形態による、計器のチャンバの内部に備わっているx-y段の平面図である。 本発明の実施形態による、カメラの視野からの、図3Aのチャンバ内への図である。 本発明の実施形態による、計器を動作させるための一例の方法のフローチャートである。
本発明は次に、添付の図面を参照して、以下でより完全に説明され、図面では、本発明の例示の実施形態が示されている。同様の数字は、同様の要素を指しており、同様の要素の異なる実施形態は、上付き文字の指標となるアポストロフィの異なる数字(例えば10、10’、10’’、10’’’)を使用して示すことができる。
従来のレーザーの位置合わせプロセスは、質量分析計の取得チャンバ/イオン化チャンバの内部のイオン光学装置の代わりに適合するカスタムツールを使用してよい。そのようなツールの使用は、レーザーの位置合わせ中にチャンバを大気圧へと開放させる必要がある場合があり、よって、ユーザを潜在的なレーザーの安全上の危険に曝し、かつレーザーの位置合わせが完了した後、作動圧力(例えば真空圧)に達するための時間を増大させる。チャンバが大気圧に長時間曝されるほど、作動圧力に達するのにより時間がかかることになる。しかしながら本発明の実施形態によると、チャンバが閉鎖され、かつ真空圧下にある間でも、レーザー(または他の光源)を位置合わせすることができ、これによりユーザを潜在的な安全上の危険から保護し、かつプロセスから通気の時間および空気を押し出す時間を削減する/なくすことになる。一般的に言えば、光源は、チャンバの内部で特定のスポットに集束されてよい。
図1Aおよび図1Bは、質量分析計10Mなどの一例の計器10を例示する。図1Aに示されるように、計器10は、ユーザインターフェースを備えたディスプレイ10dを有する前面壁10fを備えた筐体10hを含む。筐体10hはまた、スライドを受け入れるようにサイズが決められ、そのように構成され得る少なくとも1つの試料標本の入り口10pも有する。1つまたは複数の出入り口10pが使用されてよい。各出入り口10pは、分析のための標本スライド(例えば図2Aの試料プレート230)の入り口のみとして、出口のみとして、または入り口と出口の両方として構成される場合がある。
図1Bに示されるように、計器10は、本発明の実施形態によって、少なくとも1つの光源20を使用してよい。一部の実施形態において、計器10は、質量分析計10Mであってよく、筐体10hは、質量分析計10Mのためのスライドを受け入れるように構成された少なくとも1つの試料標本入り口10pを含んでよい。例えば質量分析計10Mは、テーブル30によって示されるように、卓上型の質量分析計であってもよい。さらに計器10の1つまたは複数の部分は、真空ポンプ60を介して所望の圧力になるように空気が注入される/空気が汲み出されてもよい。真空ポンプ60および/または光源20は、筐体10hに(例えばその内部に)搭載されてよい、または計器10に対する外部の差し込み式の構成要素として設けられる場合もある。
少なくとも1つの光源20は、計器10の内部でイオンを生成するために光を提供することができる。例えば、光源20は、計器10にレーザー光を供給するレーザー20LSを備えてよい。一例として、レーザー20LSは、320ナノメートル(nm)を超える波長を有する紫外線(UV)レーザーなどの固体レーザーであってもよい。一部の実施形態において、固体レーザー20LSは、およそ347nmからおよそ360nmの波長でレーザービームを生成することができる。固体レーザー20LSは、代替として、赤外線レーザーまたは可視光レーザーである場合もある。
さらに、用語「光源」および「レーザー」が本明細書の実施例を考察するために使用されるが、光源20は、計器10の内部の標的/装置に光/エネルギーを供給することによって、計器10の内部に荷電粒子を生成する任意のタイプの供給源を備えてもよい。例えば光源20は、計器10内で試料プレート230(図2A)に種々のタイプの光/エネルギーのパルスの1つを提供して荷電粒子のパルスを生成するように構成されてよい。光源20は、集束光源またはコリメート光源であってよい。
一部の実施形態において、光源20および試料プレート230は、光源20からの光が試料プレート230に向けられてイオンを生成し得るとき、まとめて(またはさらには個別でも)「イオン源」と呼ばれる場合もある。一例として、試料プレート230は、計器10によって分析することができる「試料スライド」と本明細書では呼ばれてよく、光源20は、試料スライド230で試料イオン化を行うように構成されてよい。
図2Aは、計器10と、光源20との概略図を示す。計器10は、チャンバ210を含んでおり、これは、「取得チャンバ」、「プロセスチャンバ」、「真空チャンバ」、「減圧下のチャンバ」または「真空のチャンバ」であってよい。チャンバ210の内部には、試料プレート230(または他の標的の場所230T)と、イオン光学系220とがあり、これは、本明細書では、「イオン光学装置」または「イオン光学組立体」と呼ばれる場合もある。試料プレート230は、光源20の光/エネルギー20Lの標的であってよい。チャンバ210は、真空圧下にある間、試料プレート230を取り囲んでよい。
イオン光学系220は、光源20から光/エネルギー20Lを受け取り、光/エネルギー20Lを試料プレート230に誘導するように構成されてよい。光/エネルギー20Lによって、イオン光学系220を通り、フライト管250を通り、検出器260へと進むイオンを試料プレート230に生成させることができる。図2Aに示されるように、試料プレート230は、取得チャンバ210の第1の端部210Eに隣接してよい。取得チャンバ210の第1の端部210Eおよび検出器260の第2の端部260Eは、計器10の反対の位置にある端部/部分であってよい。
第1の端部210Eに隣接するセンサ240は、光/エネルギー20Lを受け取るように構成されてよい。例えば、センサ240は、光/エネルギー20Lの画像を捕らえ、取り込むように構成されたカメラ240Cであってよい(またはカメラ240Cのセンサであってもよい)。
カメラ240Cが本明細書の一部の例に記載されているが、図2Dに示されるように、センサ240は代わりにフォトダイオードまたは他の光学センサ/検出器240Dである場合もあり、小さい開き口240A(または一連の開き口240A)がカメラ240Cの代わりに使用されてもよい。例えば、開き口(複数可)240Aは、光/エネルギー20Lが開き口(複数可)240Aを通過するときのみ、フォトダイオード(または他の光学センサ/検出器240D)によって信号が生成されるように配置することができる。視差による誤差が心配ならば、一連の開き口240が有利であり得る。
各開き口240Aは、50マイクロメートル(μm)から2ミリメートル(mm)の間の直径/長さを有することができる。しかしながら、開き口240Aは、必ずしも同一サイズである必要はない。むしろ異なる開き口240Aが、50μmから2mmの範囲内の異なるサイズをそれぞれ有する場合もある。図2Dは、一連の3つの開き口240Aを示しているが、異なる数(例えば2つ、4つまたはそれ以上)の開き口240Aが一連になっていてもよい。
一部の実施形態において、光/エネルギー20Lは、第1の端部210E上の窓210Wを通過してセンサ240に入射してもよい。窓210Wは、標的230Tとセンサ240との間にあってよく、光学的に透過性のガラス、プラスチックおよび/または別の物質、あるいは光/エネルギー20Lがセンサ240まで進むことを可能にする開放空間を含んでよい。
さらに、一部の実施形態において、計器10は質量分析計10Mであってよく、標的230Tは、試料プレート230であってよく、プロセッサ270(図2B)は、カメラ240Cからのデータを使用して、試料スライド230が質量分析計10Mのx-y段315(図3A)上に存在するかどうかを判定するように構成されてよい。
チャンバ210の内部のイオン光学系220は、抽出プレートおよびバックバイアスプレートなどの構成要素を含んでよい。さらに、イオン光学系220は、そらせ板プレートを含んでもよく、そらせ板プレートは、一部の実施形態において、イオン光学系220から省略される、または取り外し可能な場合もある。
本明細書の一部の例は、試料プレート230上の試料を記載しているが、光20Lは一部の実施形態において、試料プレート230の代わりにテストプレートまたは他の標的230Tに誘導される場合もある。例えば、標的230Tに対する光源20の光20Lの位置合わせの動作中、いかなる試料も存在しないチャンバ210の内部に光20Lを提供することが望ましい場合がある。したがって試料プレート230は、チャンバ210に存在しない場合がある、または位置合わせ中、空の/テストスライドである場合もある。標的230Tはしたがって、そうでなければ典型的には通常の動作中に試料がみつかるチャンバ210の内部の位置/領域/場所であってよい。
追加として、または代替として、光源20、センサ240およびチャンバ210の組合せは、一部の実施形態において、位置合わせシステムなどの「システム」と呼ばれる場合もある。さらにセンサ240は、真空チャンバ210の外側にあってよいので、センサ240は大気圧であってよい。
光源20およびセンサ240に加えて、計器10の反射面312(図3A)も、真空チャンバ210の外側にあってよい。一部の実施形態において、反射面312は作動させることができるのに対して、計器10の別の反射面313(図3A)は固定されてよい。したがって反射面312は両方とも、1つまたは複数のアクチュエータ280(図2B)によるなどして作動されてよく、かつチャンバ210の外側にあってよい。
図2Bは、プロセッサ制御システム270Cのブロック図を示す。プロセッサ制御システム270Cは、1つまたは複数のプロセッサ270を含んでよく、1つまたは複数のプロセッサ270は、計器10の内部および/または外部であってよい。プロセッサ(複数可)270は、計器10の光源20、センサ240および/または1つまたは複数のアクチュエータ280(例えば圧電アクチュエータまたはステップモータ)と通信するように構成されてよい。例えば、プロセッサ(複数可)270は、センサ240からデータを受け取り、これを処理するように構成されてよく、光源20および/またはアクチュエータ(複数可)280の動作は、プロセッサ(複数可)270の制御の下で行われてよい。一例として、プロセッサ270は、センサ240からのデータを使用して、標的230Tでの光20Lの第1の位置を判定する、ならびに光20Lを標的230Tでの第2の位置に調整するかどうかを判定するように構成されてよい。
図2Cは、本発明の種々の実施形態に従って使用され得る一例のプロセッサ270と、メモリ290とのブロック図を示す。プロセッサ270は、アドレス/データバス295を介してメモリ290と通信する。プロセッサ270は、例えば市販のプロセッサ、またはカスタムマイクロプロセッサであってよい。さらにプロセッサ270は、複数のプロセッサを含んでもよい。メモリ290は、本明細書に記載されるような種々の機能を果たすのに使用させるソフトウェアおよびデータを含むメモリデバイスの総体的な階層を表している。メモリ290は、限定するものではないが、以下のタイプのデバイス、すなわちキャッシュ、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、フラッシュ、スタティックRAM(SRAM)およびダイナミックRAM(DRAM)を含んでもよい。
図2Cに示されるように、メモリ290は、オペレーティングシステム293などのソフトウェアおよびデータの様々なカテゴリを保持してよい。オペレーティングシステム293は、計器10の動作を制御することができる。詳細には、オペレーティングシステム293は、計器10のリソースを管理してもよく、プロセッサ270によって種々のプログラムの実施を調整してもよい。
一部の実施形態において、計器10は、UVレーザー20LSからの光20Lを標的230Tに反射するように構成された少なくとも1つの反射面312/313(図3A)を含んでよい。さらに、1つまたは複数のアクチュエータ280が、反射面312に結合され、反射面312の傾斜を調整して、UVレーザー20LSからの光20Lを標的230Tでの第2の位置に調整するように構成されてよい。詳細には、反射面(複数可)312/313および/またはレンズ311(図3A)は、信号(例えば、光20L)を標的230Tに関連付けられたスポットに集束させるように調整されてよい。MALDI-TOFにも使用され得る、UVレーザー20LSが一例として提供されているが、カメラ240Cが、レーザー20LSの放出される波長に対して高感度である限り、いずれのレーザー20LSも使用することができる。さらに、一部の実施形態において、レーザー20LSの影響の下で蛍光を放つ材料が使用されてもよい。したがってカメラ240Cは追加として、または代替として、蛍光イベントによって放出される光の波長に対して高感度であってよい。
追加として、または代替として、イオン光学系220は、1つまたは複数の開き口314(図3A)を含んでよく、チャンバ210は、上に標的230Tを有する段315(図3A)を含んでよい。一部の実施形態において、プロセッサ270は、段315の動きを制御して、段315の基準特徴部315F(図3B)を光20Lおよびイオン光学系220の開き口(複数可)314と位置合わせするように構成されてよい。
図3Aは、計器10のチャンバ210の内部の部分的な断面の斜視図を示す。チャンバ210は、集束レンズ311を含んでよく、集束レンズ311は、アクチュエータ280(図2B)に結合され、信号(例えば、光20L)の焦点を調整するように構成されてよい。計器10はまた、第1の反射面312および第2の反射面313を含んでもよい。第1の反射面312はチャンバ210の外側にあってよく、入射ビームの一部をチャンバ210の中に反射してよい。第1の反射面312は、反射面312を傾斜させて入射ビームを特定の方向に向けるのに使用することができる1つまたは複数のアクチュエータ280(図2B)に結合された回転可能な(すなわち、調整可能な)反射面(またはビームスプリッタ)であってよい。第2の反射面313はチャンバ210の内側にあってよく、これもまた回転可能な反射面/プリズムであってよい。しかしながら、一部の実施形態において、第2の反射面313は、回転不能な場合もある。したがって第2の反射面313は、チャンバ210の内部に固定されて、反射された入射ビームに関する方向の変更を行う場合もある。
光20Lは、レンズ311から第1の反射面312、第2の反射面313に進み、その後イオン光学系220の中を通過してよい。例えば、光20Lは、イオン光学系220の1つまたは複数の開き口314(例えば第1の開き口314-1、第2の開き口314-2、および第3の開き口314-3)を通過し、標的領域(例えば、標的230Tを含む)を通過し、そしてカメラ240C上へと進んでよい。詳細には、図3Aは、光20Lが試料プレート230を通過してカメラ240Cに向かって進むときの、光20Lのビーム路20BPを示している。試料プレート230は、光20Lのビーム路20BPを遮ることなく試料プレート230を支えるx-y段315の上にあってよい。カメラ240Cによって検出された、または捕らえられた光20Lによって、プロセッサ(複数可)270(図2B)に、光源20からの光20Lの位置合わせを調整させることができるため、カメラ240Cは、「位置決めカメラ」と本明細書では呼ばれてもよい。
示されるように、光20Lのビーム路20BPは、z方向に試料プレート230およびカメラ240Cまで延びている。カメラ240Cのセンサは、z方向に上向きにx-y段315の方に向いてよく、x-y段315は、互いに直交し、かつz方向とも直交するX方向およびY方向に延びる。カメラ240Cは、真空チャンバ210の下に(z方向に)設置されているように示されているが、カメラ240Cは代替として他の場所に設置され、光源20の光20Lの位置合わせを捕らえることを可能にする光学装置と共に使用されてよい。さらに、上にいかなる試料も含まない標的230Tが、一部の実施形態において、位置合わせ中にx-y段315上にあってもよい。ビーム路20BPはしたがって、試料プレート230以外の標的230Tを通過して延びる場合もある。
図3Bは、カメラ240Cの視野からの、図3Aのチャンバ210内への図を示す。一部の実施形態において、光源20は、その光20Lがカメラ240Cによって認識されるレーザースポット20LSPを提供するレーザー20LSであってよい。具体的には、レーザースポット20LSPが、カメラ240Cの視野内にあるとき、レーザースポット20LSPは、カメラ240Cによって生成される画像内の対象物として現れてよい。例えば、カメラ240Cによって認識されるレーザースポット20LSPは、チャンバ210内の規定された場所(例えば、標的230Tに)にあってよい。
さらに、本明細書の一部の例はUVレーザー20LSを記載しているが、撮像面に生じるスポット20LSPのサイズが光源20の正確な位置合わせのために十分である限り、発光ダイオード(LED)または他の光源20が、光学装置と共に、またはそれなしで使用されてもよい。カメラ240Cによる図3Bに見られる平面は、図3Aのz方向に直交するx方向およびy方向によって提供されるX-Y面である。
図3Bに示されるように、カメラ240Cは、x-y段315を捕らえることができる。詳細には、図3Bは、カメラ240Cが、段315の基準特徴部315Fと位置合わせされているとき、またはそうでなければ基準特徴部315Fの上にあるとき、レーザースポット20LSPを捕らえているのを示す。
基準特徴部315Fは、光20Lに対して光学的に透過性(例えば半透明または透明)である段315の一部上であってよい、またはその部分を囲んでもよい。例えば、段315は、開き口および/または光学的に透過性の材料を含む部分315TP(図3C)を含んでよく、光20Lはそこを通り抜けてカメラ240Cまで進むことができる。基準特徴部315Fは、レーザースポット20LSPより広い直径を有してよい。さらに、イオン光学系220の第1の開き口314-1および第2の開き口314-2は各々、基準特徴部315Fより広い直径を有してよい。示されるように、第1の開き口314-1は、第2の開き口314-2より広い直径を有してよい。一部の実施形態において、光20Lがそこを通ってカメラ240Cに進む、イオン光学系220の追加の(例えば第4、第5などの)開き口314が設けられ、z方向に位置合わせされてもよい。
図3Cは、信号(例えば光20L)が図3Aの1つまたは複数の開き口314を通過する、図3Aに示されるチャンバ210の拡大図を示す。詳細には、図3Cは、試料プレート230が段315にないことを示している。したがって本明細書に記載される位置合わせは、試料が段315にない間に行われてよい。図3Cに示されるように光20Lは、イオン光学系220の第1の開き口314-1、第2の開き口314-2および第3の開き口314-3を通過し、その後、光20Lがカメラ240Cに到達するのを可能にする段315の部分315TPを通過する。一部の実施形態において、部分315TPは、x-y段315のベースプレート内の実質的に円形の窓(例えば、開放した開き口)であってよい。実質的に円形の窓は、光20Lが適切に集束されたとき、レーザースポット20LSPと同心であってよい。
1つまたは複数の開き口314は、先細になったチャネルを有してよい(すなわちチャネルは、複数の直径を有してよい)。例えば、第2の開き口314-2は、先細になったチャネルを有するように図3Cに示されている。しかしながら、第1の開き口314-1、第2の開き口314-2および第3の開き口314-3の各々の最小の(例えば最も狭い)直径は、x-y段315内の部分(例えば窓/チャネル)315TP の直径より広くてもよい。
一部の実施形態において、図3Bにおける基準特徴部315Fは、図3Cにおけるチャネル315TPであってもよい。したがって基準特徴部315Fは、x-y段315と共に移動することができる。特徴部315Fは、レーザースポット20LSPを所与の試料の場所の上に向けるために、段315をどこに移動させるべきかをシステムに知らせることが可能であり得る。質量中心20LSPが開き口314と同心になるように、レーザースポット質量中心20LSPを最初に、カメラ240Cを使用して開き口314と位置合わせすることができる。基準特徴部315Fがレーザースポット質量中心20LSPおよび開き口314の両方と同心になるように、段315をその後位置決めすることができる。結果として生じる段位置は、その後、元の位置(0,0)として記憶することができる。段315上に挿入された試料スライド230上の所与の場所の位置は、基準特徴部315Fの位置に対して知られているため、および基準特徴部315Fは、動作中、試料スライド230に対して移動する可能性がないため、段315は、取得のために所与の試料の場所を確実に位置決めすることができる。
図3Dは、計器10のチャンバ210の内部に存在し得るx-y段315の平面図である。図3Dに示されるように、計器10の試料スライド230は、段315の走査中心315Sに対してx方向に、および段315の前方315FFに対しておよびy方向に移動してよい。一例として、試料スライド230は、z方向に走査中心315Sと位置合わせされるように移動してよく、走査中心315Sは、光源20からの光20Lが通過し得る開放したスルーチャネル315Wを備えてよい。例えば走査中心315Sは、図3Cに示される段315の部分315TPを備えてもよい。
窓315Wは、およそ43mmの直径であってよく、これは、x-y段315の下面のはっきりとした視界を提供するのに十分な大きさである。チャネル315Pは、およそ1.0mmの直径およびおよそ4mmの長さ/深さであってよい。窓315Wもチャネル315TPも共に、円形であり得る。このような形状は、特に開き口314が使用される場合、チャネル315TPにとってとりわけ有利であり得る。
図3Eおよび図3Fは、本発明の実施形態による、カメラ240Cの視野からの、図3Aのチャンバ210内への図を示す。詳細には、図3Eおよび図3Fは、xy-段315上のノンスルーホール基準特徴部315F-1および315F-2を示している。したがってxy-段315上でスルーホールの開き口を使用するのではなく、ノンスルーホール基準特徴部315F-1および315F-2は、カメラ240Cが検出するための2つの不透明な基準特徴部を提供する。
図3Eは、ノンスルーホール基準特徴部315F-1および315F-2のいずれもイオン光学装置軸314Aに対して位置合わせされない配置を示す。図3Fは一方で、ノンスルーホール基準特徴部315F-1がイオン光学装置軸314Aに対して位置合わせされているのを示す。イオン光学装置軸314Aおよびノンスルーホール基準特徴部315F-1は、図3Eおよび図3Fにおいて、計器10の使用中は目に見えない可能性がある十字線によって強調されている。
ノンスルーホール基準特徴部315F-1および315F-2は、不透明な熱可塑性物質、例えばブラックDELRIN(登録商標)樹脂などを、xy-段315の反射性の/黒以外の金属(例えばアルミニウム)のアームにドリルで穿孔されたスルーホールに圧入し、これによりカメラ240Cが検出し易いように十分なコントラストを提供することによって実現されてよい。ノンスルーホール基準特徴部315F-1は、図3Fにおいて位置合わせされる唯一の基準特徴部であるが、任意の数の任意の種類の形状のノンスルーホール基準特徴部のいかなる配置も使用することができる。さらに、複数のノンスルーホール基準特徴部を使用することによって、角度補正を行うことも可能になる。
ノンスルーホール基準特徴部315F-1および315F-2は、光学的に不透明であるため、それらは、xy-段315をレーザースポット20LSPに直接位置合わせするのに必ずしも使用されない。レーザースポット20LSPは代わりに、イオン光学装置開き口(複数可)314-1/314-2の中心と位置合わせされてよい。xy-段315は、イオン光学装置開き口(複数可)314-1/314-2の中心と別個に位置合わせされてよい。わずかな調整(オフセット)がその後行われて、スペクトル取得性能を微調整してもよい(すなわち、撮像システムによって検出されるとき、最良の品質の信号/結果は、上記に挙げた構成要素および特徴部の完全な位置合わせと必ずしも一致しない場合もある)。
図1A~図3Fを参照すると、計器10は一部の実施形態において質量分析計10Mであってよく、光源20は、質量分析計10Mのレーザー20LSであってよい。したがって、光20Lは、レーザー20LSのレーザービームを提供してよく、チャンバ210は、質量分析計10Mのイオン化チャンバを提供してよい。質量分析計10Mは、イオン化チャンバの外側に反射面312を含んでよく、反射面312は、レーザー20LSからのレーザービームをイオン化チャンバの内部の標的230Tに反射するように構成されてよい。さらにセンサ240は、レーザービームの少なくとも1つの画像を取り込むように構成されたカメラ240Cのセンサを備えてよく(例えば、レーザービーム画像の取り込みに加えて、カメラ240Cのセンサは、基準系を取り込むように構成されてよい)、プロセッサ270は、反射面312の傾斜の調整を制御して、レーザービームを標的230Tでの第1の位置から標的230Tでの第2の位置に調整するように構成されてよい。例えば、標的230Tでの第2の位置は事前に決められた位置であってよく、第1の位置は、レーザービームを調整するかどうかを判定するために、事前に決められた第2の位置と比較される測定された位置であってよい。一部の実施形態において、第1および第2の位置は、横切ったピクセルの質量中心/数によって互いに関係付けられてよい。
本明細書に記載される方法(複数可)は、質量分析系に対して使用されてよい。例えば、レーザー20LSの焦点を変えることによってレーザースポット20LSPのサイズを制御する際、ユーザを隔離するのが望ましい場合がある。しかしながら、ユーザをプロセスから隔離するのが望ましい任意のシステム/計器が、この方法(複数可)を使用する場合がある。そのようなプロセスは、安全性および品質の理由のために、ユーザの保護を問題にする高い真空圧、高圧および危険を伴うレーザーエネルギーを伴う可能性がある。追加として、または代替として、そのようなプロセスは、危険を伴う蒸気、または汚染物質の封じ込め、または汚染物質からの保護が望ましい他の物質の使用を伴う場合もある。
図4A~図4Hは、計器10を動作させるための一例の方法のフローチャートを示す。一部の実施形態において、図2Cのメモリ290は、プロセッサ(複数可)270によって実行される際、プロセッサ(複数可)270に図4A~図4Hのうちのいずれかの方法(複数可)を実行させるコンピュータ可読プログラムコードを中に含む非一時的コンピュータ可読記憶媒体であってよい。
図4Aを参照すると、方法は、光源20を計器10の内部にある標的230Tに対して位置合わせするための方法を含んでよい。詳細には、図4Aに示される方法は、光源20からの光20Lを、閉鎖され、かつ真空圧下にある(ブロック410、415)チャンバ210内の標的230Tに提供すること(ブロック420)を含んでよい。図4Aに示される方法はその後、チャンバ210が閉鎖され、かつ真空圧下にある(ブロック410、415)間、センサ240で光20Lを受光すること(ブロック430)を含んでよい。図2Aに例示されるように、ブロック430の動作(複数可)は、一部の実施形態において、チャンバ210の窓210Wを通して行われてよい。さらに、方法は、センサ240からのデータを使用して、標的230Tでの(または標的に230Tに隣接する)光20Lの第1の位置を判定すること(ブロック440)、および光20Lを標的230Tでの第2の位置に調整するかどうかを判定すること(ブロック450)を含んでよい。
図4Aに示されるように、方法は、ブロック450の動作(複数可)に応じて、反射面312(および/またはレンズ311もしくは他の光学構成要素)の傾斜を調整して、光源20からの光20Lを標的230Tでの第2の位置に調整すること(ブロック460)を含んでよい。したがって、光源20は、ブロック410~460の動作に基づいて計器10の内部にある標的230Tに対して位置合わせされてよい。あるいは、反射面312(および/またはレンズ311)の傾斜の設定は、それが調整される必要がない場合(ブロック450)、例えば、標的230Tでの第1の位置がすでに第2の位置と位置合わせされている場合、または第2の位置の閾値の距離の範囲内にある場合などは維持されてもよい(ブロック470)。
本明細書で考察されるように、光源20は、一部の実施形態において、UVレーザー20LSを備えてよい。したがって光20Lを提供する(ブロック420)動作(複数可)は、UVレーザー20LSからの光20Lを、UVレーザー20LSからの光20Lを標的230Tに反射する、チャンバ210の外側の反射面312に提供する(例えば発射する)ことを含んでよい。反射面312の傾斜を調整する(ブロック460)動作(複数可)がこれにより行われて、UVレーザー20LSからの光20Lを標的230Tでの第2の位置に調整してよい。詳細には、光20Lは、反射面312に入射する光であり、位置合わせされていない場合(ブロック450)、反射面312の傾斜を調整して(ブロック460)、標的230Tの位置/場所に対する光20Lの位置合わせを拡大することができる。
図4Bを参照すると、反射面312の傾斜を調整する(ブロック460)動作(複数可)は、標的230Tがその上にいかなる試料も含まない間に行われてよい(ブロック461)。例えば、標的230Tは、空の/テストスライドであってよい、または単に段315上の特定の場所/位置であってもよい(すなわち段315の上にスライドがない場合)。その後、図4Bの方法は、チャンバ210を開き、上に試料を有する試料スライド230を挿入することを含んでよい(ブロック480)。方法はその後、UVレーザー20LSを使用して、試料が試料スライド230上にある間、試料の試料イオン化を実行すること(ブロック490)を含んでよい。詳細には、図4Aのブロック460またはブロック470の動作(複数可)を実行した後、図4Aの位置合わせの検証/調整に使用される同一の光源20(例えばUVレーザー20LS)がその後使用されて、計器10の内部の試料イオン化を行ってよい(ブロック490)。
図4Cを参照すると、反射面312の傾斜を調整する(ブロック460)動作(複数可)は、反射面312に結合されたアクチュエータ280を使用して行われてよい(ブロック462)。ブロック462の動作(複数可)は、アクチュエータ280を電子的に方向付けて/制御して反射面312の傾斜を調整し得ることで、光20Lは標的230Tでの第2の位置に調整されることを含んでよい。さらに、一部の実施形態において、方法は、センサ240を使用することによってアクチュエータ280の動きを較正して、アクチュエータ280の前方または後方動作から生じるピクセルの移動/変化を判定する/追跡すること(ブロック463)を含んでよい。
図4Dを参照すると、反射面312の傾斜を調整する(ブロック460)動作(複数可)は、光20Lを計器10のイオン光学系220の1つまたは複数の開き口314と位置合わせすること(ブロック464)を含んでよい。例えば、ブロック464の動作(複数可)は、光20Lを開き口(複数可)314の中で中心に置く、またはそれ以外の方法で位置決めすることを含んでよい。さらに、方法は、傾斜を調整した(ブロック460/464)後、上に標的230Tを有する段315を移動させて、段315の基準特徴部315Fを光20Lおよびイオン光学系220の開き口(複数可)314と位置合わせすること(ブロック465)を含んでよい。したがって、1つまたは複数のアクチュエータ280を使用して行われてよいブロック465の動作(複数可)の後、光20Lは、開き口(複数可)314を通って基準特徴部315Fへと進む。
図4Eを参照すると、本明細書の方法(複数可)は、カメラ240Cによって取り込まれた画像におけるピクセル内での標的230T上の光20Lのサイズ(例えば幅)を判定すること(ブロック466)を含んでよい。例えばブロック466の動作(複数可)は、図3Bに示されるレーザースポット20LSPの半径または直径を求めることを含んでよい。ブロック466の動作(複数可)は、ブロック440の動作(複数可)の前、および/またはその後に行われてよい。さらに、図4Eの方法はまた、標的230T上の光20Lのサイズ(例えば幅)を調整することによって、標的230T上に光20Lを集束させること(ブロック467)を含んでもよい。例えば、所望のレーザースポット20LSPサイズが知られている/事前に決められた場合、それを、測定されたレーザースポット20LSPサイズと比較することができ、これはその後、知られている/事前に決められた所望のサイズと一致するように調整することができる。一部の実施形態において、集束させる(ブロック467)動作(複数可)は、カメラ240Cによって使用される光学装置に修正を加えることによって、および/またはカメラ240Cの解像度を高めることによって改良されてよい。
図4Fを参照すると、本明細書の方法(複数可)は、例えば計器10が質量分析計10Mである場合など、カメラ240Cを介して、試料スライド230が段315上に存在するかどうかを判定すること(ブロック418)を含んでよい。例えば、ブロック418の動作(複数可)は、カメラ240Cからのデータを使用してプロセッサ270によって行われてよい。さらに、ブロック418の動作(複数可)は、チャンバ210が閉鎖され、かつ真空圧下にあることの判定(ブロック417)に応じて行われてよい。一例として、ブロック417の動作(複数可)は、図4Aのブロック410でのはいの決定を表してよい、または図4Aでのブロック415の動作(複数可)の完了を表す場合もある。したがってブロック417および418の動作(複数可)は、一部の実施形態において、図4Aのブロック420の動作(複数可)の前に行われる場合もある。例えば、ブロック417および418の動作(複数可)は、試料スライド230が段315に存在しないことを確認するために行われる場合もあり、これは、本明細書に記載される位置合わせを行う際に望ましい場合がある。
本明細書で考察されるように、計器10は、一部の実施形態において、質量分析計10Mであってよい。したがって図4A~図4Eの方法は、質量分析計10Mのレーザー20LSを位置合わせするための方法として行われてよく、図4Fの方法は、試料スライド230が質量分析計10Mのx-y段315上に存在するかどうかを判定するための方法として行われてよい。
例えば、図4Aのブロック420の動作(複数可)は、イオン化チャンバ210が閉鎖され、かつ真空圧下にある間、レーザービームをイオン化チャンバ210内の標的230Tに反射する反射面312にレーザー20LSからのレーザービームを提供することを含んでよい。図4Aのブロック430の動作(複数可)はその後、イオン化チャンバ210が閉鎖され、かつ真空圧下にある間、カメラ240Cでレーザービームの画像(例えばレーザースポット20LSPの画像)を取り込むことを含んでよい。しかしながら、一部の実施形態において、図4Aのブロック420および430の動作は、イオン化チャンバ210が閉鎖され、かつ真空圧下にあることを必要とせずに行われる場合もある。次に、図4Aのブロック440の動作(複数可)は、カメラ240Cによって取り込まれた画像を使用して、標的230Tでの(または標的230Tに隣接する)レーザービームの第1の位置を判定することを含んでよい。さらに図4Aのブロック450の動作(複数可)は、レーザービームを標的230Tでの第2の位置に調整するかどうかを判定することを含んでよく、図4Aのブロック460の動作(複数可)は、反射面312の傾斜を調整してレーザービームを標的230Tでの第2の位置に調整することを含んでよい。
一部の実施形態において、試料プレート230上の試料(複数可)は、患者からの生体試料を含んでよく、患者の医学的評価のために、既定されたタンパク質または微生物、例えばバクテリアなどが試料中にあるかどうかを識別するために計器10によって試料の分析を実施することができる。例えば、計器10は、質量分析計10Mであってよく、分析は、取得したスペクトルに基づいて、およそ150(またはそれ以上の)の異なる既定されたバクテリアの種のいずれかが試料中にあるかどうかを識別することができる。標的質量範囲は、およそ2,000から20,000ダルトンの間であり得る。
本発明は有利には、レーザー20LS(または他の光源20)をリモート式に位置合わせすることができ、これにより位置合わせプロセスの速度を高めることができる。詳細には、位置合わせは、真空チャンバ210を開放せずに行われることで、ユーザによるイオン光学系220および位置合わせ構成要素への直接のアクセスを実現してよい。計器10から計器パネルを取り外す必要性を低減する/なくすことによって、本発明は、システムの休止時間およびユーザに対する安全性のリスクの両方を低減させることができる。
さらに、イオン光学系220が、位置合わせの間、所定の場所に留まることを可能にすることによって、本発明は、そうでなければ再度組み立てるときに生じる可能性のある潜在的な位置合わせ不良からイオン光学系220を保護し、またそうでなければイオン光学系220の取り外しの間または再挿入の間に生じる可能性のあるイオン光学系220の損傷からも保護する。従来のシステムは対照的に、レーザーの位置合わせ光学装置との直接的なユーザの相互作用を必要とする場合があり、これは、ユーザを潜在的なレーザーの安全上の危険に曝す可能性があり、またレーザービームの位置合わせ不良の危険を冒す場合もある。
従来のシステムは、レーザースポットを所望の/適切なサイズに集束させるための目標とするやり方も提供していない。しかしながら本発明の一部の実施形態は、レーザースポット20LSPのサイズを測定し、その後調整することによって、レーザースポット20LSPの集束を実現する。したがって本発明は、ユーザが、システムの他の構成要素および/または設定(すなわち計器10の構成要素または設定)を妨害することなく、レーザー20LSの位置合わせおよび/または焦点を修正する、または検証することを可能にする。
さらに、従来のシステムは、レーザービームの位置を間接的にしか捕らえることを実現しない(例えば試料スライド上の蛍光ペンインクからの蛍光を利用してビーム位置を捕らえることによって)のに対して、本発明の一部の実施形態は、カメラ240Cを介して光20Lを直接捕らえることを実現する。
以下は、本明細書に記載される方法の1つの非制限的な例である。MALDI-TOF質量分析計では、UVレーザー20LSが、試料イオン化および堆積に使用されてよい。試料上でのレーザースポット20LSPの位置合わせは、システム/計器10の適切な動作に相当な影響を及ぼす可能性がある。したがって本発明の一部の実施形態は、カメラ240Cからのデータを使用して、レーザースポット20LSPを自動的に位置合わせする/および/もしくは集束させる、ならびに/またはXY-段(または「x-y段」)315を自動的に位置合わせする。
カメラ240Cは、試料が典型的に計器10内にある場所の下の特定の場所にあってよい。XY-段315が上に何らかの試料を含む間、または上にいかなる試料も含まない間、レーザー20LSは、カメラ240Cに入射する光であるレーザービームを発射してよく、プロセッサ270は、カメラ240Cからのフィードバックを使用してレーザー20LSを位置合わせする、または集束させてよい。カメラ240Cは、イオン光学系220を捕らえ、開き口(複数可)314を識別し、イオン光学系220および開き口(複数可)314の知られた/事前に決められたサイズに基づいてレーザー20LSを位置合わせする。しかしながらすべての開き口314を識別する必要はない場合がある。例えば、開き口314-3(図3C)の識別は省略される場合もある。
レーザー20LSからのレーザービームが開き口(複数可)314内に正しく位置決めされた場合、カメラ240Cによって正しい位置が捕らえられることになる。レーザー20LSの位置合わせは、反射面312を動かすことを伴うことができ、カメラ240Cは、レーザー20LSを調整する際、リアルタイムのフィードバックを提供することができる。
レーザービームの経路20BPは、XY-段315上の標的230Tの表面に直交してよい。レーザービームはまた、開き口(複数可)314の中心を通って移動し(z方向に)、この開き口(複数可)314は、イオン光学系220の配置によって提供される一連の開き口314であってもよい。レーザービームの中心はしたがって、開き口(複数可)314の中心(複数可)および標的230T上の特定の位置/場所と同軸であってよい。この軸(例えば図3Aのz軸)の端部でレーザービームを捕らえるように構成された光学装置と共にカメラ240Cを配置することによって、およびレーザービームが通過し得る基準特徴部315FをXY-段315に組み込むことによって、レーザースポット20LSPは、比較的容易に捕らえられてよい。さらに、XY-段315の走査中心315Sは、一定である/固定されてもよく、標的230Tは、一部の実施形態において移動させることもできる。
回転可能な反射面312および集束レンズ311は、電子的かつリモート式に制御可能なアクチュエータ280と結合/適合されてよい。これらの光学構成要素(反射面312およびレンズ311)の位置はしたがって、計器10のソフトウェアによって調整することができる。標的位置および標的スポットサイズが知られている場合、カメラ240Cは、これらのアクチュエータ280と共に使用されて、レーザースポット20LSPを位置合わせし、集束させることができる。
カメラによって認識されるときのレーザースポット20LSPの位置はまずは、イオン光学開き口(複数可)314内の中心に置かれる。その後、基準特徴部315Fがレーザービームと(およびこれによりイオン光学系220とも)同心になるように、XY-段315を移動させることができる。基準特徴部315Fの位置は、段315によって保持されるスライド230上の各試料の場所に対して分かっているため、段315の位置は記憶され(例えば図2Cのメモリ290に)、段315は、位置合わせされたとみなされる。レーザー20LSはまた、カメラ240Cによって取り込まれた画像におけるピクセル内でのレーザースポット20LSPの幅を定量化することによって集束させることができる。
レーザースポット20LSPのX/Y位置(すなわち、図3A~図3Fのx方向および/またはy方向の位置)は、回転可能な反射面312(および/またはレンズ311)に結合された1つまたは複数のアクチュエータ280によって調整される。例えば一対のアクチュエータ280が反射面312に適合されてよい。さらに、レーザースポット20LSPのサイズもまた、集束レンズ311に結合された/適合されたアクチュエータ280によって調整されてよい。ユーザは、反射面312およびレンズ311に対するこのような調整を、計器10のソフトウェアを介して手動で行うことができる、または自動調整が望ましい場合、ソフトウェアが閉ループ制御スキームの一部として自動的に調整を命令する/制御することもできる。一例として、レンズ311は、スポットサイズが実質的に円形であり、かつ事前に決められた直径に実質的に近づくまで手動で調整されてよい。しかしながら一部の実施形態において、調整(複数可)は、自動で行われる場合もある。さらに、レーザースポット20LSPの楕円率の調整は、上流のレンズのx-y調整を介して行うこともできる。
一部の実施形態において、アクチュエータ280は、圧電アクチュエータであってよい。しかしながら圧電アクチュエータの精度は、所与の数のステップまたはパルスに対する物理的な位置の可変の変化のために、望ましくないほどに低くなる場合がある。これを考慮するために、所与の数のステップが命令される際に移動されるピクセルの数を数えることによって、カメラ240Cを使用して位置の圧電アクチュエータを較正することもできる。この技術は、圧電アクチュエータにとって有益であり得るが、他のタイプのアクチュエータ280、ステップモータなどにも使用されてよい。
反射面312の傾斜を推進するモータ、または他のアクチュエータ280は、後方の推進とは反対に前方に推進する際、異なるように機能することができる。したがって、多数の(例えば500~2000)の前方へのステップは同じ数の後方へのステップと等しくならない場合があるため、前方と後方の多数の地点をテストし、その後、特定の設定に戻るように試みることは難しい場合がある。しかしながら、本発明の一部の実施形態は、レーザービームの質量中心がカメラ240Cからのデータを使用して判定され得る特定の機構を提供する。詳細には、前方および後方に移動することに基づいて較正係数が提供されてよく、この較正係数を使用して、レーザービームをx方向とy方向の両方にどのように正確に調整するかを計算してよい。
例えば、図4Gは、較正係数を求めるためのフローチャートを例示している。較正係数を求める動作は、カメラ240C(または他のセンサ240)からのデータを使用して、レーザー20LSの開始位置の画像を取り込むこと(ブロック463-1)を含んでよい。アクチュエータ280/反射面312はその後、いくつかのステップだけ前方に移動されてよく(ブロック463-2)、レーザー20LSの前方位置を撮像することができ(カメラ240Cからのデータを使用して)、移動したピクセルの数を判定することができる。次に、ステップごとの前方のピクセルの数(FPPS)を計算することができる(ブロック463-3)。アクチュエータ280/反射面312を同じ数のステップだけ後方に移動させることができ(ブロック463-4)、レーザー20LSの後方位置を撮像することができ(カメラ240Cからのデータを使用して)、移動したピクセルの数を判定することができる。ステップごとの後方のピクセルの数(BPPS)をその後計算することができ(ブロック463-5)、BPPSをFPPSで割ることで、較正係数を提供することができる(ブロック463-6)。さらに、順方向でのいくつかのステップXが、いくつかのピクセルYの移動を達成した場合、逆方向での較正係数を掛けたステップXの数は、同じ数のピクセルYの移動を達成することができる(ブロック463-7)。一部の実施形態において、図4Cのブロック463は、図4Gの動作のうちの1つまたは複数を含んでもよい。
図4Hを参照すると、フローチャートは、レーザースポット20LSPを位置決めすることを提供している。そのような位置決め動作は、カメラ240C(または他のセンサ240)からのデータを使用して、レーザー20LSの位置の画像を取り込むことを(ブロック401)を含んでよい。次に、動作は、レーザービームの質量中心を突きとめること、およびレーザー20LSの位置と標的の位置との差を判定すること(ブロック402)を含んでよい。その後、動作は、(ステップごとの事前に決められたピクセルおよび較正係数(複数可)に基づいて)レーザースポット20LSPを標的位置に移動させるのに必要とされるステップの方向および数を判定すること(ブロック403)を含んでよい。その後、判定した/必要とされる数のステップだけアクチュエータ(複数可)280を移動させること(ブロック404)ができる。
カメラ240Cはまた、試料スライド230が段315上に存在するかどうかを判定するのに使用することもできる。したがって、真空内に(すなわちチャンバ210の内部に)存在するセンサの必要性を低減する/なくすことができ、これは、システム/計器10におけるワイヤの数を削減してよい。さらに、本明細書で考察される位置合わせに使用されるレーザー20LSは、試料イオン化に使用される同一のレーザー20LSであってよい。本発明はしたがって、軽微な/極端ではない追加と共に既存の構成要素を使用して、非常に有益な改良を達成してよい。
図面では、特定の層、構成要素または機構が明確にするために誇張される場合があり、点線は、そうでないことが具体的に述べられない限り、オプションの/取り外し可能な機構または動作を例示している。用語「図(FIG.)」および「図(Fig.)」は、出願および/または図面における用語「図(Figure)」と相互に入れ替え可能に使用される。しかしながら本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるように解釈されるべきではなく、むしろ、このような実施形態は、本開示が完全かつ完璧であり、本発明の範囲を当業者により完全に伝えるために提供されている。
用語「第1の」、「第2の」などは、様々な要素、構成要素、領域、層および/または区域を記述するために本明細書で使用され得るが、これらの要素、構成要素、領域、層および/または区域は、このような用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。このような用語は、1つの要素、構成要素、領域、層および/または区域を別の要素、構成要素、領域、層または区域から区別するのに単に使用されている。よって、以下で考察される「第1の」要素、構成要素、領域、層または区域は、本発明の教示から逸脱することなく、「第2の」要素、構成要素、領域、層または区域と称される場合もある。
「真下」、「下」、「底部」、「下部」、「上」、「上部」などの空間に関する用語は、図面に例示されるように、1つの要素または機構の別の要素(複数可)または機構(複数可)に対する関係性を記述するために、記述を容易にするために本明細書で使用されてよい。空間に関する用語は、図面に描かれる配向に加えて、使用中の装置の様々な配向、または動作を包含することが意図されていることを理解されたい。例えば、図面中で装置がひっくり返された場合、他の要素または機構の「下」または「真下」として記述される要素は、他の要素または機構の「上に」配向されることになる。こうして、一例の用語「下の」は、上、下および後ろの配向を包含することができる。装置はそれ以外の方法で(90°回転された、または他の配向で)配向される場合もあり、本明細書で使用される空間に関する記述語はこれに従って解釈されてよい。
用語「およそ」は、指摘される値の±20%の範囲内の数字を指している。
本明細書で使用される際、単数形の「a」、「an」および「the」は、そうでないことが明白に述べられていなければ、複数形も同様に含むように意図されている。用語「含む(includes)」、「備える(comprises)」、「含んでいる(including)」および/または「備えている(comprising)」は、本明細書で使用される場合、述べられた機構、ステップ、動作、要素および/または構成要素の存在を特定するが、1つまたは複数の他の機構、ステップ、動作、要素および/または構成要素および/またはその集合の存在または追加を除外するものではないこともさらに理解されたい。1つの要素が別の要素に「接続されている」、または「結合されている」と称される場合、それは、他の要素に直接接続させる、もしくは結合させることができる、または介在要素が存在する場合もあることを理解されたい。本明細書で使用される際、用語「および/または」は、関連する列記された項目のうちの1つまたは複数のいずれかの組合せ、およびそのすべての組合せを含む。さらに、符号「/」は、用語「および/または」と同じ意味を持つ。
そうでないことが規定されなければ、本明細書で使用されるすべての用語(技術的および科学的用語を含めた)は、本発明が属する当業者によって共通に理解されるものと同じ意味を有する。共通して使用される辞書で定義されるものなどの用語は、本明細書の文脈および関連する分野におけるそれぞれ意味と一致する意味を有するように解釈すべきであり、本明細書で明らかにそのように定義されていなければ、理想化された、または過度に形式的な意味に解釈されないことをさらに理解されたい。
一部の実施形態において、質量分析計10Mは、およそ2,000からおよそ20,000ダルトンの質量範囲である試料からイオン信号を取得するように構成される。
用語「試料」は、分析を受ける物質を指しており、広い範囲の分子量の中の任意の媒体であり得る。一部の実施形態において、試料は、バクテリアまたは真菌などの微生物の存在に対して評価される。しかしながら試料は、毒素または他の化学物質を含めた他の成分の存在に対して評価される場合もある。
用語「卓上用」は、標準的なテーブル面またはカウンタートップに適合することができる、または例えばおよそ1フィート掛ける6フィートの幅と長さの寸法を有し、典型的には1~4フィートの間の高さ寸法を有するテーブル面などのテーブル面に等しい占有面積を占めることができる比較的コンパクトなユニットを指す。一部の実施形態において、計器/システムは、28インチ~14インチ(W)x28インチ~14インチ(D)x38インチ~28インチ(H)のエンクロージャまたは筐体内にある。フライト管250は、およそ0.8メートル(m)の長さを有してよい。一部の実施形態において、これより長い、またはこれより短い長さが使用されてもよい。例えば、フライト管250は、およそ0.4mからおよそ1mの間の長さを有してよい。
上述は、本発明の例示であり、その限定として解釈されるべきではない。本発明のいくつかの一例の実施形態が記載されているが、本発明の新規の教示および利点から著しく逸脱することなく、一例の実施形態において多くの変更形態が可能であることを当業者は容易に理解するであろう。したがって、すべてのそのような変更形態は、本発明の範囲内に含まれることが意図されている。したがって上述は、本発明の例示であり、開示される特有の実施形態に限定されるように解釈されるべきではなく、開示される実施形態ならびに他の実施形態に対する変更形態も本発明の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。

Claims (20)

  1. 質量分析計のレーザーを位置合わせするための方法であって、
    前記レーザーからのレーザービームをイオン化チャンバ内の標的の場所に提供することと、
    カメラによって前記レーザービームの画像を取り込むことと、
    前記カメラによって取り込まれた前記画像を使用して前記標的の場所での前記レーザービームの第1の位置を判定することと、
    前記レーザービームを前記標的の場所での第2の位置に調整するかどうかを判定することと、
    前記レーザービームを前記標的の場所での前記第2の位置に調整することと
    を含み、
    前記カメラを介して、試料スライドが前記質量分析計のx-y段上に存在するかどうかを判定することをさらに含む、方法。
  2. 前記イオン化チャンバの端部部分は、前記標的の場所と前記カメラとの間にある窓を備え、
    前記レーザービームの前記画像を前記取り込むことは、前記イオン化チャンバの前記窓を通して、前記カメラにおいて前記レーザービームの前記画像を取り込むことを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記カメラによって取り込まれた前記レーザービームは、少なくとも1つの反射面および/またはレンズから、少なくとも1つのイオン光学装置の開き口を通って前記カメラに進む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記レーザービームの前記画像を前記取り込むことは、前記イオン化チャンバが閉鎖され、かつ真空圧下にある間、前記イオン化チャンバ内の規定された場所で前記レーザービームのレーザースポットの画像を取り込むことを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 光源と、
    前記光源の光のために標的の場所を取り囲むチャンバと、
    前記光を捕らえるように構成されたカメラである、またはそのようなカメラのセンサを備える、前記光を受光するように構成されたセンサと、
    前記センサからのデータを使用して、前記標的の場所での前記光の第1の位置を判定するように構成されたプロセッサであって、前記光を前記標的の場所での第2の位置に調整するかどうかを判定するようにさらに構成されるプロセッサと
    を備える質量分析計であって、
    前記プロセッサは、前記カメラからのデータを使用して、試料スライドが前記質量分析計のx-y段上に存在するかどうかを判定するように構成されている、質量分析計。
  6. 前記光源は、紫外線(UV)レーザーを備え、前記質量分析計は、
    前記UVレーザーからの前記光を前記標的の場所に反射するように構成された反射面と、
    前記反射面に結合され、かつ前記反射面の傾斜を調整して、前記UVレーザーからの前記光を前記標的の場所での前記第2の位置に調整するように構成されるアクチュエータとをさらに備える、請求項5に記載の質量分析計。
  7. 前記光源は、紫外線(UV)レーザーを備え、前記UVレーザーは、前記チャンバ内の試料スライド上の試料のイオン化を行うように構成され、
    前記チャンバは、真空圧下にある、請求項5または6に記載の質量分析計。
  8. 前記チャンバの端部部分は、前記標的の場所と前記センサとの間にある窓を備える、請求項5から7のいずれか一項に記載の質量分析計。
  9. 前記x-y段は、前記カメラとイオン光学系との間にある円形の開放した開き口を備えたベースプレートを有する、請求項に記載の質量分析計。
  10. 少なくとも1つの開き口を含むイオン光学系と、
    上に前記標的の場所を含む前記x-y段と
    をさらに備え、
    前記プロセッサは、前記x-y段の動きを制御して、前記x-y段の基準特徴部を前記光および前記イオン光学系の前記少なくとも1つの開き口と位置合わせするように構成されている、請求項5からのいずれか一項に記載の質量分析計。
  11. 前記光源は、前記質量分析計のレーザーを備え、
    前記光は、前記レーザーのレーザービームを含み、
    前記チャンバは、前記質量分析計のイオン化チャンバを備え、
    前記質量分析計は、反射面を備え、前記反射面は、前記レーザーからの前記レーザービームを前記標的の場所に反射するように構成され、
    前記センサは、前記レーザービームの画像を取り込むように構成されたカメラである、またはそのようなカメラのセンサを備え、
    前記プロセッサは、前記反射面の傾斜の調整を制御して、前記レーザービームを前記標的の場所での前記第2の位置に調整するように構成されている、請求項5から10のいずれか一項に記載の質量分析計。
  12. 光源を備える計器のための方法であって、
    前記光源からの光をプロセスチャンバ内の標的の場所に提供することと、
    前記光を捕らえるカメラである、またはそのようなカメラのセンサを備える、センサで前記光を受光することと、
    前記センサからのデータを使用して、前記標的の場所での前記光の第1の位置を判定することと、
    前記光を前記標的の場所での第2の位置に調整するかどうかを判定することと
    を含み、前記計器は質量分析計を備え
    前記カメラを介して、試料スライドが前記質量分析計のx-y段上に存在するかどうかを判定することをさらに含む、方法。
  13. 前記光源はレーザーを備え、
    光を前記提供することは、前記レーザーからの前記光を前記標的の場所に反射する反射面に、前記レーザーからの前記光を提供することを含み、
    前記方法は、前記反射面の傾斜を調整して、前記レーザーからの前記光を前記標的の場所での前記第2の位置に調整することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記レーザーは、紫外線(UV)レーザーを備え、
    前記反射面の前記傾斜を前記調整することは、前記標的の場所が、上にいかなる試料も含まない場所を含む間に行われ、
    前記方法は、前記UVレーザーを使用して、前記プロセスチャンバ内の試料スライド上の試料の試料イオン化を行うことをさらに含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記傾斜を前記調整することは、前記反射面に結合されたアクチュエータを電子的に方向付けて、前記傾斜を調整することを含み、
    前記方法は、前記センサを使用することによって前記アクチュエータの動きを較正して、前記アクチュエータの順方向の動作または逆方向の動作から生じるピクセルの変化を判定することをさらに含む、請求項13または14に記載の方法。
  16. 前記傾斜を前記調整することは、前記光を前記計器の荷電粒子光学系の少なくとも1つの開き口と位置合わせすることを含み、
    前記方法は、前記傾斜を調整した後、上に前記標的の場所を含むx-y段を移動させて、前記x-y段の基準特徴部を前記光および前記荷電粒子光学系の前記少なくとも1つの開き口と位置合わせすることをさらに含む、請求項13から15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記プロセスチャンバの端部部分は、前記標的の場所と前記センサとの間にある窓を備え、
    前記光を前記受光することは、前記プロセスチャンバの前記端部部分の前記窓を通して前記センサで前記光を受光することを含む、請求項12から16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記カメラによって取り込まれた画像におけるピクセル内の前記標的の場所にある前記光のサイズを判定することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  19. 前記標的の場所にある前記光の前記サイズを調整することによって、前記標的の場所に前記光を集束させることをさらに含む、請求項18に記載の方法。
  20. 前記光を前記計器のイオン光学系の少なくとも1つの開き口と位置合わせすることと、
    上に前記標的の場所を含むx-y段を移動させて、前記x-y段の基準特徴部を前記光および前記イオン光学系の前記少なくとも1つの開き口と位置合わせすることと
    をさらに含む、請求項12から19のいずれか一項に記載の方法。
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