WO2005111573A1

WO2005111573A1 - Verfahren und vorrichtung zur manipulation und analyse tropfenförmiger proben im vakuum

Info

Publication number: WO2005111573A1
Application number: PCT/EP2005/004997
Authority: WO
Inventors: Bernd Abel; Manfred Faubel; Ales Charvat; Jürgen TROE
Original assignee: MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.; Georg-August-Universität Göttingen
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2005-11-24
Also published as: DE102004022950A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Manipulation von tropfenförmigen Proben (1) mit den Schritten Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahls (2), Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls (2) in eine Folge einzelner, tropfenförmiger Proben (1), und Bewegung der Proben entlang von Bewegungsbahnen (3) beschrieben, deren Richtung von einem elektrischen und/oder magnetischen Zustand der jeweiligen Probe (1) abhängt, wobei die Erzeugung und Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls und die Bewegung der Proben (1) unter Vakuum erfolgen. Es werden auch eine Manipulationsvorrichtung (100) zur Durchführung des Verfahrens und Anwendungen des Verfahrens beschrieben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Manipulation und Analyse tropfenförmiger Proben im Vakuum

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Manipulation und Analyse tropfenförmiger Proben, wie z. B. Verfahren zur Sortierung, Anreicherung, Sammlung, Präparation und/oder Analyse flüssiger Proben, und insbesondere Verfahren zur Sortierung und se- lektiven Massenanalyse flüssiger Proben, die biologisch relevante Targetmaterialien enthalten. Die Erfindung betrifft auch ein massenspektrometrisches Analyseverfahren, insbesondere für biologisch relevante Targetmaterialien. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Manipulationsvorrichtung zur Durchführung der genannten Verfahren, wie z. B. eine Sortiervorrichtung und/oder eine massenspektrometrische Analysevorrichtung.

In der Biochemie und Medizin besteht ein Interesse an der Un- tersuchung von biologischen Materialien und deren Wechselwirkung mit anderen biologischen Materialien oder Fremdmaterialien (z. B. Markersubstanzen). Dabei müssen typischerweise eine große Anzahl von Proben analysiert werden, um gerade die Targetsubstanzen zu finden, die für bestimmte Eigenschaften der biologischen Materialien oder bestimmte Wechselwirkungen charakteristisch sind. Häufig werden die interessierenden Targetsubstanzen innerhalb eines Probenansatzes mit einer sehr geringen Konzentration gebildet, so dass vor einer Analyse eine Anreicherung der Targetsubstanzen gewünscht ist. Um dennoch innerhalb praktikabler Messzeiten zu Ergebnissen zu gelangen, wurden so genannte Hochdurchsatz-Testverfahren (Hochdurchsatz-Screening, High-Throughput-Screening) entwickelt, die für eine schnelle und selektive Erfassung von Proben optimiert sind. Ein allgemein bekanntes Hochdurchsatz-Testverfahren für biologische Zellen stellt ihre fluoreszenzbasierte Sortierung mit der so genannten FACS-Technik (FACS = Fluorescence As- sisted Cell Sorting) dar. Beim FACS-Verfahren wird eine Suspension biologischer Zellen als Flüssigkeitsstrahl in eine Messkammer injiziert. Durch eine Fluoreszenzmessung an den Zellen im Flüssigkeitsstrahl können Zellen mit bestimmten Markersubstanzen als Targets für eine nachfolgende üntersu- chung erfasst und von anderen, nicht markierten Zellen unterschieden werden. Nach einer bestimmten Wegstrecke durch die luftgefüllte Messkammer zerfällt der Flüssigkeitsstrahl in Probentropfen, von denen die Probentropfen mit den als Target erkannten Zellen elektrisch aufgeladen und mit einem elektri- sehen Feld auf eine bestimmte Bewegungsbahn zu einem Sammler abgelenkt werden. Im Ergebnis können die Target-Zellen von den nicht markierten Zellen getrennt werden.

Das FACS-Verfahren besitzt eine Reihe von Nachteilen. Erstens können nur Probentropfen mit einem relativ großen Durchmesser (> 100 μm) ausreichend genau selektiv geladen und abgelenkt werden. Wegen dieser Größenbeschränkung ist das FACS- Verfahren oft bei biologischen Materialien nicht anwendbar, die eine besonders geringe Größe besitzen, wie z. B. Viren, Zellbestandteile oder Biomoleküle, und/oder die in einer besonders geringen Konzentration bereitgestellt werden. Wenn Probentropfen mit einem Durchmesser von z. B. 100 μm gesammelt werden, die jeweils ein markiertes DNA-Molekül enthalten, würde für die weitere Untersuchung der gesammelten DNA- Moleküle eine Anreicherung oder Konzentration erforderlich sein. Ein weiterer Nachteil des FACS-Verfahrens besteht in der Beschränkung auf eine relativ niedrige Arbeitsfrequenz von rund 10 kHz. Die Erzeugung von 10.000 Probentropfen pro Sekunde kann zwar für die Sortierung biologischer Zellen ausreichend sein. Probleme ergeben sich jedoch wiederum bei der Manipulation und Analyse von Proben mit besonders gering konzentrierten oder besonders kleinen Targetsubstanzen.

Es sind auch Elektrospray-Verfahren bekannt, bei denen Probentropfen unregelmäßig verteilt in Aerosolen erzeugt werden. Wegen der unregelmäßigen Verteilung ist eine Manipulation und Analyse von Probentropfen nur beschränkt möglich. Außerdem können die Elektrospray-Verfahren nur in einer Umgebung er- höhten Druckes, die ein Wärmebad bildet und in der Stöße mit Gasatomen erfolgen, oder mit Flüssigkeiten durchgeführt werden, die bei reduziertem Druck nicht einfrieren.

Die genannten Probleme treten nicht nur bei Hochdurchsatz- Testverfahren für biologische Materialien, sondern auch bei nicht-biologischen, synthetischen Substanzen auf, die im Rahmen eines chemisch-technologischen Verfahrens präpariert und/oder analysiert werden sollen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Manipulation und/oder Analyse flüssiger Proben, mit dem die Nachteile herkömmlicher Hochdurchsatz-Testverfahren überwunden werden und das insbesondere die selektive Manipulation kleinerer Proben mit größeren Arbeitsgeschwindigkeiten ermöglicht. Die Aufgabe der Erfindung besteht auch in der Bereitstellung verbesserter Manipulationsvorrichtungen für flüssige Proben, die sich insbesondere für die Manipulation und/oder Analyse kleinerer Proben mit höheren Arbeitsgeschwindigkeiten eignen.

Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Vorrichtungen mit den Merkmalen entsprechend den Patentansprüchen 1 und 19 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Verfahrensbezogen basiert die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, in einem Vakuum flüssige Probentropfen aus einem Flüssigkeitsstrahl zu bilden und in Abhängigkeit von ihrer elektrischen Ladung und/oder ihren magnetischen Eigenschaften auf vorbestimmte Bewegungsbahnen zu lenken. Im Un- ^■ terschied beispielsweise zum FACS-Verfahren erfolgen die Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls, seine Umwandlung in eine Folge von tropfenförmigen Proben und deren Ablenkung auf die spezifischen Bewegungsbahnen im Vakuum, insbesondere in einer evakuierten Kammer. Erfindungsgemäß ist kein Elektrospray- Verfahren vorgesehen. Die Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls bedeutet, dass im Gegensatz zu Elektrospray-Verfahren eine gerade, linienförmige Folge von tropfenförmigen Proben gebil- det wird. Die Proben bewegen sich zuerst ohne die Wirkung von Ablenkfeldern entlang einer geraden Linie. Die lineare Anordnung von tropfenförmigen Proben ist vorzugsweise monodispers, d. h. die Abstände, Größe und Geschwindigkeit der tropfenförmigen Proben sind im Wesentlichen konstant. Die Manipulation der als Folge geordneten Probentropfen unter Vakuumbedingungen ist technisch deutlich schwieriger, hat aber den Vorteil, dass der Flüssigkeitsstrahl ohne Stabilitätsverlust mit einem erheblich geringeren Durchmesser erzeugt werden kann, als dies unter Atmosphärenbedingungen der Fall ist. Es können beispielsweise Strahldurchmesser von 5 μm bis 50 μm oder weniger realisiert werden. Entsprechend besitzen nach der Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls in die Folge von Einzelproben (Tröpfchen) diese einen im Vergleich zur Tropfenerzeugung unter Atmosphärenbedingungen erheblich verminderten Durchmes- ser. Der Durchmesser der Proben beträgt mindestens 1 μm, vorzugsweise mindestens 5 μm. Eine gesuchte Targetsubstanz kann im einzelnen Probentropfen eine höhere Konzentration besitzen, so dass mit der erfindungsgemäßen Technik vorteilhafterweise die Sortier- oder Anreicherungseffektivität erheblich gesteigert wird. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Manipulation tropfenförmiger Proben im Vakuum ergibt sich aus der hohen Injektionsgeschwindigkeit, die eine erheblich gesteigerte Zahl der pro Zeiteinheit erzeugten Proben und damit eine er- heblich gesteigerte Arbeitsfrequenz des Manipulationsverfahrens ermöglicht. Im Unterschied zu den herkömmlichen FACS- Techniken können Tropfenfolgen mit Frequenzen im MHz-Bereich, z. B. bis 10 MHz erzeugt werden. Durch die vergrößerte Arbeitsfrequenz kann die Effektivität von Hochdurchsatz- Testverfahren um mehrere Größenordnungen gesteigert werden.

Allgemein wird der Flüssigkeitsstrahl aus einer Trägerflüssigkeit gebildet, die mindestens ein vorbestimmtes Material im gelösten oder suspendierten Zustand enthält und im Vakuum Tropfen bildet. Je nach Anwendungsfall repräsentiert dieses

Material in seiner Gesamtheit die gesuchte Targetsubstanz, so dass jeder Tropfen, der das Material enthält, auf eine bestimmte Bewegungsbahn gelenkt wird. Alternativ repräsentieren nur bestimmte z. B. mit einem Farbstoff oder einem magneti- sehen Material (z. B. mit magnetischen Beads) markierte Teile dieses Materials die Targetsubstanz, so dass jeder Tropfen mit dem markierten Material auf die gewünschte Bewegungsbahn gelenkt wird.

Die erfindungsgemäße Tropfenmanipulation im Vakuum besitzt den weiteren Vorteil, dass eine Kombination mit weiteren Präparations- oder Analyseschritten im Vakuum vereinfacht wird. Beispielsweise können Proben mit gesuchten Targetsubstanzen, die aufgrund ihres elektrischen oder magnetischen Zustandes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus der Tropfenfolge abgelenkt wurden, einer schonenden Trennung der Targetsubstanz von der umgebenden Flüssigkeit unterzogen werden. Eine Desol- vatation oder Flüssigkeitsdesorption ist insbesondere für die Analyse von Proben von Vorteil, die biologisch relevante Tar- getsubstanzen enthalten und für eine folgende massenspektro- metrische Untersuchung vorbereitet werden sollen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Tropfenmanipulati- on und/oder -analyse in einer evakuierten Kammer besteht in der erhöhten Betriebssicherheit. Es können keine Schwebeteilchen an die Umgebungsluft abgegeben werden. Bei der Probenmanipulation können keine Aerosole in der Luft erzeugt werden, was wiederum bei der Bearbeitung von biologischen Proben, wie z. B. Viren, Zellen, Phagen und dgl. einen wichtigen Vorteil repräsentiert .

Allgemein kann der magnetische Zustand eines Probentropfens dadurch gegeben sein, dass der Probentropfen magnetische Par- tikel, z. B. Beads enthält, die über Antikörperreaktionen an bestimmte gesuchte Biomaterialien gebunden sind.

Allgemein kann die elektrische Ladung eines Probentropfens dadurch gegeben sein, dass Probentropfen durch eine Aufla- düng infolge eines elektrokinetischen Effekts bei der Bewegung der Flüssigkeit durch die Düse eine Nettoladung besitzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass der Ladungszustand der einzelnen Proben durch eine aktive elektrische, vorzugsweise kapazitive Aufla- düng eingestellt wird. Die Aufladung umfasst eine Aufbringung elektrischer Ladungen auf die Proben. Die Erfinder haben festgestellt, dass der Flüssigkeitsstrahl und seine Umwandlung in die einzelnen Probentropfen im Vakuum mit einer derart hohen räumlichen und zeitlichen Stabilität realisiert werden können, dass mit einer Ladeeinrichtung die aktive Aufladung durch die Übertragung eines elektrischen Ladestroms auf die Probentropfen erreicht werden kann. Die aktive elektrische Aufladung der Proben besitzt den Vorteil, dass große Ladungsmengen (z. B. mehr als 10³ Elementarladungen) auf ein- zelne Tropfen aufgebracht werden können. Damit wird die nachfolgende ladungsabhängige Ablenkung der Proben auf verschiedene Bewegungsbahnen ermöglicht.

Mit der Ladeeinrichtung wird ein Stromkreis gebildet, der in der Phase der Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls in die Folge von Probentropfen (Abriss eines Tropfens) in einem betrachteten Zeitpunkt von genau einem sich in Ablösung vom Flüssigkeitsstrahl befindlichen Probentropfen kapazitiv aufgeladen wird. Der_. sich ablösende Tropfen bildet im Stromkreis der Ladeeinrichtung eine Kapazität, die für die Verweilzeit des Tropfens im Stromkreis aufgeladen wird. Vorteilhafterweise ermöglicht der erfindungsgemäße Betrieb im Vakuum, sowohl den Zeitpunkt der Aufladung als auch die Verweilzeit mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit festzustellen, so dass entsprechend der Ladungszustand der einzelnen Proben mit hoher Genauigkeit einstellbar ist.

Gemäß einer ersten Variante erfolgt die Einstellung des La- dungszustandes ausschließlich in unmittelbarer Abhängigkeit von der Probenzusammensetzung. Ein Probentropfen, der ausschließlich aus der Trägerflüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls besteht, besitzt eine andere Leitfähigkeit, als eine Probe, die eine bestimmte Targetsubstanz, wie z. B. ein biologisch relevantes Makromolekül, eine Zelle, eine Phage oder dgl. enthält. Entsprechend unterscheiden sich in dem genannten Stromkreis die Ladeströme während der Verweilzeit in der Ladeeinrichtung, so dass im Ergebnis die Tropfen mit der gesuchten Targetsubstanz eine andere Ladung besitzen als die reinen Flüssigkeitstropfen.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung erfolgt jedoch zunächst eine Messung der Probenzusammensetzung und dann die Aktivierung der Ladeeinrichtung in Abhängigkeit vom Messer- gebnis. Vorteilhafterweise kann damit die Genauigkeit und Selektivität der Erfassung bestimmter Targetsubstanzen verbessert werden. Vorteilhafterweise kann die Messung der Probenzusammensetzung am stabilen Flüssigkeitsstrahl vor dessen Um- Wandlung in die einzelnen Tropfen erfolgen. Wenn an mindestens einem definierten Messort das Vorbeitreten einer Targetsubstanz gemessen wird, kann der Zeitpunkt des Vorbeitritts des Tropfens an der Ladeeinrichtung ausreichend genau festgestellt werden, so dass genau der Tropfen, der die Target- Substanz enthält, kapazitiv mit dem gewünschten Ladestrom aufgeladen werden kann.

Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Messung am Flüssigkeitsstrahl eine optische Messung um- fasst, können sich die folgenden Vorteile ergeben. Die optische Messung ist berührungslos, so dass der Flüssigkeitsstrahl unbeeinflusst bleibt. Des weiteren sind, insbesondere aus der analytischen Biochemie zahlreiche optische Messverfahren bekannt, die problemlos in Kombination mit dem erfin- dungsgemäßen Manipulationsverfahren angewendet werden können. Besonders bevorzugt wird mindestens eine Fluoreszenz- oder Absorptionsmessung durchgeführt, da dies eine hohe Selektivität bei der Erkennung von Targetsubstanzen in der Flüssigkeit ermöglicht.

Die Umwandlung des injizierten Flüssigkeitsstrahls in die Folge von miteinander korrelierten Probentropfen erfolgt durch eine Tropfenabschnürung. Es erfolgt ein sog. Rayleigh- Zerfall des Flüssigkeitsstrahls im Vakuum. Bei einer passiven Umwandlung des Strahls in die Tropfen werden der Zeitpunkt der Tropfenabschnürung und damit (bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit) der Abstand der Tropfenabschnürung vom Injektionsort durch strömungsdynamische Vorgänge festgelegt und vorteilhafterweise durch Betriebsparameter, wie z. B. die Strömungsgeschwindigkeit, die Viskosität der Flüssigkeit und den Durchmesser des Flüssigkeitsstrahls definiert. Auch wenn dies für bestimmte Anwendungen der Erfindung bereits ausreichend ist, erfolgt gemäß einer besonders bevorzugten Ausfüh- rungsform im Flüssigkeitsstrahl eine aktive Umwandlung mit einer Druckmodulation mit einer vorbestimmten Modulationsfrequenz. Die Druckmodulation ergibt eine Wellenbewegung im Flüssigkeitsstrahl. Durch diese Wellenbewegung werden vorteilhafterweise der Ort der Tropfenabschnürung und die Fre- quenz der Umwandlung des Strahls in die Tropfen definiert festgelegt. Vorteilhafterweise können damit die Größe (Durchmesser d) und der Abstand (etwa 2d) der Einzeltropfen mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit eingestellt werden. Die Einstellung der Tropfengröße wirkt sich wiederum auf die definierte aktive Aufladung der Tropfen mit der Ladeeinrichtung aus.

Die ladungsabhängige Ablenkung der Proben auf verschiedene Bewegungsbahnen erfolgt allgemein in einem elektrischen Ab- lenkfeld. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrisches Gleichspannungs-Ablenkfeld vorgesehen. Vorteilhafterweise kann das Gleichspannungs-Ablenkfeld fest eingestellt bleiben, eine zusätzliche Steuerung des Ablenkfeldes kann vermieden werden.

Eine Trägerflüssigkeit ist des Flüssigkeitsstrahls ist vorzugsweise Wasser, eine organische Lösung (zum Beispiel Alkohol), eine wässrige Lösung (zum Beispiel eine Salzlösung), oder eine wässrige Lösung einer organischen Verbindung. Für eine effektive Aufladung der Proben innerhalb der kurzen Verweilzeit an der Ladeeinrichtung (Sub-μs-Bereich) wird zur Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls vorzugsweise eine Trägerflüssigkeit verwendet, deren Leitfähigkeit der Leitfähigkeit von 0.1M ... 0.2M NaCl-Lösung entspricht. Wenn die Leitfähigkeit der physiologischen Kochsalzlösung eingestellt wird, ergeben sich besondere Vorteile für die Manipulation von Proben mit biologischen Targetsubstanzen, wie z. B. biologischen Zellen oder Zellbestandteilen, da diese im Flüssigkeitsstrahl und im Probentropfen physiologische Lebensbedingungen vorfinden. Außerdem ermöglicht diese Leitfähigkeit ein besonders schnelles Aufladen der Tropfen, so dass ein Betrieb mit einer Tropfenfolgefrequenz von 1 MHz erreicht werden kann. Bei kleineren Tropfenfolgefrequenzen, z. B. im kHz-Bereich können geringere Leitfähigkeiten eingestellt werden.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Leitfähigkeit durch einen schaltbaren Zugang zu der zur Düse führenden Flüssigkeitsleitung eingestellt wird. Durch den mit einem Ventil schaltbaren Zugang kann bei Bedarf zeitweilig eine Salzlösung mit einer vorgebbaren Konzentration der Trägerflüssigkeit zugesetzt werden.

Wenn gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wenigs- tens eine der Bewegungsbahnen, auf die die Probenpartikel in Abhängigkeit von ihrer Ladung gelenkt werden, zu einer Sammeleinrichtung führt, ergeben sich Vorteile für ein effektives Sortieren und Anreichern von Targetsubstanzen in der Sammeleinrichtung. Die gesuchten TargetSubstanzen, die bei- spielsweise vor dem erfindungsgemäßen Manipulationsverfahren in einer ml-Probe mit einer extrem geringen Konzentration vorliegen, werden einzeln als Mikrotropfen aus der Folge von Probentropfen abgelenkt und gesammelt. In der Sammeleinrichtung ergibt sich entsprechend eine erheblich höhere Konzent- ration der Targetsubstanz.

Gemäß einer Modifikation der Erfindung kann eine gezielte Desorption/Ionisation der Probentropfen vorgesehen sein, um die Targetsubstanz im Probentropfen für eine nachfolgende massenspektrometrische Analyse vorzubereiten.

Eine weitere bevorzugte Anwendung der Erfindung kann reali- siert werden, wenn wenigstens eine der Bewegungsbahnen zu einer Analysatoreinrichtung zur weiteren Analyse der Zusammensetzung oder Beschaffenheit der Targetsubstanz in der Probe führt. Die Analysatoreinrichtung ist vorzugsweise ein Mas- senspektrometer. Bei der Kombination der erfindungsgemäßen Probenmanipulation mit einer massenspektrometrischen Analyse wird vorteilhafterweise eine besonders schonende Probenpräparation im Vakuum unmittelbar vor der Analyse erreicht.

Ein massenspektrometrisches Untersuchungsverfahren, bei dem Proben mit dem erfindungsgemäßen Manipulationsverfahren in einem Vakuum bereitgestellt und anschließend massenspektro- metrisch analysiert werden, stellt einen unabhängigen Gegenstand der Erfindung dar.

Vorrichtungsbezogen basiert die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, eine Vorrichtung zur Manipulation tropfenförmiger Proben mit einer Injektionseinrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahls und einer Ablenkeinrichtung zur Ablenkung von Probentropfen bereitzustellen, die aus dem Flüs- sigkeitsstrahl gebildet werden, wobei die Injektions- und Ablenkeinrichtungen in einem evakuierbaren Raum angeordnet sind. Der evakuierbare Raum umfasst eine eigenständig evakuierbare Vakuumkammer oder eine Kammer, die beim Anschluss an eine weitere Vakuumeinrichtung mit dieser evakuierbar ist. Neben den oben genannten Vorteilen für die Präparation von

Mikrotropfen mit einer hohen Folgefrequenz besitzt die Manipulationsvorrichtung den weiteren Vorteil, mit Analyseeinrichtungen, die eine Präparation der zu analysierenden Probe unter Vakuumbedingungen erfordern, wie z. B. Massenspektrome- tern kompatibel zu sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Manipulationsvorrichtung mit einer ebenfalls im Vakuum angeordneten Aufladeeinrichtung ausgestattet, mit der die sich vom Flüssigkeitsstrahl ablösenden Probentropfen elektrisch aufladbar sind. Die Aufladeeinrichtung weist vorzugsweise eine Ladeelektrode auf, in deren Feld sich die ablösenden Pro- bentropfen für eine bestimmte Verweilzeit befinden. Wenn die Ladeelektrode z. B. als Ring oder als Blende kreisförmig abgebildet ist, können sich Vorteile für die effektive Leitung des Ladestroms auf den Probetropfen ergeben. Der Innendurchmesser der .Ladeelektrode und der Außendurchmesser des mit der Injektionseinrichtung erzeugten Flüssigkeitsstrahls können mit hoher Präzision derart gewählt werden, dass sich der Flüssigkeitsstrahl oder der sich vom Flüssigkeitsstrahl lösende Probetropfen ungestört durch die Ladeelektrode bewegen kann. Der Innendurchmesser der Ladeelektrode ist vorzugsweise rd. 3-fach oder mehrfach größer als der Außendurchmesser des Flüssigkeitsstrahls, für einen Strahldurchmesser von 10 μm beträgt der Elektrodendurchmesser zum Beispiel rd. 40 μm bis 50 μm.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung ist diese mit einer Messeinrichtung zur Erfassung einer stofflichen Zusammensetzung oder zur Detektion mindestens einer Targetsubstanz in dem Flüssigkeitsstrahl oder der Probe ausgestattet. Vorteil- hafterweise kann die Messeinrichtung ebenfalls in der Vakuumkammer angeordnet sein, so dass sich ein besonders kompakter Aufbau der Manipulationsvorrichtung ergibt. Wenn die Messeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwischen der Injektionseinrichtung und der Aufladeeinrichtung angeordnet ist, können vorteilhafterweise Detektionen von mindestens einer Targetsubstanz erfolgen, während sich diese noch im Flüssigkeitsstrahl befindet. Dabei können sich Vorteile für eine hohe Messgenauigkeit und eine hohe Selektivität bei der Ansteuerung der Aufladeeinrichtung ergeben.

Besondere Vorteile insbesondere für die effektive Lösung von Screening-Aufgaben bei Hochdurchsatz-Testverfahren ergeben sich, wenn die Messeinrichtung mehrere Messstationen zur Fluoreszenzmessung bei verschiedenen Anregungswellenlängen umfasst. Es können beispielsweise zwei oder mehr Anregungswel- lenlängen verwendet werden, um Targetsubstanzen zu detektie- ren, die sich beispielsweise durch die gleichzeitige Ankopp- lung von zwei oder mehr Markersubstanzen auszeichnen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine erhebliche Steigerung der Selektivität bei einer fluoreszenzbasierten Probensortierung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Messeinrichtung und die Ladeeinrichtung bilden vorzugsweise einen Regelkreis. Das Ergebnis der Fluoreszenzmessung wird mit vorbestimmten Referenzwerten verglichen. Wenn der Vergleich positiv eine Übereinstimmung ergibt, wird die Aufladeeinrichtung betätigt, so dass nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit, in der die Targetsubstanz den Weg von der Messstation zur Aufladeeinrichtung durchläuft, gerade der Probentropfen aufgeladen werden kann, der die detektierte Targetsubstanz enthält. Wenn der Vergleich negativ keine Ü- bereinstimmung ergibt, kann die Flüssigkeit bzw. der entstehende Probentropfen die Aufladeeinrichtung ohne eine elektrische Aufladung passieren. Wenn die Messeinrichtung mehrere Messstationen z. B. zur Fluoreszenzmessung enthält, kann im Regelkreis vorteilhafterweise die Ladeeinrichtung in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Verknüpfung von Fluoreszenzsignalen betätigt werden.

Wenn die Messeinrichtung im Vakuum einen Beleuchtungs- Lichtleiter oder einen fokussierten Laser mit einer Optik zur Strahlführung und ein CCD-Detektorelement aufweist, kann vorteilhafterweise ein besonders kompakter Aufbau realisiert werden. Wenn mit der Messeinrichtung mehrere Messstationen realisiert werden, können auf engstem Raum mehrere Beleuchtungs-Lichtleiter und eine CCD-Zeile oder -Matrix vorgesehen sein. Die Messung erfolgt am kontinuierlichen Teil des Flüssigkeitsstrahles, vorzugsweise in der Nähe der Düse.

Die Injektionseinrichtung der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Düse, deren Austrittsende in die Vakuumkammer ragt. Allgemein kann jede Düse verwendet werden, die für die Erzeugung eines stabilen Flüssigkeitsstrahls verwendbar ist. Die Düse umfasst bei- spielsweise eine sogenannte Plättchendüse, bei der die Trägerflüssigkeit von einem unter Druck stehenden Düsenreservoir durch eine Platte mit einer Austrittsöffnung in die Vakuumkammer gepresst wird. Besonders bevorzugt werden Düsen verwendet, die in DE 103 08 299.9 und DE 10 2004 003 854.6 be- schrieben sind, deren Inhalt in Bezug auf den Aufbau der Düsen, deren Betrieb und deren Ankopplung an ein Flüssigkeitsreservoir vollständig in die vorliegende Beschreibung einbezogen wird.

Zur Erzeugung von Probentropfen mit einem definierten Abstand vom Austrittsende der Injektionseinrichtung und mit einer definierten Tropfengröße ist die Düse vorzugsweise mit einem Modulator zur Aufprägung der oben beschriebenen Druckmodulation ausgestattet. Wenn als Modulator ein piezoelektrischer Druckgeber verwendet wird, können sich Vorteile für einen kompakten Aufbau und eine einfache Steuerung der Druckmodulation ergeben.

Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Manipulationsvorrichtung mit wenigstens einer der folgenden Komponenten ausgestattet, auf die die ladungsabhängige Bewegungsbahn der Proben gerichtet werden kann. Als Komponente zur Probenaufnahme kann wenigstens eine Sammelein- richtung in Gestalt eines Gefäßes vorgesehen sein. In einer bevorzugten Variante ist das Gefäß wie ein Probensammler gemäß DE 102 42 622.8 gebildet, so dass sich Vorteile für eine rückstromfreie Aufnahme der Proben und eine Entnahme unter Atmosphärendruck ergeben können. Als Folgekomponente kann ferner eine Analysatoreinrichtung, wie z. B. ein Mas- senspektrometer vorgesehen sein. In diesem Fall dient die Manipulationsvorrichtung als Präparations- oder Ladestation (Injektionsstation) für das Massenspektrometer . Des weiteren kann als Folgekomponente eine Desorptionseinrichtung zur schonenden Trennung der Targetsubstanz von der Trägerflüssigkeit vorgesehen sein.

Ein mit der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung ausgestattetes Massenspektrometer stellt einen unabhängigen Ge- genstand der vorliegenden Erfindung dar.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Illustration einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung, Figur 2: eine Illustration einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung, und

Figur 3: ein Massenspektrometer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Eine erfindungsgemäße Manipulationsvorrichtung 100 mit einer elektrischen Probenablenkung umfasst gemäß Figur 1 eine Vaku- umkammer 20 mit einer Injektionseinrichtung 10, mit der ein Flüssigkeitsstrahl 2 in die Vakuumkammer 20 injizierbar ist. Die Vakuumkammer 20, deren Wände schematisch als Rechteck gezeigt sind, kann allgemein wie jede an sich bekannte evakuierbare Kammer aufgebaut sein. In der Vakuumkammer 20 herrscht vorzugsweise ein Druck, der im Bereich von 2 * 10^~2 mbar bis 10^"6 bar gewählt ist. Die Injektionseinrichtung 10 enthält eine Hochdruck-Mikrodüse mit einem Ausgangsdurchmesser von 5 μm bis 20 μm, mit der bei einem Arbeitsdruck von z. B. einigen bar bis 10 bar der Flüssigkeitsstrahl 2 erzeugt wird. Die Trägerflüssigkeit ist eine wässrige Salzlösung, wie z. B. eine physiologische Kochsalzlösung. Die Trägerflüssigkeit enthält als Targetsubstanz z. B. biologische Zellen oder Phagen, von denen bestimmte, gesuchte Zellen oder Phagen in ihrer Zellmembran oder Außenhülle selektiv mit einer Marker- Substanz (z. B. für Fluoreszenzanregungen oder mit einem magnetischem Marker) markiert sind. Im engeren Sinne stellt die jeweilige Markersubstanz die gesuchte Targetsubstanz dar.

Der Flüssigkeitsstrahl 2 wandelt sich nach dem Durchlauf ei- ner Zerfallsstrecke L in eine Folge von tropfenförmigen

Proben 1 um. Jede Probe ist ein mikroskopisch kleiner, in der Regel kugelförmiger Körper, den die Trägerflüssigkeit unter der Wirkung von Kohäsion und Oberflächenspannung bildet. Un- mittelbar am Ort der Umwandlung in die Proben 1 befindet die kreisförmige Ladeelektrode 41 der Ladeeinrichtung 40.

Die Ladeeinrichtung 40 ist so angeordnet, dass die Träger- flüssigkeit die Ladeelektrode 41 berührungslos passiert, wenn sich ein Tropfen 1 gerade vom Flüssigkeitsstrahl abtrennt. In diesem Fall wird ein Stromkreis, der die Ladeelektrode 41, die Spannungsquelle 42 und die Injektionseinrichtung 10 mit dem Flüssigkeitsstrahl 2 enthält, kapazitiv aufgeladen. Der in diesem Stromkreis auf den sich abschnürenden Tropfen fließende Ladestrom (z. B. 10⁴ Elementarladungen) hängt vom Tropfchenradius und von der Leitfähigkeit des Tropfens im Moment des Abschnürens ab, wobei die Leitfähigkeit durch die Zusammensetzung des Tropfens bestimmt wird. Bei dieser Vari- ante der Erfindung wird die Tropfenladung somit unmittelbar durch die Tropfenzusammensetzung festgelegt.

In Abhängigkeit von der elektrischen Ladung der Proben 1 werden diese in der Ablenkeinrichtung 30 zwischen zwei platten- förmigen Ablenkelektroden 31 im Gleichspannungs-Ablenkfeld 32 auf bestimmte Bewegungsbahnen 3, 4 gelenkt, die zu verschiedenen Sammeleinrichtungen 60 führen. Der Abstand der Ablenkeinrichtung 30 von der Ladeeinrichtung 40 beträgt wenige cm. Die Abstände und Längen der Ablenkelektroden 31 liegen im cm- Bereich. Die Spannung zwischen den Ablenkelektroden 31 beträgt z. B. 1 kV oder mehr, z. B. bis zu einigen kV. Die Sammeleinrichtungen 60 sind Auffangbehälter (so genannte Skimmer) , wie sie in die DE 102 42 622.8 beschrieben sind.

Die Geschwindigkeit der Trägerflüssigkeit bei der Injektion in die Vakuumkammer 20 ergibt sich aus dem Arbeitsdruck p₀ der Mikrodüse und der Massendichte p gemäß v = (2po/p)¹² . Die Geschwindigkeit liegt z. B. im Bereich von 20 bis 100 m/s, wobei der Durchmesser d des Flüssigkeitsstrahls 2 im Be- reich von z. B. 5 μm bis 30 μm gewählt ist. Die Zerfallslänge L ergibt sich gemäß L = v " T « 3.0 ^• v (pd³/σ)¹², wobei T die Zerfallszeit und σ die Oberflächenspannung in den Proben 1 repräsentieren. Die Zerfallslänge L beträgt z. B. 5 mm. Die Proben 1 besitzen einen Durchmesser D, der sich gemäß D » 1.89d ergibt, wobei die Probenabstände λ » 4.5d betragen (siehe z. B M. Faubel in "Adv. Series in Physical Chemis- try", Hrsg. C.-Y. Ng, World Scientific, Singapur 2001, Bd. 10A, Kapitel 12, S. 634). Die Folgefrequenz der Tropfen liegt zum Beispiel im MHz-Bereich.

Eine erfindungsgemäße Manipulationsvorrichtung mit einer magnetischen Probenablenkung ist analog wie die Manipulationsvorrichtung in Figur 1 aufgebaut, wobei dann auf die Ladeein- richtung 40 verzichtet werden kann und die Ablenkeinrichtung durch einen permanenten oder elektrischen Magneten mit einem homogenen oder inhomogenen Magnetfeld ersetzt ist.

Figur 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Manipulationsvorrichtung 100, bei der die Düse 11 der Injektionseinrichtung 10 mit einem Druckmodulator 12 ausgestattet ist und die Ladeeinrichtung 40 im Rahmen einer Regelung in Abhängigkeit von einem Messsignal einer Messeinrichtung 50 betätigt wird.

Der Druckmodulator 12 umfasst einen piezoelektrischen Kristall, wie er z. B. von H.-B. Lin et al. in "Rev. Sei. Instr.", Bd. 61, 1990, S. 1018 beschrieben ist. Der piezoelektrische Kristall wird mit einem hochfrequenten Anregungs- signal angesteuert und verursacht Druckschwankungen im

Flüssigkeitsstrahl, die der Anregungsfrequenz folgen. Die Anregungsfrequenz (rd. 1 MHz) ist gleich der sogenannten Ray- leigh-Frequenz, die umgekehrt proportional zum Abstand λ der Probentropfen 1 ist. Die Druckmodulation verbessert die Stabilität und Reproduzierbarkeit der Tröpfchenerzeugung im Vakuum und insbesondere der Größen L (Zerfallslänge) und D (Probendurchmesser) . Alternativ ist der Druckmodulator ein piezoelektrisches Bauteil, das in einem anderen Abschnitt der Injektionseinrichtung 10 oder einem Flüssigkeitsreservoir den Druck in der Flüssigkeit moduliert. Das piezoelektrische Bauteil ist zum Beispiel ein schwingender Stift (siehe Bezugszeichen 12a) aus einem piezoelektrischen Material, der in die Flüssigkeit ragt.

Die Messeinrichtung 50 umfasst einen Beleuchtungs-Lichtleiter 51, mit dem Anregungslicht von einer Lichtquelle, wie z. B. einem Anregungs-Laser 52 zum Flüssigkeitsstrahl 2 geführt wird. Der Abstand des Beleuchtungs-Lichtleiters 51 vom Flüssigkeitsstrahl 2 kann bis in den sub-mm-Bereich, zum Beispiel auf 10 μm vermindert werden. Der geringe Abstand ermöglicht eine hohe Ortsauflösung bei der Detektion der Targetsubstanz und damit eine hohe zeitliche Genauigkeit beim Betrieb der Ladeeinrichtung 40. An den Flüssigkeitsstrahl 2 angrenzend ist mindestens ein Detektorelement 53 angeordnet, mit dem in an sich bekannter Weise das Auftreten einer mit dem Anregungs-Laser 52 angeregten Fluoreszenz detektiert wird.

Es können mehrere Detektorelemente jeweils mit spezifischen Filtern vorgesehen sein, so dass die Fluoreszenz spektral aufgelöst messbar ist. Des Weiteren können mehrere Beleuchtungs-Lichtleiter vorgesehen sein, mit denen Anregungslicht von Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen eingekoppelt wird.

Das Fluoreszenzsignal wird in einem Komparator 54 mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen. In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs im Komparator 54 wird eine Schalteinrich- tung 43 der Ladeeinrichtung 40 betätigt. Zur Verbesserung der Selektivität bei der Erfassung von Targetsubstanzen kann der Komparator 54 eine Schwellwertschaltung enthalten.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einem Probenreservoir (nicht dargestellt) zur Injektionseinrichtung 10 zum Beispiel eine Zellsuspension (oder Phagensuspension) zugeführt, die Zellen (oder Phagen) mit Markersubstanzen und Zellen (oder Phagen) ohne Markersubstanzen enthält. Die Aus- gangskonzentration der Suspension ist so klein, dass sich nach dem Zerfall des Flüssigkeitsstrahls 2 im zeitlichen Mittel höchstens ein Teilchen (biologische Zelle oder Phage) in einen Probentropfen 1 befindet. Wenn mit der Messeinrichtung 50 die Fluoreszenz der gesuchten Markersubstanz detektiert wird, erfolgt eine Betätigung der Ladeeinrichtung 40, um dem Probentropfen 1, in dem sich die detektierte Zelle oder Phage befinden wird, eine vorbestimmte Ladungsmenge aufzubringen. Bei einer konstanten Geschwindigkeit v des Flüssigkeitsstrahls 2 ist die detektierte Zelle nach einer Verzögerungs- zeit t an der Ladeelektrode 41. Die Schalteinrichtung 43 der Ladeeinrichtung 40 ist so abgestimmt, dass ein Ladepuls entsprechend der Verzögerungszeit t nach der Detektion der markierten Zelle oder Phage erzeugt wird. Die Probe 1 mit der Ladung wird dann in der Ablenkeinrichtung 30 auf eine der ge- wünschten Bewegungsbahnen 3 z. B. zu einer der Sammeleinrichtungen 60 oder in die Analysatoreinrichtung 71 (siehe unten) abgelenkt. Probentropfen, die Zellen oder Phagen ohne Markersubstanz enthalten, werden entsprechend nicht aufgeladen und in der Ablenkeinrichtung 30 auch nicht abgelenkt. Die Höhe des Ladepulses der Ladeeinrichtung 40 ist beispielsweise im Bereich von 60 V bis 200 V gewählt.

Während die Folgefrequenz der Tropfen zum Beispiel bei 10 MHz liegt, kann die Schaltfrequenz der Schalteinrichtung 43 bei einer ausreichend geringen Konzentration der Targetsubstanz in der Trägerflüssigkeit geringer gewählt sein (z. B. 100 kHz bis 1 MHz) .

Das hier am Beispiel markierter Zellen erläuterte Prinzip kann entsprechend mit anderen Targetsubstanzen, insbesondere Biomaterialien, wie z. B. Zellbestandteilen, Viren, Phagen, biologischen Makromolekülen, z. B. DNA- oder RNA-Molekülen, Proteine, wie z. B. Hämoglobin, oder Aggregaten aus biologi- sehen Makromolekülen durchgeführt werden. Die Aufladung an der Ladeelektrode 41 kann zu einer negativen oder zu einer positiven Aufladung führen. Die Aufladung kann in Abhängigkeit vom Messergebnis der Messeinrichtung 50 negativ oder positiv sein, so dass sich im Ergebnis nach der Aufladung drei Bewegungsbahnen ergeben können, von denen sich eine erste Bewegungsbahn ohne Ablenkung gerade erstreckt, während die beiden anderen Bewegungsbahnen sich jeweils zu einer der Ablenkelektroden 31 der Ablenkeinrichtung 30 neigen. Das Ablenkprinzip kann ferner dahingehend modifiziert sein, dass bei der Ablenkeinrichtung 30 ein Polaritätswechsel in Abhängigkeit vom Messergebnis der Messeinrichtung 50 vorgesehen ist.

Eine der Bewegungsbahnen 3 führt zum Massenspektrometer 70. Das Massenspektrometer 70 ist beispielsweise ein an sich be- kanntes Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-MS) , in das die geladenen Proben durch zusätzliche, an sich bekannte Ablenkfelder eingekoppelt werden. Vor der Einkopplung kann mit der De- sorptionseinrichtung 80 eine Probenpräparation zur Abtrennung der Trägerflüssigkeit von der Targetsubstanz vorgesehen sein. Die Desorptionseinrichtung 80 enthält beispielsweise einen

Desorptions-Laser (λ = 3 μm) , der auf die Tröpfchenbewegungsbahn 3 der Probe 1 fokussiert ist. Durch die Bestrahlung mit dem Desorptions-Laser wird die Trägerflüssigkeit verdampft, wobei vorteilhafterweise der Ladungszustand der Probe 1 er- halten bleibt. Alternativ kann ein Desorptions-Laser mit einer UV-Emission verwendet werden, mit dem zusätzlich eine Ionisation der Proben erzielt werden kann.

Die Kombination der erfindungsgemäßen Probentropfenmanipulation mit der Desorption und der anschließenden massenspektrometrischen Analyse stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber der herkömmlichen MALDI-Technik zur massenspektrometrischen Analyse von biologischen Materialien dar. Bei der MALDI- Technik müssen spezielle Präparationsschritte zur schonenden Überführung- der Biomoleküle in die Gasphase vorgesehen sein. Auf diese Präparationsschritte kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise verzichtet werden.

Ein erfindungsgemäßes Massenspektrometer 200 ist schematisch in Figur 3 illustriert. Das Massenspektrometer 200 umfasst die erfindungsgemäße Manipulationsvorrichtung 100 zur Probenpräparation, das Flugzeit-Massenspektrometer 70 und eine Steuer- und Anzeigeeinrichtung 90. Figur 3 zeigt auch, dass die Manipulationsvorrichtung 100 vorteilhafterweise ein Modul bilden kann, das zur Probeneinführung an eine Vakuumeinrichtung ansetzbar und mit dieser evakuierbar ist.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln oder auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein..

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Manipulation von tropfenförmigen Proben (1), mit den Schritten:

- Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahls (2),

- Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls (2) in eine Folge einzelner, tropfenförmiger Proben (1) , und - Bewegung der Proben entlang von Bewegungsbahnen (3) , deren Richtung von einem elektrischen und/oder magnetischen Zustand der jeweiligen Probe (1) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Erzeugung und Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls und die Bewegung der Proben (1) unter Vakuum erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Zustand der einzelnen Proben (1) durch eine kapazitive elektrische Aufladung der Proben (1) mit einer Ladeeinrichtung (40) ein- gestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die elektrische Aufladung ein Aufbringen einer Ladungsmenge in unmittelbarer Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Proben (1) umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die elektrische Aufladung ein Aufbringen einer Ladungsmenge in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Messung der Zusammensetzung der Proben (1) umfasst .

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Messung der Zusammensetzung der Proben (1) zeitlich vor der Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls in die Folge von Proben (1) und die Aufladung mit einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung nach der Messung erfolgen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Messung der Zusam- mensetzung der Proben (1) mindestens eine optische Messung am Flüssigkeitsstrahl (2) umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die optische Messung eine Fluoreszenz- oder Absorptionsmessung umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem mindestens zwei Fluoreszenzmessungen mit verschiedenen Anregungswellenlängen vorgesehen sind.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leitfähigkeit der Flüssigkeit im Wesentlichen gleich der Leitfähigkeit einer physiologischen Salzlösung gewählt ist.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Umwandlung des Flüssigkeitsstrahls (2) in die Folge der Proben eine Druckmodulation bei der Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls (2) vorgesehen ist.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der magnetische Zustand der einzelnen Proben (1) durch eine magnetische Komponente in den Proben (1) gebildet wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Bewegung der Proben (1) entlang der Bewegungsbahnen (3) eine Ablenkung der Proben (1) in einem Ablenkfeld (32) vorgesehen ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine Ablenkung in einem elektrischen Gleichspannungs-Ablenkfeld (32) oder einem magnetischen Ablenkfeld vorgesehen ist.

14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine der Bewegungsbahnen (3) zu einer Sammeleinrichtung (60) oder einer Analysatoreinrichtung (70) führt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Proben (1) in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung sortiert werden, so dass Proben, die eine vorbestimmte Targetsubstanz enthalten, in die Sammeleinrichtung (60) gelenkt werden.

16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Proben (1) auf wenigstens einer der Bewegungsbahnen (3) einer Flüssigkeitsdesorption unterzogen werden.

17. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Analysatoreinrichtung, zu der wenigstens eine der Bewegungsbahnen (3) führt, ein Massenspektrometer (70) ist.

18. Massenspektrometrisches Untersuchungsverfahren, mit den Schritten:

- Bereitstellung von Proben (1) mit einem Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Massenspektrometer (70) , und

- massenspektrometrische Analyse der Proben (1) .

19. Manipulationsvorrichtung (100) für tropfenförmige Proben (1) , die umfasst:

- eine Injektionseinrichtung (10) zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahls (2) in einer Kammer (20), in der sich der Flüssigkeitsstrahl (2) in vereinzelte, tropfenförmige Proben (1) umwandeln kann, und

- eine Ablenkeinrichtung (30) zur Ablenkung der einzelnen Proben (1) in Abhängigkeit von deren Ladungszustand, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Kammer (20) evakuierbar ist.

20. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine Aufladeeinrichtung (40) vorgesehen ist, mit der auf die Pro- ben eine Ladungsπienge übertragbar ist.

21. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Aufladeeinrichtung (40) eine Ladeelektrode (41) aufweist.

22. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 20, bei der die

Ladeelektrode (41) kreisförmig gebildet ist und einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des mit der Injektionseinrichtung (10) erzeugten Flüssigkeitsstrahls (2) ist.

23. Manipulationsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 22, bei der eine Messeinrichtung (50) vorgesehen ist, mit der die Zusammensetzung der Proben (1) erfassbar ist.

24. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 23, bei der die Messeinrichtung (50) zwischen der Injektionseinrichtung (10) und der Aufladeeinrichtung (40) angeordnet und zur Erfassung der Zusammensetzung eines vorbestimmten Teils des Flüssig- keitsstrahls (2) vorgesehen ist.

25. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, bei der die Messeinrichtung (50) für wenigstens eine optische Messung eingerichtet ist.

26. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 25, bei der die Messeinrichtung (50) für wenigstens eine Absorptions- oder Fluoreszenz-Messung eingerichtet ist.

27. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Messeinrichtung (50) für mehrere Fluoreszenz-Messungen mit verschiedenen Anregungswellenlängen eingerichtet ist.

28. Manipulationsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 23bis 27, bei der die Messeinrichtung (50) eine Kombination aus mindestens einem Beleuchtungs-Lichtleiter (51) und mindestens einem CCD-Detektorelement (53) umfasst.

29. Manipulationsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 28, bei der ein Regelkreis gebildet ist, in dem die Aufladeeinrichtung (40) in Abhängigkeit von einem Signal der Messeinrichtung (50) betätigt wird.

30. Manipulationsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 29, bei der die Injektionseinrichtung (10) einen Modulator (12) aufweist, mit dem der Druck des erzeugten Flüssigkeitsstrahls (2) zeitlich modulierbar ist.

31. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 30, bei der der Modulator einen piezoelektrischen Druckgeber (12) umfasst.

32. Manipulationsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 31, bei der die Ablenkeinrichtung (30) zur Er- zeugung eines Gleichspannungs-Ablenkfeldes oder eines magnetischen Ablenkfeldes vorgesehen ist.

33. Manipulationsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 32, bei der wenigstens eine Sammeleinrichtung (60) zur Aufnahme von Proben (1) vorgesehen ist.

34. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 33, bei der die Sammeleinrichtung (60) ein rückstromfreies Auffanggefäß umfasst.

35. Manipulationsvorrichtung nach mindestens einem der An- sprüche 19 bis 34, bei der wenigstens eine Desorptions- und/oder Ionisationseinrichtung (80) vorgesehen ist.

36. ManipulationsVorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 35, bei der wenigstens eine Analysatoreinrich- tung (70) zur Analyse von Proben (1) vorgesehen ist.

37. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 36, bei der die Analysatoreinrichtung ein Massenspektrometer (70) umfasst.

38. Massenspektrometer (70), das mit einer Manipulationsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 36 ausgestattet ist.