WO2019013464A1 - Method for treating biological tissue, laser treatment device and atmospheric pressure mass spectrometry imaging system - Google Patents

Method for treating biological tissue, laser treatment device and atmospheric pressure mass spectrometry imaging system Download PDF

Info

Publication number
WO2019013464A1
WO2019013464A1 PCT/KR2018/007051 KR2018007051W WO2019013464A1 WO 2019013464 A1 WO2019013464 A1 WO 2019013464A1 KR 2018007051 W KR2018007051 W KR 2018007051W WO 2019013464 A1 WO2019013464 A1 WO 2019013464A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
gold
laser
laser light
tissue
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/007051
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김재영
문대원
Original Assignee
재단법인대구경북과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020170087198A external-priority patent/KR102086716B1/en
Priority claimed from KR1020170148619A external-priority patent/KR102015504B1/en
Priority claimed from KR1020170175477A external-priority patent/KR101955187B1/en
Application filed by 재단법인대구경북과학기술원 filed Critical 재단법인대구경북과학기술원
Publication of WO2019013464A1 publication Critical patent/WO2019013464A1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/30Staining; Impregnating ; Fixation; Dehydration; Multistep processes for preparing samples of tissue, cell or nucleic acid material and the like for analysis
    • G01N1/31Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/04Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission

Definitions

  • the present invention relates to a method for processing biological tissue, a laser processing apparatus, and an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system, and more particularly to a femtosecond laser oscillator or continuous oscillation laser for processing biological tissue under atmospheric pressure, A laser processing apparatus, and an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system.
  • mass spectrometry which is widely used in the field of analytical chemistry, is a very useful analytical method to grasp the composition and structure of organic substances through precise measurement of atomic composition and atomic weight of organic compound ions. The molecular information of the substance can be obtained.
  • general mass spectrometry uses a method of desorbing and ionizing a sample under high vacuum conditions, a biological sample containing a large amount of moisture can not be analyzed without complicated pretreatment.
  • the secondary ion mass spectrometry (SIMS (mass spectrometry)) method is mainly used in liquid chromatography or electrospray ionization mass spectrometry, in which a biological sample is destroyed and analyzed in a solvent, or the sample is subjected to a pre- ) Or matrix assisted laser desorption ionization (MALDI).
  • SIMS mass spectrometry
  • MALDI matrix assisted laser desorption ionization
  • this method is a vacuum-based technique. Therefore, in order to put a biological sample into a vacuum chamber, various pretreatments such as elimination of moisture or substitution with other substances are required. In this process, samples are damaged and accurate analysis results are obtained none.
  • a microwave pulse laser including a femtosecond laser has a very high attachment power in a very short time, and after that it has a rest period, which can reduce the thermal damage caused by the laser.
  • a microwave pulse laser including a femtosecond laser has a very high attachment power in a very short time, and after that it has a rest period, which can reduce the thermal damage caused by the laser.
  • the laser since the laser is located above the sample, the laser must pass through the sample to reach the double-layer chip. Therefore, the sample is thick or heterogeneous, which absorbs the energy of the laser in some areas, and partial absorption of energy causes distortion in the analysis of the whole sample.
  • the present invention provides a method and a laser processing apparatus for processing a biological tissue in an atmospheric pressure environment, the method being capable of minimizing the traces of treatment while preventing thermal damage from occurring.
  • Another object of the present invention is to provide a method and a laser processing apparatus for processing a living tissue capable of performing a cut-off process at a depth of 100 mu m or less within a width of 5 mu m using a laser of a relatively low output .
  • Another object of the present invention is to provide a high-resolution atmospheric pressure mass spectrometry for analyzing live biological samples capable of performing mass spectrometry by desorbing substances at atmospheric pressure using a laser of low output irrespective of the thickness or homogeneity of the sample And an analysis imaging system.
  • a method for processing biological tissue comprising the steps of: a) preparing a pretreatment material solution that absorbs energy of laser light in a near-infrared light and a visible light band; b) Applying a substance solution to a biological tissue to be treated so that a pretreatment substance is absorbed into the biological tissue; and c) irradiating a living tissue absorbing the pretreatment substance with near-infrared light and visible light, And processing the tissue.
  • a laser processing apparatus for processing biological tissues, comprising: a light source for emitting laser light in a near-infrared light and a visible light band; a light source for converging the laser light of the light source to absorb energy of laser light in the near- And an objective lens for converging and irradiating the pretreatment material for converting into thermal energy to the biological tissue absorbed in the film.
  • an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system including a laser processing apparatus for emitting laser light in a near-infrared light and a visible light band, a laser processing apparatus for converging laser light of the laser processing apparatus, An ionizing unit for ionizing the analyte desorbed from the living tissue, and a mass analyzer for collecting the ionized analyte and analyzing the mass of the analyte, .
  • an atmospheric pressure mass spectrometric imaging system comprising: a light source substrate for supporting living tissue and absorbing energy of laser light to generate heat; a laser light source for irradiating laser light in a near- An ionization unit for ionizing an analyte desorbed from the living tissue, and a mass spectrometer for collecting the ionized analyte and analyzing the mass of the analyte.
  • a method and a laser processing apparatus for treating a living body tissue according to the present invention are capable of processing a biological tissue at atmospheric pressure to increase the absorption rate of laser light energy and processing using a relatively low power laser in the processing, It is possible to prevent heat damage to the tissue.
  • biological tissues can be processed using near-infrared and visible laser beams, and focusing can be facilitated while using a low-cost focusing lens, thereby achieving an effect that the biological tissue can be finely processed.
  • the present invention can perform mass spectrometry with high reliability irrespective of the thickness and homogeneity of a sample by allowing a substance to be desorbed from a living tissue by utilizing a photothermal effect without transmitting a biological sample, It is effective.
  • the present invention increases the absorption rate of laser light energy absorbed in living tissue at atmospheric pressure, and enables processing using a relatively low power laser in the process, thereby obtaining a large amount of biomolecule information through one analysis process And it is possible to obtain a high-resolution mass barge imaging.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for processing a living tissue according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a spectrum of the optical characteristics of the gold nano-rod.
  • 3A to 3D are helium ion micrographs of mouse hippocampal tissue specimens.
  • FIG. 4 is a helium ion micrograph of a living tissue treated by the method for treating a living tissue of the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph of a hippocampal tissue pretreated with gold nanospheres treated with a 532 nm continuous oscillation laser.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of an atmospheric pressure mass spectrometric imaging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an atmospheric pressure mass spectrometric imaging system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a photomicrograph of a mouse hippocampal tissue before and after desorption.
  • FIGS. 10A to 10G are results of analysis of the spatial distribution of detected ions for the subregion of the hippocampal tissue of the mouse by MS imaging.
  • 12A and 12B are images showing distortion of the original cholesterol distribution measured by a vacuum based secondary ion mass spectrometer (SIMS).
  • SIMS vacuum based secondary ion mass spectrometer
  • 13A and 13B are images showing the result of ion image analysis according to two different condition treatments for drug effect investigation.
  • FIG. 14 is a block diagram of a high-resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing live biological samples according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 15 is a configuration diagram of the light modulation substrate in Fig. 14. Fig.
  • 16 is a spectrum obtained by analyzing the optical properties of gold nano-rods.
  • FIG. 17 is a block diagram of a high resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing live biological samples according to another embodiment of the present invention.
  • 18A to 18D are helium ion micrographs of mouse hippocampal tissue specimens.
  • &quot comprises " and / or " comprising " when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.
  • " and / or &quot includes any and all combinations of one or more of the listed items.
  • first, second, etc. are used herein to describe various elements, regions and / or regions, it is to be understood that these elements, parts, regions, layers and / . These terms do not imply any particular order, top, bottom, or top row, and are used only to distinguish one member, region, or region from another member, region, or region. Thus, the first member, region or region described below may refer to a second member, region or region without departing from the teachings of the present invention.
  • FIG. 1 is a flow chart of a method for processing a living tissue according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the preprocessing step S100 may include preparing a pretreatment material including nanoparticles (particles having an average particle diameter of 10 to 100 nm) of a material having a high absorption rate of laser light in the near-infrared light and visible light band (S110) (S120) of applying the pretreatment substance to the surface of the living tissue to be treated, and a step (S130) of waiting for the pretreatment substance to be sufficiently absorbed by the living tissue.
  • the pretreatment material prepared in the step S110 may be a solution containing a gold nanorod, a gold nanosphere, a graphene oxide, a reduced graphene graphene, and the energy of the laser light in the near infrared ray and visible light band may be more Nanoparticles of absorbable material can be used.
  • nanoparticles are absorbed into the tissues of the organism, so they choose a metal or carbon compound known to be harmless.
  • the following gold nano-rods are prepared.
  • the AuNRs formed were found to have an average length of 41.9 ( ⁇ 4.4) nm, a width of 12.2 ( ⁇ 1.3) nm and a surface plasmon resonance peak ( ⁇ max) of about 765 nm.
  • the non-reacted mPEG was removed by centrifugation at 12000 rpm for 15 minutes, and the mPEG-modified AuNRs were prepared by suspending in water.
  • step S120 the pretreatment material is applied to the surface of the living tissue to be treated.
  • the gold nano-rods, gold nanospheres, graphene grains, and reduced graphene grains included in the pretreatment material are absorbed into the biotissue by the action of the biotissue.
  • step S130 the gold nano-rods, gold nanospheres (grains), oxidized grains or reduced graphene grains are allowed to be sufficiently absorbed into the biotissues. After 30 to 60 minutes, the substances for the pretreatment are sufficiently absorbed into the membrane of the biotissue.
  • the living tissue is a live living tissue
  • the term 'treatment' of the living tissue includes micro-excision and micro-perforation, and it should be understood as a concept including desorption of a living tissue material for analysis of living tissue.
  • Micro-cutting and micro-perforation may be widely used in the medical field.
  • the present invention can prevent the occurrence of thermal damage in the treatment of living tissue using a laser, thereby enabling elimination of painlessness and bloodlessness.
  • the biological tissue processed through the preprocessing step (S100) is processed by using a laser processing apparatus.
  • the laser processing apparatus for emitting the laser light includes a light source section for emitting a near-infrared laser beam and a visible light laser beam having a wavelength of 532 to 802 nm, and an objective lens for converging a laser beam emitted from the light source section.
  • the laser processing apparatus may further include a moving unit capable of moving the light source unit and the focusing lens on a plane or in a space.
  • the living body specimen may include moving means capable of relatively moving the living body specimen in a plane or in a space.
  • the waveguide can freely adjust the optical path of the laser beam emitted from the light source unit, and can be inserted into the body.
  • gold nano-rods absorbed in living tissue can absorb energy of near-infrared laser light and can obtain effective treatment results.
  • Gold nanorods with an aspect ratio of 4.0 can absorb near-infrared light and quickly convert absorbed energy into heat energy.
  • the gold nanorod When a gold nanorod is inserted into a biotissue through a biotissue membrane, the gold nanorod acts as a hotspot interacting with the near-infrared laser light in the living tissue and improves the efficiency of processing such as ablation and desorption,
  • the spectral intensity can be derived.
  • FIG. 2 is a spectrum of the optical characteristics of the gold nano-rod. As shown in the figure, the absorption coefficient is maximized at a wavelength of 800 nm, and it is possible to absorb good laser light energy in the near-infrared and visible wavelength bands.
  • 3A to 3D are helium ion micrographs of mouse hippocampal tissue specimens.
  • the hippocampal tissue of the A specimen is a specimen which has not undergone any treatment, and it can be seen that the hippocampus is not resected by the focused laser beam of the laser treatment apparatus.
  • the above experiment was carried out with the energy of 300, 200, 100, 75, 50 mW in the energy range indicated by the laser beam of 532 to 802 nm wavelength, and it was found that the sample A was not accurately excised even with the energy of 300 mW have.
  • the portion indicated by the dotted line is a virtual representation of the portion to be cut out.
  • FIG. 3B is a pretreated specimen using a gold nanospherite solution as a pretreatment material
  • FIG. 3C is a grafted oxide specimen
  • FIG. 3D specimen D is a specimen treated with reduced oxidized graphene.
  • the B specimens and the D specimens were subjected to very precise excision at an energy range of 200 to 300 mW, and in the case of the C specimens, the excision was performed at an energy of 100 to 300 mW.
  • the specimens treated with the pretreatment material absorb the energy of the laser light and are excised by the laser light of relatively low energy.
  • the present invention increases the energy absorption rate of the laser light by pretreatment of the living tissue, so that the living tissue can be treated with laser light having a lower energy than the conventional one, so that heat damage to the living tissue can be prevented.
  • laser light having a visible light range can be used, which facilitates the processing and facilitates focusing.
  • FIG. 4 is a helium ion micrograph of a living tissue treated by the method for treating a living tissue of the present invention.
  • the living tissue is a hippocampal tissue pretreated with gold nanorods and resected by a femtosecond laser having an 802 nm wavelength.
  • the width of the resection portion is in the range of 4.7 to 5.7 mu m, and it is possible to perform fine resection, and the biopsy around the resection portion is not damaged.
  • FIG. 5 is a photograph of the hippocampal tissue pretreated with gold nanospheres treated with a 532 nm continuous oscillation laser, and it can be confirmed that heat damage did not occur.
  • the portion treated by the method for biotissue treatment of the present invention may have the meaning of the resection or perforation formation.
  • the biological tissue can be optically monitored and analyzed during the processing.
  • the mass and composition of lipids, proteins, and other intracellular metabolites can be analyzed and visualized in a living state without destroying cells or living tissues.
  • the biological tissue can be pretreated and treated with relatively low energy, and the treatment includes desorption.
  • the desorption can be performed by mass spectrometry and imaging analysis by desorbing the analyte from the biological tissue or the biological sample and ionizing the desorbed analyte.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of an atmospheric pressure mass spectrometric imaging system according to an embodiment of the present invention.
  • an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system includes a laser processing apparatus 100 for irradiating a pre-processed biological tissue (or sample 1) with laser light having a wavelength of 532 to 802 nm, An ionization processing unit 300 for ionizing the analyte desorbed from the biological tissue 1 as the light is irradiated, and an analyzing unit 300 for collecting and analyzing the ionized analyte using the suction force generated in the vacuum pump 500
  • a mass spectrometer (400) a light source unit (200) for providing illumination to the living tissue (1), an imaging unit (600) for capturing an image of the living tissue (1) through an objective lens (610)
  • a computer 700 for displaying a photographing result of the photographing unit 600.
  • the supply pipe 310 of the ionization processing unit 300 may be connected to the induction pipe 410 of the mass spectrometer 400 to ionize the analyte.
  • the ionization processing unit 300 may use a plasma generator or an electric spray source.
  • Reference numeral 130 denotes a beam splitter which processes the laser light so that the image pickup unit 600 and the laser processing apparatus 100 can share the objective lens 610.
  • the laser processing apparatus 100 can be focused through the objective lens 610 by providing a laser beam having a wavelength of 523 to 802 nm in a near-infrared or visible light band.
  • the objective lens 610 may be a high magnification objective lens of a microscope, and the objective lens 610 may be shared with the imaging unit 600.
  • the imaging unit 600 may be an optical microscope and may obtain an image of the processing result of the living tissue 1.
  • the objective lens 610 is located on the lower side of the living tissue 1. [ The biological tissue 1 is placed on a substrate made of a transparent material such as glass. The objective lens 610 is located on the bottom side and the light source unit 200 is located on the upper side of the biological sample 1.
  • the light source unit 200 provides illumination enabling the biological sample 1 to be photographed using the imaging unit 600.
  • the laser light having a wavelength of 532 to 802 nm provided from the laser processing apparatus 100 is reflected through the first reflector 110 to be irradiated on the bottom surface of the biological sample 1 and analyzed by the pretreated biological sample 1
  • the material is desorbed.
  • the pretreatment biological tissue is processed by the laser light of the laser processing apparatus 100, and not only fine resection or perforation can be formed, but also analyte such as protein is desorbed during the formation of the resection or perforation .
  • the thus-desorbed analyte is ionized by the plasma generated in the ionization treatment unit 300.
  • the ionization of the analyte is for separating the analyte easily and can be supplied to the mass spectrometer 400 through the ionization post-induction tube 410 as in the example shown in FIG.
  • the ionization processing unit 300 may use an atmospheric pressure plasma apparatus capable of generating plasma at atmospheric pressure.
  • the ionization processing unit 300 includes a supply pipe 310 for supplying a plasma to a position close to the biological tissue 1 in order to increase the ionization rate of the desorbed analyte.
  • the supply pipe 310 may use a quartz tube.
  • the living tissue 1 may be placed on a stage capable of moving in a plane, and the living tissue 1 may be moved and processed on a plane.
  • the induction pipe 410 may be made of stainless steel and the vacuum pump 500 forms an air flow so that the analyte moves through the induction pipe 410 and is supplied to the mass spectrometer 400.
  • the mass spectrometer 400 measures the mass of the analyte, and can measure the molecular mass of protein, metabolite, and lipid.
  • the light of the light source 200 is provided on the upper surface of the living tissue 1 and the laser beam L is emitted from the laser processing unit 100 to the imaging unit 600
  • the enlarged image of the living tissue 1 can be taken.
  • the light incident on the image sensing unit 600 may be the light reflected through the second reflection unit 120 provided on the lower side of the objective lens 610.
  • the present invention can reduce the size of the apparatus and simplify the apparatus by making the optical path of the laser light of the laser processing apparatus 100 and the light incident to the image sensing unit 600 the same.
  • the surface on which the laser light is directly processed can be imaged at the same position, an accurate image can be obtained after the laser processing.
  • the reason why the relatively inexpensive objective lens 610 can be used for focusing the laser light depends on the range of the wavelength of the laser, and the range of the laser wavelength is due to the pretreatment of the biological tissue 1.
  • the computer 700 is provided with a mass analysis program, and can transmit, analyze, and display analysis results of the mass spectrometer 400.
  • FIG. 8 is a photomicrograph of a mouse hippocampal tissue before and after desorption.
  • FIG. 8 is a micrograph of the hippocampal tissue of an adult mouse of the Institute of Cancer Research (ICR) before desorption and after desorption.
  • the mass spectrometer 400 was a Q-Exactive hybrid quadrupole-Orbitrap mass spectrometer purchased from Thermo Fisher Scientific. For mass analysis, the operating requirements of the analyzer were to be performed under the following conditions.
  • AGC Automatic gain control
  • the laser processing apparatus 100 used a mode-locked Ti-Sapphire oscillator (Synergy 20, Femtolasers) with a maximum single pulse energy of 5 nJ at 75 MHz and less than 20 femtoseconds at 802 nm.
  • the laser light was integrated into an inverted microscope by placing a dichroic beam splitter (FF720-SDi01, Semrock Co.) in front of the input aperture of the objective lens of the microscope.
  • the final pulse energy for the sample was 2 nJ at 802 nm.
  • the ionization processor 300 uses a conventional dual electrode arrangement for a dielectric barrier discharge (DBD) jet.
  • a nonthermal plasma jet was generated in a quartz tube having an inner diameter of 2 mm and an outer diameter of 3 mm.
  • a 6 mm electrode was fabricated by wrapping a quartz tube with copper tape and spacing 7 mm from the inner end. The ground electrode was facing upward, the power supply electrode was facing downward, and the distance was 5 mm from the pipe orifice.
  • a sinusoidal voltage having an input voltage of 5 kV and a frequency of 27 kHz was supplied to the ionization processing unit 300.
  • the high purity helium gas was a high purity helium gas with a flow rate of 0.5 slm as the discharge gas.
  • the ionization treatment unit 300 was positioned so as to have an angle of incidence of 30 degrees with respect to the living tissue.
  • the induction tube 410 was placed with a stainless steel tubing (id 4.57 mm, od 6.35 mm, length 120 mm), with a downward bending band of 30 degrees relative to the sample stage, A curved glass tube (id 2 mm, od 2.5 mm, length 20 mm) connects to the transfer tube for efficient collection of molecules and ions from the sample.
  • a vacuum pump (WOB-L pump 2546, Welch Vacuum, 500) is used to create a flow of air to induction tube 410,
  • a silicon tube having a 1/4 inch (6.35 mm) diameter was connected to the side opening of the chamber 420 and the pumping capacity of the pump was 30 l / min.
  • FireFly 2.2.00 for Thermo was used to extract and combine data sets in MS imaging file format compatible with BioMAP, an image visualization and processing software program (Novartis Institutes for BioMedical Research, msi.org). BioMAP reconstructed all images and was used to display ion distribution images in this study. Intensity maps were chosen to indicate the intensity range corresponding to the m / z value of the analyte.
  • the mouse hippocampal tissue was selected for imaging analysis of living tissue, the hippocampal tissue was clearly structurally spaced between sub-regions such as cornu ammonis 1 (CA1), cornum ammonis 3 (CA3) and dentategyrus (DG) Short-term memory information plays a very important role in the integration of long-term memory and spatial search.
  • CA1 cornu ammonis 1
  • CA3 cornum ammonis 3
  • DG dentategyrus
  • Fig. 9 shows a mass spectrometry image of hippocampal tissue of an ICR (Institute of Cancer Research) adult mouse showing the spatial distribution of molecular ions in hippocampal tissues.
  • the ion images were generated with 433 ⁇ 300 pixels covering the area of 1800 ⁇ m ⁇ 1500 ⁇ m.
  • the spatial resolutions of the X and Y axes were 4.2 ⁇ m and 5 ⁇ m, respectively.
  • CA1, CA3 and DG regions were clearly distinguished from the mouse hippocampus tissue. Observed ions showed almost similar spatial distribution in hippocampal tissue except for adenine ion. Interestingly, the adenine ion at m / z 136.062 was found to have a distinct spatial distribution. Compared with the DIC image, the spatial distribution of adenine was highly correlated with the soma of neurons in hippocampal tissue.
  • the atmospheric pressure nanoPALDI-MS system is a microscope-based mass spectrometry system that has the advantage of accurately selecting small areas. Since the sampling step involving desorption and ionization takes place in the microscope stage, the analysis area can be established directly at the x- and y- positions of the microscope stage while viewing under the microscope.
  • mass spectrometry images of specific molecular ions for selected regions can be compared.
  • the ion image produces 433 ⁇ 100 pixels to cover the area of 600 ⁇ m ⁇ 500 ⁇ m. Therefore, the corresponding x-axis spatial resolution of 1.4 ⁇ m is analyzed at a sample migration rate of 10 ⁇ m / s and the y-axis spatial resolution is 5 ⁇ m.
  • the area of analysis can be reduced, the x-axis spatial resolution of the ion image can be increased to the limit, and higher resolution MS imaging can be obtained.
  • the y-axis spatial resolution could be increased by reducing the spacing between adjacent x-rays.
  • the spatial resolution in the y-axis direction was kept at 5 ⁇ m to avoid an increase in analysis time.
  • the mass spectrometer's internal analysis rate (scan rate) in sequence mode can significantly affect the speed and number of mass spectra obtained, affecting the spatial resolution of MS imaging.
  • the optimized parameters of the mass spectrometer were set and used.
  • the mass spectrum was obtained 433 times per minute, which corresponds to 7.2 times per second.
  • the spatial resolution in the X axis direction in the MS imaging obtained by the atmospheric pressure nanoPALDI method is determined by the sample movement velocity in the X axis direction (that is, the movement speed of the sample stage) and the spatial resolution in the Y axis direction is determined by two adjacent X axis laser beam paths Lt; / RTI > This allows the spatial resolution of the MS image to be adjusted according to the size of the region of interest and the total analysis time required.
  • the moving speed of the living tissue was set to 30 mu m / s in order to analyze the entire hippocampal region.
  • the spatial resolution in the X-axis direction in the MS image was improved from 4.2 m in Fig. 11 to 1.4 m in Figs. 10a-10g.
  • a mass spectrometry (MS) image with a high spatial resolution To obtain a mass spectrometry (MS) image with a high spatial resolution, a uniformly strong desorption action by a small-sized focused laser beam and uniformly distributed AuNR in the entire tissue sample is required. After mass analysis, the morphology of hippocampal tissue was observed. A coherent anti-stokes Raman scattering (CARS) microscope was used to accurately measure the morphological changes of the laser-treated biological specimens focused in the unlabeled manner.
  • CARS coherent anti-stokes Raman scattering
  • NIR Near IR
  • 95 CARS images of the CH stretched region (2750-2960 cm -1 ) at the location scanned with randomly selected mass spectrometry were obtained with a z-axis step spacing of 0.5 ⁇ m and then merged into one feature using 3D visualization software . More specifically, 2D CARS images composed of 512 x 512 pixels were collected in z direction in 95 layers covering a total volume of 635 ⁇ 635 ⁇ 47 ⁇ m 3 . 11a to 11c were obtained from the same target and were reformatted at different viewing angles and magnifications. Because the spot size of the focused laser (about 1.2 ⁇ m) is less than 5 ⁇ m, the spacing between adjacent scanning lines, the track of the laser scanning can be clearly visualized (see FIGS.
  • Figure 11d shows that the length of one trench by laser scanning was 5 ⁇ ⁇ , and the desorption occurred in a very uniform and stable manner over the entire analysis area. As shown at the edge of the analysis area (Fig. 11e), mass volume of 35 um thickness was actually desorbed and mass analysis was used. This is a bulk analysis of analytical samples different from DESI, rather than an atmospheric pressure mass spectrometry of the present invention localized to the surface or near the surface of the sample.
  • the 3D confocal imaging of the individual scan lines removed by the laser beam was performed using a confocal laser scanning microscope (LSM-700, Carl Zeiss ) (See Fig. 11, f).
  • the crater floor clearly identified the plateau.
  • the widths of the bottom and top of the removed linear craters were estimated to be about 3 ⁇ m and 5.5 ⁇ m, respectively, from an average of 30 points.
  • the hippocampal tissue was exposed to fs laser pulses at a pulse repetition rate of 75 MHz with a pulse energy of 2 nJ. This means that the hippocampus tissue was scanned with 7.5 million laser shots per ⁇ m movement.
  • the width of the side wall of the crater is about 1 um, which means that laser ablation is completed within 1 um of movement. Therefore, the estimated spatial resolution of 1.4 um is possible by using AuNRs and ultrafast laser at atmospheric pressure.
  • the leading crayers observed with a helium ion microscope HIM, Orion NanoFab, Carl Zeiss
  • AuNR gold nanorods
  • the repetition rate of the fs laser oscillator was 75 MHz, corresponding to a pulse train of 13 ns intervals, and tissue sections were continuously irradiated and desorbed by a number of laser beams in a uniform motion. Therefore, the desorption by the femtosecond near infrared laser oscillator of the biological specimen was confirmed to be uniform and stable, and their profiles were observed in a sharp and steep shape, and the intracellular spatial resolution was mass-analyzed by imaging.
  • mPEG-specific gold nanorods were used for uniform distribution of AuNR in tissue.
  • Live living tissue was reacted with mPEG-AuNR containing artificial cerebral spinal fluid (ACSF) for 1 hour. After the reaction, the tissues were washed 10 times with ACSF to maintain AuNRs in the tissue. As a result, the desorption by the femtosecond-near-infrared laser oscillator appeared uniform and stable due to the action of AuNR in the region before analysis.
  • ACSF artificial cerebral spinal fluid
  • the thickness of the desorbed tissue was found to be 35 um, as shown in Fig. Because the hippocampal tissue was dried after mass analysis in the CARS measurement, the thickness of the tissue in the aeration process was expected to be thicker than 47 um, which resulted in a specific increase in the aspect ratio of the laser-induced citer, . Without the treatment of AuNRs for mass spectrometric imaging, the prominent mass ion peak of the biomolecule would not have been observed. Therefore, the use of AuNR is important for efficient desorption, and its use enables atmospheric pressure MS imaging to deliver high resolution MS images.
  • the atmospheric plasma jet uses a non-thermal plasma even though it contains many kinds of charged species including electrons, ions and excited species, Do not damage live biological samples.
  • the generated plasma jet is not in direct contact with the sample because the configuration of the sampling equipment on the sample stage is such that the gas flow is inhaled.
  • This series of desorption and deionization is very effective at analyzing living samples at atmospheric pressure conditions.
  • intensive ultrafast laser light using AuNR was able to effectively remove a definite volume from a biological sample, and atmospheric helium plasma ionized to 19.8 eV of excited helium atom for MS imaging of atmospheric biomedical tissue.
  • the laser energy pulse was reduced compared to using a laser source alone.
  • Lowering the pulse energy not only reduces the heat damage of the sample but also suppresses scattering of the desorbed material due to the laser irradiation, so that a very clear and clear desorption pattern can be obtained.
  • the atmospheric pressure nanoPALDI method according to the present invention is characterized in that living tissue can be analyzed under atmospheric pressure analysis conditions.
  • the MS image obtained by atmospheric pressure nanoPALDI-MS has little to prepare for the sample compared to the vacuum-based secondary ion mass spectrometer (SIMS), which is effectively used for geological imaging with high spatial resolution ( ⁇ 1 ⁇ m)
  • SIMS vacuum-based secondary ion mass spectrometry
  • granular cells of CA (cornu ammonis) pyramidal cells and DG (dentate gyrus) are known to be two major neuronal types that represent distinct dendritic arbor structures.
  • DG dentate gyrus
  • ionic fragments of monoacylglycerol, cholesterol, and ceramide showed higher signal intensities in the CA1 and CA3 regions than in the DG region.
  • ions at adenine m / z 136.062 were concentrated in the DG region.
  • the abstract cells in the CA1 and CA3 regions structurally have two different dendrites, long and thick dendrites and several basal projections from the top and bottom of the soma, respectively.
  • the apex and base protrusions are opposite to each other and exist in different layers, and the protrusion structure of the abstract cell shows the shape of biconical.
  • Vertex and basal dendrites are known to differ in many properties, including size, geometry, electrical conduction, and responsiveness to neurotrophic factors or guidance molecules.
  • a region of 100 mu m width with low intensity of MAG could be confirmed along the line of the abstract cell body (see Fig. 10C).
  • the moss fibers were in two major bundles, the main suprapyramidal projections in the clear layer and the intra and infra abstract projections, first within the proximal extent of the stratum pyramids and stratum orientations, and crossing the transparent strata in CA3 .
  • CA3 pyramidal neurons are in synaptic contact with the islets of the moss fiber via the overgrown specific complexes of the recruited spinal callus.
  • the nano PALDI MS image can provide a lot of spatial information about the metabolites, which can be useful for drug screening at tissue level. Therefore, the inventors of the present invention found that the cholesterol depletion phenomenon by methyl- beta -cyclodextrin (m beta CD) treatment was analyzed by atmospheric pressure nano-PALDI MS imaging Respectively.
  • the hippocampal tissues of mice treated with m ⁇ CD in an aeration condition were immersed in an ACSF solution containing m ⁇ CD (25 mg / ml) for 6 hours.
  • ion images were collected from two different hippocampal tissues, the two different images being normal hippocampal tissue (see FIG. 13A) and hippocampal tissue treated with m ⁇ CD (see FIG. 13B), respectively.
  • hippocampal tissue treated with m [beta] CD the two cholesterol peaks at m / z 369.349 and m / z 385.346 were found to be suppressed and disappeared in the entire assay region as shown in Fig. 13b.
  • the ceramide ion at m / z 548.540 was also inhibited.
  • Other identified ions were slightly decreased compared to the normal group. Therefore, the present inventors have found that the atmospheric pressure MS imaging analysis method designed in the present invention can be used for screening of tissue-based drugs, and it is more accurate than the cell-based drug screening method of killing laboratory animals And reliability.
  • the atmospheric pressure mass spectrometry imaging system of the present invention is capable of drug screening.
  • the candidate drug is treated with a biotissue, and the analyte is desorbed from the biotissue, so that the action of the drug can be directly confirmed by comparing the components, the content, and the spatial shift of metabolites, lipids or proteins with those of the control without the drug treatment .
  • FIG. 14 is a block diagram of a high resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing live biological samples according to an embodiment of the present invention.
  • a high-resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing a live biological sample includes a photo-thermal substrate 800 on which a biological tissue (or a sample) 1 is mounted, 800 for irradiating laser light having a wavelength of 532 to 802 nm and an ionization processing unit 300 for ionizing analytes desorbed from the living tissue 1 as the laser light is irradiated, A mass spectrometer 400 for collecting and analyzing ionized analytes using a suction force generated by a vacuum pump 500, a light source 200 for providing illumination to the living tissue 1, An imaging unit 600 for imaging an image of the living tissue 1 through the imaging unit 610 and a computer 700 for displaying an imaging result of the imaging unit 600.
  • the photo-thermal substrate 800 is assumed to be mounted on a stage that moves substantially in a plane.
  • Fig. 15 is a configuration diagram of the light modulation substrate 800. Fig.
  • the photo-thermal substrate 800 has a structure in which a glass plate 810 and a photo-thermal layer 820 are formed on the glass plate 810.
  • the photothermal layer 820 When the laser light is irradiated to the photothermal layer 820, the photothermal layer 820 absorbs the energy of the laser to emit heat to form the biotissue 1 ). ≪ / RTI >
  • the laser is preferably irradiated directly to the photothermal layer 820 without passing through the living tissue 1.
  • the present invention is configured to form a photo-thermal layer 820 on a glass substrate 810 through which laser is transmitted, and to irradiate the laser light from the bottom of the glass substrate 810 to the photo-thermal layer 820.
  • the laser of the laser processing apparatus 100 is reflected through the reflecting portion 110 and irradiated to the photo-thermal layer 820 through the glass substrate 810.
  • the energy of the laser is not absorbed in a part of the living tissue 1, and distortion in mass analysis can be prevented from occurring.
  • the laser processing apparatus 100 provides a laser beam having a wavelength of 523 to 802 nm in a near infrared ray or visible light band and the irradiation direction is switched by the reflecting unit 110 in the vertical direction of the optical thermal substrate 800, 610). ≪ / RTI >
  • the objective lens 610 may be a high magnification objective lens of a microscope. As described above, the objective lens 610 performs focusing of the laser light, identifies the biological tissue 1 processed through the imaging unit 600 And serves to provide the light from the light source unit 200 to the image sensing unit 600 so that an image can be picked up.
  • the material is desorbed from the sample of the biological tissue (1) by the photothermal action of the photothermal layer (820) together with the irradiation of the laser.
  • the light absorption layer 820 absorbs a part of the light energy of the laser to generate heat, and the laser which is not absorbed by the light modulation layer 820 is irradiated to the biological tissue 1 to desorb the material. At this time, the material is more easily detached by heat generated in the photothermal layer 820.
  • the photothermal layer 820 there may be used graphene grains coated on the upper surface of the glass substrate 810, reduced graphene grains, nano-rods of nano-particles of metal having high absorptance of near- Layer.
  • the metal having a high light energy absorption rate of the near-infrared light and visible light broadband laser may be the same.
  • 16 is a spectrum obtained by analyzing the optical properties of gold nano-rods. As shown in the figure, the absorption coefficient is maximized at a wavelength of 800 nm, and it is possible to absorb good laser light energy in the near-infrared and visible wavelength bands.
  • the reduced graphene oxide, the gold nanorod, or the gold nanoparticle layer it may be coated with a coating layer having high heat resistance and high light transmittance.
  • the coating layer includes PEI (Ultem).
  • the desorbed material is ionized by the plasma generated in the ionization processing unit 300.
  • the ionization of the material is for separating the analyte easily, and can be supplied to the mass spectrometer 400 through the ionization post-induction tube 410 as in the example shown in FIG.
  • the ionization processing unit 300 may use an atmospheric pressure plasma apparatus capable of generating plasma at atmospheric pressure.
  • the ionization processing unit 300 includes a supply pipe 310 for supplying a plasma to a position close to the biological tissue 1 in order to increase the ionization rate of the desorbed analyte.
  • the supply pipe 310 may use a quartz tube.
  • the ionized analyte may be supplied to the mass spectrometer 400 through the induction tube 410.
  • the induction pipe 410 may be made of stainless steel and the vacuum pump 500 forms an air flow so that the analyte moves through the induction pipe 410 and is supplied to the mass spectrometer 400.
  • the mass spectrometer 400 measures the mass of the analyte, and can measure the molecular mass of protein, metabolite, and lipid.
  • the computer 700 is provided with a mass analysis program, and can transmit, analyze, and display analysis results of the mass spectrometer 400.
  • FIG. 17 is a block diagram of a high resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing live biological samples according to another embodiment of the present invention.
  • the other configuration is the same as that of the atmospheric pressure mass spectrometry imaging system described in detail with reference to FIG. 14, except that the supply pipe 310 of the ionization processing unit 300 is connected to the induction pipe 410, Can be treated and ionized as it passes through the membrane 410.
  • the ionized analyte is introduced into the chamber 420 and supplied to the mass spectrometer 400 for analysis.
  • 18A to 18D are helium ion micrographs of mouse hippocampal tissue specimens.
  • the present invention irradiates the laser light below the photothermal layer 820, the analyte can be desorbed from a living sample irrespective of the thickness of the sample.
  • the present invention is industrially applicable as an analyte can be desorbed from a biological sample using a laser having a relatively low output by increasing the energy absorption rate of laser light.

Abstract

The present invention relates to a method for treating biological tissue, a laser treatment device and an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system. The method comprises the steps of: a) preparing a pretreatment material solution for absorbing energy of near-infrared and visible band laser light; b) applying the pretreatment material solution on biological tissue to be treated and thus allowing the pretreatment material to be absorbed into the membrane of the biological tissue; c) focusing and irradiating near-infrared and visible band laser light to the biological tissue which has absorbed the pretreatment material and thus treating the biological tissue.

Description

생체 조직을 처리하기 위한 방법, 레이저 처리 장치 및 대기압 질량분석 이미징 시스템A method for processing biological tissue, a laser processing apparatus and an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system
본 발명은 생체 조직을 처리하기 위한 방법, 레이저 처리 장치 및 대기압 질량분석 이미징 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 펨토초 레이저 오실레이터 또는 연속발진레이저를 이용하여 대기압 상태에서 생체 조직을 처리하고, 질량분석을 수행할 수 있는 생체 조직을 처리하기 위한 방법, 레이저 처리 장치 및 대기압 질량분석 이미징 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for processing biological tissue, a laser processing apparatus, and an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system, and more particularly to a femtosecond laser oscillator or continuous oscillation laser for processing biological tissue under atmospheric pressure, A laser processing apparatus, and an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system.
일반적으로, 분석화학분야에서 다양하게 쓰이는 질량분석법은 유기화합물 이온의 원자 조성과 원자량의 정밀 측정을 통해 유기물의 성분과 구조를 파악하는 매우 유용한 분석방법으로 유기물의 복합체인 세포나 생체조직 또한 질량분석법을 통해 그 물질의 분자정보를 얻을 수 있다. 그러나 일반적인 질량분석법은 고진공 조건에서 시료를 탈착 및 이온화하는 방법을 사용하므로, 수분을 많이 함유하고 있는 생체시료는 복잡한 전처리과정 없이 분석할 수 없다. 따라서 주로 생체시료를 파괴하여 용매에 넣어 분석을 하는 액체 크로마토그래피 또는 전기분무 이온화 질량분석법을 주로 사용하거나, 전처리 과정을 거쳐 시료를 진공 챔버에 넣어 분석하는 이차이온 질량분석법 (secondary ion mass spectrometry: SIMS)이나 매트릭스 레이저 탈착이온화 질량분석법 (matrix assisted laser desorption ionization: MALDI)을 사용한다.In general, mass spectrometry, which is widely used in the field of analytical chemistry, is a very useful analytical method to grasp the composition and structure of organic substances through precise measurement of atomic composition and atomic weight of organic compound ions. The molecular information of the substance can be obtained. However, since general mass spectrometry uses a method of desorbing and ionizing a sample under high vacuum conditions, a biological sample containing a large amount of moisture can not be analyzed without complicated pretreatment. Therefore, the secondary ion mass spectrometry (SIMS (mass spectrometry)) method is mainly used in liquid chromatography or electrospray ionization mass spectrometry, in which a biological sample is destroyed and analyzed in a solvent, or the sample is subjected to a pre- ) Or matrix assisted laser desorption ionization (MALDI).
그러나 이러한 방법은 진공기반의 기술이며 이 때문에 생체 시료를 진공 챔버에 넣기 위해 수분을 없애거나 다른 물질로 치환하는 등 여러 가지 전처리가 필요하며 이 과정에서 시료의 훼손이 발생하여 정확한 분석결과를 얻을 수 없다.However, this method is a vacuum-based technique. Therefore, in order to put a biological sample into a vacuum chamber, various pretreatments such as elimination of moisture or substitution with other substances are required. In this process, samples are damaged and accurate analysis results are obtained none.
이러한 문제점을 극복하고자 최근 미국과 유럽을 중심으로 대기압 질량분석기술을 개발하기 위한 연구가 시작되었고, 그 예로 종이 분무 이온화방법 (paper spray ionization: PSI), 중적외선 레이저 (mid-IR lasers)를 이용한 탈착 이온화방법, 기체 방전을 이용한 실시간 직접 분석법 (direct analysis in real-time, DART), 표면 탄성파 소자를 이용한 시료 분무법 (surface acoustic wave nebulization: SAWN) 등이 개발되었으나 이러한 방법들은 여전히 생체시료 분석 시 오염 문제와 검출 한계 등을 가지고 있으며, 시료의 공간정보를 더해 질량분석 이미징을 구현하는 데에는 전혀 사용할 수 없을 뿐만 아니라 높은 해상도의 이미징을 얻을 수 없어 새로운 대기압 탈착이온화 기술이 요구되고 있는 실정이다.In order to overcome these problems, researches have been started to develop atmospheric pressure mass spectrometry technology mainly in USA and Europe. For example, paper spray ionization (PSI) and mid-IR lasers (DART), surface acoustic wave nebulization (SAWN), etc. have been developed. However, these methods are still used for the analysis of biological samples There is a problem and a detection limit. In addition, since it can not be used at all to implement mass spectrometry imaging combined with spatial information of a sample, high resolution imaging can not be obtained, and a new atmospheric pressure desorption ionization technology is required.
아울러 레이저를 이용하는 생체 조직의 처리방법의 발전으로 의료분야에서도 다양하게 레이저를 사용한 생체 조직의 절제술이 이용되고 있으나, 연속발진레이저는 집속이 가능하나 휴기지가 없기 때문에 생체 조직에 열적 손상을 남기며, 가기광대역과 근적외선대역의 레이저 광은 생체 조직에 거의 영향을 주지 못하며, 중적외선대역의 레이저광은 눈에 보이지 않아 다루기 힘들며, 집속렌즈가 매우 고가인 문제점이 있었다.In addition, the development of treatment methods of living tissue using laser has been used in various fields in the medical field, such as resection of living tissues using laser. However, continuous oscillation laser can be focused, but there is no hurricane, The laser light of the upper broad band and the near infrared ray band has little influence on the living tissue, the laser light of the middle infrared band is invisible because it is invisible, and the focusing lens is very expensive.
반면, 펨토초 레이저를 포함하는 초단파 펄스레이저는 아주 짧은 순간에 매우 높은 첨부 출력을 가지며 이후에는 휴지기를 가지기 때문에 레이저에 의한 열적 손상을 줄일 수는 있으나, 높은 첨두 출력으로 집속을 하는데 어려움이 있어 100마이크로미터 이상의 큰 절제 흔적을 남기는 문제점이 있었다. On the other hand, a microwave pulse laser including a femtosecond laser has a very high attachment power in a very short time, and after that it has a rest period, which can reduce the thermal damage caused by the laser. However, There was a problem of leaving a large ablation mark more than a meter.
또한 Y.-K. Kim, H.-K. Na, S.-J. Kwack, S.-R. Ryoo, Y. Lee, S. Hong, S. Hong, Y. Jeong, and D.-H. Min, "Synergistic effect of graphene oxide/MWCNT films in laser desorption/ionization mass spectrometry of small molecules and tissue imaging” ACS Nano, 5 (6), 45504561 (2011)에는 그래핀 옥사이드(graphene oxide)와 다중벽 탄소나노튜브(multiwalled carbon nanotube) 이중층 칩(double layer chip)에 시료를 올려두고 레이저를 조사하면 상기 이중층칩에서 레이저의 에너지를 흡수하고, 광열효과를 이용하여 시료에 열에너지를 전달함으로써, 물질을 탈착 및 이온화시켜 질량분석을 하는 방법에 대하여 기재되어 있다.Also, Y.-K. Kim, H.-K. Na, S.-J. Kwack, S.-R. Ryoo, Y. Lee, S. Hong, S. Hong, Y. Jeong, and D.-H. Min, "Synergistic effect of graphene oxide / MWCNT films on laser desorption / ionization mass spectrometry of small molecules and tissue imaging" ACS Nano, 5 (6), 45504561 (2011) When a sample is placed on a double layered chip and the laser is irradiated, the energy of the laser is absorbed in the double-layered chip, and heat energy is transferred to the sample using the photothermal effect. Thus, the material is desorbed and ionized And mass spectrometry is carried out.
그러나 레이저가 시료의 위쪽에 위치하기 때문에 레이저가 이중층칩에 도달하기 위해서는 반드시 시료를 통과해야 한다. 따라서 시료가 두껍거나 불균질하여 일부 영역에서 레이저의 에너지를 흡수하게 되며, 부분적인 에너지의 흡수는 전체 시료의 분석에 왜곡이 발생한다. However, since the laser is located above the sample, the laser must pass through the sample to reach the double-layer chip. Therefore, the sample is thick or heterogeneous, which absorbs the energy of the laser in some areas, and partial absorption of energy causes distortion in the analysis of the whole sample.
따라서 종래의 방법으로는 15㎛ 이하의 얇은 절편 조직을 분석할 수 있는 것으로, 생체 시료의 질량 분석에 사용하는 경우 적용 범위가 매우 제한적인 문제점이 있었다.Therefore, in the conventional method, it is possible to analyze a thin intercept structure of 15 탆 or less, and there is a problem that the range of application is very limited when it is used for mass analysis of a biological sample.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 대기압 환경에서 생체 조직을 처리하되 열손상이 발생하는 것을 방지하면서도 처리 흔적을 최소화할 수 있는 생체 조직을 처리하기 위한 방법 및 레이저 처리 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method and a laser processing apparatus for processing a biological tissue in an atmospheric pressure environment, the method being capable of minimizing the traces of treatment while preventing thermal damage from occurring.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상대적으로 낮은 출력의 레이저를 사용하여 5㎛이내의 폭에서 100㎛ 깊이 이상의 절제 처리를 할 수 있는 생체 조직을 처리하기 위한 방법 및 레이저 처리 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and a laser processing apparatus for processing a living tissue capable of performing a cut-off process at a depth of 100 mu m or less within a width of 5 mu m using a laser of a relatively low output .
아울러 본 발명은 생체 조직 또는 생체 시료로부터 분석물질을 탈착시키고, 탈착된 분석물질을 고해상도로 이미징할 수 있는 대기압 질량분석 이미징 시스템을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system capable of desorbing an analyte from a biological tissue or a biological sample and imaging the desorbed analyte at a high resolution.
그리고 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 시료의 두께나 균질성과 무관하게 낮은 출력의 레이저를 이용하여 대기압에서 물질을 탈착시켜 질량 분석을 수행할 수 있는 살아있는 생체 시료의 분석을 위한 고해상도 대기압 질량분석 이미징 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a high-resolution atmospheric pressure mass spectrometry for analyzing live biological samples capable of performing mass spectrometry by desorbing substances at atmospheric pressure using a laser of low output irrespective of the thickness or homogeneity of the sample And an analysis imaging system.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 생체 조직을 처리하기 위한 방법은, a) 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광의 에너지를 흡수하는 전처리물질 용액을 준비하는 단계와, b) 상기 전처리물질 용액을 처리 대상 생체 조직에 도포하여, 전처리물질이 생체 조직의 막 내부로 흡수되도록 하는 단계와, c) 전처리 물질을 흡수한 생체 조직에 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광을 집속하여 조사하여 상기 생체 조직을 처리하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for processing biological tissue, comprising the steps of: a) preparing a pretreatment material solution that absorbs energy of laser light in a near-infrared light and a visible light band; b) Applying a substance solution to a biological tissue to be treated so that a pretreatment substance is absorbed into the biological tissue; and c) irradiating a living tissue absorbing the pretreatment substance with near-infrared light and visible light, And processing the tissue.
본 발명의 다른 측면에 따른 생체 조직을 처리하는 레이저 처리 장치는, 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광을 발산하는 광원과, 상기 광원의 레이저광을 집속하여, 상기 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광의 에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하는 전처리물질이 막 내에 흡수된 생체 조직에 집속하여 조사하는 대물렌즈를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus for processing biological tissues, comprising: a light source for emitting laser light in a near-infrared light and a visible light band; a light source for converging the laser light of the light source to absorb energy of laser light in the near- And an objective lens for converging and irradiating the pretreatment material for converting into thermal energy to the biological tissue absorbed in the film.
본 발명의 다른 측면에 따른 대기압 질량분석 이미징 시스템은, 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광의 방출하는 레이저 처리 장치와, 상기 레이저 처리 장치의 레이저광을 집속하여, 상기 레이저광의 에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하는 전처리 물질이 막 내에 흡수된 생체 조직에 집속하는 대물렌즈와, 상기 생체 조직에서 탈착되는 분석물질을 이온화시키는 이온화부와, 상기 이온화된 분석물질을 포집하여 질량을 분석하는 질량분석기를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system including a laser processing apparatus for emitting laser light in a near-infrared light and a visible light band, a laser processing apparatus for converging laser light of the laser processing apparatus, An ionizing unit for ionizing the analyte desorbed from the living tissue, and a mass analyzer for collecting the ionized analyte and analyzing the mass of the analyte, .
본 발명은 다른 측면에 따른 대기압 질량분석 이미징 시스템은, 생체 조직을 지지하며, 레이저광의 에너지를 흡수하여 열을 발생시키는 광열기판과, 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광을 상기 광열기판의 저면을 통해 조사하는 레이저 처리 장치와, 상기 생체 조직에서 탈착되는 분석물질을 이온화시키는 이온화부와, 상기 이온화된 분석물질을 포집하여 질량을 분석하는 질량분석기를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an atmospheric pressure mass spectrometric imaging system comprising: a light source substrate for supporting living tissue and absorbing energy of laser light to generate heat; a laser light source for irradiating laser light in a near- An ionization unit for ionizing an analyte desorbed from the living tissue, and a mass spectrometer for collecting the ionized analyte and analyzing the mass of the analyte.
본 발명 생체 조직을 처리하기 위한 방법 및 레이저 처리 장치는, 대기압에서 생체 조직을 전처리하여 레이저의 광에너지의 흡수율을 높여, 처리 과정에서 상대적으로 낮은 출력의 레이저를 사용하여 처리할 수 있도록 함으로써, 생체 조직의 열손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.A method and a laser processing apparatus for treating a living body tissue according to the present invention are capable of processing a biological tissue at atmospheric pressure to increase the absorption rate of laser light energy and processing using a relatively low power laser in the processing, It is possible to prevent heat damage to the tissue.
또한, 근적외선 및 가시광대역의 레이저를 이용하여 생체 조직을 처리할 수 있어, 저가의 집속렌즈를 사용하면서도 집속이 용이하여, 생체 조직의 정교한 처리가 가능한 효과가 있다.In addition, biological tissues can be processed using near-infrared and visible laser beams, and focusing can be facilitated while using a low-cost focusing lens, thereby achieving an effect that the biological tissue can be finely processed.
본 발명은 생체 시료를 투과하지 않고도 광열효과를 이용하여 생체 조직에서 물질을 탈착할 수 있도록 함으로써, 시료의 두께나 균질성에 무관하게 신뢰성 높은 질량분석을 수행할 수 있어, 적용 범위를 확장할 수 있는 효과가 있다.The present invention can perform mass spectrometry with high reliability irrespective of the thickness and homogeneity of a sample by allowing a substance to be desorbed from a living tissue by utilizing a photothermal effect without transmitting a biological sample, It is effective.
또한, 본 발명은 대기압에서 생체 조직에 흡수되는 레이저 광에너지의 흡수율을 높여, 처리 과정에서 상대적으로 낮은 출력의 레이저를 사용하여 처리할 수 있도록 함으로써, 다량의 생체분자 정보를 한 번의 분석과정으로 얻을 수 있으며, 고해상도의 질량부선 이미징을 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention increases the absorption rate of laser light energy absorbed in living tissue at atmospheric pressure, and enables processing using a relatively low power laser in the process, thereby obtaining a large amount of biomolecule information through one analysis process And it is possible to obtain a high-resolution mass barge imaging.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생체 조직을 처리하기 위한 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a method for processing a living tissue according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 상기 금 나노 로드의 광학적 특성을 분석한 스펙트럼이다.FIG. 2 is a spectrum of the optical characteristics of the gold nano-rod.
도 3a 내지 도 3d는 마우스 해마 조직 시편의 헬륨 이온 현미경 사진이다.3A to 3D are helium ion micrographs of mouse hippocampal tissue specimens.
도 4는 본 발명의 생체 조직을 처리하기 위한 방법으로 처리된 생체 조직의 헬륨 이온 현미경 사진이다.4 is a helium ion micrograph of a living tissue treated by the method for treating a living tissue of the present invention.
도 5는 금 나노 구체로 전처리된 해마 조직을 532nm 파장의 연속발진 레이저를 이용하여 처리한 결과 사진이다.FIG. 5 is a photograph of a hippocampal tissue pretreated with gold nanospheres treated with a 532 nm continuous oscillation laser.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성도이다.6 is a configuration diagram of an atmospheric pressure mass spectrometric imaging system according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성도이다.7 is a configuration diagram of an atmospheric pressure mass spectrometric imaging system according to another embodiment of the present invention.
도 8은 탈착 전과 후의 마우스 해마 조직의 현미경 사진이다.8 is a photomicrograph of a mouse hippocampal tissue before and after desorption.
도 9는 ICR(Institute of Cancer Research) 성인 마우스의 해마 조직에 대한 질량분석 이미지이다.9 is a mass spectrometric image of hippocampal tissue of an ICR (Institute of Cancer Research) adult mouse.
도 10a 내지 도 10g는 MS 이미징에 의해 마우스의 해마 조직의 서브 영역에 대한 검출된 이온들의 공간 분포도를 분석한 결과이다.FIGS. 10A to 10G are results of analysis of the spatial distribution of detected ions for the subregion of the hippocampal tissue of the mouse by MS imaging.
도 11은 nanoPALDI 분석 후의 해마 조직 시편의 형태학적 변화 비교도이다.11 is a morphological comparison of hippocampal tissue specimens after nanoPALDI analysis.
도 12a 및 12b는 진공 기반의 이차 이온 질량 분석기(SIMS)으로 측정된 본래의 콜레스테롤 분포도의 왜곡을 보인 이미지이다.12A and 12B are images showing distortion of the original cholesterol distribution measured by a vacuum based secondary ion mass spectrometer (SIMS).
도 13a 및 13b는 약물영향 조사를 위해 2가지 다른 조건 처리에 따른 이온 이미지 분석 결과를 나타낸 이미지이다.13A and 13B are images showing the result of ion image analysis according to two different condition treatments for drug effect investigation.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 살아있는 생체 시료의 분석을 위한 고해상도 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성도이다.FIG. 14 is a block diagram of a high-resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing live biological samples according to another embodiment of the present invention.
도 15는 도 14에서 광열기판의 구성도이다.Fig. 15 is a configuration diagram of the light modulation substrate in Fig. 14. Fig.
도 16은 금 나노 로드의 광학적 특성을 분석한 스펙트럼이다.16 is a spectrum obtained by analyzing the optical properties of gold nano-rods.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 살아있는 생체 시료의 분석을 위한 고해상도 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성도이다.17 is a block diagram of a high resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing live biological samples according to another embodiment of the present invention.
도 18a 내지 도 18d는 마우스 해마 조직 시편의 헬륨 이온 현미경 사진이다.18A to 18D are helium ion micrographs of mouse hippocampal tissue specimens.
- 부호의 설명 -- Explanation of symbols -
100:레이저 처리 장치 200:광원부100: laser processing device 200: light source
300:이온화 처리부 310:공급관300: ionization processing unit 310: supply pipe
400:질량분석기 410:유도관400: mass spectrometer 410: induction tube
420:챔버 500:진공펌프420: chamber 500: vacuum pump
600:촬상부 610:대물렌즈600: image pickup unit 610: objective lens
700:컴퓨터 800:광열기판700: computer 800: light-emitting substrate
810:유리판 820:광열층810: glass plate 820: light heat layer
이하, 본 발명 생체 조직을 처리하기 위한 방법, 레이저 처리 장치 및 대기압 질량분석 이미징 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for processing biological tissue of the present invention, a laser processing apparatus, and an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to explain the present invention more fully to those skilled in the art, and the embodiments described below can be modified into various other forms, The scope of the present invention is not limited to the following embodiments. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an," and "the" include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise " and / or " comprising " when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups. As used herein, the term " and / or " includes any and all combinations of one or more of the listed items.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, regions and / or regions, it is to be understood that these elements, parts, regions, layers and / . These terms do not imply any particular order, top, bottom, or top row, and are used only to distinguish one member, region, or region from another member, region, or region. Thus, the first member, region or region described below may refer to a second member, region or region without departing from the teachings of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing embodiments of the present invention. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions illustrated herein, including, for example, variations in shape resulting from manufacturing.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생체 조직의 처리를 위한 방법의 순서도로서, 이에 도시한 바와 같이 대기압 환경에서 생체 조직에 532 내지 802nm 파장의 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광의 에너지 흡수율을 높이는 처리를 수행하는 전처리단계(S100)와, 전처리된 생체 조직을 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광을 집속 조사하여 처리하는 메인처리단계(S200)를 포함한다.FIG. 1 is a flow chart of a method for processing a living tissue according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the atmospheric pressure environment, a treatment for increasing the energy absorption rate of laser light in the near- And a main processing step S200 of irradiating and processing the pre-processed biological tissue by focusing the laser light of the near-infrared light and the visible light band.
상기 전처리단계(S100)는 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광의 흡수율이 높은 물질의 나노입자(평균 입경이 10 내지 100nm인 입자)를 포함하는 전처리물질을 준비하는 단계(S110)와, 상기 준비된 전처리물질을 처리할 생체 조직의 표면에 도포하는 단계(S120)와, 상기 전처리물질이 상기 생체 조직에 충분히 흡수될 수 있도록 대기하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.The preprocessing step S100 may include preparing a pretreatment material including nanoparticles (particles having an average particle diameter of 10 to 100 nm) of a material having a high absorption rate of laser light in the near-infrared light and visible light band (S110) (S120) of applying the pretreatment substance to the surface of the living tissue to be treated, and a step (S130) of waiting for the pretreatment substance to be sufficiently absorbed by the living tissue.
S110단계에서 준비되는 상기 전처리물질은 금 나노 로드, 금 나노 구체, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀을 포함하는 용액일 수 있으며, 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광의 에너지를 생체 조직 자체에 비하여 더 많이 흡수할 수 있는 물질의 나노입자를 사용할 수 있다.The pretreatment material prepared in the step S110 may be a solution containing a gold nanorod, a gold nanosphere, a graphene oxide, a reduced graphene graphene, and the energy of the laser light in the near infrared ray and visible light band may be more Nanoparticles of absorbable material can be used.
이때 고려되어야 할 점은 나노입자가 생체 조직 내로 흡수되기 때문에 무해하다고 알려진 금속 또는 탄소화합물을 선택한다.What should be considered here is that the nanoparticles are absorbed into the tissues of the organism, so they choose a metal or carbon compound known to be harmless.
상기 전처리물질의 제조방법은 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 아래와 같은 금 나노 로드 용액을 제조한다.Various methods known in the art can be used for the preparation of the pretreatment material. In the present invention, the following gold nano-rods are prepared.
먼저, 0.25ml의 HAuCl4(0.01M)을 함유한 CTAB (0.1 M) 9.75ml 및 NaBH4(0.01M) 용액 0.6ml을 혼합하여 씨드 용액(seed solution)을 제조하고, 28℃의 온도에서 3시간 동안 격렬하게 교반시켰다. First, 9.75 ml of CTAB (0.1 M) containing 0.25 ml of HAuCl4 (0.01 M) and 0.6 ml of a solution of NaBH4 (0.01 M) were mixed to prepare a seed solution and incubated at a temperature of 28 캜 for 3 hours And stirred vigorously.
그 다음, 3ml의 AgNO3(0.01M), 20mL의 HAuCl4(0.01M) 및 3.2ml의 아스코르빅산(0.01M)을 CTAB (0.1 M)에 첨가하고 혼합하여 성장용액을 제조하였다. 이후 3.2ml의 씨드 용액을 성장용액에 첨가하여 반응 혼합물을 제조하였고, 이를 몇 초 동안 부드럽게 흔들어 준 후, 28℃에서 6시간 동안 그대로 유지시켜, 금 나노 로드가 형성되도록 한다.Then, 3 ml of AgNO3 (0.01 M), 20 ml of HAuCl4 (0.01 M) and 3.2 ml of ascorbic acid (0.01 M) were added to CTAB (0.1 M) and mixed to prepare a growth solution. Thereafter, 3.2 ml of the seed solution was added to the growth solution to prepare a reaction mixture, which was gently shaken for several seconds and then held at 28 ° C for 6 hours to allow the gold nanorod to form.
AuNRs이 형성되면 용액의 색상이 자주색으로 변하며, 형성된 AuNRs은 평균길이 41.9 (± 4.4)nm, 너비 12.2(± 1.3)nm, 표면 플라즈몬 공명 피크 (λmax)는 약 765nm 인 것으로 관찰되었다.When AuNRs were formed, the color of the solution turned purple. The AuNRs formed were found to have an average length of 41.9 (± 4.4) nm, a width of 12.2 (± 1.3) nm and a surface plasmon resonance peak (λmax) of about 765 nm.
AuNRs의 제조를 위해, 20ml의 CTAB-AuNRs 용액을 15,000rpm에서 15분 동안 원심분리 하였고, 상등액을 제거한 후, AuNRs를 10ml의 증류수로 재분산 시켰다. 상기 용액에 mPEG-SH (2.0 mg)을 첨가하고 이어 10ml의 에탄올을 첨가하였다. 용액을 몇 초 동안 격렬하게 교반한 다음, 12시간 동안 부드럽게 교반시켰다. For the preparation of AuNRs, 20 ml of the CTAB-AuNRs solution was centrifuged at 15,000 rpm for 15 minutes, and after removing the supernatant, the AuNRs were redispersed with 10 ml of distilled water. To this solution was added mPEG-SH (2.0 mg) and then 10 ml of ethanol was added. The solution was vigorously stirred for several seconds and then gently stirred for 12 hours.
비-반응된 mPEG은 12000rmp으로 15분간 원심분리하여 제거하였고, mPEG-modified AuNRs을 물에 현탁시켜 제조한다.The non-reacted mPEG was removed by centrifugation at 12000 rpm for 15 minutes, and the mPEG-modified AuNRs were prepared by suspending in water.
이와 같은 과정을 통해 CTAB-AuNRs(λmax=800nm)를 합성할 수 있다.Through this process, CTAB-AuNRs (λmax = 800 nm) can be synthesized.
그 다음, S120단계에서는 전처리물질을 처리대상 생체 조직의 표면에 도포한다. 전처리물질에 포함된 상기 금 나노 로드, 금 나노 구체, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀은 생체 조직의 작용에 의해 생체 조직의 내부로 흡수된다.Next, in step S120, the pretreatment material is applied to the surface of the living tissue to be treated. The gold nano-rods, gold nanospheres, graphene grains, and reduced graphene grains included in the pretreatment material are absorbed into the biotissue by the action of the biotissue.
S130단계는 상기 금 나노 로드, 금 나노 구체(입자), 산화 그래핀 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자가 생체 조직 내부로 충분히 흡수될 수 있도록 기다린다. 30 내지 60분이 경과하면 위의 전처리를 위한 물질들이 생체 조직의 막 내로 충분히 흡수된다.In step S130, the gold nano-rods, gold nanospheres (grains), oxidized grains or reduced graphene grains are allowed to be sufficiently absorbed into the biotissues. After 30 to 60 minutes, the substances for the pretreatment are sufficiently absorbed into the membrane of the biotissue.
본 발명에서 생체 조직은 살아있는 생체 조직이며, 생체 조직의 '처리'라 함은 미세 절제, 미세 천공을 포함하며, 생체 조직의 분석을 위한 생체 조직 물질의 탈착을 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 미세 절재, 미세 천공은 의료분야에서 광범위하게 이용될 가능성이 있다. 이후에 좀 더 상세히 설명되는 바와 같이 본 발명은 레이저를 이용한 생체 조직의 처리에서 열손상의 발생을 방지할 수 있어 무통, 무혈의 절제가 가능하다.In the present invention, the living tissue is a live living tissue, and the term 'treatment' of the living tissue includes micro-excision and micro-perforation, and it should be understood as a concept including desorption of a living tissue material for analysis of living tissue. Micro-cutting and micro-perforation may be widely used in the medical field. As will be described later in detail, the present invention can prevent the occurrence of thermal damage in the treatment of living tissue using a laser, thereby enabling elimination of painlessness and bloodlessness.
그 다음, 메인처리단계(S200)에서는 레이저 처리 장치를 이용하여 상기 전처리단계(S100)를 통해 처리된 생체 조직을 처리한다.Next, in the main processing step (S200), the biological tissue processed through the preprocessing step (S100) is processed by using a laser processing apparatus.
상기 레이저광을 발산하는 레이저 처리 장치는, 532 내지 802nm 파장의 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광을 발산하는 광원부와, 상기 광원부에서 발산하는 레이저광을 집속하는 집속하는 집속렌즈인 대물렌즈를 포함한다.The laser processing apparatus for emitting the laser light includes a light source section for emitting a near-infrared laser beam and a visible light laser beam having a wavelength of 532 to 802 nm, and an objective lens for converging a laser beam emitted from the light source section.
상기 레이저 처리 장치는 상기 광원부 및 집속렌즈를 평면상 또는 공간상에서 이동시킬 수 있는 이동수단을 더 포함할 수 있다. 상기 생체 조직이 생체 시편인 경우에는 생체 시편을 상대적으로 평면상 또는 공간상에서 이동시킬 수 있는 이동수단을 포함할 수 있다.The laser processing apparatus may further include a moving unit capable of moving the light source unit and the focusing lens on a plane or in a space. In the case where the living tissue is a living body specimen, the living body specimen may include moving means capable of relatively moving the living body specimen in a plane or in a space.
더욱 바람직하게는 상기 광원부에서 발산된 레이저광의 광경로를 자유롭게 조절할 수 있는 도파로를 구비하여, 체내 삽입이 가능한 것일 수 있다.More preferably, the waveguide can freely adjust the optical path of the laser beam emitted from the light source unit, and can be inserted into the body.
위에서 설명한 바와 같이 살아있는 생체 조직에 흡수된 금 나노 로드는 근적외선 레이저광의 에너지를 흡수하여, 효과적인 처리 결과를 도출할 수 있다.As described above, gold nano-rods absorbed in living tissue can absorb energy of near-infrared laser light and can obtain effective treatment results.
종횡비가 4.0 (λmax = 800 nm)인 금 나노 로드는 근적외선 광을 흡수할 수 있고 흡수된 에너지를 열 에너지로 빠르게 변환할 수 있다. Gold nanorods with an aspect ratio of 4.0 (λmax = 800 nm) can absorb near-infrared light and quickly convert absorbed energy into heat energy.
생체 조직 막을 통과하여 생체 조직의 내부로 금 나노 로드를 삽입하면, 살아있는 생체 조직 내부에서 금 나노 로드는 근적외선 레이저광과 상호작용하는 핫스팟으로 작용하며 절제, 탈착 등 처리의 효율을 향상시키고 더 우수한 질량 스펙트럼 강도를 도출할 수 있다.When a gold nanorod is inserted into a biotissue through a biotissue membrane, the gold nanorod acts as a hotspot interacting with the near-infrared laser light in the living tissue and improves the efficiency of processing such as ablation and desorption, The spectral intensity can be derived.
도 2는 상기 금 나노 로드의 광학적 특성을 분석한 스펙트럼이다. 이에 도시한 바와 같이 흡광계수가 파장이 800nm에서 최대가 되며, 근적외선 및 가시광 대역의 파장에서 양호한 레이저광 에너지의 흡수가 가능함을 나타낸다.FIG. 2 is a spectrum of the optical characteristics of the gold nano-rod. As shown in the figure, the absorption coefficient is maximized at a wavelength of 800 nm, and it is possible to absorb good laser light energy in the near-infrared and visible wavelength bands.
도 3a 내지 도 3d는 마우스 해마 조직 시편의 헬륨 이온 현미경 사진이다.3A to 3D are helium ion micrographs of mouse hippocampal tissue specimens.
도 3a에서 A시편의 해마 조직은 아무런 처리가 되지 않은 시편으로, 상기 레이저 처리 장치의 집속된 레이저광에 의해서 절제가 되지 않음을 알 수 있다.In Fig. 3A, the hippocampal tissue of the A specimen is a specimen which has not undergone any treatment, and it can be seen that the hippocampus is not resected by the focused laser beam of the laser treatment apparatus.
위의 실험은 532 내지 802nm 파장의 레이저광이 나타내는 에너지 범위 중 300, 200, 100, 75, 50mW의 에너지로 조사된 것이며, A시편의 경우는 300mW의 에너지로도 정확하게 절제가 되지 않은 것을 알 수 있다. 도면에서 점선으로 보이는 부분은 절제할 부분을 가상으로 표시한 것이다.The above experiment was carried out with the energy of 300, 200, 100, 75, 50 mW in the energy range indicated by the laser beam of 532 to 802 nm wavelength, and it was found that the sample A was not accurately excised even with the energy of 300 mW have. In the drawing, the portion indicated by the dotted line is a virtual representation of the portion to be cut out.
도 3b의 B시편은 전처리물질로 금 나노 구체 용액을 사용하여, 전처리한 시편이고, 도 3c의 C시편은 산화 그래핀, 도 3d의 D시편은 환원된 산화 그래핀으로 처리된 시편이다.3B is a pretreated specimen using a gold nanospherite solution as a pretreatment material, FIG. 3C is a grafted oxide specimen, and FIG. 3D specimen D is a specimen treated with reduced oxidized graphene.
B시편과 D시편의 경우 200 내지 300mW의 에너지 범위에서 매우 정교한 절제가 이루어졌으며, C시편의 경우에는 100 내지 300mW의 에너지에서 정교한 절제가 이루어지는 것으로 확인할 수 있다.The B specimens and the D specimens were subjected to very precise excision at an energy range of 200 to 300 mW, and in the case of the C specimens, the excision was performed at an energy of 100 to 300 mW.
이와 같은 시험의 결과로 상기 전처리물질로 처리된 시편들은 레이저광의 에너지를 흡수하여 상대적으로 낮은 에너지의 레이저광에 의해 절제가 됨을 확인할 수 있다.As a result of the test, it can be confirmed that the specimens treated with the pretreatment material absorb the energy of the laser light and are excised by the laser light of relatively low energy.
이처럼 본 발명은 생체 조직을 전처리하여 레이저광의 에너지 흡수율을 높여 종래에 비하여 낮은 에너지의 레이저광으로도 생체 조직을 처리할 수 있기 때문에 생체 조직의 열손상을 방지할 수 있다.As described above, the present invention increases the energy absorption rate of the laser light by pretreatment of the living tissue, so that the living tissue can be treated with laser light having a lower energy than the conventional one, so that heat damage to the living tissue can be prevented.
또한, 가시광 범위의 레이저광을 사용할 수 있어 처리가 용이하며, 집속이 용이한 특징이 있다.Further, laser light having a visible light range can be used, which facilitates the processing and facilitates focusing.
도 4는 본 발명의 생체 조직을 처리하기 위한 방법으로 처리된 생체 조직의 헬륨 이온 현미경 사진이다. 도 4에서 생체 조직은 금 나노 로드로 전처리된 해마 조직이며, 802nm 파장의 펨토초 레이저로 절제한 것이다.4 is a helium ion micrograph of a living tissue treated by the method for treating a living tissue of the present invention. In FIG. 4, the living tissue is a hippocampal tissue pretreated with gold nanorods and resected by a femtosecond laser having an 802 nm wavelength.
이때 절제 부분의 폭은 4.7 내지 5.7㎛ 범위를 나타내어 미세한 절제가 가능하며, 절제 부분 주변의 생체 조직은 손상되지 않은 것을 알 수 있다.At this time, the width of the resection portion is in the range of 4.7 to 5.7 mu m, and it is possible to perform fine resection, and the biopsy around the resection portion is not damaged.
도 5는 금 나노 구체로 전처리된 해마 조직을 532nm 파장의 연속발진 레이저를 이용하여 처리한 결과 사진이며, 열손상이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.FIG. 5 is a photograph of the hippocampal tissue pretreated with gold nanospheres treated with a 532 nm continuous oscillation laser, and it can be confirmed that heat damage did not occur.
이상 설명한 바와 같이 본 발명 생체 조직 처리를 위한 방법을 사용하여 처리되는 부분은 절제나 천공의 형성의 의미를 가질 수 있다. 또한, 그 처리 과정에서 생체 조직을 광학적으로 모니터링하고 분석할 수 있다.As described above, the portion treated by the method for biotissue treatment of the present invention may have the meaning of the resection or perforation formation. Further, the biological tissue can be optically monitored and analyzed during the processing.
즉, 본 발명을 이용하면 세포나 생체 조직을 파괴하지 않고 살아있는 상태에서 지질, 단백질 등 세포 내 대사물질들의 질량과 조성을 분석하고 영상화할 수 있다. That is, by using the present invention, the mass and composition of lipids, proteins, and other intracellular metabolites can be analyzed and visualized in a living state without destroying cells or living tissues.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명은 생체 조직을 전처리하고, 상대적으로 낮은 에너지를 이용하여 처리할 수 있으며, 이때의 처리는 탈착을 포함한다.As described above, according to the present invention, the biological tissue can be pretreated and treated with relatively low energy, and the treatment includes desorption.
상기 탈착은 생체 조직 또는 생체 시료로부터 분석물질을 탈착시키고, 탈착된 분석물질을 이온화시켜 질량 및 이미징 분석을 할 수 있다.The desorption can be performed by mass spectrometry and imaging analysis by desorbing the analyte from the biological tissue or the biological sample and ionizing the desorbed analyte.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성도이다.6 is a configuration diagram of an atmospheric pressure mass spectrometric imaging system according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 대기압 질량분석 이미징 시스템은, 전처리된 생체 조직(또는 시료, 1)에 532 내지 802nm 파장의 레이저광을 조사하는 레이저 처리 장치(100)와, 레이저광이 조사됨에 따라 상기 생체 조직(1)에서 탈착된 분석물질을 이온화시키는 이온화 처리부(300)와, 진공펌프(500)에서 발생되는 흡입력을 이용하여 이온화된 분석물질을 수집하여 질량분석을 수행하는 질량분석기(400)와, 생체 조직(1)에 조명을 제공하는 광원부(200)와, 대물렌즈(610)를 통해 상기 생체 조직(1)의 영상을 촬영하는 촬상부(600)와, 상기 촬상부(600)의 촬영 결과를 표시하는 컴퓨터(700)를 포함하여 구성될 수 있다.6, an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system according to an embodiment of the present invention includes a laser processing apparatus 100 for irradiating a pre-processed biological tissue (or sample 1) with laser light having a wavelength of 532 to 802 nm, An ionization processing unit 300 for ionizing the analyte desorbed from the biological tissue 1 as the light is irradiated, and an analyzing unit 300 for collecting and analyzing the ionized analyte using the suction force generated in the vacuum pump 500 A mass spectrometer (400), a light source unit (200) for providing illumination to the living tissue (1), an imaging unit (600) for capturing an image of the living tissue (1) through an objective lens (610) And a computer 700 for displaying a photographing result of the photographing unit 600.
도 7에 도시한 바와 같이 이온화 처리부(300)의 공급관(310)은 질량분석기(400)의 유도관(410)에 연결되어 분석물질을 이온화시킬 수 있다.As shown in FIG. 7, the supply pipe 310 of the ionization processing unit 300 may be connected to the induction pipe 410 of the mass spectrometer 400 to ionize the analyte.
상기 이온화 처리부(300)는 플라즈마 발생기 또는 전기 분무원을 사용할 수 있다.The ionization processing unit 300 may use a plasma generator or an electric spray source.
미설명부호 130은 빔 스플리터이며, 대물렌즈(610)를 촬상부(600)와 레이저 처리 장치(100)가 공유할 수 있도록 레이저광을 처리한다. Reference numeral 130 denotes a beam splitter which processes the laser light so that the image pickup unit 600 and the laser processing apparatus 100 can share the objective lens 610. [
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성과 작용을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure and operation of the atmospheric pressure mass spectrometry imaging system according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
먼저, 레이저 처리 장치(100)는 근적외선 또는 가시광 대역의 523 내지 802nm 파장의 레이저광을 제공하는 것으로 대물렌즈(610)를 통해 집속될 수 있다.First, the laser processing apparatus 100 can be focused through the objective lens 610 by providing a laser beam having a wavelength of 523 to 802 nm in a near-infrared or visible light band.
상기 대물렌즈(610)는 현미경의 고배율 대물렌즈일 수 있으며, 대물렌즈(610)는 촬상부(600)와 공유된다. The objective lens 610 may be a high magnification objective lens of a microscope, and the objective lens 610 may be shared with the imaging unit 600.
상기 촬상부(600)는 광학 현미경일 수 있으며 생체 조직(1)의 처리 결과에 대한 이미지를 얻을 수 있다.The imaging unit 600 may be an optical microscope and may obtain an image of the processing result of the living tissue 1.
상기 대물렌즈(610)는 생체 조직(1)의 하부측에 위치한다. 상기 생체 조직(1)은 유리 등 투명한 재질의 기판 상에 올려지며, 상기 대물렌즈(610)는 저면측에 위치하고, 광원부(200)는 생체 시료(1)의 상부측에 위치한다.The objective lens 610 is located on the lower side of the living tissue 1. [ The biological tissue 1 is placed on a substrate made of a transparent material such as glass. The objective lens 610 is located on the bottom side and the light source unit 200 is located on the upper side of the biological sample 1.
상기 광원부(200)는 촬상부(600)를 이용하여 생체 시료(1)를 촬영할 수 있도록 하는 조명을 제공한다.The light source unit 200 provides illumination enabling the biological sample 1 to be photographed using the imaging unit 600.
상기 레이저 처리 장치(100)에서 제공되는 532 내지 802nm 파장의 레이저광은 제1반사부(110)를 통해 반사되어 상기 생체 시료(1)의 저면에 조사되며, 전처리된 생체 시료(1)에서 분석물질이 탈착된다.The laser light having a wavelength of 532 to 802 nm provided from the laser processing apparatus 100 is reflected through the first reflector 110 to be irradiated on the bottom surface of the biological sample 1 and analyzed by the pretreated biological sample 1 The material is desorbed.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 상기 전처리된 생체 조직은 레이저 처리 장치(100)의 레이저광에 의해 처리되며, 미세한 절제나 천공의 형성이 가능할 뿐만 아니라 그 절제나 천공의 형성과정에서 단백질 등 분석물질이 탈착된다.As described in detail above, the pretreatment biological tissue is processed by the laser light of the laser processing apparatus 100, and not only fine resection or perforation can be formed, but also analyte such as protein is desorbed during the formation of the resection or perforation .
이처럼 탈착된 분석물질은 이온화 처리부(300)에서 발생된 플라즈마에 의해 이온화된다. 분석물질의 이온화는 분석물질을 용이하게 분리하기 위한 것이며, 도 6에 도시한 예와 같이 이온화 후 유도관(410)을 통해 질량분석기(400)로 공급할 수 있다.The thus-desorbed analyte is ionized by the plasma generated in the ionization treatment unit 300. The ionization of the analyte is for separating the analyte easily and can be supplied to the mass spectrometer 400 through the ionization post-induction tube 410 as in the example shown in FIG.
이온화 처리부(300)는 대기압에서 플라즈마를 발생시킬 수 있는 상압플라즈마장치를 사용할 수 있다. 상기 이온화 처리부(300)는 탈착된 분석물질의 이온화율을 높이기 위하여 생체 조직(1)에 근접한 위치로 플라즈마를 공급하기 위한 공급관(310)을 포함한다. 상기 공급관(310)은 석영관을 사용할 수 있다.The ionization processing unit 300 may use an atmospheric pressure plasma apparatus capable of generating plasma at atmospheric pressure. The ionization processing unit 300 includes a supply pipe 310 for supplying a plasma to a position close to the biological tissue 1 in order to increase the ionization rate of the desorbed analyte. The supply pipe 310 may use a quartz tube.
상기 생체 조직(1)은 평면상 이동이 가능한 스테이지 상에 위치하는 것일 수 있으며, 평면상에서 생체 조직(1)을 이동시키며 처리할 수 있다.The living tissue 1 may be placed on a stage capable of moving in a plane, and the living tissue 1 may be moved and processed on a plane.
또한, 도 7에 도시한 예와 상기 공급관(310)이 유도관(410)에 연결되어, 진공펌프(500)의 작용에 의해 유도관(410)을 통해 이동하는 분석물질을 이온화할 수 있다.7 and the supply pipe 310 are connected to the induction pipe 410 so that the analytical material moving through the induction pipe 410 can be ionized by the action of the vacuum pump 500. [
상기 유도관(410)은 스테인리스 스틸을 사용할 수 있으며, 진공펌프(500)는는 기류를 형성하여 상기 유도관(410)을 통해 분석물질이 이동하여 질량분석기(400)에 공급되도록 하는 작용을 한다.The induction pipe 410 may be made of stainless steel and the vacuum pump 500 forms an air flow so that the analyte moves through the induction pipe 410 and is supplied to the mass spectrometer 400.
상기 질량분석기(400)는 수집된 분석물질의 질량을 측정하는 것으로, 단백질, 대사물질, 지질의 분자단위 질량을 측정할 수 있다.The mass spectrometer 400 measures the mass of the analyte, and can measure the molecular mass of protein, metabolite, and lipid.
이와 같은 질량분석이 이루어지는 과정과 함께 상기 광원부(200)의 광은 상기 생체 조직(1)의 상면측에 제공되며, 상기 레이저 처리 장치(100)와는 대물렌즈(610)를 공유하는 촬상부(600)에서 생체 조직(1)의 확대된 이미지를 촬영할 수 있다. 이때 촬상부(600)에 입사되는 광은 대물렌즈(610)의 하부측에 마련된 제2반사부(120)를 통해 반사된 광일 수 있다.The light of the light source 200 is provided on the upper surface of the living tissue 1 and the laser beam L is emitted from the laser processing unit 100 to the imaging unit 600 The enlarged image of the living tissue 1 can be taken. At this time, the light incident on the image sensing unit 600 may be the light reflected through the second reflection unit 120 provided on the lower side of the objective lens 610.
이처럼 본 발명은 레이저 처리 장치(100)의 레이저광과 촬상부(600)에 입사되는 광의 광경로를 동일하게 함으로써, 장치의 크기를 줄이고 단순화할 수 있다.As described above, the present invention can reduce the size of the apparatus and simplify the apparatus by making the optical path of the laser light of the laser processing apparatus 100 and the light incident to the image sensing unit 600 the same.
또한 레이저광의 직접적인 처리가 이루어지는 면을 동일 위치에서 촬상할 수 있어 레이저 처리 후 정확한 이미지를 얻을 수 있다.In addition, since the surface on which the laser light is directly processed can be imaged at the same position, an accurate image can be obtained after the laser processing.
이처럼 상대적으로 저렴한 대물렌즈(610)를 레이저광의 집광에 사용할 수 있는 이유는 레이저의 파장의 범위에 따른 것이며, 레이저 파장의 범위는 생체 조직(1)의 전처리에 의한 것이다.The reason why the relatively inexpensive objective lens 610 can be used for focusing the laser light depends on the range of the wavelength of the laser, and the range of the laser wavelength is due to the pretreatment of the biological tissue 1.
상기 컴퓨터(700)는 질량분석 프로그램이 설치된 것이며, 질량분석기(400)의 분석결과를 전송받아 해석하고 표시할 수 있다. The computer 700 is provided with a mass analysis program, and can transmit, analyze, and display analysis results of the mass spectrometer 400.
도 8은 탈착 전과 후의 마우스 해마 조직의 현미경 사진이다.8 is a photomicrograph of a mouse hippocampal tissue before and after desorption.
도 8을 참조하면 ICR(Institute of Cancer Research) 성인 마우스의 해마 조직에 대한 탈착 전과 탈착 후의 현미경 사진이다. FIG. 8 is a micrograph of the hippocampal tissue of an adult mouse of the Institute of Cancer Research (ICR) before desorption and after desorption.
레이저가 조사된 모든 영역에서 탈착이 잘 진행되었고 탈착으로 인한 손상 영역을 확인할 수 있다.Desorption is well progressed in all laser irradiated areas and the area of damage due to desorption can be identified.
이하에서는 구체적인 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. These examples are for further illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
<실험 장치><Experimental Apparatus>
질량분석기(400)는 Thermo Fisher Scientific사에서 구입한 Q-Exactive hybrid quadrupole-Orbitrap mass spectrometer를 이용하였다. 질량분석을 위해 분석기의 작동 요건을 다음과 같은 조건에서 수행하도록 하였다.The mass spectrometer 400 was a Q-Exactive hybrid quadrupole-Orbitrap mass spectrometer purchased from Thermo Fisher Scientific. For mass analysis, the operating requirements of the analyzer were to be performed under the following conditions.
- 양이온 모드(positive ion mode)- positive ion mode
- 질량 해상도: 35000- Mass resolution: 35000
- 질량 범위: 1001000 m/z- mass range: 1001000 m / z
- 1 마이크로스캔- 1 micro scan
- 100 ms의 최대 주입 시간- Maximum injection time of 100 ms
- 106 AGC(automatic gain control)- 106 Automatic gain control (AGC)
- 질량분석관 온도: 350℃- Mass analyzer temperature: 350 ° C
레이저 처리 장치(100)는, 75 MHz, 802nm에서 20 펨토초 미만의 5nJ 최대 단일 펄스 에너지를 갖는 mode-locked Ti-Sapphire oscillator (Synergy 20, Femtolasers)를 사용하였다.The laser processing apparatus 100 used a mode-locked Ti-Sapphire oscillator (Synergy 20, Femtolasers) with a maximum single pulse energy of 5 nJ at 75 MHz and less than 20 femtoseconds at 802 nm.
레이저광은 현미경의 대물렌즈 주입용 조리개(input aperture) 앞에 다이크로익 빔 스플리터(FF720-SDi01, Semrock 사)를 위치시켜 도립현미경(inverted microscope)에 통합되도록 하였다. 시료에 대한 최종 펄스 에너지는 802nm에서 2nJ이 되도록 하였다.The laser light was integrated into an inverted microscope by placing a dichroic beam splitter (FF720-SDi01, Semrock Co.) in front of the input aperture of the objective lens of the microscope. The final pulse energy for the sample was 2 nJ at 802 nm.
이온화 처리부(300)는 DBD(dielectric barrier discharge)젯을 위해 일반 듀얼 전극 배열을 사용하였다. 비열(nonthermal) 플라즈마젯은 2mm의 내경 및 3mm의 외경을 갖는 석영관(quartz tube)에서 발생하도록 하였다. 6mm 크기의 전극은 석영관을 구리 테이프로 싸서 제조하였고, 안쪽 끝과의 간격이 7mm가 되도록 하였다. 접지전극(ground electrode)는 상부를 향하도록 하였고, 전력공급전극은 하부를 향하도록 하였으며, 관 오리피스(orifice)로부터 5mm의 거리가 되도록 하였다.The ionization processor 300 uses a conventional dual electrode arrangement for a dielectric barrier discharge (DBD) jet. A nonthermal plasma jet was generated in a quartz tube having an inner diameter of 2 mm and an outer diameter of 3 mm. A 6 mm electrode was fabricated by wrapping a quartz tube with copper tape and spacing 7 mm from the inner end. The ground electrode was facing upward, the power supply electrode was facing downward, and the distance was 5 mm from the pipe orifice.
이것은 소량 방전 전류를 갖는 DBD(dielectric barrier discharge) 장치이다. 5kV의 입력전압 및 27kHz의 진동수를 갖는 정현파 전압(sinusoidal voltage)을 이온화 처리부(300)에 공급하였다. 고순도 헬륨 가스는 0.5slm의 유속을 갖는 고순도 헬륨가스를 방전가스(discharge gas)로 사용하였다. 상기 이온화 처리부(300)는 생체 조직에 대해 30도의 입사각을 갖는 방향이 되도록 위치시켰다. This is a dielectric barrier discharge (DBD) device with a small discharge current. A sinusoidal voltage having an input voltage of 5 kV and a frequency of 27 kHz was supplied to the ionization processing unit 300. The high purity helium gas was a high purity helium gas with a flow rate of 0.5 slm as the discharge gas. The ionization treatment unit 300 was positioned so as to have an angle of incidence of 30 degrees with respect to the living tissue.
유도관(410)은 스테인리스스틸 관(stainless steel tubing)(i.d. 4.57 mm, o.d. 6.35 mm, length 120 mm)을 사용하며, 시료 스테이지(stage)에 대해 30도의 하향 굴곡 밴드를 갖도록 위치시켰고, 60도의 커브형 유리관(i.d. 2 mm, o.d. 2.5 mm, length 20 mm)는 시료 유래의 분자들과 이온들의 효율적인 수집을 위해 이송관에 연결한다. 진공펌프(WOB-L pump 2546, Welch Vacuum, 500)는 유도관(410)에 기류의 흐름을 만들기 위해 사용하며 o.d. 6.35 mm (1/4 inch)를 갖는 실리콘 관을 챔버(420)의 측면 구멍에 연결시켰고, 펌프의 펌핑용량은 30 l/min이 되도록 하였다.The induction tube 410 was placed with a stainless steel tubing (id 4.57 mm, od 6.35 mm, length 120 mm), with a downward bending band of 30 degrees relative to the sample stage, A curved glass tube (id 2 mm, od 2.5 mm, length 20 mm) connects to the transfer tube for efficient collection of molecules and ions from the sample. A vacuum pump (WOB-L pump 2546, Welch Vacuum, 500) is used to create a flow of air to induction tube 410, A silicon tube having a 1/4 inch (6.35 mm) diameter was connected to the side opening of the chamber 420 and the pumping capacity of the pump was 30 l / min.
Thermo (Prosolia)용 FireFly 2.2.00는 이미지 시각화 및 처리 소프트웨어 프로그램인 BioMAP와 호환되는 MS 이미징 파일 형식으로 데이터 세트를 추출하고 결합하는데 사용하였다(Novartis Institutes for BioMedical Research, http://www.maldi-msi.org). BioMAP은 모든 영상을 재구성하고 본 연구에서 이온분포 영상의 표시에 사용되었다. 강도 맵(Intensity maps)은 분석물질의 m/z값에 해당하는 강도 범위를 선택하여 표시하였다.FireFly 2.2.00 for Thermo (Prosolia) was used to extract and combine data sets in MS imaging file format compatible with BioMAP, an image visualization and processing software program (Novartis Institutes for BioMedical Research, msi.org). BioMAP reconstructed all images and was used to display ion distribution images in this study. Intensity maps were chosen to indicate the intensity range corresponding to the m / z value of the analyte.
<실시예 1>&Lt; Example 1 >
살아있는 마우스 해마 조직을 이용한 질량분석 이미징 분석 Mass spectrometry imaging analysis using living mouse hippocampal tissue
살아있는 조직의 이미징 분석을 위해 마우스의 해마 조직을 선택하였는데, 해마조직은 cornu ammonis 1(CA1), cornum ammonis 3(CA3) 및 dentategyrus(DG)과 같은 하위 영역들 사이가 명확하게 구조적으로 떨어져 있고, 단기 기억 정보를 장기 기억과 공간 탐색의 통합에 매우 중요한 역할을 한다. The mouse hippocampal tissue was selected for imaging analysis of living tissue, the hippocampal tissue was clearly structurally spaced between sub-regions such as cornu ammonis 1 (CA1), cornum ammonis 3 (CA3) and dentategyrus (DG) Short-term memory information plays a very important role in the integration of long-term memory and spatial search.
도 9는 ICR(Institute of Cancer Research) 성인 마우스의 해마 조직에 대한 질량분석 이미지를 나타낸 것으로, 해마 조직에서 분자 이온의 공간 분포를 나타낸다.Fig. 9 shows a mass spectrometry image of hippocampal tissue of an ICR (Institute of Cancer Research) adult mouse showing the spatial distribution of molecular ions in hippocampal tissues.
이온 이미지는 1800 μm × 1500 μm영역을 커버하는 433 × 300 픽셀(pixels)로 생성하였으며, 결과적으로 해당 X 축 및 Y 축 방향 공간 분해능은 각각 4.2μm 및 5μm이었다.The ion images were generated with 433 × 300 pixels covering the area of 1800 μm × 1500 μm. As a result, the spatial resolutions of the X and Y axes were 4.2 μm and 5 μm, respectively.
질량분석을 위한 측정 범위를 m/z = 100 내지 1,000로 설정하였으나, 마우스 해마 조직으로부터 m/z = 500 이하에서 강한 이온 신호가 대부분 확인되었다. m/z = 100 내지 1,000의 범위에서 분석 영역의 광학 이미징과 일치하는 수백개의 이온 이미지가 관찰되었고, 이중에서도 콜레스테롤, 세라마이드(ceramides), 스핑고리피드(sphingolipids) 및 글리세로포스포리피드(glycerophospholipids)의 절편이 확인되었다. 충분한 이온 강도를 갖는 몇 개의 확인된 이온 이미지들을 MAG(monoacylglycerol; 16:1)의 m/z = 311.257에서의 이온, MAG 16:0의 m/z = 313.273 에서의 이온, MAG 18:1의 m/z = 339.289 에서의 이온, MAG 18:0 m/z = 341.305 에서의 이온, 콜레스테롤 m/z = 369.349에서의 이온, 콜레스테롤 m/z = 385.346 에서의 이온, 아데닌 m/z = 136.062에서의 이온 및 세라마이드 18:0 m/z = 548.540 에서의 이온이 각각 관찰되었다.The measurement range for mass spectrometry was set at m / z = 100 to 1,000, but most of the strong ion signals were found at m / z = 500 or less from the hippocampal tissue of the mouse. Hundreds of ion images consistent with the optical imaging of the analysis area were observed in the range of m / z = 100 to 1,000, including cholesterol, ceramides, sphingolipids, and glycerophospholipids. Were identified. Several confirmed ion images with sufficient ionic strength were analyzed with an ion at m / z = 311.257 of MAG (monoacylglycerol; 16: 1), an ion at m / z = 313.273 of MAG 16: 0, m ion at m / z = 339.289, ion at MAG 18: 0 m / z = 341.305, ion at cholesterol m / z = 369.349, ion at cholesterol m / z = 385.346, And ceramide 18: 0 m / z = 548.540, respectively.
또한, CA1, CA3 및 DG 영역은 마우스 해마 조직에서 확실히 구별되어 있음을 확인할 수 있었다. 관찰된 이온들은 아데닌 이온을 제외하고 해마 조직에서 거의 유사한 공간 분포를 보였다. 흥미롭게도 m/z 136.062의 아데닌 이온은 별개의 공간분포를 갖는 것으로 확인되었다. DIC 이미지와 비교하여, 아데닌의 공간 분포가 해마 조직에서 뉴런의 세포바디(soma)와 높은 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다.It was also confirmed that the CA1, CA3 and DG regions were clearly distinguished from the mouse hippocampus tissue. Observed ions showed almost similar spatial distribution in hippocampal tissue except for adenine ion. Interestingly, the adenine ion at m / z 136.062 was found to have a distinct spatial distribution. Compared with the DIC image, the spatial distribution of adenine was highly correlated with the soma of neurons in hippocampal tissue.
추가적으로, 해마 조직의 하위 영역(sub-region)인 CA1, CA3 및 DG 영역에 대해 더 높은 공간 해상도로 분석을 수행하였다. 대기압 nanoPALDI-MS 시스템은 현미경 기반의 질량분석 시스템으로 작은 영역을 정확하게 선택할 수 있는 장점이 있다. 탈착 및 이온화를 포함하는 샘플링 단계는 현미경 스테이지에서 일어나므로, 분석 영역은 현미경으로 보는 동안 현미경 스테이지의 x- 및 y- 위치로 직접 확정할 수 있다. Additionally, analysis was performed at higher spatial resolutions for CA1, CA3, and DG regions, the sub-regions of hippocampal tissue. The atmospheric pressure nanoPALDI-MS system is a microscope-based mass spectrometry system that has the advantage of accurately selecting small areas. Since the sampling step involving desorption and ionization takes place in the microscope stage, the analysis area can be established directly at the x- and y- positions of the microscope stage while viewing under the microscope.
도 10a 내지 도 10g에 나타낸 바와 같이, 선택된 영역에 대한 특정 분자 이온의 질량분석 이미지를 비교할 수 있다. 이온 이미지는 600μm × 500μm 영역을 커버할 수 있도록 433 × 100 픽셀들을 생성한다. 그러므로 1.4μm의 해당 x 축 공간 해상도는 10 μm / s의 샘플 이동 속도에서 분석되었고, y 축 공간 해상도는 5 μm 가 된다. 또한, 분석 영역이 감소되어 이온 이미지의 x 축 공간 해상도가 한계치까지 증가될 수 있고 더 높은 해상도의 MS 이미징을 얻을 수 있다. y 축 공간 해상도는 인접한 x 선들 사이의 간격을 감소시켜 증가될 수 있었다. As shown in FIGS. 10A-10G, mass spectrometry images of specific molecular ions for selected regions can be compared. The ion image produces 433 × 100 pixels to cover the area of 600 μm × 500 μm. Therefore, the corresponding x-axis spatial resolution of 1.4 μm is analyzed at a sample migration rate of 10 μm / s and the y-axis spatial resolution is 5 μm. In addition, the area of analysis can be reduced, the x-axis spatial resolution of the ion image can be increased to the limit, and higher resolution MS imaging can be obtained. The y-axis spatial resolution could be increased by reducing the spacing between adjacent x-rays.
그러나 y 축 방향 공간 해상도는 분석 시간의 증가를 피하기 위해 5μm로 유지하였다.However, the spatial resolution in the y-axis direction was kept at 5 μm to avoid an increase in analysis time.
탈착 및 이온화는 대기압 상태에서 계속 진행되기 때문에 시퀀스 모드에서 질량분석기의 내부 분석속도(스캔 속도)는 획득된 질량 스펙트럼의 속도 및 개수에 크게 영향을 미칠 수 있어 MS 이미징의 공간 분해능에 영향을 준다. Because desorption and ionization continue at atmospheric pressure, the mass spectrometer's internal analysis rate (scan rate) in sequence mode can significantly affect the speed and number of mass spectra obtained, affecting the spatial resolution of MS imaging.
질량분석기의 최적화된 매개 변수를 설정하여 사용하였는데 질량 스펙트럼을 1분당 433회 얻었고 이는 1초당 7.2회에 해당한다.The optimized parameters of the mass spectrometer were set and used. The mass spectrum was obtained 433 times per minute, which corresponds to 7.2 times per second.
대기압 nanoPALDI 방법으로 얻은 MS 이미징에서 X 축 방향의 공간분해능은 X 축 방향의 샘플 이동속도(즉, 샘플 스테이지의 이동속도)에 의해 결정되며 Y축 방향의 공간 분해능은 인접한 두 개의 X 축 레이저 빔 경로 사이의 거리에 의해 결정된다. 이것은 MS 영상의 공간 해상도가 관심 영역의 크기와 필요한 총분석 시간에 따라 조정될 수 있다. The spatial resolution in the X axis direction in the MS imaging obtained by the atmospheric pressure nanoPALDI method is determined by the sample movement velocity in the X axis direction (that is, the movement speed of the sample stage) and the spatial resolution in the Y axis direction is determined by two adjacent X axis laser beam paths Lt; / RTI &gt; This allows the spatial resolution of the MS image to be adjusted according to the size of the region of interest and the total analysis time required.
도 10a 내지 도 10g에 나타낸 바와 같이, 전체 해마 영역을 분석하기 위해 생체 조직의 이동 속도를 30㎛/s로 설정하였으나, 도 9 나타낸 바와 같이 해마 조직의 하부 영역을 분석하기 위해서는 10um/s로 설정하는 것이 바람직하다. 따라서 MS 이미지에서 일치하는 X 축 방향의 공간 분해능은 도 11의 4.2㎛로부터 도 10a 내지 도 10g의 1.4㎛로 향상된 것으로 나타났다. As shown in Figs. 10A to 10G, the moving speed of the living tissue was set to 30 mu m / s in order to analyze the entire hippocampal region. However, in order to analyze the lower region of the hippocampus tissue, . Therefore, the spatial resolution in the X-axis direction in the MS image was improved from 4.2 m in Fig. 11 to 1.4 m in Figs. 10a-10g.
한편, 인접한 x 축선 사이의 간격은 유사한 분석 시간을 유지하기 위해 2개의 실험 모두에서 5㎛로 고정하였고, 도 10a 내지 도 10g 및 도 11에 모두에서 y축의 공간 분해능은 5㎛인 것으로 나타났다.On the other hand, the spacing between adjacent x-axes was fixed at 5 占 퐉 in both experiments to maintain a similar analysis time, and the spatial resolution in the y-axis was found to be 5 占 퐉 in both Figs. 10a-10g and Fig.
<실시예 3>&Lt; Example 3 >
대기압 nano PALDI 방법에 의한 세포내 공간 해상도 분석Analysis of intracellular spatial resolution by atmospheric pressure nano PALDI method
공간 해상도가 높은 질량분석(MS) 이미지를 얻으려면 작은 크기의 집속된 레이저 빔과 전체 조직 표본 내부에 균일하게 분포된 AuNR에 의한 균일하고 강력한 탈착 작용이 필요하다. 따라서 질량분석 후, 해마 조직의 형태를 관찰하였다. 표지가 없는 방식으로 초점을 맞춘 레이저로 처리된 생물학적 시료의 형태학적 변화를 정확하게 측정하기 위하여 CARS(coherent anti-stokes Raman scattering) 현미경을 이용하였다. To obtain a mass spectrometry (MS) image with a high spatial resolution, a uniformly strong desorption action by a small-sized focused laser beam and uniformly distributed AuNR in the entire tissue sample is required. After mass analysis, the morphology of hippocampal tissue was observed. A coherent anti-stokes Raman scattering (CARS) microscope was used to accurately measure the morphological changes of the laser-treated biological specimens focused in the unlabeled manner.
근적외선(NIR) 파동 펌핑 (802 nm 및 1041 nm 파장) CARS 현미경 검사법을 비파괴 3D 생체 영상을 위해 사용하였다. 도 11은 이러한 방법을 기초로 분석된 샘플의 3D 재구성 z-stack CARS 이미지를 나타낸 것이다.Near IR (NIR) wave pumping (802 nm and 1041 nm wavelength) CARS microscopy was used for nondestructive 3D biomedical imaging. Figure 11 shows a 3D reconstructed z-stack CARS image of a sample analyzed based on this method.
임의로 선택한 질량분석법으로 스캔한 위치에서 CH 늘어난 영역 (2750-2960 cm-1)의 95 CARS 이미지를 z 축 스텝 간격 0.5 μm로 얻은 다음, 3D 시각화 소프트웨어를 사용하여 하나의 피쳐(feature)로 병합하였다. 보다 구체적으로 512 x 512 픽셀로 구성된 2D CARS 이미지들은 총 635 × 635 × 47 μm3의 부피를 커버하여 95 개 층으로 z 방향으로 쌓아 수집하였다. 도 11의 a~c은 동일 타겟으로부터 얻어진 것으로, 다른 시야각 및 배율로 다시 포맷팅하였다. 집속된 레이저의 스팟 크기 (약 1.2 μm)가 인접한 스캐닝 선들 사이의 간격인 5 μm보다 작기 때문에 레이저 스캐닝의 트랙을 명확하게 시각화 할 수 있다(도 11의 b 및 11의 c 참조). 95 CARS images of the CH stretched region (2750-2960 cm -1 ) at the location scanned with randomly selected mass spectrometry were obtained with a z-axis step spacing of 0.5 μm and then merged into one feature using 3D visualization software . More specifically, 2D CARS images composed of 512 x 512 pixels were collected in z direction in 95 layers covering a total volume of 635 × 635 × 47 μm 3 . 11a to 11c were obtained from the same target and were reformatted at different viewing angles and magnifications. Because the spot size of the focused laser (about 1.2 μm) is less than 5 μm, the spacing between adjacent scanning lines, the track of the laser scanning can be clearly visualized (see FIGS.
또한 도 11의 d는 레이저 스캐닝에 의한 하나의 트랜치(trench) 길이가 5㎛인 것으로 나타났고, 탈착은 전체분석 영역에 걸쳐 매우 균일하고 안정한 방식으로 일어난 것을 알 수 있었다. 분석영역의 가장자리에서 보여지는 것과 같이(도 11의 e)의 35um두께의 질량부피가 실제로 탈착되어 질량분석이 사용된 것을 알 수 있었다. 이것은 본 발명의 대기압 질량분석이 시료의 표면 또는 표면 근처에 국한된 분석이 아니라 DESI와는 다른 분석 시료의 벌크 분석(bulk analysis)이다.Also, Figure 11d shows that the length of one trench by laser scanning was 5 占 퐉, and the desorption occurred in a very uniform and stable manner over the entire analysis area. As shown at the edge of the analysis area (Fig. 11e), mass volume of 35 um thickness was actually desorbed and mass analysis was used. This is a bulk analysis of analytical samples different from DESI, rather than an atmospheric pressure mass spectrometry of the present invention localized to the surface or near the surface of the sample.
해마 조직에서 초점화된 레이저 빔으로 발생된 선형 크래이터(crater)의 크기를 분석하기 위해, 레이저빔에 의해 제거된 개별적 스캔 라인의 3D 공초점 이미징들은 공초점 레이저 스캐닝 현미경(LSM-700, Carl Zeiss) 으로부터 수득하였다(도 11의 f 참조). To analyze the size of the linear craters generated by the focused laser beam in the hippocampal tissue, the 3D confocal imaging of the individual scan lines removed by the laser beam was performed using a confocal laser scanning microscope (LSM-700, Carl Zeiss ) (See Fig. 11, f).
크래이터(crater) 바닥은 안정된 상태(plateau)를 명확히 확인할 수 있었다. 제거된 선형 크래이터의 하단 및 상단의 폭은 각각 평균 30점에서 약 3um 및 5.5um으로 추정되었다. 위치결정 스테이지(positioning stage)가 10μm/s의 일정한 속도로 움직일 때, 해마 조직은 2nJ의 펄스 에너지와 75MHz의 펄스 반복 속도로 fs 레이저 펄스에 노출되었다. 이것은 해마 조직이 1μm 움직임 당 750만개의 레이저 샷으로 조사했다는 것을 의미하는 것이다. 도 11의 f에서 크래이터의 측벽 폭은 약 1um인 것으로 나타났고 이는 1um 움직임 내에서 레이저 절제(laser ablation)가 완료됨을 의미하는 것이다. 그러므로 1.4um의 추정된 공간 분해능은 대기압 조건에서 AuNRs와 초고속 레이저의 사용으로 가능함을 알 수 있었다. 헬륨 이온 현미경((HIM, Orion NanoFab, Carl Zeiss)에 의해 관찰된 선행 크래이터는 도 7의 g에 나타낸 바와 같이 일관되게 매우 가파르고 깨끗하게 나타났다.The crater floor clearly identified the plateau. The widths of the bottom and top of the removed linear craters were estimated to be about 3 μm and 5.5 μm, respectively, from an average of 30 points. When the positioning stage moved at a constant speed of 10 m / s, the hippocampal tissue was exposed to fs laser pulses at a pulse repetition rate of 75 MHz with a pulse energy of 2 nJ. This means that the hippocampus tissue was scanned with 7.5 million laser shots per μm movement. In Fig. 11F, the width of the side wall of the crater is about 1 um, which means that laser ablation is completed within 1 um of movement. Therefore, the estimated spatial resolution of 1.4 um is possible by using AuNRs and ultrafast laser at atmospheric pressure. The leading crayers observed with a helium ion microscope (HIM, Orion NanoFab, Carl Zeiss) were consistently very steep and clean as shown in Figure 7, g.
<실시예 4><Example 4>
살아있는 조직을 이용한 대기압 nano PALDI의 분석방법Analysis method of atmospheric pressure nano PALDI using living tissue
질량분석을 위한 종래 대기압 이온화 방법들은 대상 시료 영역을 가열된 가스 스팀을 이용하여 가열하거나 또는 시료 준비 과정에서 시료를 가열시켜 휘발성 유기 화합물의 탈착과 이온화를 향상시키려고 하였다. 그러나 본원발명은 열에 의한 시료 손상을 피하기 위해, fs 레이저 발진기와 비열 대기압 플라즈마를 탈락/이온화 소스로 함께 사용하였다. 살아있는 생체 조직에 금 나노 로드를 적용하는 것이 fs 근적외선 레이저 발진기를 사용한 효과적인 탈착 결과를 도출하였다. 종횡비가 4.0 (λmax = 800 nm)인 금 나노 로드는 근적외선 빛을 흡수할 수 있고 흡수된 에너지를 열 에너지로 빠르게 변환할 수 있다. 생체 조직 막으로 금 나노 로드(AuNR)의 흡수를 통해, 살아있는 조직 내부에서 AuNR은 근적외선 빛과 상호작용하는 핫스팟으로 작용하며 탈착효율을 향상시키고 더 우수한 질량 스펙트럼 강도를 도출할 수 있었다. 또한, fs 레이저 발진기의 반복속도는 75 MHz이었고, 이는 13ns 간격의 펄스 트레인에 대응하며, 조직 절편은 균일한 모션으로 수많은 레이져 삿에 의해 연속적으로 조사되고 탈착되었다. 따라서 생체시편의 펨토초 근적외선 레이저 발진기에 의한 탈착은 균일하고 안정적인 것으로 확인되었고, 이들의 프로파일은 날카롭고 가파른 형태로 관찰되었고, 세포내 공간 해상도를 질량분석 이미징화 시켰다.Conventional atmospheric pressure ionization methods for mass spectrometry have attempted to improve desorption and ionization of volatile organic compounds by heating the target sample region with heated gas steam or heating the sample during sample preparation. However, the present invention uses fs laser oscillator and non-thermal atmospheric plasma as a dropout / ionization source together to avoid thermal damage to the sample. The application of gold nanorods to living tissues resulted in effective desorption results using fs near-infrared laser oscillators. Gold nanorods with an aspect ratio of 4.0 (λmax = 800 nm) can absorb near-infrared light and quickly convert absorbed energy into heat energy. Through the absorption of gold nanorods (AuNRs) into the biotissue membrane, within the living tissue, AuNR acts as a hotspot interacting with near-infrared light, improving the desorption efficiency and obtaining better mass spectral strength. In addition, the repetition rate of the fs laser oscillator was 75 MHz, corresponding to a pulse train of 13 ns intervals, and tissue sections were continuously irradiated and desorbed by a number of laser beams in a uniform motion. Therefore, the desorption by the femtosecond near infrared laser oscillator of the biological specimen was confirmed to be uniform and stable, and their profiles were observed in a sharp and steep shape, and the intracellular spatial resolution was mass-analyzed by imaging.
고품질의 MS 이미징을 확보하기 위해서는 살아있는 생체 조직에서 AuNR의 균일한 분포가 매우 중요한 요소이다. In order to obtain high-quality MS imaging, uniform distribution of AuNR in living tissue is a very important factor.
따라서 조직 내 AuNR의 균일한 분포를 위해 mPEG-특성의 금 나노로드(nanorod)를 사용하였다.Thus, mPEG-specific gold nanorods were used for uniform distribution of AuNR in tissue.
살아있는 생체 조직을 인공 대뇌 척수액(ACSF)이 포함된 mPEG-AuNR과 1시간 동안 반응시켰다. 반응 후, 조직들을 ACSF로 10번만 세척하여 조직 내에 AuNRs가 유지되도록 하였다. 이로서 펨토초 근적외선 레이저 발진기에 의한 탈착은 분석 전 영역에서 AuNR의 작용으로 인해 균일하고 안정적인 형태로 나타났다. Live living tissue was reacted with mPEG-AuNR containing artificial cerebral spinal fluid (ACSF) for 1 hour. After the reaction, the tissues were washed 10 times with ACSF to maintain AuNRs in the tissue. As a result, the desorption by the femtosecond-near-infrared laser oscillator appeared uniform and stable due to the action of AuNR in the region before analysis.
레이저의 작은 빔 크기(직경 1.2um)에도 불구하고 도 11e에 나타낸 바와 같이, 탈착된 조직의 두께는 35um인 것으로 나타났다. CARS 측정에서 해마 조직이 질량분석 이후에 건조되었기 때문에 통기 과정에서 조직의 두께는 47um 보다 더 두꺼울 것으로 예상하였고, 이는 레이저로 유도된 크래이터의 종횡비가 특이적으로 높아졌고 이는 세포내 공간 해상도를 도출하게 된다. 질량분석 이미징을 위한 AuNRs의 처리과정이 없었다면 생체분자의 두드러진 질량이온 피크는 관찰되지 못하였을 것이다. 그러므로 효율적인 탈착을 위해서는 AuNR의 사용이 중요하며 이의 사용으로 인해 고해상도 MS 이미지를 구현하는 대기압 MS 이미징이 가능하다.Despite the small beam size (1.2 m diameter) of the laser, the thickness of the desorbed tissue was found to be 35 um, as shown in Fig. Because the hippocampal tissue was dried after mass analysis in the CARS measurement, the thickness of the tissue in the aeration process was expected to be thicker than 47 um, which resulted in a specific increase in the aspect ratio of the laser-induced citer, . Without the treatment of AuNRs for mass spectrometric imaging, the prominent mass ion peak of the biomolecule would not have been observed. Therefore, the use of AuNR is important for efficient desorption, and its use enables atmospheric pressure MS imaging to deliver high resolution MS images.
또한, 본 발명에서 사용된 이온화 처리부의 일예로서 대기압 플라즈마 제트는 전자, 이온 및 여기된 종(species)을 포함하여 많은 종류의 전하를 띈 종을 함유하고 있더라도 비열 플라즈마를 사용하였고, 비열 플라즈마의 온도는 살아있는 생물학적 샘플을 손상시키지 않는다. In addition, as an example of the ionization treatment unit used in the present invention, the atmospheric plasma jet uses a non-thermal plasma even though it contains many kinds of charged species including electrons, ions and excited species, Do not damage live biological samples.
발생된 플라즈마 제트는 시료와 직접적인 접촉이 이루어지지 않는데 이는 샘플 스테이지 상의 샘플링 장비의 구성을 보면, 기체흐름이 흡입되는 형태가 되기 때문이다. 이러한 일련의 탈착 및 탈 이온화는 대기압 조건에서 살아있는 시료의 분석에 매우 효과적이다. 요약하면 AuNR을 사용한 집중적인 초고속 레이저 광은 생물학적 시료로부터 명확한 부피를 효과적으로 탈착할 수 있었고, 대기압 헬륨 플라즈마는 대기압 생체조직의 MS 이미징을 위해 19.8eV의 여기된 헬륨원자로 이온화시켰다.The generated plasma jet is not in direct contact with the sample because the configuration of the sampling equipment on the sample stage is such that the gas flow is inhaled. This series of desorption and deionization is very effective at analyzing living samples at atmospheric pressure conditions. In summary, intensive ultrafast laser light using AuNR was able to effectively remove a definite volume from a biological sample, and atmospheric helium plasma ionized to 19.8 eV of excited helium atom for MS imaging of atmospheric biomedical tissue.
나노입자 및 분리된 후속 이온화 소스의 동시 적용으로, 레이저 에너지 펄스는 레이저 소스 단독을 사용한 경우에 비해 감소되었다. 펄스 에너지를 낮추면 시료의 열 손상을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 레이저 조사로 인한 탈착된 물질의 산란 건동을 억제하여 매우 선명하고 명확한 탈착 패턴을 얻을 수 있었다. 이것이 탈착소스로서 fs 레이저 증폭기(several nanojoules vs. several hundred microjoules; for instance, 24 nJ vs. 150800 μJ)를 사용한 것보다 훨씬 낮은 펄스 에너지를 가진 비용 효율적이고 간단한 구조의 fs 레이저 발진기를 사용한 이유이다. With the simultaneous application of nanoparticles and a separate subsequent ionization source, the laser energy pulse was reduced compared to using a laser source alone. Lowering the pulse energy not only reduces the heat damage of the sample but also suppresses scattering of the desorbed material due to the laser irradiation, so that a very clear and clear desorption pattern can be obtained. This is why we used a cost-effective, simple-structure fs laser oscillator with much lower pulse energies than using an fs laser amplifier (several nanojoules vs. several hundred microjoules, for instance, 24 nJ vs. 150800 μJ) as the desorption source.
또한, 본 발명에 따른 대기압 nanoPALDI 방법은 대기압 분석 조건에서 살아있는 조직을 분석할 수 있는 특징이 있다. 따라서 대기압 nanoPALDI-MS에 의해 획득된 MS 이미지는 높은 공간 분해능 (~ 1μm)을 갖는 지질 영상화에 효과적으로 사용된 진공 기반의 2차 이온질량 분석기(SIMS)와 비교할 때 샘플을 준비해야 하는 과정이 거의 없다는 장점이 있다. 진공 기반의 2차 이온질량 분석기(SIMS) 시료(표본)는 동결절편 및 건조과정을 거쳐 제조되는데 이 때문에 지질 이미징의 왜곡이 자주 발견될 수 있다. 본래의 콜레스테롤 분포의 왜곡은 HIM 영상과 콜레스테롤 SIMS 영상에서 명확하게 관찰된다(도 12a 및 도 12b 참조). HIM 이미지에서 SIMS 시료 제조과정에서 형성된 분리된 콜레스테롤 결정이 명확하게 확인되는 것을 알 수 있으며(도 12a 참조), SIMS 이미지에서도 본래의 콜레스테롤 분포와 다른 형상을 확인할 수 있었다(도 12b 참조). 도 9 및 도 10a 내지 도 10g에서 살아있는 조직 유래의 콜레스테롤 이미지는 공간적 해상도가 SIMS와 거의 동일함을 유지하면서 시료의 절식 및 건조로 인한 왜곡이 발생되지 않음을 알 수 있었다. 대기압 nanoPALDI의 모든 압력(input)은 대기압 조건에서 광섬유, 플라즈마 제트관 또는 이온 이송 관과 같은 작은 관을 통해 이송될 수 있기 때문에 새로운 대기압 질량 이미지 기술 개발을 위해 추가적인 기술장벽이 요구되지 않는다.In addition, the atmospheric pressure nanoPALDI method according to the present invention is characterized in that living tissue can be analyzed under atmospheric pressure analysis conditions. Thus, the MS image obtained by atmospheric pressure nanoPALDI-MS has little to prepare for the sample compared to the vacuum-based secondary ion mass spectrometer (SIMS), which is effectively used for geological imaging with high spatial resolution (~ 1 μm) There are advantages. Vacuum-based secondary ion mass spectrometry (SIMS) samples (specimens) are prepared by frozen sectioning and drying, which can often lead to distortions in lipid imaging. The distortion of the original cholesterol distribution is clearly observed in HIM and cholesterol SIMS images (see FIGS. 12A and 12B). It can be seen that the separated cholesterol crystals formed in the SIMS sample preparation in the HIM image are clearly confirmed (see Fig. 12A), and the SIMS image can confirm the original cholesterol distribution and other shapes (see Fig. 12B). 9 and 10A to 10G, it was found that the cholesterol image derived from living tissues was not distorted due to the fasting and drying of the sample while the spatial resolution remained almost the same as SIMS. Atmospheric pressure No additional technical barriers are required to develop new atmospheric pressure mass imaging techniques because all of the nanoPALDI input can be transported through a small tube such as an optical fiber, a plasma jet tube, or an ion transport tube at atmospheric pressure.
<실시예 5>&Lt; Example 5 >
질량분석 이미징으로 관찰된 해마 조직의 특정 영역의 분자 조성 분석Analysis of molecular composition of specific regions of hippocampal tissue observed by mass spectrometry imaging
중추 신경계의 신경세포는 신경 연결성과 밀접한 관련이 있는 다양한 수상 돌기 구조를 나타낸다. 해마 형성에서 CA(cornu ammonis)의 추상세포(pyramidal cell)와 DG(치상회, dentate gyrus)의 과립세포는 구별된 돌기 아보 구조(dendritic arbor structures)를 나타내는 2개의 주요한 신경 유형으로 알려져 있다. 이러한 다른 유형의 신경 타입 및 이들의 구별된 구조는 CA 및 DG 영역에서다른 분자 분포를 갖도록 한다. 도 8 및 도 10a 내지 도 10g에 나타낸 바와 같이, 모노아실글리세롤, 콜레스테롤 및 세라마이드의 이온 절편들은 DG 영역에서보다 CA1 및 CA3 영역에서 더 높은 신호강도를 나타내었다. 이에 대해 아데닌의 m/z = 136.062 에서의 이온들은 DG 영역에 집중되어 있는 것으로 나타났다. CA 및 DG 영역 사이에서 아데닌의 이온 이미지의 차이는 2개의 신경세포 타입인 추상세포 및 치상회 과립세포로 나타났으며, 마우스의 해마 조직에서 다른 분포 및 다른 세포 표현형으로 나타났다. 실제로 과립 세포체(granule cell body)는 치밀하게 패킹되어 있고 치아 이랑의 세포들 사이에 작은 신경관이 삽입되어 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 핵에서 일반적으로 관찰되는 아데닌 이온은 DG 영역에 집중되어 있었다.Neurons in the central nervous system exhibit various dendritic structures closely related to neuronal connectivity. In hippocampal formation, granular cells of CA (cornu ammonis) pyramidal cells and DG (dentate gyrus) are known to be two major neuronal types that represent distinct dendritic arbor structures. These different types of neuronal types and their distinct structures allow different molecular distributions in the CA and DG regions. As shown in Figs. 8 and 10A to 10G, ionic fragments of monoacylglycerol, cholesterol, and ceramide showed higher signal intensities in the CA1 and CA3 regions than in the DG region. In contrast, ions at adenine m / z = 136.062 were concentrated in the DG region. Differences in the ion image of adenine between the CA and DG regions appeared as two neuronal cell types, an abstract cell and a dendritic granule cell, with different distribution and different cell phenotypes in the hippocampal tissue of the mouse. In fact, the granule cell body is packed tightly and a small neural tube is inserted between the cells of the tooth. Therefore, the adenine ions generally observed in the nucleus were concentrated in the DG region.
유사한 형태로, CA1 및 CA3 영역에 있는 추상세포는 구조적으로 2개의 다른 수상돌기(dendrites)를 가지는데, 길고 두꺼운 수상돌기와 여러 개의 기저 돌기가 소마(soma)의 꼭대기와 바닥으로부터 각각 나온다. 정점 및 기저 돌기가 서로 반대 방향을 향하고 있고, 서로 다른 층으로 존재하고 있어 추상세포의 돌기 구조는 쌍원뿔(biconical)의 모양을 나타낸다. 정점 및 기저 수상돌기는 크기, 기하학, 전기전도 및 신경 영양 인자 또는 보호 분자(guidance molecules)에 대한 반응성 등 많은 성질에서 상이한 것으로 알려져 있다. 게다가 정점 및 기저 수상돌기의 형태학적 차이에 대한 많은 연구가 진행되었고, 이들 간에 상이한 분자 조성에 대해서는 아직 밝혀지지 않았는데, 이는 분자 조성 분석을 위한 적절한 방법이 부재하고 신뢰성 있는 분자 마커가 없기 때문이다. 조직 수준에서 추상 뉴런의 정점 및 기저수상돌기 간의 분자 상이함을 조사하기 위해, 해마 조직의 서브 영역(subregion)을 높은 공간 해상도로 분석하였다(도 10c 및 10d 참조). 특히 CA3에서 이온 이미지들은 아데닌 위치의 양쪽으로 명확히 나눠지고, 세포체(cell bodies)의 위치(ion image at m/z = 136.062) 는 도 10d 및 10e에서 확인할 수 있었다. CA3에서 이온 이미지의 왼쪽은 정점 수상돌기의 밀집된 부분을 나타낸 것이고, 오른쪽은 해마 조직의 기저 수상돌기의 밀집된 부분을 나타낸 것이다.In a similar fashion, the abstract cells in the CA1 and CA3 regions structurally have two different dendrites, long and thick dendrites and several basal projections from the top and bottom of the soma, respectively. The apex and base protrusions are opposite to each other and exist in different layers, and the protrusion structure of the abstract cell shows the shape of biconical. Vertex and basal dendrites are known to differ in many properties, including size, geometry, electrical conduction, and responsiveness to neurotrophic factors or guidance molecules. In addition, much research has been done on morphological differences between vertex and basal dendrites, and the different molecular composition between them has not yet been elucidated, as there is no suitable method for molecular composition analysis and no reliable molecular markers. To investigate the molecular differences between the apex of abstract neurons and the basolateral dendrites at the tissue level, subregions of hippocampal tissue were analyzed at high spatial resolution (see FIGS. 10c and 10d). In particular, in CA3 ion images were clearly divided into both adenine sites, and the cell body locations (ion image at m / z = 136.062) could be seen in FIGS. 10d and 10e. In CA3, the left side of the ion image shows the dense part of the apex dendrites, and the right side shows the dense part of the basal dendrites of the hippocampus.
BioMap 소프트웨어의 ROI(region of interest) 분석 기능을 사용하여 ROI의 동일한 영역을 왼쪽과 오른쪽 모두에 할당하고, 모노 아실 글리세롤이온, 콜레스테롤 이온 및 세라미드 이온의 질량 스펙트럼의 강도를 비교하였다(도 10e, 10f 및 표 1 참조).Using the BioMap software's region of interest (ROI) analysis function, the same region of the ROI was assigned to both left and right, and the intensity of the mass spectra of monoacylglycerol ion, cholesterol ion, and ceramide ion was compared (Figures 10e, 10f And Table 1).
Figure PCTKR2018007051-appb-T000001
Figure PCTKR2018007051-appb-T000001
분석결과, 기저 수상돌기 쪽에서 MAG 이온((at m/z = 311.257, m/z = 313.273, m/z = 339.289, m/z = 341.305)의 MS 강도는 정점 수상돌기 쪽의 55~75%인 것으로 나타났다. m/z=548.540에서의 세라마이드 이온은 양쪽에서 유사하게 관찰되었다.As a result of analysis, the MS intensity of MAG ion ((at m / z = 311.257, m / z = 313.273, m / z = 339.289, m / z = 341.305) The ceramide ions at m / z = 548.540 were observed similarly in both cases.
대기압 nanoPALDI 방법을 이용한 고해상도 MS 이미징은 MAG가 기저수상돌기 집약 영역보다 정점 수상돌기 집약 영역에서 1.4~1.8배 높은 것으로 분포하고 m/z=548.540에서 세라마이드는 양쪽 수상돌기 영역에서 상대적으로 균등하게 분포하고 있었다. 또한, 정점 수상돌기 집약 영역에서 m/z=385.346에서의 콜레스테롤은 기저 수상돌기 집약 영역에 비해 정점 수상돌기 집약 영역에서 약 3배 높은 신호 강도를 나타내었다. 4개의 모노아실글리세롤 이온을 구체적으로 비교하면, 포화 16:0 및 18:0을 갖는 MAG는 불포화 16:1 및 18:1 지방산을 갖는 MAG 보다 정점에서 기저 수상돌기 영역으로 갈수록 불균형을 보이는 것으로 나타났다(1.8:1 및 1.5:1 대 1.4:1 및 1.4:1). 이러한 고해상된 MS 이미지를 가지고 본 발명자들은 기조 수상돌기에 비해 모노아실글리세롤 및 콜레스테롤이 더 함유한 정점 수상돌기를 확인하였고, 세라마이드는 살아있는 해마 조직의 CA에서 양쪽의 수상돌기 구조에서 균등하게 분포되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한 정점 수상돌기 영역과 기저 수상돌기 영역 사이에서의 유사한 차이점을 CA1에서도 확인할 수 있었다(도 10c 참조).High-resolution MS imaging using the atmospheric-pressure nanoPALDI method showed that the MAGs were 1.4 to 1.8 times higher than the basal dendritic-intensive regions and 1.4 to 1.8 times higher than the basal dendritic-intensive regions, and the ceramides were relatively evenly distributed in both dendritic regions at m / z = 548.540 there was. In addition, the cholesterol at m / z = 385.346 in the peak dendritic intense region showed about 3 times higher signal intensity in the peak dendritic intensity region than the base dendritic intensity region. A comparison of four monoacylglycerol ions specifically showed that MAGs with saturation of 16: 0 and 18: 0 showed an imbalance toward the basal dendritic region from the peak to MAG with unsaturated 16: 1 and 18: 1 fatty acids (1.8: 1 and 1.5: 1 vs. 1.4: 1 and 1.4: 1). With such a high resolution MS image, the present inventors confirmed apical dendrites containing monoacylglycerol and cholesterol more than the basophilic dendrites, and the ceramides were uniformly distributed in both dendritic structures in the CA of living hippocampal tissues . Similar differences between the apical dendritic region and the basal dendritic region were also confirmed in CA1 (see Fig. 10C).
CA3의 정점 수상돌기 영역의 세부적인 대기압 nanoPALDI 질량 이미징(도 10c 및 10d)은 투명층(stratum lucidum)에 있는 DG 과립세포가 추상세포 층으로 평행하게 확장되는 이끼 모양의 섬유 다발로 관찰되었다.Detailed atmospheric pressure nanoPALDI mass imaging (Fig. 10c and 10d) of the apical dendritic region of CA3 was observed as a mossy fiber bundle in which the DG granule cells in the stratum lucidum expanded parallel to the abstract cell layer.
CA3의 근위 정점 수상돌기 영역에서 MAG의 낮은 강도를 갖는 100㎛폭의 영역은 추상세포체의 라인을 따라 확인할 수 있었다(도 10c 참조). CA3 영역에서 이끼 섬유들은 2개의 주요 묶음으로 있었고, 투명층에 있는 주요 상아질 투영(suprapyramidal projection) 및 intra와 infra 추상 투영은 지층 피라미드 및 지층 오리엔티스의 근위 범위 이내에서 최초로 있었으며, CA3에서 투명층을 교차하였다. CA3 추상형 뉴런(pyramidal neurons)은 모집된 등뼈 콜 가시의 이상 성장된 특이한 복합체를 통해 이끼 섬유의 섬과 시냅스 접촉한다. CA1에 근접한 원위 CA3 뉴런에서 가시가 많은 이상 성장물은 세포체(soma)로부터 10~120㎛의 거리에서 정점수상돌기에서 주로 발견된다. 도 10g에서 도 10c 및 10d로부터 아데닌 및 MAG(18:1)의 라인 프로파일을 고려할 때, 아데닌 프로파일은 추상 세포체 라인에서 명확히 나타난다. MAG(18:1) 프로파일은 세포체 라인 옆의 정점 수상돌기 영역에서 100um 폭의 낮은 강도를 나타내고 있고, 이는 과립 세포로부터 이끼 모양의 섬유 투영 및 CA3 뉴런 유래의 가시가 있는 이상 성장에 의한 층 구조와 일치한다. 콜레스테롤 및 세라미드(18:0) 이미지는 유사한 분포가 관찰되지 않았다. 이러한 관찰은 대기압 nano PALDI가 이끼형 섬유 투영 및 다른 정점 수상돌기 영역 간의 분자 조성의 상이함을 나타낸다. CA1 영역에서 도 10c와 같은 정점 수상돌기 영역에서의 유사한 특징은 관찰되지 않았는데 이는 이끼모양의 섬유 투영이 CA1에 도달하지 못했기 때문이다. 이러한 실험결과는 세포내 해상도를 갖는 대기압 nano PALDI 이미징을 항체의 태깅 또는 염색 과정 없이 조직 수준에서 다중 분자 조성의 정보를 얻는데 사용할 수 있음을 알 수 있었다.In the proximal apex dendrite region of CA3, a region of 100 mu m width with low intensity of MAG could be confirmed along the line of the abstract cell body (see Fig. 10C). In the CA3 region, the moss fibers were in two major bundles, the main suprapyramidal projections in the clear layer and the intra and infra abstract projections, first within the proximal extent of the stratum pyramids and stratum orientations, and crossing the transparent strata in CA3 . CA3 pyramidal neurons are in synaptic contact with the islets of the moss fiber via the overgrown specific complexes of the recruited spinal callus. In the distal CA3 neurons near CA1, aberrant abnormal growth is mainly found in apical dendrites at a distance of 10 to 120 μm from the soma. Considering the line profiles of adenine and MAG (18: 1) from Figures 10g to 10c and 10d, the adenine profile is evident in the abstract cell line. The MAG (18: 1) profile exhibited a low intensity of 100 μm width in the apical dendrites adjacent to the cell line, resulting in a layer structure due to mossy fiber projection and visible abnormal growth from CA3 neurons Match. No similar distribution of cholesterol and ceramide (18: 0) images was observed. This observation indicates that the atmospheric nano PALDI differs in molecular composition between moss fiber projections and other apex dendritic regions. Similar features in the apical dendritic region as shown in Figure 10C in the CA1 region were not observed because the mossy fiber projection did not reach CA1. These results indicate that atmospheric nano PALDI imaging with intracellular resolution can be used to obtain information on the molecular composition at the tissue level without tagging or staining of the antibody.
<실시예 6>&Lt; Example 6 >
살아있는 해마 조직에서 메틸 베타-시클로덱스트린에 의한 콜레스테롤의 제거 Removal of Cholesterol by Methyl Beta-Cyclodextrin in Living Hippocampal Tissues
살아있는 시료에 대한 대기압 nano PALDI MS 이미지는 대사산물에 대한 많은 공간 정보를 제공할 수 있으며 이는 조직 수준에서 약물 스크리닝에 유용하게 사용할 수 있다. 이에 본 발명자들은 본 발명의 시스템을 이용하여 해마 조직에 영향을 줄 수 있는 약물 확인 가능성 여부를 분석하기 위해, 메틸-β-시클로 덱스트린(mβCD) 처리에 의한 콜레스테롤 고갈 현상을 대기압 nano-PALDI MS 이미징 분석하였다. 통기 조건에서 mβCD이 처리된 마우스의 해마 조직을 mβCD(25mg/ml)이 함유된 ACSF 용액에 6시간 동안 침지시켰다.Atmospheric pressure on living samples The nano PALDI MS image can provide a lot of spatial information about the metabolites, which can be useful for drug screening at tissue level. Therefore, the inventors of the present invention found that the cholesterol depletion phenomenon by methyl- beta -cyclodextrin (m beta CD) treatment was analyzed by atmospheric pressure nano-PALDI MS imaging Respectively. The hippocampal tissues of mice treated with mβCD in an aeration condition were immersed in an ACSF solution containing mβCD (25 mg / ml) for 6 hours.
이후 2개의 다른 해마 조직으로부터 이온 이미지를 수집하였는데, 2개 다른 이미지는 각각 정상 해마조직(도 13a 참조) 및 mβCD이 처리된 해마조직(도 13b 참조) 이다. mβCD가 처리된 해마조직에 대해, 2개의 콜레스테롤 피크인 m/z 369.349 및 m/z 385.346에서의 이온은 도 13b에 나타낸 바와 같이 분석 전체 영역에서 억제되고 사라진 것으로 나타났다. 흥미롭게도 m/z 548.540에서의 세라마이드 이온 역시 억제된 것으로 나타났다. 다른 동정된 이온들은 정상군에 비해 약간 감소한 것으로 나타났다. 따라서 이러한 결과를 통해 본 발명자들은 본 발명에서 고안된 대기압 MS 이미징 분석 방법은 조직 기반의 약물 스크리닝에도 유용하게 사용할 수 있음을 알 수 있었고, 실험동물을 죽이는 방법이 적용되는 세포 기반의 약물 스크리닝에 비해 정확도 및 신뢰도가 더 우수함을 알 수 있었다.Thereafter, ion images were collected from two different hippocampal tissues, the two different images being normal hippocampal tissue (see FIG. 13A) and hippocampal tissue treated with mβCD (see FIG. 13B), respectively. For hippocampal tissue treated with m [beta] CD, the two cholesterol peaks at m / z 369.349 and m / z 385.346 were found to be suppressed and disappeared in the entire assay region as shown in Fig. 13b. Interestingly, the ceramide ion at m / z 548.540 was also inhibited. Other identified ions were slightly decreased compared to the normal group. Therefore, the present inventors have found that the atmospheric pressure MS imaging analysis method designed in the present invention can be used for screening of tissue-based drugs, and it is more accurate than the cell-based drug screening method of killing laboratory animals And reliability.
이처럼 본 발명 대기압 질량분석 이미징 시스템은 약물스크리닝이 가능하다. As described above, the atmospheric pressure mass spectrometry imaging system of the present invention is capable of drug screening.
구체적으로 후보 약물을 생체 조직에 처리하고 상기 생체 조직에서 분석물질을 탈착시켜 대사물질, 지질 또는 단백질의 성분, 함량 및 공간적 이동 변화를 약물 처리하지 않은 대조군과 비교하여 약물의 작용을 직접 확인할 수 있다.Specifically, the candidate drug is treated with a biotissue, and the analyte is desorbed from the biotissue, so that the action of the drug can be directly confirmed by comparing the components, the content, and the spatial shift of metabolites, lipids or proteins with those of the control without the drug treatment .
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 살아있는 생체 시료의 분석을 위한 고해상도 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성도이다.FIG. 14 is a block diagram of a high resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing live biological samples according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 살아있는 생체 시료의 분석을 위한 고해상도 대기압 질량분석 이미징 시스템은, 생체 조직(또는 시료, 1)이 올려진 광열기판(800)과, 상기 광열기판(800)의 저면측으로 532 내지 802nm 파장의 레이저광을 조사하는 레이저 처리 장치(100)와, 레이저광이 조사됨에 따라 상기 생체 조직(1)에서 탈착된 분석물질을 이온화시키는 이온화 처리부(300)와, 진공펌프(500)에서 발생되는 흡입력을 이용하여 이온화된 분석물질을 수집하여 질량분석을 수행하는 질량분석기(400)와, 생체 조직(1)에 조명을 제공하는 광원부(200)와, 대물렌즈(610)를 통해 상기 생체 조직(1)의 영상을 촬영하는 촬상부(600)와, 상기 촬상부(600)의 촬영 결과를 표시하는 컴퓨터(700)를 포함하여 구성될 수 있다.14, a high-resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing a live biological sample according to an embodiment of the present invention includes a photo-thermal substrate 800 on which a biological tissue (or a sample) 1 is mounted, 800 for irradiating laser light having a wavelength of 532 to 802 nm and an ionization processing unit 300 for ionizing analytes desorbed from the living tissue 1 as the laser light is irradiated, A mass spectrometer 400 for collecting and analyzing ionized analytes using a suction force generated by a vacuum pump 500, a light source 200 for providing illumination to the living tissue 1, An imaging unit 600 for imaging an image of the living tissue 1 through the imaging unit 610 and a computer 700 for displaying an imaging result of the imaging unit 600.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 살아있는 생체 시료의 분석을 위한 고해상도 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성과 작용에 대하여 보다 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure and operation of a high-resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing a live biological sample according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
먼저, 광열기판(800)은 실질적으로 평면상에서 이동하는 스테이지에 안착된 것으로 한다.First, the photo-thermal substrate 800 is assumed to be mounted on a stage that moves substantially in a plane.
도 15는 상기 광열기판(800)의 구성도이다.Fig. 15 is a configuration diagram of the light modulation substrate 800. Fig.
도 15를 참조하면 상기 광열기판(800)은, 유리판(810)과, 상기 유리판(810)의 상부에 광열층(820)이 형성된 구조이다. Referring to FIG. 15, the photo-thermal substrate 800 has a structure in which a glass plate 810 and a photo-thermal layer 820 are formed on the glass plate 810.
상기 광열층(820)의 상부에는 상기 생체 조직(1)이 안착되며, 광열층(820)에 레이저가 조사되는 경우 광열층(820)이 레이저의 에너지를 흡수하여 열을 방출하여 생체 조직(1)에서 물질을 탈착시키는 역할을 한다. When the laser light is irradiated to the photothermal layer 820, the photothermal layer 820 absorbs the energy of the laser to emit heat to form the biotissue 1 ). &Lt; / RTI &gt;
앞서 설명한 바와 같이 레이저는 생체 조직(1)을 통과하지 않고 직접 광열층(820)에 조사되는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명에서는 레이저를 투과하는 유리기판(810)의 상부에 광열층(820)을 형성하고, 레이저광을 유리기판(810)의 저면에서 광열층(820)으로 조사하도록 구성된다.As described above, the laser is preferably irradiated directly to the photothermal layer 820 without passing through the living tissue 1. [ To this end, the present invention is configured to form a photo-thermal layer 820 on a glass substrate 810 through which laser is transmitted, and to irradiate the laser light from the bottom of the glass substrate 810 to the photo-thermal layer 820.
즉, 레이저 처리 장치(100)의 레이저는 반사부(110)를 통해 반사되어 유리기판(810)을 통해 광열층(820)에 조사된다.That is, the laser of the laser processing apparatus 100 is reflected through the reflecting portion 110 and irradiated to the photo-thermal layer 820 through the glass substrate 810. [
따라서 레이저의 에너지가 생체 조직(1)의 일부에 흡수되지 않으며, 질량 분석시 왜곡이 발생하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the energy of the laser is not absorbed in a part of the living tissue 1, and distortion in mass analysis can be prevented from occurring.
상기 레이저 처리 장치(100)는 근적외선 또는 가시광 대역의 523 내지 802nm 파장의 레이저광을 제공하는 것으로, 반사부(110)에 의해 조사방향이 상기 광열기판(800)의 수직방향으로 전환되어 대물렌즈(610)를 통해 집속될 수 있다.The laser processing apparatus 100 provides a laser beam having a wavelength of 523 to 802 nm in a near infrared ray or visible light band and the irradiation direction is switched by the reflecting unit 110 in the vertical direction of the optical thermal substrate 800, 610). &Lt; / RTI &gt;
상기 대물렌즈(610)는 현미경의 고배율 대물렌즈일 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 대물렌즈(610)는 레이저광의 집속을 수행함과 아울러 촬상부(600)를 통해 처리된 생체 조직(1)의 확인하고 이미지를 촬상할 수 있도록 광원부(200)의 광을 촬상부(600)로 제공하는 역할을 한다. The objective lens 610 may be a high magnification objective lens of a microscope. As described above, the objective lens 610 performs focusing of the laser light, identifies the biological tissue 1 processed through the imaging unit 600 And serves to provide the light from the light source unit 200 to the image sensing unit 600 so that an image can be picked up.
상기 레이저의 조사와 함께 광열층(820)의 광열작용에 의하여 생체 조직(1) 시료에서 물질이 탈착된다. 상기 광열층(820)은 레이저의 광에너지를 일부 흡수하여 열을 발생시키며, 광열층(820)에 흡수되지 않은 레이저는 생체 조직(1)에 조사되어 물질을 탈착시킨다. 이때 광열층(820)에서 발생되는 열에 의해 보다 용이하게 물질의 탈착이 이루어진다.The material is desorbed from the sample of the biological tissue (1) by the photothermal action of the photothermal layer (820) together with the irradiation of the laser. The light absorption layer 820 absorbs a part of the light energy of the laser to generate heat, and the laser which is not absorbed by the light modulation layer 820 is irradiated to the biological tissue 1 to desorb the material. At this time, the material is more easily detached by heat generated in the photothermal layer 820.
상기 광열층(820)의 구체적인 예로 상기 유리기판(810)의 상면에 도포된 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 근적외선 및 가시광대역의 레이저 광에너지의 흡수율이 높은 금속의 나노 로드 또는 나노 입자의 층일 수 있다. As a specific example of the photothermal layer 820, there may be used graphene grains coated on the upper surface of the glass substrate 810, reduced graphene grains, nano-rods of nano-particles of metal having high absorptance of near- Layer.
상기 근적외선 및 가시광대역 레이저의 광에너지 흡수율이 높은 금속은 금일 수 있다.The metal having a high light energy absorption rate of the near-infrared light and visible light broadband laser may be the same.
도 16은 금 나노 로드의 광학적 특성을 분석한 스펙트럼이다. 이에 도시한 바와 같이 흡광계수가 파장이 800nm에서 최대가 되며, 근적외선 및 가시광 대역의 파장에서 양호한 레이저광 에너지의 흡수가 가능함을 나타낸다.16 is a spectrum obtained by analyzing the optical properties of gold nano-rods. As shown in the figure, the absorption coefficient is maximized at a wavelength of 800 nm, and it is possible to absorb good laser light energy in the near-infrared and visible wavelength bands.
또한, 상기 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 금 나노 로드 또는 금 나노 입자층의 안정화를 위하여 내열성과 광투과성이 높은 코팅층으로 코팅한 것일 수 있다.In order to stabilize the graphene oxide, the reduced graphene oxide, the gold nanorod, or the gold nanoparticle layer, it may be coated with a coating layer having high heat resistance and high light transmittance.
이는 광열층(820)에 레이저를 조사할 때 이물이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 코팅층의 예로는 PEI(울템, Ultem)을 사용할 수 있다.This is to prevent foreign matter from being generated when the laser light is irradiated to the photothermal layer 820. Examples of the coating layer include PEI (Ultem).
이처럼 탈착된 물질은 이온화 처리부(300)에서 발생된 플라즈마에 의해 이온화된다. 물질의 이온화는 분석물질을 용이하게 분리하기 위한 것이며, 도 14에 도시한 예와 같이 이온화 후 유도관(410)을 통해 질량분석기(400)로 공급할 수 있다.The desorbed material is ionized by the plasma generated in the ionization processing unit 300. The ionization of the material is for separating the analyte easily, and can be supplied to the mass spectrometer 400 through the ionization post-induction tube 410 as in the example shown in FIG.
이온화 처리부(300)는 대기압에서 플라즈마를 발생시킬 수 있는 상압플라즈마장치를 사용할 수 있다. 상기 이온화 처리부(300)는 탈착된 분석물질의 이온화율을 높이기 위하여 생체 조직(1)에 근접한 위치로 플라즈마를 공급하기 위한 공급관(310)을 포함한다. 상기 공급관(310)은 석영관을 사용할 수 있다.The ionization processing unit 300 may use an atmospheric pressure plasma apparatus capable of generating plasma at atmospheric pressure. The ionization processing unit 300 includes a supply pipe 310 for supplying a plasma to a position close to the biological tissue 1 in order to increase the ionization rate of the desorbed analyte. The supply pipe 310 may use a quartz tube.
이처럼 이온화된 분석물질은 유도관(410)을 통해 질량분석기(400)로 공급될 수 있다.The ionized analyte may be supplied to the mass spectrometer 400 through the induction tube 410.
상기 유도관(410)은 스테인리스 스틸을 사용할 수 있으며, 진공펌프(500)는는 기류를 형성하여 상기 유도관(410)을 통해 분석물질이 이동하여 질량분석기(400)에 공급되도록 하는 작용을 한다.The induction pipe 410 may be made of stainless steel and the vacuum pump 500 forms an air flow so that the analyte moves through the induction pipe 410 and is supplied to the mass spectrometer 400.
상기 질량분석기(400)는 수집된 분석물질의 질량을 측정하는 것으로, 단백질, 대사물질, 지질의 분자단위 질량을 측정할 수 있다.The mass spectrometer 400 measures the mass of the analyte, and can measure the molecular mass of protein, metabolite, and lipid.
상기 컴퓨터(700)는 질량분석 프로그램이 설치된 것이며, 질량분석기(400)의 분석결과를 전송받아 해석하고 표시할 수 있다. The computer 700 is provided with a mass analysis program, and can transmit, analyze, and display analysis results of the mass spectrometer 400.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 살아있는 생체 시료의 분석을 위한 고해상도 대기압 질량분석 이미징 시스템의 구성도이다.17 is a block diagram of a high resolution atmospheric pressure mass spectrometry imaging system for analyzing live biological samples according to another embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면 다른 구성은 도 14를 참조하여 상세히 설명한 대기압 질량분석 이미징 시스템과 동일하나, 이온화 처리부(300)의 공급관(310)이 유도관(410)에 연결되어 탈착된 분석물질이 유도관(410)을 통과할 때 처리하여 이온화할 수 있다.17, the other configuration is the same as that of the atmospheric pressure mass spectrometry imaging system described in detail with reference to FIG. 14, except that the supply pipe 310 of the ionization processing unit 300 is connected to the induction pipe 410, Can be treated and ionized as it passes through the membrane 410.
이온화된 분석물질은 챔버(420)로 유입되고, 질량분석기(400)로 공급되어 분석된다.The ionized analyte is introduced into the chamber 420 and supplied to the mass spectrometer 400 for analysis.
도 18a 내지 도 18d는 마우스 해마 조직 시편의 헬륨 이온 현미경 사진이다.18A to 18D are helium ion micrographs of mouse hippocampal tissue specimens.
도 18a 내지 도 18d에 도시한 바와 같이 다양한 두께의 해마 조직 시편에 대하여 CW 레이저광의 출력을 300, 200, 100, 75, 50mW으로 하여 각각 물질을 탈착한 결과, 두께가 두꺼울수록 탈착 정도가 낮아지기는 하나 300 내지 100mW의 출력 범위에서는 균일한 정도로 분석물질이 탈착됨을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 18A to 18D, when the hippocampal tissue specimens having various thicknesses were subjected to CW laser light output of 300, 200, 100, 75 and 50 mW, respectively, the material was detached, One can confirm that the analyte is desorbed uniformly in the output range of 300 to 100 mW.
즉, 본 발명은 광열층(820)의 아래쪽에서 레이저광을 조사하기 때문에 시료의 두께에 무관하게 살아있는 시료로부터 분석물질을 탈착 가능하다.That is, since the present invention irradiates the laser light below the photothermal layer 820, the analyte can be desorbed from a living sample irrespective of the thickness of the sample.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention will be.
본 발명은 레이저광의 에너지 흡수율을 높여 상대적으로 낮은 출력의 레이저를 사용하여, 생체 시료로부터 분석물질을 탈착할 수 있는 것으로 산업상 이용가능성이 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is industrially applicable as an analyte can be desorbed from a biological sample using a laser having a relatively low output by increasing the energy absorption rate of laser light.

Claims (18)

  1. 파장이 532 내지 802nm인 레이저광을 발산하는 광원; 및A light source for emitting a laser beam having a wavelength of 532 to 802 nm; And
    상기 광원의 레이저광을 집속하여, 532 내지 802nm 파장 대역의 인 레이저광의 에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하는 전처리물질이 막의 내부 흡수된 생체 조직에 집속하여 조사하거나, 532 내지 802nm 파장 대역의 레이저광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열기판을 통해 생체 조직에 조사하는 대물렌즈를 포함하는, 레이저 처리 장치.The laser light of the light source is focused and the pretreatment substance which absorbs the energy of the laser light in the wavelength band of 532 to 802 nm is focused and irradiated onto the internal tissue of the membrane or the laser light of the wavelength band of 532 to 802 nm And an objective lens for irradiating the living body tissue through a light-heat substrate which generates heat by absorbing the laser light.
  2. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 생체 조직의 막 내부에 흡수된 상기 전처리물질은,Wherein the pretreatment material absorbed in the membrane of the biotissue comprises:
    금 나노 로드, 금 나노 입자, 산화 그래핀 나노 입자, 환원된 산화 그래핀 나노 입자 중 하나 또는 둘 이상의 조합인 것을 특징으로 하는, 레이저 처리 장치.A gold nanoparticle, a gold nanoparticle, a gold nanoparticle, a gold nanoparticle, a gold oxide nanoparticle, a gold nanoparticle, a gold nanoparticle, a graphene oxide graphene nanoparticle, or a reduced graphene graphene nanoparticle.
  3. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 광열기판은,Wherein the light-
    유리기판,Glass substrate,
    상기 유리기판의 상면에 위치하여, 상기 생체 조직이 안착되며, 532 내지 802nm 파장 대역인 레이저광의 에너지를 흡수하여 열을 발생시키는 광열층을 포함하는, 레이저 처리장치. And a light heating layer which is positioned on the upper surface of the glass substrate and on which the living tissue is deposited and absorbs energy of laser light in a wavelength band of 532 to 802 nm to generate heat.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 광열층은,The light-
    금 나노 로드층, 금 나노 입자층, 산화 그래핀 나노 입자층 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자층인, 레이저 처리장치.Gold nanorod layer, gold nanoparticle layer, oxidized graphene nanoparticle layer, or reduced oxidized graphene nanoparticle layer.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, The method according to claim 2 or 3,
    상기 레이저광의 에너지는 100 내지 300mW인 것을 특징으로 하는, 레이저 처리 장치.And the energy of the laser beam is 100 to 300 mW.
  6. 532 내지 802nm 파장 대역의 레이저광의 방출하는 레이저 처리 장치;A laser processing apparatus for emitting laser light in a 532 to 802 nm wavelength band;
    생체 조직의 하부측에 위치하여 상기 레이저 처리 장치의 레이저광을 집속하여, 상기 레이저광의 에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하는 전처리 물질이 막 내에 흡수된 상기 생체 조직에 집속하거나, 광열기판을 통해 광열기판 상에 위치하는 상기 생체 조직에 집속하여 조사하는 대물렌즈;A pretreatment material for absorbing the energy of the laser light and converting the laser light into heat energy is focused on the living tissue absorbed in the film by being positioned on the lower side of the living tissue and focusing the laser light of the laser processing device, An objective lens for focusing and irradiating the biological tissue located on the object;
    상기 생체 조직에서 탈착되는 분석물질을 이온화시키는 이온화부; 및An ionization unit for ionizing an analyte desorbed from the living tissue; And
    상기 이온화된 분석물질을 포집하여 질량을 분석하는 질량분석기를 포함하는, 대기압 질량분석 이미징 시스템. And a mass analyzer for collecting and analyzing the mass of the ionized analyte.
  7. 제6항에 있어서,The method according to claim 6,
    상기 레이저 처리 장치와는 동일 광경로를 가지며, 상기 대물렌즈를 통해 상기 생체 조직을 촬상하는 촬상부; 및An imaging unit having the same optical path as that of the laser processing apparatus and imaging the living tissue through the objective lens; And
    상기 촬상부의 촬상결과 및 상기 질량분석기의 분석결과를 입력받아 표시하는 컴퓨터를 더 포함하는, 대기압 질량분석 이미징 시스템.Further comprising a computer for receiving and displaying an imaging result of the imaging unit and analysis results of the mass spectrometer.
  8. 제7항에 있어서,8. The method of claim 7,
    상기 레이저광의 에너지는 100 내지 300mW이며, The energy of the laser light is 100 to 300 mW,
    상기 생체 조직의 막 내부에 흡수된 상기 전처리물질인 금 나노 로드, 금 나노 입자, 산화 그래핀 나노 입자, 환원된 산화 그래핀 나노 입자 중 하나 또는 둘 이상의 조합이 에너지를 흡수하고 열에너지로 변환할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 대기압 질량분석 이미징 시스템.The pretreatment material absorbed in the membrane of the biotissue may be one or more of gold nano-rods, gold nanoparticles, oxidized graphene nanoparticles, and reduced oxidized graphene nanoparticles to absorb energy and convert to heat energy Pressure mass spectrometry imaging system.
  9. 제6항에 있어서,The method according to claim 6,
    상기 광열기판은,Wherein the light-
    유리기판과,A glass substrate,
    상기 유리기판의 상면에 위치하여 상기 생체 조직이 안착되며, 레이저광의 에너지를 흡수하여 열을 발생시키는 광열층을 포함하는, 대기압 질량분석 이미징 시스템.And a light heating layer positioned on an upper surface of the glass substrate to receive the living tissue and generate heat by absorbing energy of the laser light.
  10. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 광열기판은,Wherein the light-
    광열층의 표면에 코팅되는 코팅층을 더 포함하는, 대기압 질량분석 이미징 시스템.Further comprising a coating layer coated on the surface of the photothermographic layer.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,11. The method according to claim 9 or 10,
    상기 광열층은,The light-
    금 나노 로드층, 금 나노 입자층, 산화 그래핀 나노 입자층 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자층인 것을 특징으로 하는, 대기압 질량분석 이미징 시스템.A gold nanoparticle layer, a gold nano-rod layer, a gold nanoparticle layer, a graphene oxide graphene nanoparticle layer, or a reduced graphene oxide graphene nanoparticle layer.
  12. 제10항에 있어서, 11. The method of claim 10,
    상기 코팅층은,Wherein the coating layer comprises:
    PIE인 것을 특징으로 하는, 대기압 질량분석 이미징 시스템.PIE. &Lt; / RTI &gt;
  13. a) 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광의 에너지를 흡수하는 전처리물질 용액을 준비하는 단계;a) preparing a pretreatment material solution that absorbs energy of laser light in the near-infrared light and visible light bands;
    b) 상기 전처리물질 용액을 처리 대상 생체 조직에 도포하여, 전처리물질이 생체 조직의 막 내부로 흡수되도록 하는 단계; 및b) applying the pretreatment material solution to the biological tissue to be treated so that the pretreatment material is absorbed into the biological tissue; And
    c) 전처리 물질을 흡수한 생체 조직에 근적외선 및 가시광 대역의 레이저광을 집속하여 조사하여 상기 생체 조직을 처리하는 단계를 포함하는, 생체 조직을 처리하기 위한 방법.c) a step of irradiating the living tissue absorbing the pretreatment substance with laser light in the near-infrared light and visible light band and irradiating the same to treat the living tissue.
  14. 제13항에 있어서,14. The method of claim 13,
    상기 전처리 물질은, The pre-
    금 나노 로드, 금 나노 입자, 산화 그래핀 나노 입자, 환원된 산화 그래핀 나노 입자 중 하나 또는 둘 이상의 조합인 것을 특징으로 하는, 생체 조직을 처리하기 위한 방법.Wherein the gold nanoparticles are one or more of gold nanoparticles, gold nanoparticles, gold nanoparticles, gold nanoparticles, oxidized graphene nanoparticles, and reduced oxidized graphene nanoparticles.
  15. 제14항에 있어서,15. The method of claim 14,
    상기 b) 단계는,The step b)
    전처리물질 용액을 도포한 후, 30 내지 60분 동안 대기하여, After the pretreatment material solution is applied, it is allowed to stand for 30 to 60 minutes,
    상기 금 나노 로드, 금 나노 입자, 산화 그래핀 나노 입자, 환원된 산화 그래핀 나노 입자 중 하나 또는 둘 이상의 조합이 생체 조직의 막 내부로 흡수되도록 하는 것을 특징으로 하는, 생체 조직을 처리하기 위한 방법.Characterized in that one or two or more of the gold nanorod, gold nanoparticle, oxidized graphene nanoparticle, and reduced oxidized graphene nanoparticle is absorbed into the membrane of the biotissue .
  16. 제15항에 있어서,16. The method of claim 15,
    상기 c) 단계에서,In the step c)
    근적외선 및 가시광 대역의 레이저광의 파장은 532 내지 802nm이며, The wavelength of the laser light in the near-infrared and visible light bands is 532 to 802 nm,
    상기 생체 조직의 막 내부에 흡수된 금 나노 로드, 금 나노 입자, 산화 그래핀 나노 입자, 환원된 산화 그래핀 나노 입자 중 하나 또는 둘 이상의 조합은, 레이저광의 에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하는 것을 특징으로 하는, 생체 조직을 처리하기 위한 방법.One or two or more of the gold nanorods, gold nanoparticles, oxidized graphene nanoparticles, and reduced oxidized graphene nanoparticles absorbed in the membrane of the biotissue absorbs energy of the laser light and is converted into thermal energy To the living body tissue.
  17. 제13항에 있어서,14. The method of claim 13,
    상기 c) 단계의 처리는,The process of step c)
    생체 조직의 절제, 천공 또는 탈착인 것을 특징으로 하는, 생체 조직을 처리하기 위한 방법.A method for treating a living tissue, characterized by being resection, perforation or desorption of living tissue.
  18. 제17항에 있어서,18. The method of claim 17,
    상기 c) 단계에서 조사하는 레이저광의 에너지는 100 내지 300mW인 것을 특징으로 하는, 생체 조직을 처리하기 위한 방법.Wherein the energy of the laser light irradiated in the step (c) is 100 to 300 mW.
PCT/KR2018/007051 2017-07-10 2018-06-22 Method for treating biological tissue, laser treatment device and atmospheric pressure mass spectrometry imaging system WO2019013464A1 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0087198 2017-07-10
KR1020170087198A KR102086716B1 (en) 2017-07-10 2017-07-10 High resolution ambient mass spectrometric imaging system for analysis of living biomaterials
KR10-2017-0148619 2017-11-09
KR1020170148619A KR102015504B1 (en) 2017-11-09 2017-11-09 A method for treating biological tissue, a laser processing apparatus, and an atmospheric pressure mass spectrometry imaging system
KR1020170175477A KR101955187B1 (en) 2017-12-19 2017-12-19 High resolution ambient mass spectrometric imaging system for analysis of living biomaterials
KR10-2017-0175477 2017-12-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019013464A1 true WO2019013464A1 (en) 2019-01-17

Family

ID=65001376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/007051 WO2019013464A1 (en) 2017-07-10 2018-06-22 Method for treating biological tissue, laser treatment device and atmospheric pressure mass spectrometry imaging system

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019013464A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111982622A (en) * 2020-08-05 2020-11-24 上海应用技术大学 Method for tissue sample mass spectrum imaging
WO2022158437A1 (en) * 2021-01-19 2022-07-28 国立大学法人 鹿児島大学 Detection kit and detection method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005243466A (en) * 2004-02-26 2005-09-08 Japan Science & Technology Agency Laser ionization device and its utilization
JP2007127485A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Shimadzu Corp Imaging mass spectrometer
JP2007535106A (en) * 2004-04-27 2007-11-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Use of carbon nanotubes for sample analysis
JP2008513781A (en) * 2004-09-17 2008-05-01 ナノシス・インク. Nanostructured thin films and uses thereof
US20130214150A1 (en) * 2007-07-20 2013-08-22 The George Washington University Laser ablation electrospray ionization (laesi) for atmospheric pressure, in vivo, and imaging mass spectrometry

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005243466A (en) * 2004-02-26 2005-09-08 Japan Science & Technology Agency Laser ionization device and its utilization
JP2007535106A (en) * 2004-04-27 2007-11-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Use of carbon nanotubes for sample analysis
JP2008513781A (en) * 2004-09-17 2008-05-01 ナノシス・インク. Nanostructured thin films and uses thereof
JP2007127485A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Shimadzu Corp Imaging mass spectrometer
US20130214150A1 (en) * 2007-07-20 2013-08-22 The George Washington University Laser ablation electrospray ionization (laesi) for atmospheric pressure, in vivo, and imaging mass spectrometry

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111982622A (en) * 2020-08-05 2020-11-24 上海应用技术大学 Method for tissue sample mass spectrum imaging
WO2022158437A1 (en) * 2021-01-19 2022-07-28 国立大学法人 鹿児島大学 Detection kit and detection method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Niehaus et al. Transmission-mode MALDI-2 mass spectrometry imaging of cells and tissues at subcellular resolution
TWI373791B (en) Proximity deposition
DE102008045336B4 (en) System for processing a sample with a laser beam and an electron beam or an ion beam
US8410452B2 (en) Ion source means for desorption/ionisation of analyte substances and method of desorbing/ionising of analyte substances
JP5034092B2 (en) Ionization method and apparatus using probe, and analysis method and apparatus
US5567336A (en) Laser ablation forward metal deposition with electrostatic assisted bonding
Kim et al. Atmospheric pressure mass spectrometric imaging of live hippocampal tissue slices with subcellular spatial resolution
US20060261270A1 (en) Method for preparing a sample for electron microscopic examinations, and sample supports and transport holders used therefor
JPS59168652A (en) Method and apparatus for correcting element
US20140103225A1 (en) Beam pulsing device for use in charged-particle microscopy
WO2019013464A1 (en) Method for treating biological tissue, laser treatment device and atmospheric pressure mass spectrometry imaging system
Palla-Papavlu et al. Laser induced forward transfer of soft materials
CN106896089A (en) A kind of photoelectronic imaging device based on electric spray ion source
EP2948974A2 (en) Laser ablation atmospheric pressure ionization mass spectrometry
Lu et al. Atmospheric pressure mass spectrometry imaging using laser ablation, followed by dielectric barrier discharge ionization
JP2003500634A (en) Secondary electron spectroscopy methods and systems
WO2000067003A1 (en) Composition analysis by scanning femtosecond laser ultraprobing (casflu)
KR102086716B1 (en) High resolution ambient mass spectrometric imaging system for analysis of living biomaterials
CA2543396A1 (en) Method for manipulating microscopic particles and analyzing the composition thereof
JPS60136315A (en) Micro-ion beam processing method and equipment thereof
CN106373848B (en) The electron microscopic lens device that using plasma neutralizes
DE10354787B4 (en) Method and device for performing a spatially resolved local and distributional analysis and for the quantitative determination of elemental concentrations
GB2186737A (en) Specimen chamber for scanning electron beam instruments
DE102021105327B3 (en) Desorption ion source with post-desorption ionization in transmission geometry
KR101955187B1 (en) High resolution ambient mass spectrometric imaging system for analysis of living biomaterials

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18832184

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18832184

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1