[发明专利]对质谱法的改进

说明书

本发明涉及质谱法，虽然不排他地，但尤其涉及基质辅助激光解吸/电离质谱法(MALDI-MS)，其中激光束由多模光纤进给机构递送到目标。

基质辅助激光解吸/电离(MALDI)是用于质谱法(MS)的高度适应性的软电离技术。它在二十世纪八十年代后期发展，而MALDI-MS在蛋白组学中已经得到最多的应用，其多功能性在近年来已经通过蛋白谱(protein profiling)的出现和直接从薄生物组织部分的表面成像而被扩展。

使用质谱法获得图像以二次离子成像质谱法(SIMS)的出现开始。在成像SIMS中，使用高能离子轰击样本的表面，导致来自表面的中性和带电粒种的喷射(或溅射)。所喷射的粒种可包括原子、原子簇和分子碎片。在传统SIMS中，其仅为被质量分析的正离子。因为该技术利用原子离子(即，带电粒子)束作为探针，使入射束聚焦并接着使它扫描过表面是相对容易的事情。对于光栅斑点处的选定质量的探测器响应变成图像中的像素。离子束的使用导致亚微米空间分辨率。

成像SIMS已用在一系列药物应用中，其包括在细胞水平和亚细胞水平处监控药物。新的发展将SIMS应用于生物样本中的低质量(＜500u)的有机化合物和代谢物。然而，主要限制是可由该技术分析的质量范围。

在MALDI-MS成像中的初始步骤涉及薄基质层对样本的应用。接着通过将样本移动到稳态激光器下并从每个点获得质谱来成像样本的化学性质。三维图像可通过绘制x和y的空间维数相对于绝对离子丰度的曲线来获得，绝对离子丰度被认为与分析物浓度成比例。

MALDI-MS的另外的发展涉及使用光纤进给机构的光束从激光介质到样本的递送和成形。一般，使用通过内反射产生多个光路的单个多模光纤。光纤用来使轮廓成形为分布在样本表面上的在空间上调制的强度。在没有空间成形的情况下，样本上的光束强度如同常规使用的固态激光器一样呈现具有单个最大值(强度峰值)的高斯或近高斯分布。

然而，虽然多模光纤进给机构在样本上提供多个强度峰值，但数据采集的灵敏度和速度被限制于光纤的物理配置。

GB 2422954公开一种基于MALDI的激光系统，其配置成产生在空间上成形的脉冲激光束，使得样本上的空间强度分布呈现多于一个的强度峰值。公开了光或电光部件，其用于使激光束的强度在空间上成形，并且光或电光部件包括在中心点处全部或部分地吸收、反射或散射激光束的透镜阵列、数字光学元件或掩模。光或电光部件可被调节以在样本处产生光束的不同的空间强度分布。

然而，GB 2422954的激光系统一般需要约为四到十个小时的相当大的数据采集周期，并重要的是提供有限的灵敏度。

所需要的是MALDI-MS装置，其当在成像质谱分析方法(IMS)中被实现时提供增加的灵敏度和减少的数据采集时间，同时可能提高分辨率。

本发明提供了一种分析系统，其利用优于当前质谱技术的质谱法，该质谱法提供增强的灵敏度，同时数据采集时间有相应的减少。特别是，本发明提供用在MALDI-MS中的适合于使广泛多种的非生物和生物样本成像的装置和方法。根据特定的实现，观察到灵敏度的数量级增加，优于当前的MALDI成像技术。

发明人已发现，通过振动用于将激光束递送到样本/离子源的光纤的区域，强度最大值在样本处反复地移置(displace)，从而增加在单个像素边界内的样本电离的程度。

本发明利用多模光纤，并且尤其是配置成当激光束被递送到样本以产生多个强度最大值时在空间上分布激光束的单个多模光纤。通过使用适当的振动装置来调制光纤，多个强度最大值被有效地增加，以增加样本辐照的表面积。

本发明还包括在样本处产生多个强度最大值的可选的装置和方法，以及干扰散斑生成以便增加入射在样本处的强度最大值的装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种质谱仪，其包括用于产生激光束的装置、将激光束递送到离子源的多模光纤以及配置成使光纤振动以使得在离子源处的激光束的空间强度分布呈现多于一个的强度峰值的振动装置。

本发明适合于用在广泛多种不同的激光器上，这些激光器适合于提供一般为大约200到360nm的期望波长。根据一个特定的实现，激光器是频率被增加三倍以给出355nm的波长的掺钕钒酸钇Nd:YVO4。作为例子，可选的激光器包括掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)。特别是且如本领域技术人员将认识到的，本发明的特定实现可包括YAG、钒酸盐、氟化钇锂(YLF)以及包括钕、镱(ytterbium)的活性离子或其它基质和活性离子的组合，该特定实现具有或不具有各种频率转换装置，例如设计成提供在适当的波长处的激光输出的非线性晶体。