[发明专利]激光烧蚀单元

说明书

技术领域

本发明涉及激光烧蚀单元，涉及烧蚀装置以及采用该种激光烧蚀单元的电感耦合等离子体(ICP)离子源，并涉及使用该种激光烧蚀单元(例如以用于生物材料的成像)的方法。

背景技术

电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)提供关于工业、地质、环境和生物样本的主要元素、微量元素、痕量元素和超痕量元素的准确定量信息。在ICPMS中，气雾剂样本由运载气体流运载到所谓的ICP喷灯(torch)。在该喷灯中，气体经受密集的高频率电磁场，其通过感应现象导致等离子体的形成。来自等离子体的离子然后被提取到质谱仪中，其中它们基于它们的质荷比被分离。

ICPMS可与激光烧蚀(LA)耦合以用于烧蚀来自固体样本的材料，以便创建ICP所需的气雾剂。烧蚀可直接在ICP喷灯中执行，或者样本可被放置在ICP喷灯的上游的外部激光烧蚀单元中，并且通过激光烧蚀创建的气雾剂由运载气体流传送到ICP喷灯。例如，参考文献1示出激光烧蚀单元(所谓的HEAD单元)，其中气雾剂喷射方向平行于运载气体的方向。在参考文献2中示出了基于类似原理的另一个激光烧蚀单元设计。

自九十年代上半期开始，已经作出通过在样本表面上扫描激光光斑来将激光烧蚀ICPMS(LA-ICPMS)用作化学成像工具的尝试。许多研究已经基于相当多的各种各样的硬样本和软样本证明了LA-ICPMS的潜在的成像能力。这些研究中的大部分显示大约5-100μm的有效空间分辨率。尽管LA-ICP-MS提供单细胞中的抗原表达的高度多重定量分析，但是其当前缺少组织样本内的单细胞的成像所需的分辨率。

然而，诸如组织切片的诊断分析的一些应用要求更高的空间分辨率，例如，以便可视化细胞间变异性。通过与系统分散卷曲(convolute)的激光光斑尺寸来确定有效的空间分辨率。系统分散反过来通常由每个激光射出之后的气雾剂冲洗时间和扫描速度之间的折衷控制。冲洗时间越长，如果扫描速度保持固定，那么更多的重叠将发生在源自相邻样本点的信号之间。因此，气雾剂冲洗时间通常为用于提高分辨率而不增加总扫描时间的关键限制因素中的一个。

最快的冲洗时间可通过喷灯内烧蚀实现，导致几毫秒的单射出信号持续时间。然而，喷灯内烧蚀局限于非常小的样本，并且激光光斑的扫描非常难于通过喷灯内烧蚀实现。因此，对于成像应用，通常采用外部激光烧蚀单元。然而，即使通过最好的已知单元设计，冲洗时间通常为秒的量级，并且在100毫秒以下的短冲洗时间是难于实现的。

发明概述

本发明的目的在于提供进一步的和改善的激光烧蚀单元，以及包含该类单元的烧蚀装置(例如，链接到ICP-MS)，该类单元在用于生物材料(诸如组织样本、单层细胞和生物膜)的成像的技术中具有应用，并特别地使LA-ICP-MS适于用作单细胞成像技术。

在第一方面，本发明提供具有实现短的气雾剂冲洗时间的可能性的激光烧蚀单元。

因此，提供了包括流道的激光烧蚀单元，所述流道具有用于将运载气体供给到流道的入口并具有出口。侧向开口被提供在流道的第一壁部分中，并且侧向窗口被放置在流道的第二壁部分中与侧向开口相对。样本室被提供邻近侧向开口。样本室被配置以一种方式接收样本以使得得激光束通过侧向窗口和侧向开口进入样本室，并撞击在样本的表面上，以便从样本表面烧蚀材料并且创建气雾剂。样本室具有用于将屏蔽气体(sheath gas)供给到样本室的入口。

流道的入口和出口可连接到管道，所述管道具有基本上与流道本身的横截面积相同的横截面积。以这种方式，流道基本上像单件管道一样起作用。本发明的烧蚀单元可因此被认为具有“管单元”设计。通过最小化流道的横截面积(并优选地还有横截面形状的)的变化，该“管单元”设计允许维持流道中的基本层流模式，从而尽可能地避免湍流。此外，设计允许将样本定位为足够靠近流道，使得较大比例的激光引起的气雾剂烟流被直接引入运载气体的流中。这些措施显著地减小了分散。在实践中，本单元设计允许将冲洗时间减小到低于30ms(1％最大值处的全宽度)，并使样本冲洗的拖尾减少到最低程度。这种改进被观察到用于跨越整个原子质量范围的元素。