[发明专利]激光烧蚀系统

说明书

本发明涉及用于使用激光烧蚀成像质量细胞计数法和质谱法来分析样品的方法和设备。本发明提供方法和设备，其中单独的烧蚀羽流被有区别地捕获并快速传输到电离系统，后面是通过质谱法进行的分析。传输导管可用于将烧蚀羽流传递到电离系统。传输导管可以包括不对称锥体。传输导管可以是锥形的。流牺牲系统可适于将鞘流的一部分从牺牲出口转出，而包含烧蚀羽流的鞘流的核心进入电离系统。

技术领域

本发明涉及用于激光烧蚀以进行细胞分析的装置和方法。

发明背景

与质谱法结合的激光烧蚀可用于对生物样品(诸如细胞、组织等)成像(成像质谱法IMS)。可以用元素标签/标记原子来标记样品，从而实现成像质量细胞计数法(masscytometry)(IMC)。每个激光脉冲从样品产生可以从烧蚀发生的地方传输到电离系统和质量分析器的烧蚀材料的羽流(plume)。然后，从样品上的每个位置处的激光脉冲获取的信息可以用于基于其被分析的内容来对样品进行成像。然而，这种技术在它单独地分辨从样品上的每个激光烧蚀脉冲产生的烧蚀材料的每个离散羽流的能力方面有局限性。

发明的简要概述

在本发明中，发明人设计了现有的基于激光烧蚀的成像质量细胞计数器和成像质谱仪的许多改进。特别是，这些改进涉及将从样品烧蚀的样品材料的羽流传输到成像质谱仪或质量细胞计数器的电离和分析样品材料的部件所花费的传输时间最小化的修改。

本发明的装置例如成像质谱仪或成像质量细胞计数器通常包括三个部件。第一部件是用于从样品产生蒸汽状和颗粒状材料的羽流以用于分析的激光烧蚀系统。在烧蚀样品材料的羽流中的原子(包括如下所讨论的任何可检测的标记原子)能够被质谱仪部件(MS部件——第三部件)检测到之前，样品必须被原子化和电离(样品材料的某种电离可能在烧蚀时发生，但是空间电荷效应在电荷可被检测到之前导致电荷的中和，因此该装置需要单独的电离部件)。因此，该装置包括第二部件，该第二部件是电离原子以形成元素离子以使它们能够由MS部件基于质量/电荷比来检测的电离系统。在激光烧蚀系统和电离系统之间是适于将激光烧蚀系统与电离系统耦合的传输导管；该传输导管具有位于激光烧蚀系统内的入口，该入口被配置用于在烧蚀羽流产生时捕获烧蚀羽流，并且将所捕获的烧蚀羽流传输到电离系统(在某些情况下，例如在电离系统是电感耦合等离子体(ICP)的情况下，传输导管是通过中央喷射器管来将样品直接引入到ICP炬(torch)内的同一导管，以及在这种情况下传输导管可以被称为喷射器)。因此在操作中，样品被带入装置内，被烧蚀以产生蒸汽状/颗粒状材料，其被电离系统电离，并且样品的离子被传递到MS部件中。虽然MS部件可以检测到许多离子，但这些离子中的大部分将是自然地构成样品的原子的离子。在一些应用中，例如在地质或考古应用中的例如矿物的分析中，这可能就足够了。

在一些情况下，例如当分析生物样品时，样品的天然元素组成可能不是适当地提供信息的。这是因为通常所有的蛋白质和核酸都由相同的主要组成原子组成，且因此虽然可能辨别含有蛋白质/核酸的区域和不含这种蛋白质或核酸材料的区域，但一般不可能区分开特定的蛋白质和所有其他蛋白质。然而，通过用在正常条件下被分析的材料中不存在的或者至少不以相当大的数量存在的原子(例如某些过渡金属原子，例如稀土金属；为了进一步的细节，参见下面关于标记的章节)来标记样品，可以确定颗粒样品的具体特性。与IHC和FISH一样，可检测的标记可以附着到在样品上或中的特定目标(例如在载玻片上的固定细胞或组织样品)，特别是通过亲和性试剂例如以在样品上或中的分子作为目标的抗体或核酸的使用。为了检测电离标记，使用MS部件，因为它将检测来自在样品中天然存在的原子的离子。通过将检测到的信号与产生这些信号的激光烧蚀的已知位置相联系，可以构建存在于每个位置处的原子——天然元素组成和任何标记原子——的图像(见例如Hutchinson等人(2005年)的Anal.Biochem.346:225-33、Seuma等人(2008年)的Proteomics 8:3775-84、Giesen等人(2011年)的Anal.Chem.83:8177-83和Giesen等人(2014年)的NatureMethods.11:417–422)。该技术允许并行地分析许多标记，这是在生物样品的分析中的一大优势。