[发明专利]一种可视化阵列式高通量质谱检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种可视化阵列式高通量质谱检测装置及方法。所述可视化阵列式高通量质谱检测装置包括TOF‑SIMS质谱仪、基底和若干溶液混合容器；基底为栅格化硅片；基底固定于TOF‑SIMS质谱仪的样品托盘上；样品托盘与TOF‑SIMS质谱仪的进样系统相连通；TOF‑SIMS质谱仪包括计算机控制系统。本发明通过采用氧化石墨烯作为TOF‑SIMS基质，起到吸附富集溶液中样品，增强分子量较大样品整分子离子信号，辅助限定样品区域等作用，通过TOF‑SIMS检测样品组分的整分子离子并给出离子分布图，实现高通量分析并给出可视化结果。

技术领域

本发明涉及一种可视化阵列式高通量质谱检测装置及方法，属于质谱成像分析技术领域。

背景技术

质谱技术能提供被分析物的精确分子质量及分子式，获取化合物的结构信息来进行快速准确的定性定量分析，因其具有高灵敏度、高分辨率、多组分同时检测等优势，已被广泛应用于高通量快速检测分析，涉及食品检疫、环境监测、公共安全、药物筛选、生物医学研究等众多领域。高通量质谱检测技术的发展关乎国计民生。食品安全方面，利用气质联用GC-MS技术能快速检测到大米果蔬中上百种农药残留，药品保健品中几十种防腐剂和抗氧化剂；公共安全方面，利用反应解吸附电喷雾质谱技术可测定2,4,6-三硝基甲苯等3种爆炸物的氯化以及三氟乙酰化加和产物，可实现了对金属、塑料、纸、聚合物等表面的爆炸物的快速检测；利用高效液相色谱-高分辨率质谱联用(HPLC-LTQ Orbitrap MS)技术可建立准确、快速筛选和确证血液、尿液等体液中的精神药品、毒品、违禁药物等及其代谢物的方法，并应用在司法鉴定及刑侦检测中。随着技术发展和检测要求的不断提高，高效、快速、准确、简便、多功能化的高通量质谱检测技术亟待发展和更新。

在高通量检测工作中，样品通常数目繁多，处理过程复杂，后期数据处理及结果分析需要专业人员依据丰富的工作经验才能完成。发展数据结果可视化的高通量质谱检测技术将会极大提高工作效率、准确率，减轻工作负担。质谱成像技术在提供物质信息的基础上，还能提供图像信息，显示物质的空间分部情况。质谱成像技术发展迅速，已成为质谱的前言领域和研究热点之一。目前主要包括LA-ICP、DESI、MALDI、SIMS等。由于离子化方式不同，LA-ICP适用于元素及金属离子检测，MALDI适用于蛋白及多肽类分子量较大(最高达100kDa)的物质检测，DESI和SIMS技术则更适用于小分子物质的检测。其中，MALDI技术已广泛应用于高通量蛋白、药物筛选领域中，例如结直肠癌奥沙利铂耐药相关蛋白的筛选与鉴定，胰腺癌组织中差异表达蛋白的筛选与鉴定等。然而，MALDI由于激光衍射极限及基质结晶尺寸的影响，空间分辨率受到限制，通常在微米级以上。

在成像质谱中，飞行时间-二次离子质谱(TOF-SIMS)具有极高的空间分辨率，可达到亚微米级别，最高可达几十到几百纳米级别。TOF-SIMS是一种具有高灵敏、出色的检出限、高质量分辨、高空间分辨的表面分析工具，已被广泛应用于半导体、微电子、聚合物薄膜以及生物样品等的物质检测及成像分析。TOF-SIMS的基本原理是利用带有几千至几十千电子伏特能量的一次离子束轰击固体样品表面，通过检测经过物理相互作用而使样品表面产生二次离子，对固体样品表面成分进行定性定量分析。高速一次离子束撞击到样品表面时导致碎片在撞击区域产生，这些碎片中大部分是中性碎片，还有带正电荷和带负电荷的碎片。这些带电荷的碎片离子被称为二次离子。高空间分辨是TOF-SIMS的一大优势，但常受限于检测低分子量小分子(<500Da)，高能量和高强度撞击使分子碎片化程度高，样品处理方法对信号采集影响极大。SIMS的一次离子束容易聚焦，但要得到很小的离子束斑，必须提高一次离子束的能量和减少一次离子束的束流，这往往使得分子量较高的化合物分子离子化效率较低，信号弱，导致图像实际分辨率达不到理论值。因此，需要开发一种基于TOF-SIMS质谱技术的新型检测手段，能够显著提高在高分子量段的分子离子信号强度，扩大可鉴定物质的种类范围，同时不损失高空间分辨成像优势，最终实现可视化的高通量质谱检测。

发明内容