[发明专利]用于单个粒子分析的系统和方法

说明书

提供了使用电感耦合等离子体飞行时间质谱法分析单个粒子的系统和方法。单个粒子可以从全细胞、微生物、病毒等中分离。该系统可以包括弯曲的离子引导件(04b)和离子操纵装置(05)，所述离子引导件(04b)包括诸如多极杆、成角度或圆形表面等元件，所述离子操纵装置(05)包括诸如离子隧道、离子漏斗(1313)，四极杆(1112)等元件以及每个元件的变体。

交叉引用

本申请要求于2019年6月14日提交的国际申请号PCT/CN2019/091215的优先权，其中的每一个的内容通过引用整体并入本文。

背景技术

许多单个生物粒子，诸如细胞、微生物、病毒等，具有非常复杂的组成和功能。为了获得功能和表型鉴定的更好结果，通常需要同时对多参数进行定量分析。

传统的流式细胞仪用于单个细胞的定性和定量分析。其可以在一定程度上满足上述要求。然而，由于可用荧光染料的限制，到目前为止，基于流式细胞仪的单个细胞的分析只能同时检测小于20个参数。

质量细胞仪是最近开发的新技术，用于同时多参数分析单个细胞。其与流式细胞仪不同，金属同位素代替荧光染料用于结合特异性抗体。用金属同位素标记的抗体用于通过抗原抗体反应与细胞的相应抗原结合，这通常被称为“染色”。通过ICP-TOF MS分析染色的细胞，以获得金属同位素的信息，根据该信息也可以衍生出抗原的信息。理论上，可以在单个细胞中同时检测到超过100个抗原，因为元素周期表中存在许多可用元素。为了避免在细胞和环境中自然存在的元素的干扰，通常使用镧系元素。

在所有目前的质谱仪中，ICP-TOF MS是用于同时多参数分析单个细胞的最佳选择。这主要是由于ICP优异的原子化和电离性能。引入到ICP中的样品将尽可能地被原子化和电离，这产生了非常高的电离效率。TOF是一种非常快速和多通道的质量分析仪，非常适合瞬态信号检测。

在本发明中，公开了一种基于ICP-TOF MS的仪器和相关方法，用于分析用金属同位素标记的包括细胞、微生物、病毒等的单个粒子。该仪器包括样品引入装置、ICP电离装置、大气压接口、离子引导装置、离子操纵装置、TOF质量分析仪、离子检测器和信号处理装置。

样品引入装置用于将用金属同位素标记的单个粒子输送到ICP电离装置，在那里粒子将被蒸发、原子化和电离，以最终产生金属同位素的离子。离子通过大气压接口进入真空，并通过离子引导装置输送到下游离子操纵装置。在离子操纵装置中进一步加工离子，用于改善TOF质量分析仪的性能，诸如占空比。离子在TOF质量分析仪中被分离并依次到达离子检测器。由离子检测器产生的离子信号由信号处理装置处理以形成为质谱。

虽然离子进入真空，但大量的中性气体分子也与它们一起。这些中性气体分子不仅降低仪器的信号噪声比，而且还增加下一阶段真空泵的负担。在本发明中，公开了一种偏轴离子引导装置，以有效地输送离子并除去中性气体分子。同时，它还可以径向地压缩离子束以进一步提高离子传输效率。另外，偏轴离子引导装置的优点包括仪器布局设计的高灵活性和较小的仪器占地面积。

将氩气用作ICP电离装置中的工作气体，因此将形成许多与氩气相关，包括Ar+，ArCl+，ArC+，ArAr+，ArN+，ArNa+等的离子。除此之外，还有很多C+，N+，O+和其他离子。通常，这些与靶向离子、金属同位素没有任何关系的离子被称为干扰离子或噪声离子。这些干扰离子的丰度非常高，即甚至高于目标离子的丰度。一方面，其质量可能与靶向离子的质量非常相似，这会影响定性和定量结果的准确性。另一方面，这些干扰离子会产生极其严重的空间电荷效应，这大量降低了很多离子传输并带来较低的灵敏度。特别是对于弱离子信号的情况，空间电荷问题会影响仪器检测极限和再现性。在分析单个细胞中，不同抗原的量可以变化很大，这些高丰度的干扰离子将限制动态范围。在本发明中，公开了一种用于选择性地过滤具有任意质量的离子的新型离子操纵装置。在不影响靶向离子的离子传输的情况下，它可以有效地去除干扰离子并降低空间电荷效应。同时，它还避免了高丰度干扰离子对离子检测器的连续轰击，这显著增加了离子检测器的寿命。