冷冻质谱成像离子源及质谱仪的制作方法

本发明涉及质谱成像，特别涉及一种冷冻质谱成像离子源及质谱仪。

背景技术：

1、质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。分子质谱成像技术是一种先进的分析技术，它结合了质谱分析的高灵敏度和空间分辨率，能够在一个二维或三维样品表面上定位并定量特定分子的分布情况。这种技术允许研究人员直接观察样品内部分子的分布模式，而不只是获取平均浓度数据，这对于生物学、医学、药理学、病理学以及其他生命科学领域中的各种应用至关重要。

2、目前，主流的分子质谱成像技术主要是基质辅助激光解吸/电离质谱(matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry，maldi-ms)，它首先要对组织样品进行冷冻切片(厚度一般为10-30μm)，将切片转移到氧化铟锡玻片上(ito)，随后进行有机基质的喷涂，将喷涂基质后的片子放入质谱仪器中进行激光逐点扫描获取每个采样点/像素点(pixel)的质谱图，并对二维坐标进行重构从而获得质谱成像图。但是，有机基质的引入会在谱图中造成严重的背景谱峰干扰，特别是m/z<500的离子(组织/细胞代谢物出现的质量段)；而且基质喷涂到样品表面，需要跟组织样品形成共结晶才能获得比较好的信号增强，但传统的基质-样品共晶颗粒往往在数μm至数十μm，因此只能用于低空间分辨率的组织质谱成像分析，无法用于单细胞质谱成像分析；目前主流的maldi-msi技术最高空间分辨率一般只能到5μm，同样难以用于单个细胞的质谱成像分析。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种冷冻质谱成像离子源、质谱仪及质谱成像方法，旨在保持待测样品真实形貌的同时，提高待测样品的质谱成像分辨率。在未施用任何基质情况下利用激光与冷冻生物组织中内源水分子/溶液的强烈作用来显著提高待测物的离子化效率，突破空间分辨率和电离效率相互制约的瓶颈问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种冷冻质谱成像离子源，包括：

3、冷冻台，用于放置并冷冻待测样品；

4、激光源，用于产生激光；所述激光入射至待测样品上，与待测样品作用以产生待分析离子。

5、在一实施方式中，所述冷冻台的制冷方式包括液氮循环冷冻和半导体制冷片制冷中的至少一者。

6、在一实施方式中，所述激光源为脉冲光源。

7、在一实施方式中，所述脉冲光源的光束波长范围为0.1-192nm，光束直径范围为10nm-10mm，脉宽范围为1as-1ms，瞬间脉冲能量范围为1nj-100mj，脉冲频率范围为0.05hz-100mhz。

8、在一实施方式中，所述冷冻质谱成像离子源还包括：

9、二维移动平台，与所述冷冻台连接；所述二维移动平台用于控制所述冷冻台在二维方向移动。

10、在一实施方式中，所述冷冻质谱成像离子源还包括：

11、后电离源，用于电离待测样品以增加待分析离子。

12、在一实施方式中，所述后电离源包括激光后电离源、电喷雾后电离源和场致后电离源中的至少一者。

13、在一实施方式中，所述激光后电离源的光束波长范围为0.1-2940nm，光束直径范围为10nm-10mm，脉宽范围为1as-1ms，瞬间脉冲能量范围为1nj-100mj，脉冲频率范围为0.05hz-100mhz。

14、本发明还提出一种质谱仪，包括以上所述的冷冻质谱成像离子源，以及：

15、离子导引装置，用于将所述待分析离子引入质量分析器；

16、质量分析器，用于将所述待分析离子按质荷比分离；以及，

17、离子检测器，连接所述质量分析器；用于检测分离后的待分析离子，并生成检测数据。

18、在一实施方式中，所述质量分析器包括磁场分析器、四级杆分析器、离子阱分析器、飞行时间分析器和傅里叶变换分析器中的至少一者。

19、本发明的技术方案通过采用冷冻台将待测样品尤其是生物组织原位冷冻，可以在高真空环境下保持待测样品的真实形貌特征。同时，本发明的技术方案采用真空紫外到极紫外波段的激光入射至待测样品，真空紫外到极紫外波段的激光可被冷冻生物组织中内源水分子/溶液强烈吸收，一方面可以发生局部微区热解吸产生中性分子/离子，另一方面内源水分子/溶液在激光的作用下会释放出足够多的h+和na+/k+，使得中性分子发生质子附着电离和碱金属离子加和电离，从而大大提高中性分子的离子化效率，实现质谱成像。由于真空紫外到极紫外波段的激光可获得纳米尺度的聚焦尺寸，因此本发明的技术方案可获得纳米尺度空间分辨率的质谱成像信息。

技术特征：

1.一种冷冻质谱成像离子源，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的冷冻质谱成像离子源，其特征在于，所述冷冻台的制冷方式包括液氮循环冷冻和半导体制冷片制冷中的至少一者。

3.如权利要求1所述的冷冻质谱成像离子源，其特征在于，所述激光源为脉冲光源。

4.如权利要求3所述的冷冻质谱成像离子源，其特征在于，所述脉冲光源的光束波长范围为0.1-192nm，光束直径范围为10nm-10mm，脉宽范围为1as-1ms，瞬间脉冲能量范围为1nj-100mj，脉冲频率范围为0.05hz-100mhz。

5.如权利要求1所述的冷冻质谱成像离子源，其特征在于，所述质谱成像离子源还包括：

6.如权利要求1所述的冷冻质谱成像离子源，其特征在于，所述冷冻质谱成像离子源还包括：

7.如权利要求6所述的冷冻质谱成像离子源，其特征在于，所述后电离源包括激光后电离源、电喷雾后电离源和场致后电离源中的至少一者。

8.如权利要求7所述的冷冻质谱成像离子源，其特征在于，所述激光后电离源的光束波长范围为0.1-2940nm，光束直径范围为10nm-10mm，脉宽范围为1as-1ms，瞬间脉冲能量范围为1nj-100mj，脉冲频率范围为0.05hz-100mhz。

9.一种质谱仪，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的冷冻质谱成像离子源，以及：

10.如权利要求9所述的质谱仪，其特征在于，所述质量分析器包括磁场分析器、四级杆分析器、离子阱分析器、飞行时间分析器和傅里叶变换分析器中的至少一者。

技术总结本发明公开了一种冷冻质谱成像离子源及质谱仪，涉及质谱成像技术领域。其中，质谱成像离子源包括冷冻台和激光源，冷冻台用于原位冷冻待测样品，以保持待测样品的真实形貌特征；激光源用于产生激光，激光入射至待测样品上与待测样品作用产生待分析离子；激光源选用真空紫外到极紫外波段，该波段激光可被冷冻生物组织的内源水分子/溶液强烈吸收，一方面发生局部微区热解吸产生中性分子/离子，另一方面内源水分子/溶液在激光的作用下会释放出足够多的H<supgt;+</supgt;和Na<supgt;+</supgt;/K<supgt;+</supgt;，从而大大提高中性分子的离子化效率。由于真空紫外到极紫外波段的激光可获得纳米尺度的聚焦尺寸，因此本发明提出的质谱成像离子源可用于获得亚微米到纳米级空间分辨率的质谱成像信息。技术研发人员：殷志斌,王方军,肖春雷,杨学明受保护的技术使用者：深圳综合粒子设施研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/5