本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析，特別涉及一種用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源。

背景技術(shù)：

1、由于生物過程中基因表達(dá)和微環(huán)境擾動(dòng)的隨機(jī)調(diào)控，細(xì)胞異質(zhì)性是固有存在的。闡明細(xì)胞異質(zhì)性不能通過群體水平的測(cè)定來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇罅繕颖镜恼w性研究掩蓋了真實(shí)的個(gè)體差異性。因此，在單細(xì)胞水平上揭示細(xì)胞異質(zhì)性對(duì)真實(shí)反映單個(gè)細(xì)胞在生理過程中發(fā)揮的作用是十分有價(jià)值的，同時(shí)為研究循環(huán)腫瘤細(xì)胞、腫瘤干細(xì)胞、原代細(xì)胞等罕見細(xì)胞類型提供新見解。

2、單細(xì)胞代謝組學(xué)近年來備受關(guān)注，因其能提供瞬時(shí)和動(dòng)態(tài)的表型信息。由于單細(xì)胞的固有特性，如細(xì)胞體積在皮升量級(jí)、生化反應(yīng)速率快、代謝物組分復(fù)雜、含量較低且缺乏放大技術(shù)等，單細(xì)胞代謝組學(xué)相較于單細(xì)胞基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)更具挑戰(zhàn)性。質(zhì)譜憑借其優(yōu)越的靈敏度、分辨率和快速響應(yīng)開創(chuàng)了單細(xì)胞代謝組學(xué)的新時(shí)代。

3、目前已經(jīng)發(fā)展出了多種不同的質(zhì)譜離子化方法，能夠?qū)Σ煌愋偷臉悠愤M(jìn)行離子化。其中納升電噴霧電離(nanoesi)是一種大氣壓敞開式離子源，適合用于單細(xì)胞樣品的快速檢測(cè)，并衍生出一系列相關(guān)技術(shù)，包括誘導(dǎo)nanoesi(inesi)、脈沖直流電噴霧電離質(zhì)譜(pulsed-dc-esi-ms)、基于電遷移和電穿孔的nanoesi、單探針、t探針，以及結(jié)合噴墨打印、螺旋毛細(xì)管、流式細(xì)胞術(shù)、微流控芯片的高通量單細(xì)胞技術(shù)。這些離子化方法表現(xiàn)出了高靈敏度、低檢出限、高通量的特點(diǎn)，但受限于nanoesi的電離機(jī)制，檢測(cè)的代謝物局限于高豐度且易電離的極性代謝物。細(xì)胞內(nèi)低豐度、低電離效率及弱極性代謝物的檢測(cè)對(duì)實(shí)現(xiàn)高覆蓋單細(xì)胞代謝組學(xué)提出了更高要求。

4、不同機(jī)理的電離方式相互補(bǔ)充，可以獲得有關(guān)樣品成分的互補(bǔ)信息，有利于擴(kuò)大單細(xì)胞代謝物的檢測(cè)范圍。大氣壓化學(xué)電離(apci)是一種基于等離子體的常壓敞開式軟電離方法，在弱極性化合物的電離方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，與nanoesi有很好的互補(bǔ)性。因此，開發(fā)兼具兩種不同電離方式的復(fù)合電離源，對(duì)實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞代謝組學(xué)的高覆蓋全景分析至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，以實(shí)現(xiàn)液體樣品和細(xì)胞樣品的高效離子化，通過與質(zhì)譜結(jié)合實(shí)現(xiàn)液體和細(xì)胞樣品的多組分在線分析。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，包括拉制玻璃毛細(xì)管、絕緣介質(zhì)管、內(nèi)電極、外電極、非接觸式電極、高壓交流電源及高壓脈沖電源，其中絕緣介質(zhì)管同軸套設(shè)于拉制玻璃毛細(xì)管的外側(cè)，拉制玻璃毛細(xì)管的前端為尖狀且伸出絕緣介質(zhì)管，拉制玻璃毛細(xì)管用于盛裝樣品；內(nèi)電極和外電極分別包覆于拉制玻璃毛細(xì)管和絕緣介質(zhì)管的外壁上，非接觸式電極放置在拉制玻璃毛細(xì)管的尖端下方；內(nèi)電極和外電極與高壓交流電源連接；非接觸式電極與高壓脈沖電源連接；開啟高壓脈沖電源實(shí)現(xiàn)納升電噴霧離子化模式；絕緣介質(zhì)管內(nèi)通入放電氣體，同時(shí)開啟高壓脈沖電源和高壓交流電源，實(shí)現(xiàn)納升電噴霧離子化和大氣壓化學(xué)電離離子化模式。

4、所述絕緣介質(zhì)管為直型空心管，所述絕緣介質(zhì)管的后端通過放電氣體進(jìn)樣管與儲(chǔ)氣裝置相連。

5、所述絕緣介質(zhì)管的材質(zhì)為玻璃、石英或陶瓷；所述絕緣介質(zhì)管的長(zhǎng)度為20-100mm，內(nèi)徑為3-6mm。

6、所述拉制玻璃毛細(xì)管的材質(zhì)為玻璃；所述拉制玻璃毛細(xì)管的長(zhǎng)度為10-20mm，尖端口徑大小為1-20μm；所述拉制玻璃毛細(xì)管伸出所述絕緣介質(zhì)管的長(zhǎng)度為5-20mm；所述拉制玻璃毛細(xì)管的尖端與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口同軸，且與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口之間的距離為5-20mm。

7、所述內(nèi)電極和所述外電極均為環(huán)狀電極，所述內(nèi)電極和所述外電極均為銅箔。

8、所述內(nèi)電極的長(zhǎng)度為5-15mm；所述外電極的長(zhǎng)度為10-90mm。

9、所述非接觸式電極為片狀電極，所述非接觸式電極為銅箔，且放置在所述拉制玻璃毛細(xì)管的尖端下方1-10mm處。

10、所述高壓交流電源的電壓為1-10kv，頻率為0.5-50khz，功率為1-60w；所述高壓脈沖電源的電壓為1-10kv，頻率為0.1-10khz，功率為1-60w。

11、所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源還包括位置調(diào)節(jié)裝置和連接組件，其中連接組件用于固定絕緣介質(zhì)管，位置調(diào)節(jié)裝置與連接組件連接，位置調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)復(fù)合電離源所處的空間位置。

12、所述放電氣體為氮?dú)?、氦氣、氬氣、空氣及二氧化碳中的一種或其任意混合；所述放電氣體的流速為0.01-1.0l/min；所述樣品為液體樣品或細(xì)胞樣品。

13、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

14、1、利用本發(fā)明的復(fù)合電離源：納升電噴霧離子源和大氣壓化學(xué)電離離子源同軸嵌套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合理的輔助溶劑和放電氣體的種類和流速的選擇，可實(shí)現(xiàn)液體樣品和細(xì)胞樣品的高效離子化，通過與質(zhì)譜結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)液體和細(xì)胞樣品的多組分在線分析。

15、2、apci-等離子體羽流中大量的活性物質(zhì)n2+·,n4+·,n2*和h3o+可與化合物發(fā)生反應(yīng)，通過電荷轉(zhuǎn)移、電子撞擊、潘寧電離和質(zhì)子轉(zhuǎn)移形成自由基陽離子或質(zhì)子化離子，在弱極性化合物的電離方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。非接觸式電極誘導(dǎo)拉制玻璃毛細(xì)管的尖端釋放帶電液滴，形成nanoesi羽流，有助于極性化合物的電離。apci-等離子體羽流和nanoesi羽流在拉制玻璃毛細(xì)管尖端匯聚，使樣品可同時(shí)進(jìn)行nanoesi和apci離子化，具有更高的電離效率和分析靈敏度，既可以檢測(cè)樣品中高豐度且易電離的極性化合物，也適用于挖掘樣品中低豐度、低電離效率和弱極性化合物的信息，能獲得更豐富的樣品全景信息，具有高覆蓋、高靈敏、信息豐富的優(yōu)勢(shì)。

16、3、該同軸nanoesi-apci復(fù)合電離源由易得的商用零件組裝加工而成，無需精細(xì)的機(jī)械加工和復(fù)雜的質(zhì)譜改造。本裝置使用的高壓電源均為低功率電源，危險(xiǎn)系數(shù)低。樣品的離子化過程簡(jiǎn)單，克服了apci對(duì)電暈針的依賴，無需dart的載氣加熱裝置，還克服了desi對(duì)溶劑的依賴，就可以使離子化的樣品在質(zhì)譜進(jìn)樣口內(nèi)真空負(fù)壓和放電氣體沖擊的共同作用下直接進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)，具有小型化、集成化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工及操作便捷等優(yōu)勢(shì)。

17、4、本發(fā)明的復(fù)合電離源無需復(fù)雜樣品前處理，適用范圍廣?？芍苯臃治鲆后w樣品、消化成懸浮態(tài)細(xì)胞的新鮮組織或循環(huán)腫瘤細(xì)胞、腫瘤干細(xì)胞、原代細(xì)胞等稀有細(xì)胞，可作為癌癥治療、藥物篩選、細(xì)胞異質(zhì)性、細(xì)胞間相互作用及稀有細(xì)胞類型等研究的有效手段。

技術(shù)特征：

1.一種用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，包括拉制玻璃毛細(xì)管(1)、絕緣介質(zhì)管(2)、內(nèi)電極(3)、外電極(4)、非接觸式電極(5)、高壓交流電源(7)及高壓脈沖電源(8)，其中絕緣介質(zhì)管(2)同軸套設(shè)于拉制玻璃毛細(xì)管(1)的外側(cè)，拉制玻璃毛細(xì)管(1)的前端為尖狀且伸出絕緣介質(zhì)管(2)，拉制玻璃毛細(xì)管(1)用于盛裝樣品；內(nèi)電極(3)和外電極(4)分別包覆于拉制玻璃毛細(xì)管(1)和絕緣介質(zhì)管(2)的外壁上，非接觸式電極(5)放置在拉制玻璃毛細(xì)管(1)的尖端下方；內(nèi)電極(3)和外電極(4)與高壓交流電源(7)連接；非接觸式電極(5)與高壓脈沖電源(8)連接；開啟高壓脈沖電源(8)實(shí)現(xiàn)納升電噴霧離子化模式；絕緣介質(zhì)管(2)內(nèi)通入放電氣體，同時(shí)開啟高壓脈沖電源(8)和高壓交流電源(7)，實(shí)現(xiàn)納升電噴霧離子化和大氣壓化學(xué)電離離子化模式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)管(2)為直型空心管，所述絕緣介質(zhì)管(2)的后端通過放電氣體進(jìn)樣管與儲(chǔ)氣裝置相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)管(2)的材質(zhì)為玻璃、石英或陶瓷；所述絕緣介質(zhì)管(2)的長(zhǎng)度為20-100mm，內(nèi)徑為3-6mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，所述拉制玻璃毛細(xì)管(1)的材質(zhì)為玻璃；所述拉制玻璃毛細(xì)管(1)的長(zhǎng)度為10-20mm，尖端口徑大小為1-20μm；所述拉制玻璃毛細(xì)管(1)伸出所述絕緣介質(zhì)管(2)的長(zhǎng)度為5-20mm；所述拉制玻璃毛細(xì)管(1)的尖端與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口(10)同軸，且與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口(10)之間的距離為5-20mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，所述內(nèi)電極(3)和所述外電極(4)均為環(huán)狀電極，所述內(nèi)電極(3)和所述外電極(4)均為銅箔。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，所述內(nèi)電極(3)的長(zhǎng)度為5-15mm；所述外電極(4)的長(zhǎng)度為10-90mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，所述非接觸式電極(5)為片狀電極，所述非接觸式電極(5)為銅箔，且放置在所述拉制玻璃毛細(xì)管(1)的尖端下方1-10mm處。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，所述高壓交流電源(7)的電壓為1-10kv，頻率為0.5-50khz，功率為1-60w；所述高壓脈沖電源(8)的電壓為1-10kv，頻率為0.1-10khz，功率為1-60w。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，還包括位置調(diào)節(jié)裝置(9)和連接組件(6)，其中連接組件(6)用于固定絕緣介質(zhì)管(2)，位置調(diào)節(jié)裝置(9)與連接組件(6)連接，位置調(diào)節(jié)裝置(9)用于調(diào)節(jié)復(fù)合電離源所處的空間位置。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源，其特征在于，所述放電氣體為氮?dú)?、氦氣、氬氣、空氣及二氧化碳中的一種或其任意混合；所述放電氣體的流速為0.01-1.0l/min；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于離子化的同軸納升電噴霧大氣壓化學(xué)電離復(fù)合電離源。包括拉制玻璃毛細(xì)管、絕緣介質(zhì)管、內(nèi)電極、外電極、非接觸式電極、高壓交流電源及高壓脈沖電源，絕緣介質(zhì)管和拉制玻璃毛細(xì)管同軸設(shè)置，拉制玻璃毛細(xì)管的前端伸出絕緣介質(zhì)管，內(nèi)電極和外電極包覆于拉制玻璃毛細(xì)管和絕緣介質(zhì)管的外壁上，且與高壓交流電源連接，非接觸式電極放置在拉制玻璃毛細(xì)管的尖端下方，且與高壓脈沖電源連接；絕緣介質(zhì)管內(nèi)通入放電氣體，開啟高壓脈沖電源和高壓交流電源，實(shí)現(xiàn)納升電噴霧離子化和大氣壓化學(xué)電離離子化模式。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)液體樣品和細(xì)胞樣品的高效離子化，通過與質(zhì)譜結(jié)合實(shí)現(xiàn)液體和細(xì)胞樣品的多組分在線分析。

技術(shù)研發(fā)人員：許國旺,徐天潤,李杭,胡春秀,羅圓媛,王婷,秦望舒,石先哲,豐迪生,胡學(xué)森
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24