改進(jìn)的成像質(zhì)譜分析方法和裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】改進(jìn)的成像質(zhì)譜分析方法和裝置發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的成像質(zhì)譜分析方法和一種用于進(jìn)行該方法的裝置。
[0002]發(fā)明背景
[0003]質(zhì)譜成像(MSI)越來(lái)越多地用于寬范圍的應(yīng)用，從測(cè)量組織切片內(nèi)的代謝物的分布到組織學(xué)。空間分辨率典型地在從幾微米至數(shù)百微米的范圍內(nèi)。
[0004]兩種方法總體上用于獲取扁平樣品的圖像。
[0005]—種用于MSI的方法是光柵方法，如US 5，808，300中解釋的。窄的聚焦離子化束(例如，用于MALD1、LAES1、LDI等等的激光束、用于SIMS的初級(jí)離子束、用于DESI的初級(jí)液滴束、用于DART等等的初級(jí)亞穩(wěn)束)用于通過(guò)質(zhì)譜儀從有待分析的小光斑產(chǎn)生離子。當(dāng)表面在該束下光柵化時(shí)，順序地探測(cè)單獨(dú)的像素并且將相應(yīng)的數(shù)據(jù)組裝為圖像。這種方法允許通過(guò)一定范圍的不同類型的質(zhì)譜儀(1'(^、？1'10?、01'13；[1:作口1￥、線性講獨(dú)立式和混合式儀器)的高分辨率、高質(zhì)量準(zhǔn)確度的分析(包括多階段質(zhì)譜法或MSn)，在大氣壓下采樣以及其他優(yōu)點(diǎn)。不幸地，這種光柵化方法也具有顯著缺點(diǎn)，在于由于測(cè)量時(shí)間與該圖像中的像素?cái)?shù)量成正比，掃描可能花費(fèi)許多個(gè)小時(shí)或甚至許多天。這大大阻礙了 MSI在一般分析和工業(yè)實(shí)踐中的應(yīng)用。
[0006]為了避開使用光柵化方法的這種限制，一種可能性是將該離子化束分裂為多個(gè)束，隨后進(jìn)行多路復(fù)用MS分析(Franzen的US 6，734，421)。可替代地，可以首先在低的空間分辨率下獲得該圖像(根據(jù)在H.Bui的US 7，655，476中披露的方法)并且然后僅感興趣的區(qū)域(例如，具有高度差異的分析物豐度的區(qū)域)在高的空間分辨率下進(jìn)行采樣。然而，這些方法不允許該測(cè)量時(shí)間上的顯著減少。
[0007]作為光柵化的一種替代方案，第二種用于MSI的方法類似于用于光學(xué)成像中的那種:使用二維檢測(cè)器陣列獲取全景譜。這種方法起源于在T0F中使用的位置靈敏檢測(cè)器(如例如0.Jagutzki等人，物理學(xué)研究中的核儀器與方法A輯(Nucl.1nstrum.Meth.Phys.Res.A), 477(2002)244-249 中示出的)和一維陣列(例如，Z.Amitay and D.Zajfman，科學(xué)儀器評(píng)論(Rev.Sc1.1nstrum.),68(3) (1997) 1387-1392)并且在過(guò)去幾十年中利用了微電子學(xué)上的偉大進(jìn)步。65000像素的??ΜΕΡΙΧ芯片在X.Llopart等人，物理學(xué)研究中的核儀器與方法A輯，581 (2007) 485 - 494中呈現(xiàn)并且用于在US 8，274，045中使用簡(jiǎn)單的線性MALD1-T0F分析器以及在A.Kiss等人，科學(xué)儀器評(píng)論，84，013704 (2013)中使用S頂S-T0F的離子檢測(cè)。盡管該芯片允許并行獲取數(shù)以萬(wàn)計(jì)的像素，目前芯片的時(shí)間分辨率僅僅足夠高達(dá)中等m/z (幾百)的單位分辨率并且不允許同質(zhì)異位素干擾的分辨或峰的有效識(shí)別。而且，該芯片必須在高真空中運(yùn)行，由于它使用微通道板(MCP)用于將進(jìn)入的高能粒子轉(zhuǎn)化為電子以及電子倍增。電子器件的時(shí)間分辨率的進(jìn)一步改進(jìn)將改進(jìn)質(zhì)量分辨率但激光電離中的固有能量分散將允許僅以空間分辨率為代價(jià)的質(zhì)量分辨率的進(jìn)一步增加。這由H.Hazama等人在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)雜志(J.B1med.0pt.), 16 (4), 046007 (2011)中清楚地展示，使用MULTUM類型的多向轉(zhuǎn)動(dòng)T0FMS來(lái)增加質(zhì)量分辨率，其中該圖像質(zhì)量隨著轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)的增加而快速惡化。
[0008]該光柵化技術(shù)和二維檢測(cè)器陣列技術(shù)的限制通過(guò)本發(fā)明來(lái)解決。
[0009]發(fā)曰月概沐
[0010]在這個(gè)背景下，提供了一種進(jìn)行樣品的成像質(zhì)譜分析的方法，該方法包括:
[0011]使用包括多像素離子檢測(cè)器的第一質(zhì)量分析器進(jìn)行該樣品的第一質(zhì)量分析以獲得代表該樣品的像素的第一質(zhì)譜數(shù)據(jù)；
[0012]識(shí)別共享第一質(zhì)譜數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)特征的像素簇；并且
[0013]使用第二質(zhì)量分析器進(jìn)行該樣品的第二質(zhì)量分析以獲得在每個(gè)簇中的至少一個(gè)位置處的第二質(zhì)譜數(shù)據(jù)，其中位置數(shù)量顯著小于每個(gè)簇中的像素?cái)?shù)量，所述第二質(zhì)量分析具有比所述第一質(zhì)量分析更高的分辨率。
[0014]有利地，較高分辨率結(jié)果可以用合理的準(zhǔn)確度置信度來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不必跨過(guò)整個(gè)幀或樣品進(jìn)行較高分辨率的質(zhì)量分析。以此方式，對(duì)于樣品可以在進(jìn)行跨過(guò)該樣品的每個(gè)像素的較高分辨率質(zhì)量分析將會(huì)需要的時(shí)間的一部分內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高分辨率質(zhì)量分析數(shù)據(jù)。
[0015]在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供一種質(zhì)譜分析設(shè)備，該設(shè)備包括:
[0016]包括多像素離子檢測(cè)器的第一質(zhì)量分析器，該第一質(zhì)量分析器用于進(jìn)行樣品的第一質(zhì)量分析以提供處于該樣品的質(zhì)譜圖像形式的第一質(zhì)譜數(shù)據(jù)；
[0017]第二質(zhì)量分析器，該第二質(zhì)量分析器用于進(jìn)行該樣品的第二質(zhì)量分析以提供具有比該第一質(zhì)譜數(shù)據(jù)更高的質(zhì)量分辨率的第二質(zhì)譜數(shù)據(jù)；
[0018]控制器，該控制器被配置成:
[0019]用于分析該質(zhì)譜圖像；
[0020]用于識(shí)別在那個(gè)質(zhì)譜圖像內(nèi)的譜學(xué)上類似像素的簇；
[0021]將該第二質(zhì)量分析器配置成用于在比由該第一質(zhì)量分析器提供的分辨率更高的分辨率下分析在每個(gè)簇內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置，其中該位置的數(shù)量顯著小于每個(gè)簇中的像素?cái)?shù)量。
[0022]有利地，該設(shè)備可以對(duì)于樣品在進(jìn)行該樣品的每個(gè)像素的高分辨率質(zhì)量分析將會(huì)需要的時(shí)間的一部分內(nèi)實(shí)現(xiàn)高分辨率質(zhì)量分析數(shù)據(jù)。
[0023]本發(fā)明的另外的優(yōu)選特征在所附權(quán)利要求書中闡述。
[0024]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0025]本發(fā)明可以用多種方式來(lái)實(shí)踐并且現(xiàn)在將僅通過(guò)舉例并且參考附圖來(lái)描述一些優(yōu)選的實(shí)施例，在這些附圖中:
[0026]圖1示出了實(shí)施本發(fā)明的質(zhì)譜儀的第一實(shí)施例；
[0027]圖2示出了展示實(shí)施本發(fā)明的方法的步驟的流程圖；
[0028]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例從樣品的二維質(zhì)譜成像分析獲得的圖像；
[0029]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有從第一分析已識(shí)別的區(qū)域的圖3圖像；并且
[0030]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在再分析之后的圖4的樣品。
[0031]優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明
[0032]圖1示出了，以示意性形式，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的質(zhì)譜儀1。質(zhì)譜儀1包括樣品接收部分10、離子源20例如激光器、第一離子光學(xué)器件21、二維檢測(cè)器90、四級(jí)濾質(zhì)器40、第二離子光學(xué)器件50、C講60、軌道講分析器70和碰撞室80。
[0033]樣品接收部分10可以包括板。樣品接收部分用于支撐有待分析(即，成像)的樣品，如本領(lǐng)域中已知的。該樣品，例如，可以是組織樣品。該樣品接收部分可以安裝在操縱器上以允許該樣品表面的光柵化。該樣品接收部分典型地保持在高真空(優(yōu)選在低于10 5mbar的壓力)中。
[0034]離子源20可以包括用于飛行時(shí)間(T0F)分析的任何合適的電離源，并且因此總體上是脈沖離子源、或至少可作為脈沖源運(yùn)行用于該第一質(zhì)量分析。離子源20優(yōu)選是可以跨過(guò)有待成像的樣品的表面進(jìn)行光柵化的電離源。該電離源優(yōu)選是可以窄聚焦至小光斑尺寸(例如，優(yōu)選在ΙΟμπι與30μπι之間、或更小)的電離源。合適的電離源的實(shí)例包括可適合于MALD1、LAES1、LDI等等的激光束(脈沖的)、或可適合于S頂S的初級(jí)離子束、或可適合于DESI的初級(jí)液滴束、或可適合于DART的初級(jí)亞穩(wěn)束。優(yōu)選的源是(脈沖的)激光束。樣品和離子源的安排允許離子從該樣品的表面產(chǎn)生，即，以脈沖，其中這些離子可以隨后根據(jù)它們的飛行時(shí)間進(jìn)行分離和檢測(cè)。每個(gè)離子脈沖構(gòu)成電離事件，并且可以存在從其分離和檢測(cè)這些離子的多個(gè)電離事件。
[0035]二維檢測(cè)器90是用于進(jìn)行本發(fā)明的第一質(zhì)量分析的多像素離子檢測(cè)器的實(shí)例。該多像素離子檢測(cè)器可以包含至少50，000像素。合適的具有快速響應(yīng)的二維多像素檢測(cè)器可以包括TimePix芯片或類似物，例如65，000像素TimePix芯片。
[0036]該樣品、二維檢測(cè)器和介于中間的離子光學(xué)器件優(yōu)選被安排為提供線