一種多通道三重四極杆質譜陣列系統的製作方法

2023-06-09 01:27:27

本發明屬於分析儀器技術領域，尤其涉及了一種可以進行多反應檢測的多通道三重四極杆質譜陣列系統。

背景技術：

傳統生物學和醫學在過去100多年中取得了巨大的發展，使人類的壽命平均增加了一倍以上；但對很多複雜疾病，如糖尿病、癌症和大部分病毒類疾病仍無能為力。探究其原因，這些疾病在很大程度上是系統疾病，也就是說與人體的多個器官，甚至全身都有關聯。在此背景下，系統生物學以及與之對應的個性化藥物得到了蓬勃發展。系統生物學在分子水平上對構成人體的所有系統，如基因組，轉錄組，蛋白質組、代謝組等進行全面分析並收集所有相關信息；計算機在對這些信息進行綜合統計分析的基礎上可預測疾病的發生發展規律，從而可以實現疾病的早診斷，早幹預治療，防患於未然。疾病早診斷的基礎是建立疾病標誌物與疾病及其進程的一一對應關係。

疾病標誌物分子大部分是蛋白，在人體樣品中有效尋找這些蛋白分子的有效方法是基於質譜的蛋白質組學。蛋白質組學中，疾病標誌物的發現主要分為發現、確認和驗證三個階段。第一階段通過全面定性定量表徵數十個疾病樣品和控制樣品，找出顯著差異表達蛋白，也就是疾病標誌物候選蛋白。蛋白定性表徵是通過一級質譜和二級解離質譜分別對整體蛋白質及多肽分子和整體蛋白質分子的肽鍵斷裂碎片進行測量分析來實現的。為了保證發現階段找到的疾病標誌物候選蛋白具有統計意義和滿足臨床應用所需的可信度和重現性，第二個確認和第三個驗證階段分別採用數以百計和數以千計的臨床樣品對第一個發現階段找到的疾病標誌物候選蛋白進行表徵。這兩個階段的表徵是通過三重四極杆質譜儀(QQQ)的第一個四極杆(Q1)和第三個四極杆(Q3)分別對整體蛋白質分子及其強度較高的特徵碎片離子(也就是說這些碎片離子只屬於這一個蛋白質分子，不在其他蛋白質分子的碎片離子中出現，常常選3個)進行選質；整體蛋白質分子的解離(常為碰撞誘導解離)在第二個四極杆(Q1)中實現。第三個四極杆後面的檢測器先後依次對這三個碎片離子進行檢測。由於三重四極杆質譜儀本身及前端高效液相色譜有限的動態檢測和分離範圍，目前對低豐度的疾病標誌物蛋白的檢測還是非常困難，對複雜樣品的分析通量仍然不足。

經高效液相色譜分離的複雜樣品通過電噴霧電離後依次進入質譜進行檢測。電噴霧離子源的靈敏度與被分析物質的濃度成正比，與色譜柱的流速成反比。人們已經發明了多噴嘴及與之對應的多離子進樣接口電噴霧電離技術。但是，目前所有電噴霧離子源後面只跟一個質譜檢測器，分析通量有限；同時，經過多離子進樣接口的離子重新混合後進入單一質譜檢測器，對靈敏度的提高也非常有限，因為仍然無法擺脫離子阱電荷容量的限制。

綜上所述，開發分析通量大、靈敏度高和動態範圍廣的三重四級杆質譜系統是質譜技術研究發展的當務之急。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提出了一種多通道三重四極杆質譜陣列系統，以此成倍提高三重四極杆質譜儀分析通量、靈敏度和動態範圍。

根據本發明一方面，其提出了一種多通道三重四極杆質譜陣列系統，包括：

離子引導系統，用於將離子源引導至三重四極杆質譜儀；

三重四極杆質譜儀，其包括多組並列設置的三重四極杆，且每組三重四極杆均勻分布在同一直徑的圓周上，其用於對離子源輸出的離子流進行選質後解離成特徵碎片；

離子檢測系統，其包括多個檢測器，用於分別對每組三重四極杆選出特徵碎片進行檢測。

本發明能夠對液相色譜同步洗脫的多個靶向分子或同一個靶向分子的多個解離通道進行同步檢測分析，以此成倍提高三重四極杆質譜儀分析通量、靈敏度和動態範圍。

附圖說明

圖1為本發明中多通道三重四極杆質譜陣列系統的平面結構示意圖；

圖2為本發明中多通道三重四極杆質譜陣列系統的第一立體剖面示意圖；

圖3為本發明中多通道三重四極杆質譜陣列系統的第二立體剖面示意圖；

圖4為本發明中多通道三重四極杆質譜陣列系統的第三立體剖面示意圖；

圖5為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中電噴霧噴嘴的立體分解結構示意圖；

圖6為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中離子進樣接口入口的立體分解結構示意圖；

圖7為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中離子進樣接口的立體分解結構示意圖；

圖8為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中離子漏鬥的立體分解結構示意圖；圖9為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中四極杆離子引導系統的立體分解結構示意圖；

圖10為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中第一個選質四極杆的立體分解結構示意圖；

圖11為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中解離四極杆的立體分解結構示意圖；

圖12為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中第二個選質四極杆的立體分解結構示意圖；

圖13為本發明多通道三重四極杆質譜陣列系統中檢測器陣列的立體分解結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

圖1示出了本發明提出的一種多通道三重四極杆質譜陣列系統的平面結構示意圖，圖2、圖3、圖4為本發明中的三重四極杆質譜陣列系統的立體結構剖面示意圖。如圖1-4所示，該系統為多通道陣列系統，每個通道包括：離子引導系統、三重四極杆質譜儀和離子檢測系統；所述離子引導系統、三重四極杆質譜儀和離子檢測系統共用真空腔體、真空獲得裝置和真空檢測裝置。

所述多通道陣列系統中的各個通道並列設置在一真空的腔體內，所述真空腔可以為圓柱體，也可以為長方體，且所有通道對稱均勻分布在同一直徑的圓周上。所述腔體的一端具有多個孔狀結構，為離子進樣接口4的入口，其與通道一一對應。多噴嘴電噴霧離子源位於所述真空腔體外部，且其噴嘴對準所述多個孔狀結構，且噴嘴噴出的樣品離子噴霧通過所述孔狀結構進入真空腔體內的離子進樣接口4。所述離子進樣接口4為通用的三重四極杆的進樣接口，每組三重四極杆對應一個進樣接口。

圖5-圖6示出了本發明中所述三重四極杆質譜陣列系統的立體分解結構示意圖，具體為多噴嘴電噴霧離子源結構示意圖。如圖1、圖5和圖6所示，所述多噴嘴電噴霧離子源包括電噴霧離子源1和多個噴嘴2，所述噴嘴2的個數與所述質譜陣列系統的通道個數相同，圖1示出的為3個通道的實施例；所述電噴霧離子源將從色譜分離柱流出的流動相中的被分析分子離子化，帶上電荷後，離子化得到的離子通過多個噴嘴2噴出，每個噴嘴對準所述真空腔體一端的一個孔狀結構。離子源通過一個兩通與液相色譜分離柱相連，電噴霧離子源將從色譜分離柱流出的流動相中的被分 析分子離子化，帶上電荷。經電噴霧產生的離子經離子進樣接口進一步高溫脫溶劑後，經離子引導系統傳輸到第一個選質四極杆陣列

圖7示出了本發明中所述三重四極杆質譜陣列系統的立體分解結構示意圖，具體為離子進樣接口的結構示意圖。如圖1、圖7所示，所述多個離子進樣接口4的數量與所述質譜陣列系統的通道數相同，每個通道對用一個離子進樣接口，且一個進樣接口對應一個噴嘴2對準的孔狀結構，所述噴嘴2噴出的離子經所述孔狀接口進入離子進樣接口4後，經過離子進樣接口4中的高溫脫溶劑後，輸出至離子引導系統。

所述離子引導系統用於引導離子進入三重四極杆質譜儀系統中，其可以是多極杆的形式，也可以是離子透鏡，或兩者的複合形式。圖1例示了多極杆形式的離子引導系統，多極杆形式的離子引導系統包括離子漏鬥和四極杆。

圖8和圖9示出了本發明中所述三重四極杆質譜陣列系統的立體分解結構示意圖，分別為離子引導系統中的離子漏鬥和四極杆結構示意圖。如圖1、圖8和9所示，所述離子引導系統包括離子漏鬥5和傳輸四極杆6，所述離子漏鬥5呈漏鬥狀，位於離子進樣接口4的出口處，接近離子進樣接口的入口端直徑大於遠離離子進樣接口的出口端，其用於從離子進樣接口4接收輸入其的離子，並將其導出到對應通道的傳輸四極杆6中；所述傳輸四極杆6由緊密平行排列在一起的四個杆狀結構組成，位於離子漏鬥5的出口端，其將從離子漏鬥5中導入的離子導出到三重四極杆質譜儀。

所述三重四極杆質譜儀系統包括多組並列設置的三重四極杆，每組三重四極杆均勻分布在同一直徑的圓周上，且每組包括第一選質四極杆、解離四極杆和第二選質四極杆，。

圖10、圖11和圖12分別示出了本發明中所述三重四極杆質譜陣列系統中第一選質四極杆7、解離四極杆8和第二選質四極杆9的立體分解結構示意圖。如圖1、10-12所示，離子經離子引導系統進入所述第一選質四極杆7，第一個選質四極杆7中的各個平行四極杆按預先設定的靶向分子清單和液相色譜洗脫時間窗口從傳輸四極杆6過來的離子流中選取相同或不同的整體蛋白質分子進行選質得到靶向分子後輸出，分別實現靈敏度和通量的成倍提高。

經過所述第一選質四極杆7選質得到的靶向分子緊接著依次被傳送到解離四極杆8，其將靶向分子解理為碎片後輸出。

第二個選質四極杆9中的各個平行四極杆依次對預先設定的第一個選質四極杆選取的整體蛋白質分子的特徵碎片進行選質。平行四極杆選取的可以是同一個整體蛋白質分子的同一特徵碎片，以實現靈敏度的成倍提高；也可以是同一個整體蛋白質分子的不同特徵碎片或從色譜柱同時出峰的不同整體蛋白質分子的不同的特徵碎片，以實現通量的成倍提高。

所述四極杆可以是雙曲面杆，圓柱杆，方形杆或者其他形狀，只要能保證完成其上述描述的任務和功能，也不受直徑、長度及材料種類的限制。

圖13示出了本發明中所述三重四極杆質譜陣列系統中檢測器的立體分解結構示意圖。如圖1和13所示，所述離子檢測系統是打拿極-電子倍增器組合或其他離子檢測系統。所述離子檢測系統包括多個檢測器，每個檢測器對應一組三重四極杆，分別對每組三重四極杆輸出的特徵碎片進行檢測，每個檢測器可以對同一特徵碎片並行檢測，也可以對不同特徵碎片進行檢測，具體根據需要進行設置；平行的檢測器對同一碎片進行檢測時，所有信號平均輸出。

所述的真空系統包括真空腔、真空獲得裝置(真空泵)和真空檢測裝置(真空規)，所述的相互獨立的陣列離子引導系統，相互獨立的陣列三重四極杆選質、解離和選質系統，相互獨立的陣列離子檢測系統均置於真空腔體內，真空腔體連接真空獲得裝置和真空檢測裝置。所述真空腔為圓柱形、長方體等各種形狀；所述真空獲得裝置(真空泵)為機械泵、分子泵、擴散泵、低溫泵等各種低真空(真空範圍：大氣壓至0.001毫米汞柱)和高真空泵(真空範圍：0.001毫米汞柱至0.000,000,000,001毫米汞柱的組合；所述真空檢測裝置(真空規)為熱偶規、電離規等能夠測量上述真空度的各種真空規。

傳統的三重四級杆質譜系統，電噴霧離子源後面只配備一個質譜檢測器，分析通量非常有限；同時，經過多離子進樣接口的離子重新混合後進入單一質譜檢測器，仍然無法擺脫離子阱電荷容量的限制，對靈敏度的提高也十分有限。本發明在於提出一種多通道高靈敏度同步分析的陣列三重四極杆質譜分析系統，其能夠對液相色譜同步洗脫的多個靶向分子或同一個靶向分子的多個解離通道進行同步檢測分析，以此成倍提高三重四極杆質譜儀分析通量、靈敏度和動態範圍。

以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。