一種顯微質譜成像平臺裝置及其成像方法
2023-07-28 14:10:16 1
一種顯微質譜成像平臺裝置及其成像方法
【專利摘要】一種顯微質譜成像平臺裝置及其成像方法，屬於質譜分析領域。本發明使用顯微載物臺放置顯微樣品，使用質譜載物臺放置質譜成像樣品，兩載物臺層疊放置，質譜載物臺通過微調移動旋轉臺調至與質譜樣品與顯微樣品對齊；顯微鏡位於顯微載物臺下方，顯微鏡向上對顯微樣品觀察並拍照；利用質譜儀在質譜載物臺上方對指定點進行質譜分析，或對指定區域按自動規劃路徑進行質譜成像掃描。本發明利用顯微影像確定樣品的重點掃描區域，再利用質譜成像有針對性的進行局部高精度成像掃描，避免對不重要或不感興趣的部分進行質譜成像，大大提高質譜成像分析的效率。本發明的顯微質譜成像平臺裝置結構緊湊，使用方便，可廣泛用於各種商用質譜儀。
【專利說明】一種顯微質譜成像平臺裝置及其成像方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及質譜分析領域，具體的說，涉及一種用於高效率成像分析的顯微質譜成像平臺裝置和配合該顯微質譜成像平臺的控制方法。
【背景技術】
[0002]質譜分析技術是目前最靈敏、最強大、最通用的生化分析技術之一，它的主要功能是通過分離和鑑定樣品離子的質荷比(質量與電荷的比值，m/z)來分析樣品物質的組成成分。其基本原理是利用電離源將樣品中的分子進行電離，產生帶電荷的離子，選擇性的經過加速電場、聚焦電場的作用後進入質量分析器。質量分析器利用電場或磁場對不同質荷比離子的作用不同將離子分開，並分別被檢測器檢測到，形成質譜譜圖，進而分析樣品中的成分。
[0003]質譜分析由於具有免標記、免預處理、高靈敏度等特點，逐漸在各類疾病早期診斷中發揮重要作用。為了對整個樣品進行全面的分析，質譜成像技術孕育而生。質譜成像技術對樣品進行全面的檢測，並以圖像和數據的形式呈現出來，使樣品同時具有化學成分信息和空間分布信息，對早期病變的分析具有重要作用。
[0004]質譜成像一般包括組織製備、質譜掃描、質量分析以及數據圖像處理四個步驟。目前，基於二次離子質譜(SIMS)和基質輔助雷射解析電離(MALDI)的質譜成像技術已經取得了重大進展。
[0005]中國專利文獻(CN102621217A)公開了一種「質譜成像平臺裝置及其控制方法」，主要採用逐點質譜分析，通過逐行掃描的方式完成對一整塊樣品的成像掃描。該平臺裝置米用兩種線掃描方式和兩種點掃描方式，一般以0.2mm/s的速度進行掃描,對140mmX50mm大小的樣品一般需要約10小時時間才能完成成像，對於更大的樣品需要一天甚至更久的時間。這種成像方法雖然能夠獲得高解析度的質譜圖像，但是速度慢，效率低，難以滿足大量樣品分析的需要。由於在實際檢測過程中，並非需要對樣品的所有部分都採用高精度掃描，而是根據組織結構對局部區域進行重點檢測。
【發明內容】
[0006]為了有針對性的進行質譜成像檢測，兼顧快速性和準確性，本發明的目的是提供一種顯微質譜成像平臺裝置及其控制方法，以解決現有方法針對性差、分析效率低等問題，進而有針對性的進行局部質譜成像分析，提高質譜分析的效率。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]本發明提供的一種顯微質譜成像平臺裝置，包括高精度移動平臺、質譜載物臺和系統控制箱和含有控制軟體的計算機，質譜成像裝置的離子源作用區域位於質譜載物臺的上方，其特徵在於:所述裝置還包括顯微鏡、微調移動旋轉臺和顯微載物臺；所述的質譜載物臺和顯微載物臺呈上下關係層疊放置；所述顯微載物臺和質譜載物臺在樣品覆蓋區域為開孔結構或透明介質；所述的顯微鏡位於顯微載物臺的下方；所述離子源作用區域位於顯微鏡的中軸線上；所述質譜載物臺安裝在微調移動旋轉臺上，微調移動旋轉臺和顯微載物臺安裝在高精度移動平臺上；所述系統控制箱通過電纜與高精度移動平臺、微調移動旋轉臺相連；所述計算機通過電纜與系統控制箱和顯微鏡連接進行通訊；所述高精度移動平臺帶動顯微載物臺、質譜載物臺和微調移動旋轉臺一起運動實現顯微觀察和質譜成像掃描。
[0009]所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:所述的顯微載物臺和質譜載物臺在樣品覆蓋區域的開孔結構或透明介質的尺寸至少等於樣品的有效區域，開孔結構中的孔為矩形孔或圓形孔。
[0010]所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:所述載物臺的透明介質材料是玻璃或有機玻璃。
[0011]所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:所述的顯微鏡採用具有自主光源和拍照功能、變焦範圍為5?300倍的顯微鏡，能夠與計算機連接。
[0012]所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:所述的高精度移動平臺包括三個正交方向的移動臺及驅動電機，每個方向的最大行程範圍5mm?500mm,最小移動步長等於或小於0.2mmο
[0013]所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:所述的微調移動旋轉臺包括兩個正交方向的移動臺和在該平面內的旋轉臺，每個方向的最大行程範圍5mm?500mm,最小移動步長等於或小於0.2mm,旋轉臺的角度調節範圍0°?360° ,最小旋轉步長等於或小於1° ;採用手動調節或由電機驅動。
[0014]一種採用所述裝置的顯微質譜成像方法，以配合顯微質譜成像平臺使用，能夠提高質譜成像的效率，其特徵在於該方法包括如下步驟:
[0015]I)取兩塊相鄰組織切片分別製成顯微成像樣品和質譜成像樣品；將顯微成像樣品放在顯微載物臺上，將質譜成像樣品放在質譜載物臺上；
[0016]2)調整微調移動旋轉臺使顯微成像樣品和質譜成像樣品對齊；
[0017]3)通過顯微鏡對顯微成像樣品進行拍照獲得顯微成像樣品完整的顯微照片；
[0018]4)通過人工詵取或圖像處理自動識別的方法對顯微成像樣品的顯微照片講行組織區域劃分；
[0019]5)設定質譜成像的掃描範圍，選擇質譜成像方法，計算機自動規劃成像掃描路徑;
[0020]6)計算機通過所述系統控制箱控制高精度移動平臺帶動顯微載物臺和質譜載物臺按所述規劃路徑移動；同時計算機通過系統控制箱向質譜儀輸出質譜啟動信號，開始質譜成像掃描；
[0021]7)所述高精度移動平臺按所規劃路徑移動停止後，計算機通過系統控制箱向質譜儀輸出質譜停止信號，質譜儀將數據反饋給計算機。
[0022]上述質譜成像方法，其特徵在於:所述質譜成像方法包括粗略質譜成像方法和局部精確質譜成像方法。
[0023]上述粗略質譜成像方法，其特徵在於:在每個所述組織區域中選擇3?5個檢測點進行質譜分析，將這幾個點的分析結果作為該區域的組分特徵；
[0024]上述局部精確質譜成像方法，其特徵在於:在顯微影像中人工選取感興趣的分析區域，質譜成像掃描時對該分析區域進行逐點掃描。[0025]本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性的技術效果:利用顯微影像確定樣品的重點掃描區域，再利用質譜成像有針對性的進行局部高精度成像掃描，避免對不重要或不感興趣的部分進行質譜成像，大大提高質譜成像分析的效率。本發明的顯微質譜成像平臺結構緊湊，使用方便，廣泛適用於各種商用質譜儀。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的顯微質譜成像平臺裝置總體結構示意圖。
[0027]圖2是本發明的顯微質譜成像的控制方法流程圖。
[0028]圖中:1-顯微鏡；2_高精度移動平臺；3_微調移動旋轉臺；4_顯微載物臺；5_顯微成像樣品；6_質譜載物臺；7_質譜顯微樣品；8_系統控制箱；9_安裝有成像軟體的計算機。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明作進一步說明
[0030]如圖1所示，是本發明的顯微質譜成像平臺裝置總體結構圖。所述裝置包括高精度移動平臺2、質譜載物臺6和系統控制箱8和含有控制軟體的計算機9，質譜成像裝置的離子源作用區域位於質譜載物臺6的上方，與已有的質譜成像裝置平臺不同之處在於，所述裝置還包括顯微鏡1、微調移動旋轉臺3和顯微載物臺4 ;所述的質譜載物臺6和顯微載物臺4呈上下關係層疊放置；所述顯微載物臺4和質譜載物臺6在樣品覆蓋區域為開孔結構或透明介質；所述的顯微鏡I位於顯微載物臺4的下方；所述離子源作用區域位於顯微鏡I的中軸線上；所述質譜載物臺6安裝在微調移動旋轉臺3上，微調移動旋轉臺3和顯微載物臺4安裝在高精度移動平臺2上；所述系統控制箱8通過電纜與高精度移動平臺2、微調移動旋轉臺3相連；所述計算機9通過電纜與系統控制箱8和顯微鏡I連接進行通訊；所述高精度移動平臺2帶動顯微載物臺4、質譜載物臺6和微調移動旋轉臺3 —起運動實現顯微觀察和質譜成像掃描。所述顯微載物臺4和質譜載物臺6在樣品覆蓋區域的開孔結構或透明介質的尺寸至少等於樣品的有效區域，開孔結構中的孔為矩形孔或圓形孔。所述的透明介質材料是玻璃或有機玻璃。所述的顯微鏡I採用具有自主光源和拍照功能、變焦範圍為5?300倍的顯微鏡，能夠與計算機連接。所述的高精度移動平臺2包括三個正交方向的移動臺及驅動電機，每個方向的最大行程範圍5mm?500mm,最小移動步長等於或小於
0.2_。所述的微調移動旋轉臺3包括兩個正交方向的移動臺和在該平面內的旋轉臺，每個方向的最大行程範圍5mm?500mm,最小移動步長等於或小於0.2mm,旋轉臺的角度調節範圍0°?360°，最小旋轉步長等於或小於1° ;採用手動調節或由電機驅動。
[0031]在進行顯微質譜成像實驗時，取兩塊相鄰組織切片分別製成顯微成像樣品5和質譜成像樣品7 ;將顯微成像樣品5放在顯微載物臺4上，將質譜成像樣品7放在質譜載物臺6上；調整所述微調移動旋轉臺3使顯微成像樣品5和質譜成像樣品7對齊；通過顯微鏡I對顯微成像樣品5進行拍照；如果顯微鏡I的放大倍數較大，無法一次拍攝到整個樣品時，通過控制所述高精度移動平臺2帶動顯微載物臺4移動，使顯微鏡I對顯微成像樣品5的每個局部進行拍照，通過計算機軟體的圖像處理功能將所有局部照片拼合成顯微成像樣品5完整的顯微照片；通過人工選取或圖像處理自動識別的方法對顯微成像樣品5的顯微照片進行組織區域劃分；設定質譜成像的掃描範圍，選擇質譜成像方法，計算機自動規劃成像掃描路徑；計算機根據所選質譜成像方法進行質譜成像控制。其中，所述質譜成像方法包括粗略質譜成像方法和局部精確質譜成像方法。
[0032]對於粗略質譜成像方法，在每個所述組織區域中選擇3?5個檢測點進行質譜分析；計算機通過系統控制箱8驅動高精度移動平臺2將所選檢測點移動到質譜儀離子源作用區域，計算機通過系統控制箱8向質譜儀輸出啟動信號進行質譜檢測，完成一次分析後暫停質譜儀，計算機通過系統控制箱8驅動高精度移動平臺2將下一檢測點移動到質譜儀離子源作用區域，重複上述步驟，直到所有檢測點均被檢測；計算機通過系統控制箱8向質譜儀輸出質譜停止信號，質譜儀將數據反饋給計算機，計算機將這幾個點的組成成分作為該區域的組分特徵。
[0033]對於局部精確質譜成像方法，在顯微影像中人工選取感興趣的分析區域，計算機對所選區域進行掃描路徑規劃後，計算機通過系統控制箱8驅動高精度移動平臺2將所規劃路徑的起點移動到質譜儀離子源作用區域，計算機通過系統控制箱8向質譜儀輸出啟動信號進行連續質譜檢測，同時開始驅動高精度移動平臺2按所規劃路徑掃描，直到掃描完成後，計算機通過系統控制箱8向質譜儀輸出質譜停止信號，質譜儀將數據反饋給計算機。計算機進行數據處理並生成質譜影像。
【權利要求】
1.一種顯微質譜成像平臺裝置，包括高精度移動平臺(2)、質譜載物臺(6)、系統控制箱(8)和含有控制軟體的計算機(9);質譜成像裝置的離子源作用區域位於質譜載物臺(6)的上方，其特徵在於:所述顯微質譜成像平臺裝置還包括顯微鏡(I)、微調移動旋轉臺(3)和顯微載物臺(4);所述的質譜載物臺(6)和顯微載物臺(4)呈上下關係層疊放置；所述顯微載物臺(4)和質譜載物臺(6)在樣品覆蓋區域為開孔結構或透明介質；所述的顯微鏡(I)位於顯微載物臺(4)的下方；所述離子源作用區域位於顯微鏡(I)的中軸線上；所述質譜載物臺(6)安裝在微調移動旋轉臺(3)上，微調移動旋轉臺(3)和顯微載物臺(4)安裝在高精度移動平臺(2)上；所述系統控制箱(8)通過電纜與高精度移動平臺(2)和微調移動旋轉臺⑶相連；所述計算機(9)分別通過電纜與系統控制箱⑶和顯微鏡⑴連接；所述高精度移動平臺(2)帶動顯微載物臺(4)、質譜載物臺(6)和微調移動旋轉臺(3) —起運動實現顯微觀察和質譜成像掃描。
2.如權利要求1所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:顯微載物臺(4)和質譜載物臺(6)在樣品覆蓋區域的開孔結構或透明介質的尺寸至少等於樣品的有效區域，開孔結構中的孔為矩形孔或圓形孔。
3.如權利要求1所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:透明介質材料採用玻璃或有機玻璃。
4.如權利要求1所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:所述的顯微鏡(I)採用具有自主光源和拍照功能、變焦範圍為5~300倍的顯微鏡。
5.如權利要求1所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:所述的高精度移動平臺(2)包括三個正交方向的移動臺及驅動電機，每個方向的最大行程範圍5mm~500mm,最小移動步長等於或小於0.2mm。
6.如權利要求1所述的一種顯微質譜成像平臺裝置，其特徵在於:所述的微調移動旋轉臺(3)包括兩個正交方向的移動臺和在該平面內的旋轉臺，每個方向的最大行程範圍5mm~500mm,最小移動步長等於或小於0.2mm,旋轉臺的角度調節範圍0°~360° ,最小旋轉步長等於或小於1° ;採用手動調節或由電機驅動。
7.一種採用權利要求1所述裝置的顯微質譜成像方法，其特徵在於該方法包括如下步驟: 1)取兩塊相鄰組織切片分別製成顯微成像樣品(5)和質譜成像樣品(7);將顯微成像樣品(5)放在顯微載物臺(4)上，將質譜成像樣品(7)放在質譜載物臺(6)上； 2)調整微調移動旋轉臺(3)使顯微成像樣品(5)和質譜成像樣品(7)對齊； 3)通過顯微鏡(I)對顯微成像樣品(5)進行拍照獲得顯微成像樣品(5)完整的顯微照片; 4)通過人工選取或通過計算機軟體的圖像處理自動識別功能對顯微成像樣品(5)的顯微照片進行組織區域劃分； 5)設定質譜成像的掃描範圍，選擇質譜成像方法，計算機自動規劃成像掃描路徑； 6)計算機通過所述系統控制箱(8)控制高精度移動平臺(2)帶動顯微載物臺(5)和質譜載物臺(7)按所述規劃路徑移動；同時計算機通過系統控制箱(8)向質譜儀輸出質譜啟動信號，開始質譜成像掃描； 7)所述高精度移動平臺(2)按所規劃路徑移動停止後，計算機通過系統控制箱(8)向質譜儀輸出質譜停止信號，質譜儀將數據反饋給計算機。
8.如權利要求7所述的顯微質譜成像方法，其特徵在於:所述顯微質譜成像方法包括粗略質譜成像方法和局部精確質譜成像方法。
9.如權利要求8所述的顯微質譜成像方法，其特徵在於:所述粗略質譜成像方法是在每個所述組織區域中選擇3~5個檢測點進行質譜分析，將這幾個點的分析結果作為該區域的組分特徵。
10.如權利要求8所述的顯微質譜成像方法，其特徵在於:所述局部精確質譜成像方法是在顯微照片中人工 選取感興趣的分析區域，質譜成像掃描時對該分析區域進行逐點掃描。
【文檔編號】G01N27/64GK103940898SQ201410196887
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】唐飛, 張新榮, 王曉浩, 陳進 申請人:清華大學