氣相離子譜儀的探頭的製作方法

2023-05-19 20:08:01 2

專利名稱：氣相離子譜儀的探頭的製作方法
相關申請的交叉參照本申請對1999年4月29日提交的臨時申請U.S.S.N.60/131,652要求優先權，所述臨時申請揭示的內容通過引用整體與本申請結合。
關於對在聯邦政府資助研發下作出的發明擁有權利的陳述不適用。發明背景本發明涉及應用氣相離子譜測定法尤其是質譜測定法的分離科學與分析生化學領域。一般而言，用質譜測定法分析生物樣品涉及到應用雷射等離子化源對少量材料樣品作解吸附與離子化。離子化源將材料解吸成氣相或蒸氣相，而且在處理當中，對各個分子作離子化，然後離子化的分子經質量分析儀分散而被檢測器檢測。如在飛行時間質量分析儀中，正電荷離子化分子加速通過短小的高壓場而飛入(漂入)高真空室，在高真空室遠端撞擊敏感的檢測器表面。由於飛行時間是該離子化分子的質量的函數，因而可以利用離子化與撞擊之間消逝的時間來識別有無特定質量的分子。
解吸附譜測定法曾經存在過一段時間，但是它難以確定蛋白質與核酸等大型完整生物聚合物的分子量，因為它們一旦解吸附就會分裂(破壞)。應用化學基質可以解決這一問題。在基質輔助雷射解吸附/離子化(MALDI)中，把被分析物溶液混以某種基質溶液(如極大克分子過量的酸性紫外吸收基溶液)，混合物在沉澱於惰性探頭表面後可以結晶，捕獲晶體內的被分析物。選用的基質吸收雷射能量，並把它傳遞給被分析物而造成解吸附與離子化。請參見美國專利5,118,937(Hillenkamp等)與美國專利5,045,694(Beavis Chait)。
最近開發成功的表面增強型雷射解吸附/離子化(SELDI)是對MALDI的一大推進。在SELDI中，探頭表面是解吸附過程的積極參與者。一種型式的SELDI，探頭的表面化學過程能選擇地捕獲有關的被分析物。如探頭表面化學過程包括基於被分析物的共價或非共價固定化的氧相關、碳相關、硫相關和/或氮相關手段粘合官能團。探頭的表面化學過程可以保留被粘合的被分析物而衝掉不被粘合的材料，因而可用質譜測定法解吸被粘合於探頭表面的被分析物並對它分析。此法可直接解吸和分析樣品而無需任何樣品製備(如樣品標記與淨化)等中間環節，因而SELDI為直接檢測被分析物提供了一種單一集成的作業系統。美國專利5,719,060(Hutchens Yip)與WO98/59361(Hutchens Yip)對SELDI及其修正型式已作了描述。
在分離科學與分析生化領域，上述的解吸附方法有著無限制的應用，例如細胞表面或可溶解受體能附著於探頭表面而篩選配位體，然後用解吸附與離子化法分析被粘合的配位體。核酸分子也能附著於探頭表面而從複合溶液裡捕獲生物分子，然後可用解吸附與離子化法對粘合於核酸的生物分子進行隔離與分析。另外，可用附著於探頭表面的抗體捕獲和識別特定的抗原，於是可用解吸附與離子化法對專門粘合於該抗體的抗原作隔離分析。
在分離科學與分析生化學領域，上述的探頭雖然是一種重要的工具，但是仍希望研製一種有更大容量與更高靈敏度的帶表面化學過程的探頭。若可供分析的樣品量極少且有限，則希望有一種檢測靈敏度高的解吸附系統。另外，還希望研製一種能在探頭上提供穩定的質量解析度與粘合的被分析物強度的探頭。
本發明還首次為氣相離子譜儀提供了含均勻顆粒的探頭，顆粒的粘合官能團可以粘合氣相離子譜儀能檢測的被分析物。顆粒的大小或直徑很均一，故能將顆粒均衡地置於基板表面。這種探頭可對其解吸的被分析物提供穩定的質量解析度與強度。
在一個方面，本發明提供的探頭可卸地插入氣相離子譜儀，探頭包括帶表面的基板和表面上的水凝膠材料，其中交聯水凝膠材料，且其包含粘合官能團可粘合能被氣相離子譜儀檢測的被分析物。
在一實施例中，基板呈帶狀或板狀。
在另一實施例中，基板導電。
在另一實施例中，基板經處理可粘附水凝膠材料。
在另一實施例中，以金屬塗層、氧化物塗層、溶膠凝膠、玻璃塗層或耦合劑處理基板表面。
在另一實施例中，基板表面為粗糙、多孔或微孔。
在另一實施例中，水凝膠材料在基板表面上「原地」聚合。
在另一實施例中，水凝膠材料在基板表面上用預官能化單體「原地」聚合。
在另一實施例中，探頭表面塗有玻璃塗層，通過將含單體溶液澱積到玻璃塗層上，使水凝膠材料在玻璃塗層上「原地」聚合，其中單體經預官能化而具備粘合官能團。
在另一實施例中，塗層與水凝膠材料的組合厚度至少約1微米。
在另一實施例中，水凝膠材料的厚度至少約1微米。
在另一實施例中，水凝膠材料為斷續圖案形式。
在另一實施例中，水凝膠材料為斷續分離斑點形式。
在另一實施例中，水凝膠材料連續，具有一維或二維梯度的一種或多種粘合官能團。
在另一實施例中，基板表面有多種含不同粘合官能團的不同水凝膠材料。
在另一實施例中，水凝膠材料是均聚物、共聚物或混合聚合物。
在另一實施例中，不凝膠材料源於取代的丙烯醯胺單體、取代的丙烯酸酯單體或它們的衍生物。
在另一實施例中，粘合官能團利用下述互作用吸引被分析物鹽類促進互作用、親水互作用、靜電互作用、同位互作用、共價互作用、酶地點互作用、可逆共價互作用，不可逆共價互作用、糖蛋白互作用、生物特效互作用或它們的組合。
在另一實施例中，水凝膠材料的粘合官能團選自羧基、磺酸鹽基團、磷酸鹽基團、銨基、親水性基團、疏水性基團、反應性基團、金屬螯合基團、硫醚基、生物素基、硼化基團、染料基團、膽甾醇基團及它們的衍生物。
在另一實施例中，粘合官能團是羧基，水凝膠材料源於各種單體，它選自甲基丙烯酸、丙烯酸2-羧基乙酯、N-丙烯醯氨基已酸、N-羧基甲基丙烯醯胺、2-丙烯醯氨基乙醇酸和它們的衍生物。
在另一實施例中，粘合官能團為磺酸鹽基，水凝膠材料源於丙烯醯氨基甲基丙烷磺酸單體或其衍生物。
在另一實施例中，粘合官能團為磷酸鹽基，水凝膠材料源於N-磷酸乙基丙烯醯胺單體或其衍生物。
在另一實施方式中，所述粘合官能團為銨基，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自甲基丙烯酸三甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、二乙基氨基乙基丙烯醯胺、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯醯胺、二乙基氨基丙基(甲基)丙烯醯胺、氨基丙基丙烯醯胺、3-(甲基丙烯醯基氨基)丙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸2-氨基乙酯、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯醯胺、甲基丙烯酸2-(叔丁基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-(N，N-二甲基氨基)乙酯、N-(2-(N，N-二甲基氨基))乙基(甲基)丙烯醯胺、N-(3-(N，N-二甲基氨基))丙基(甲基)丙烯醯胺、2-(甲基丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨、3-甲基丙烯醯氧基-2-羥基丙基三甲基氯化銨、(2-丙烯醯氧基乙基)(4-苯甲醯基苄基)二甲基氯化銨、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、乙烯基咪唑及它們的衍生物。
在又一實施方式中，所述粘合官能團為親水性基團，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自N-(甲基丙烯醯基)三(羥甲基)甲胺、羥乙基丙烯醯胺、羥丙基(甲基)丙烯醯胺、N-丙烯醯氨基-1-去氧山梨糖醇、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥基苯酯、聚乙二醇單甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙烯醯胺、丙三醇單甲基丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基丙酯、甲基丙烯酸4-羥基丁酯、2-甲基丙烯醯氧基乙基葡糖苷、聚(乙二醇)單甲醚單甲基丙烯酸酯、乙烯基、4-羥基丁醚及它們的衍生物。
在另一實施方式中，所述粘合官能團為疏水性基團，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自N，N-二甲基丙烯醯胺、N，N-二乙基(甲基)丙烯醯胺、N-甲基(甲基)丙烯醯胺、N-乙基(甲基)丙烯醯胺、N-丙基丙烯醯胺、N-丁基丙烯醯胺、N-辛基(甲基)丙烯醯胺、N-月桂基(甲基)丙烯醯胺、N-十八烷基丙烯醯胺、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、辛基三苯甲基(甲基)丙烯醯胺、丁基三苯甲基(甲基)丙烯醯胺、十八烷基三苯甲基丙烯醯胺、苯基三苯甲基丙烯醯胺、苄基三苯甲基丙烯醯胺和它們的衍生物。
在又一實施方式中，所述粘合官能團為金屬鰲合基團，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自N-(3-N，N-二羧基甲基氨基)丙基(甲基)丙烯醯胺、5-甲基丙烯醯氨基-2-(N，N-二羧基甲基氨基)戊酸、N-(丙烯醯氨基乙基)乙二胺N，N』，N』-三乙酸和它們的衍生物。
在另一實施方式中，所述粘合官能團為反應性基團，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自縮水甘油丙烯酸酯、丙烯醯氯、縮水甘油(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯醯氯、N-丙烯醯氧基琥珀醯亞胺、乙烯基吖內酯、丙烯醯氨基丙基吡啶基二硫、N-(丙烯醯氨基丙基)馬來醯亞胺、用雙環氧化烷化合物活化的丙烯醯氨基去氧山梨糖醇、氯甲酸烯丙酯、甲基丙烯酸酐、丙烯醛、烯丙基丁二酸酐、檸康酸酐、烯丙基.縮水甘油醚和它們的衍生物。
在另一實施例中，粘合官能團是硫醚基團，水凝膠材料源於選自異丁烯酸2-羥基-3-巰基吡澱基丙酯、2-(2-(3-甲基丙烯醯氧基乙氧基)乙磺醯基)乙基硫烷基乙醇及其衍生物的親硫性單體。
在另一實施例中，粘合官能團是生物素基團，水凝膠材料源於選自N-生物素基-3-甲基丙烯醯氨基丙胺及其衍生物的生物素單體。
在另一實施例中，粘合官能團是硼化基團，水凝膠材料源於選自N-(m-二羥基硼基)苯基甲基丙烯醯胺及其衍生物的硼化單體。
在另一實施例中，粘合官能團為染料基團，水凝膠材料源於選自N-(N』-染料偶合的氨丙基)甲基丙烯醯胺及其衍生物的染料單體。
在另一實施例中，粘合官能團是膽甾醇基團，水凝膠材料源於選自N-膽甾醇基-3-甲基丙烯醯氨基丙胺及其衍生物的膽甾醇單體。
在另一方面，本發明提供一種可卸地插入氣相離子譜儀的探頭，該探頭包括帶表面的基板和在表面上的眾多直徑基本上均一的顆粒，顆粒含有能與可被氣相離子譜儀檢測的被分析物粘合的粘合官能團。
在一實施例中，眾多顆粒的平均直徑小於約1000微米，可在約0.01～1000微米之間選用。
在另一實施例中，顆粒的直徑變化係數小於約5％。
在另一實施例中，將基板表面粘附於顆粒。
在另一實施例中，顆粒的粘合官能團選自羧基、磺酸鹽基團、磷酸鹽基團、銨基、親水性基團、疏水性基團、反應性基團、金屬螯合基團、硫醚基、生物素基、硼化基團、染料基團、膽甾醇基團及它們的衍生物。
在另一方面，本發明提供一種檢測被分析物的系統，包括帶進口系統的氣相離子譜儀和這裡描述的插入該進口系統的任何一種可卸插入探頭。
在一實施例中，氣相離子譜儀是一質譜儀。
在另一實施例中，質譜儀是一雷射解吸附質譜儀。
在另一個方面，本發明提供一種製造可卸插入氣相離子譜儀的探頭的方法，該方法包括提供一帶表面的基板；處理基板表面；以及將水凝膠材料或眾多顆粒放置在基板表面上，其中水凝膠材料或眾多顆粒包含粘合官能團，用於粘合可被氣相離子譜儀檢測的被分析物。
在一實施例中，將基板表面進化粗糙化處理。
在另一實施例中，用雷射蝕刻、化學蝕刻或濺射蝕刻法處理基板表面。
在另一實施例中，對基板表面配用金屬塗層、氧化物塗層、溶膠-凝膠、玻璃塗層或偶合劑作處理。
在另一實施例中，通過在基板表面上「原地」聚合諸單體而製成水凝膠材料。
在另一實施例中，應用預官能化的單體提供粘合官能團而製成水凝膠材料。
在另一實施例中，以輻照法交聯水凝膠材料。
在另一實施例中，在基板表面上「原地」交聯諸單體而製成水凝膠材料。
在另一個方面，本發明提供一種檢測被分析物的方法，包括(a)提供任何一種這裡描述的探頭；(b)在一定條件下將水凝膠材料或顆粒的粘合官能團暴露於含被分析物的樣品，在被分析物與粘合官能團之間發生粘合；(c)以來自能源的能量撞擊探頭表面；(d)用氣相離子譜儀解吸來自探頭的被粘合的被分析物；和(e)檢測解吸的被分析物。
在一實施例中，氣相離子譜儀是一種質譜儀。
在另一實施例中，質譜儀是一種雷射解吸附質譜儀。
在另一實施例中，該方法還包括衝洗步驟，旨在有選擇地修正被分析物與水凝膠材料或眾多顆粒的粘合官能團之間的粘合閾值。
在另一實施例中，該方法還包括如下步驟以化學或酶學方法修正被分析物，同時將它粘合到該水凝膠材料的粘合官能團。
在另一實施例中，該被分析物選自含胺組合庫、胺基酸、染料、藥物、毒素、生物素、DNA、RNA、肽、低聚核苷酸、賴氨酸、乙醯基葡糖胺、普施安紅、穀胱甘肽和腺苷-磷酸。
在另一實施例中，被分析物選自多核苷酸、抗生物素蛋白、抗生蛋白鏈菌素、多糖、外源凝集素、蛋白質、抑胃肽、蛋白A、凝集素、肝素、蛋白G和伴刀豆球蛋白。
在另一實施例中，被分析物為不同生物聚合物絡合體。
圖2示出粘合於含陽離子基團的探頭表面的胎牛血清中被分析物高分子質量的解析度。
圖3示出胎牛血清中被分析物高分子質量的解析度，血清粘合於含陰離子基團的探頭表面。
圖4示出胎牛血清中被分析物高分子質量的解析度，血清粘合於含金屬螯合基團的探頭表面。
特定實施例的描述I.定義除非另有說明，這裡使用的所有科技術語均具有本發明領域技術人員普遍理解的含義。下列文獻為技術人員提供了本發明使用的許多術語的一般定義Singleton等，Dictionary of Microbiology and molecular Biology(2nded.1994)；The Cambridge Dictionary of Science and Technology(Walkered，1988)；The Glossary of Genetics，5thEd.，R.Rieger等(eds.)，SpringerVerlag(1991)；and Hale Marham，The Harper Collins Dictionary ofBiology(1991)。如這裡使用的，下列術語的含義屬於這些參考文獻，除非另有說明。
「探頭」指能可卸地插入氣相譜儀且包括帶呈現檢測被分析物表面的基板的裝置。探頭可包括單塊或多塊基板。這裡還使用蛋白質晶片TM、蛋白質晶片TM陣列或晶片等術語指特種探頭。
「基板」指能承載水凝膠材料或許多均勻顆粒的材料。
「顆粒」包括球形、球體、珠和其它形狀，可以互換使用，除非另有說明。
「表面」指主體或基板的外表面或上部界面。
「微孔」指直徑等於或小於約1000的極細微孔。
「條」指基本上扁平或平面的細長材料片。
「板」指基本上扁平或平面的材料薄片，可以是任何合適的形狀(如矩形、方形、長方形、圓形等)。
「基本上扁平」指主表面基本上平行且遠遠大於小表面的基板(如條或板)。
「基本均一」顆粒與許多直徑變化係數小於約5％的顆粒有關。許多顆粒的直徑可用本技術領域任何合適的方法測量，如透射顯微鏡，然後算出直徑變化係數。變化係數指標準偏差率除以平均值再乘100，故用百分數表示。
「導電」指能發送電荷或電子的材料。
「放置」應用於基板與水凝膠材料或均一顆料間的物理關係，涉及例如將水凝膠材料或均一顆粒定位、塗布、覆蓋或成層到基板表面上。
「氣相離子譜儀」指一種設備，它測量的參數可以轉換成在樣品電離成氣相態時形成的離子的質荷比。有關離子一般載負單一電荷，通常簡單地將質荷比指代質量。
「質譜儀」指包括入口系統、電離源、離子光學組件、質量分析儀與檢測器的氣相離子譜儀。
「雷射解吸質譜儀」指用雷射作電離源解吸被分析物的質譜儀。
「水凝膠材料」指一種交聯的水溶水膨脹的聚合物，能吸收其自身重量至少10倍最好至少100的液體。
「粘合官能團」指水凝膠材料的與被分析物粘合的官能團，可包括但不限於羧基、磺酸鹽基團、磷酸鹽基團、銨基、親水性基團、疏水性基團、反應性基團、金屬螯合基團、硫醚基、生物素基、硼化基團、染料基團、膽甾醇基團、它們的衍生物或任何組合。粘合官能團還可包括基於各別結構特性而粘合被分析物的其它吸附劑，這類結構特性有抗體與抗原的互作用、酶與底物類似物的互作用、核酸與粘合蛋白的互作用和激素與受體的互作用。
「被分析物」指要求保留作檢測的樣品的成分，可以指樣品中的單個成分或一組成分。
「處理」涉及為了促進水凝膠材料或均一顆粒吸附於基板表面而對基板表面作調節或修正。
「溶膠-凝膠」指應用時呈膠狀的材料，但固化時變為固體，通常能耐受三維方向的切應力。
「偶合劑」指任何設計成與基板反應而形成或促進在界面有更強粘合作用的化學物質。
「衍生物」指由另一化合物製成的化合物，如衍生物是經簡單化學過程(如化合物的一種或多種取代基用另一取代基替代)由另一種化合物得到的一種化合物。
「取代的」指將一種原子或基團置換成另一種。
「羧基」指具有羧酸或羧酸鹽的任何化學基團。
「銨基」指具有取代的胺或取代的胺的鹽的任何化學基團。
「磺酸鹽基」指具有磺酸或磺酸鹽的任何化學基團。
「磷酸鹽基」指具有磷酸或磷酸鹽的任何化學基團。
「均聚物」指由單種單體衍生的聚合物。
「共聚物」指同時聚合兩種或多種不同單體製成的聚合物。
「混合聚合物」指不同類聚合物的混合物。
「交聯劑」指可在給定聚合物相鄰分子鏈之間的不同位置用共價鍵形成化學鍵的化合物。
「吸收」指吸附劑(如水凝膠材料或均一顆粒)與被分析物的粘合官能團在用洗脫液(選擇性閾改性劑)清洗前後的可檢測粘合。
「分辨」、「解析度」或「被分析物的解析度」指檢測樣品中至少一種被分析物的檢測。解析度包括應用分離再用差示檢測法檢測樣品中多種被分析物。解析度不必將某種被分析物與混合物的所有其它被分析物完全分離，而任何分離都足以區分至少兩種被分析物。
「檢測」指識別被檢物體的存在與否或其量。
「絡合物」指兩種或多種被分析物合成的被分析物。
「生物樣品」指得自病毒、細胞、組織、器官或生物體的樣品，包括但並不限於細胞、組織器官溶胞產物或勻漿，或者血液、尿或腦脊髓液等體液樣品。
「有機生物分子」指生物源的有機分子，如類固醇、胺基酸、核甙酸、糖、多鈦、多核甙酸、複合碳水化合物或脂類。
「小有機分子」指與藥物中常用的那些有機分子同等大小的有機分子，該術語不包括有機生物聚合物(如蛋白質、核酸等)。小有機分子的較佳大小約達5000Da、2000Da或1000Da。
「生物聚合物」指生物源的聚合物或低聚物，如多肽或低聚肽、多核甙酸或低聚核甙酸、多糖或低聚糖、聚甘油酯或低聚甘油酯。
「能量吸收分子」亦即「EAM」指在質譜儀中吸收電離源能量而能解吸探頭表面被分析物的分子。MALDI中使用的能量吸收分子常指「基質」。在雷射解吸生物有機分子時，常用肉桂酸衍生物、芥子酸(「SPA」)、氰基羥基肉桂酸(「CHCA」)與二羥基苯甲酸作為能量吸收分子。本領域技術人員知道其它合適的能量吸收分子，關於能量吸收分子的進一步描述，可參見例如美國專利5,719,060(Hutchens Yip)。
II.探頭本發明的探頭適合可卸地插入質譜儀。在本發明一個方面，探頭包括基板和放在其表面上的水凝膠材料。水凝膠提供一種可附著不同化學或生物部分(粘合官能團)的三維支架。鑑定時，這些部分通過例如特定的化學或生物互作用捕獲被分析物(如肽、蛋白質、低分子量配位、酶或抑制劑)。製作SELDI表面的其它方法依賴於二維顯現的化學或生物部分，嚴重限制了單位面積的活性官能團或粘合官能團。相反地，水凝膠提供了可呈現這些部分的三維支架(scaffolding)，提高了單位面積的官能團(或粘合官能團)數量，可得到容量明顯更高的探頭表面，提高了檢測靈敏度。另外，水凝膠主鏈的親水特徵減小了蛋白質等生物分子與水凝膠聚合物主幹的非特定粘合。不希望受理論的約束，水凝膠材料能讓被分析物被水包圍，儘量減小或消除與水凝膠聚合物主幹有關的非特定粘合。還有，在衝洗步驟中，水凝膠材料的多孔特性能便於衝出未粘合的樣品成分。在一實施例中，為了在探頭表面建立水凝膠，將單體液直接沉澱在基板表面上再聚合。在一些實施例中，單體經預官能化而具備粘合官能團。
在本發明的另一方面，探頭包括基板和基板表面上許多均一顆粒，顆粒包括的粘合官能團可粘合能被氣相離子譜儀檢測的被分析物。顆粒的均一性可提供一致的質量解析度和被分析物粘在顆粒粘合官能團上的強度。
粘合官能團在它們的吸引被分析物的模式上一般有差異，從而提供了選擇性地捕獲被分析物的手段。例如，粘合官能團之間的吸引模式包括包括(1)鹽促進的互作用，如疏水性互作用、親硫性互作用和固體定化染料互作用；(2)氫結合和/或Van der Waals力互作用與電荷傳遞互作用，如在親水性互作用的情況中；(3)靜電互作用，如離子電荷互作用，尤其是正或負離子電荷互作用；(4)被分析物在金屬螯合基團上與金屬離子(如銅、鎳、鈷、鋅、鐵、鋁、鈣等)形成配位鍵的能力；(5)可逆共價互作用，如二硫化物交換互作用；(6)不可逆共價互作用，如酸性不穩定酯基或光化不穩定基(如鄰硝基苄基)；(7)酶反應性位點結合互作用(如在固定在水凝膠材料上的胰蛋白酶與胰蛋白酶抑制劑之間)；(8)糖蛋白互作用(如在固定在水凝膠材料上的外源凝集素與大分子上的碳水化物部分之間；(9)生物特異性互作用(如在固定在水凝膠材料上的抗體與抗原之間)；或(10)兩種或多種上述互作用模式的組合。例如可參見WO98/59361(hutchens Yip)，了解涉及上述互作用的被分析物實例。
將樣品暴露於具有各種粘合官能團的水凝膠材料或均一顆粒，能選擇性地吸引和粘合樣品的不同成分，因而可用氣相離子譜儀分離和分辨出樣品諸成分。在有些情況下，可用吸收到水凝膠材料或均一顆粒(如通過反應性基團)的主被分析物來吸引和粘合輔被分析物。
A.基板探頭基板可用任何能承載水凝膠材料或均一顆粒的合適材料製造，如包括但不限於絕緣材料(如氧化矽玻璃、陶瓷)、半導電材料(如矽片)，或者導電材料(如鎳、黃銅、鋼、鋁、金等金屬或導電聚合物)、有機聚合物、生物聚合物。紙、膜、金屬與聚合物的複合物或它們的組合。
基板可以有各種特性，如多孔或無孔(如固體)，也可基本上呈剛性或柔性(如膜)。在本發明一實施例中，基板是無孔、基本上剛性的，以提供結構上的穩定性。在另一實施例中，基板為微孔或多孔。再者，基板可以電氣絕緣、導電或半導電。在一較佳實施例中，為減少表面電荷並提供質量解析度，基板導電。通過摻入一些材料，如導電聚合物(如碳化的聚醚醚酮、聚乙炔、聚亞苯基、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等)，或導電粒狀填料(如炭黑、金屬粉、導電性聚合物顆粒等)，可將基板做成導電。
只要能讓探頭可卸地插入氣相離子譜儀，基板可以是任何形狀。在一實施例中，基板基本上為平面。在另一實施例中，基板基本上光滑。在再一實施例中，基板基本上呈扁平且為剛性。如

圖1所示，基板可以呈條形101。基板也可以是板形。另外，基板的厚度為約0.1mm～10cm或更大，可在約0.5mm～1cm或更大間選擇，在約0.8mm～0.5cm間選擇，或在約1mm～2.5mm間選擇。較佳地，基板本身大得足以用手握持，如基板最長的截面尺寸(如對角線)至少為1cm或更大，較佳為2cm以上，最佳為約5cm或以上。
若基板形狀本身不便於可卸地插入氣相離子譜儀，則可再包括一個能讓探頭可卸地插入氣相離子譜儀的承載元件。該承載元件還可與柔性基板(如膜)組合使用，幫助探頭可卸地插入氣相離子譜儀，將樣品穩定地呈現給氣相離子譜儀的能束。例如，承載元件可以是一種基本上剛性的材料，如平板或容器(如市售的含96或384孔的滴定液容器)。若希望基板與承載元件固定，可用本領域任何已知的合適方法耦接，如粘劑粘合、共價鍵合、靜電結合等。另外，承載元件最好大得能用手握持，如其最長截面尺寸(如對角線)至少為1釐米或以上，較佳至少為2釐米或以上，最佳至少為約5釐米或以上。本例的一個優點是能將被分析物以一種物理關係吸附到基板上，並傳遞給承載元件作氣相離子譜儀分析。
該探頭還適合與進口系統或氣相離子譜儀的檢測器聯用，如可將探頭裝在水平和/或垂直移動的滑架中，而滑架使探頭水平和/或垂直地移向下一位置，無須用手對探頭重新定位。
基板表面經處理能促進粘附水凝膠材料或均一顆粒。在一實施例中，可用任何本領域已知的方法，如雷射蝕刻、化學蝕刻、濺射蝕刻、鋼絲擦刷、噴砂等方法，將基板表面變粗糙、有微孔或有多孔。較佳地，用雷射蝕刻處理表面，如用雷射蝕刻金屬等基板。雷射蝕刻提供的基板表面，平均高度變化為約10～1000微英寸或以上，較佳為約100～500微英寸或以上，最佳為約150～400微英寸或以上。不希望受理論的約束，變粗糙或有微孔的基板表面有助於將水凝膠材料或均一顆粒以物理方法捕獲到基板表面上。
在另一實施例中，可用化學方法處理基板表面以幫助吸附水凝膠材料或均一顆粒。如用共價、不共價或靜電互作用實現粘附。例如，可配用金屬塗層、氧化物塗層、溶膠凝膠或玻璃塗層等促進粘附的塗層來處理表面。也可使用偶合劑(如矽烷或鈦類試劑)。在一些實施例中，表面用非導電塗層(如玻璃塗層)處理，由此提供一種非導電的基板表面。在另一實施例中，探頭表面上塗層(如玻璃塗層)的厚度為6～9。若將金屬用作基板，偶合劑可以是含鋯或矽活性部分的有機金屬化合物(如參見美國專利5,869,140(Blohowiak等)。
在再一個實施例中，可用變粗糙與化學方法處理基板表面，如金屬基板經雷射蝕刻變粗糙後再塗上玻璃塗層。
B.含粘合官能團的水凝膠材料在本發明的一個方面中，探頭包含基板表面上的水凝膠材料，該材料含有的粘合官能團可與氣相離子譜儀可檢測的被分析物粘合。這裡使用的水凝膠材料指交聯的水難溶小膨脹的聚合物，能吸收為其自重至少10倍、較佳100倍的液體。通過浸入液體後膨脹，小凝膠材料就提供一種呈現粘合官能團的三維支架結構，由此增大了被分析物粘合量，提高了檢測靈敏度。水凝膠材料的親水特徵也降低了蛋白質等生物分子對水凝膠聚合物主幹的非特定粘合作用。不希望受理論的約束，水凝膠材料能讓被分析物為水包圍，並儘量減少或消除與水凝膠聚合物主幹有關的非特定粘合作用。另外，在衝洗時，水凝膠材料的多孔特徵能讓未粘合的樣品成分容易衝洗掉。
可用多種方式將水凝膠材料置於基板表面。在一實施例中，可將水凝膠材料直接置於基板表面(如置於單塊玻璃基板上或單塊鋁基板上)。在另一實施例中，水凝膠材料可置於處理過的基板表面，如基板表面可用上述的助粘塗層(如玻璃塗層)處理，將水凝膠材料置於該玻璃塗層上。在本發明內容中，所有這些實施例均被視為具有「位於」基板表面上的水凝膠材料。
一般而言，基板上的塗層(如玻璃塗層)與水凝膠材料的組合厚度至少為約1微米、10微米、20微米、50微米或100微米。在一些實施例中，水凝膠材料本身的厚度至少約1微米、10微米、20微米、50微米或100微米。在另一些實施例中，水凝膠材料的厚度為50～100微米。塗層和/或水凝膠材料的厚度，可按實驗條件或期望的粘合容量來選擇，並由技術人員決定。
有多種水凝膠材料適用於本發明。合適的水凝膠材料包括但不限於澱粉接枝共聚物、交聯羧甲基纖維素衍生物和改性親水聚丙烯酸酯。示例性水凝膠材料包括水解澱粉-丙烯腈接枝共聚物、中性化澱粉-丙烯酸接枝共聚物、皂化丙烯酸酯-乙酸乙烯基酯共聚物、水解丙烯腈共聚物或丙烯醯胺共聚物、改進交聯聚乙烯醇、中性自交聯聚丙烯酸、交聯聚丙烯酸鹽、羧基化纖維素、中性交聯異丁烯-馬來酐共聚物或它們的衍生物。上述任何一種水凝膠材料只要具備粘合被分析物的粘合官能團，都可使用。
水凝膠材料的粘合官能團可以包括如羧基、磺酸鹽基、磷酸鹽基、銨基、親水性基團、疏水性基團、反應性基團、金屬螯合基團、硫醚基、生物素基、硼化基團、染料基團、膽甾醇基團或它們的衍生物。
可由各種單體得到含粘合官能團的水凝膠材料。本領域技術人員都知道含有選定粘合官能團的單體的合成方法，如參見「發展的有機化學，反應機理與結構」，第四版，March著(John Wiley Sons，New York(1992))。有些單體也可向例如Sigma，Aldrich或其它廠商購買。由於能以期望的粘合官能團對單體作預官能化，所以無需再對聚合的水凝膠材料作修改就可含有粘合官能團。然而，需要時可對聚合的水凝膠材料作後改性，以配入另一些粘合官能團(如能粘合生物分子的特種配位)。
較佳地，從替代的丙烯醯胺單體、替代的丙烯酸鹽單體或它們的衍生物製成水凝膠材料，因為它們可容易地改性生成含有多種不同粘合官能團的水凝膠材料。
具體地說，將羧基作為粘合官能團的水凝膠材料可由取代的丙烯醯胺或取代的丙烯酸鹽單體製得，諸如(甲基)丙烯酸、2-羧乙基丙烯酸鹽、N-丙烯醯氨基己酸、N-羧基甲基丙烯醯胺、2-丙烯醯基醯氨基乙醇酸或它們的衍生物。
將磺酸鹽基團作為粘合官能團的水凝膠材料可由例如丙烯醯基醯氨基甲基-丙烷磺酸單體或其衍生物製得。
將磷酸鹽基團作粘合官能團的水凝膠材料可由例如N-磷酸乙基丙烯醯胺或其衍生物製得。
含有作為粘合官能團的銨基的水凝膠材料可得自例如甲基丙烯酸三甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、二乙基氨基乙基丙烯醯胺、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯醯胺、二乙基氨基丙基(甲基)丙烯醯胺、氨基丙基丙烯醯胺、3-(甲基丙烯醯基氨基)丙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸2-氨基乙酯、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯醯胺、甲基丙烯酸2-(叔丁基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-(N，N-二甲基氨基)乙酯、N-(2-(N，N-二甲基氨基)乙基(甲基)丙烯醯胺、N-(3-(N，N-二甲基氨基))丙基(甲基)丙烯醯胺、2-(甲基)丙烯醯氧基乙基三甲基氯化銨、3-(甲基)丙烯醯氧基-2-羥丙基三甲基氯化銨、(2-丙烯醯氧基乙基)(4-苯甲醯基苄基)二甲基溴化銨、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、乙烯基咪唑或它們的衍生物。
含有作為粘合官能團的親水性基團的水凝膠材料可得自例如N-(甲基)丙烯醯基三(羥甲基)甲胺、羥乙基丙烯醯胺、羥丙基(甲基)丙烯醯胺、N-丙烯醯氨基-1-去氧山梨糖醇、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥基苯酯、聚乙二醇單甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙烯醯胺、丙三醇單甲基丙烯酸酯、丙烯酸2-羥丙酯、甲基丙烯酸4-羥基丁酯、2-(甲基)丙烯醯氧基乙基葡糖苷、聚乙二醇單甲醚單甲基丙烯酸酯、乙烯基·4-羥基丁醚或它們的衍生物。
含有作為粘合官能團的疏水性基團的水凝膠材料可得自例如N，N-二甲基丙烯醯胺、N，N-二乙基(甲基)丙烯醯胺、N-甲基(甲基)丙烯醯胺、N-乙基(甲基)丙烯醯胺、N-丙基丙烯醯胺、N-丁基丙烯醯胺、N-辛基(甲基)丙烯醯胺、N-月桂基(甲基)丙烯醯胺、N-十八烷基丙烯醯胺、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、辛基三苯甲基丙烯醯胺、丁基三苯甲基丙烯醯胺、十八烷基三苯甲基丙烯醯胺、苯基三苯甲基丙烯醯胺、苄基三苯甲基丙烯醯胺或它們的衍生物。
含有作為粘合官能團的金屬鰲合基團的水凝膠材料可得自例如N-(3-N，N-二羧基甲基氨基)丙基(甲基)丙烯醯胺、5-(甲基)丙烯醯氨基-2-(N，N-二羧基甲基氨基)戊酸、N-(丙烯醯氨基乙基)乙二胺N，N』，N』-三乙酸或它們的衍生物。
含有作為粘合官能團的反應性基團的水凝膠材料可得自例如縮水甘油丙烯酸酯、丙烯醯氯、縮水甘油(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯醯氯、N-丙烯醯氧基琥珀醯亞胺、乙烯基吖內酯、丙烯醯氨基丙基吡啶二硫、N-(丙烯醯氨基丙基)馬來醯亞胺、用雙環氧化烷化合物活化的丙烯醯氨基去氧山梨糖醇、氯甲酸烯丙酯、甲基丙烯酸酐、丙烯醛、烯丙基丁二酸酐、檸康酸酐、烯丙基·縮水甘油醚或它們的衍生物。
含有作為粘合官能團的硫醚基團的水凝膠材料可得自親硫性單體，例如，甲基丙烯酸2-羥基-3-巰基吡啶基丙酯、2-(2-3-(甲基)丙烯醯氧基乙氧基)乙磺醯基)乙基硫烷基乙醇或它們的衍生物。
以生物素基團作粘合官能團的水凝膠材料可由如n-生物素基-3-甲基丙烯醯氨基丙胺或其衍生物等生物素單體製得。
以染料基團作粘合官能團的水凝膠材料可由N-(N』-染料偶合的氨丙基)甲基丙烯醯胺等染料單體製得。染料可選自任何合適的染料，如汽巴龍蘭。
以硼化基團作粘合官能團的水凝膠材料可由如N-(m-二羧基硼基)苯基(甲基)丙烯醯胺或其衍生物等硼化單體製得。
以膽甾醇基團作粘合官能團的水凝膠材料可由如N-膽甾醇基-3-甲基丙烯醯氨基丙胺等膽甾醇單體製得。
需要時，可在聚合步驟之後結合上某些粘合官能團即對水凝膠材料作後修改。例如，通過使水凝膠材料的羥基團改性，可製得硫醚基團。另一例是使含活性酯或醯氯的水凝膠材料改性而產生帶醯肼基團的水凝膠材料。還有一例是水凝膠材料的羥基或反應性基團經改性而生成含例如染料基團、外源凝集素基團或肝素基團作粘合官能團的水凝膠材料。另外，利用共軛化合物如零長同質或異質二官能交聯劑，可將粘合官能團結合於水凝膠材料。交聯劑的例子包括；例如琥珀醯亞氨基酯、馬來醯亞胺、碘乙醯胺、碳化二亞胺、醛與乙二醛、環氧化物與環氧乙烷、羰基二咪唑或酐。在希望控制官能團反應的化學特性時，這類共軛反應劑尤其有用。
上述單體均可單獨聚合成均聚物，或與其它單體生成共聚物。也可使用混合聚合物。在需要帶混合粘合官能團的水凝膠材料時，共聚物或混合聚合物尤其適合。如需要帶疏水性基團與羧基的水凝膠材料時，可把N，N-二甲基丙烯醯胺與甲基丙烯酸等單體混合併聚合在一起。或者，可把由N，N-二甲基丙烯醯胺製得的水凝膠均聚物與由甲基丙烯酸製得的水凝膠均聚物混起來。在製備共聚物或混合聚合物時，為控制所需粘合官能團量，可以分別改變單體或聚合物的比例。
添加其它添加物可進一步修正水凝膠材料的粘合特性。例如，可在要聚合的單體中摻入親水性聚合化合物，如澱粉或纖維素、澱粉衍生物或纖維素衍生物、葡聚糖、瓊脂糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸(鹽)，或交聯聚丙烯酸(鹽)，鏈轉移劑，如次磷酸(鹽)、表面活性劑和碳酸鹽等發泡劑。
可將上述單體和添加物混合併用本領域已知的聚合方法聚合，如可用本體聚合法或沉澱聚合法。然而，從產物質量和便於控制聚合的角度出發，最好以水溶液形式製備單體，再把該水溶液進行溶液聚合或反相懸浮聚合。這類聚合方法在例如下列文獻中有描述U.S.Patent 4,625,001(Tsubakimoto etal.)，U.S.Patent 4,769,427(Nowakowsky et al.)，U.S.Patent4,873,299(Nowakowsky et al.)，U.S.Patent4,093,776(Aoki et al.)，U.S.Patent4,367,323(Kitamura et al.)，U.S.Patent 4,446,261(Yamasaki et al.)，U.S.Patent4,552,938(Mikita et al.)，U.S.Patent 4,654,393(Mikita etal.)，U.S.Patent4,683,274(Nakamura et al.)，U.S.Patent 4,690,996(Shihet al.)，U.S.Patent 4,721,647(Nakanishi et al.)，U.S.Patent4,738,867(Itoh et al.)，U.S.Patent 4,748,076(Saotome)，U.S.Patent4,985,514(Kimura et al.)，U.S.Patent 5,124,416(Haruna et al.)，和U.S.Patent 5,250,640(Irie et al.)。
根據最後單體混合溶液(如包括水、單體和其它添加物)的重量，單體的重量比一般為1～40％，較佳為3～25％，最佳為5～10％。這裡描述的單體與交聯劑的合適比例可生成水難溶水膨脹的交聯水凝膠材料。另外，這裡描述的單體與交聯劑的比例生成的敞開多孔三維聚合物網能讓被分析物迅速滲透並粘合到粘合官能團。未粘合的樣品成分也能通過水凝膠材料多孔的三維聚合網衝洗掉。
對於單體與添加物的混合物，可對上述單體添加交聯劑，必要時，可用兩種或多種組合形式使用交聯劑。較佳地，使用以至少不少於兩種可聚合不飽和基團作為交聯劑的化合物。交聯劑偶合聚合物相鄰的分子鏈，形成的水凝膠材料具有呈現出粘合官能團的三維支架結構。交聯劑的用量一般為單體重量約3～10％，其優化用量視用於生成凝膠的單體量而定，如用約40％單體重量製成的水凝膠材料，可使用不到3％重量的交聯劑。對於用5～25％重量單體製成的水凝膠材料，使用的交聯劑重量為2～5％，較佳為3％。
交聯劑的典型例子包括N，N』-亞甲基二(甲基)丙烯醯胺、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯)、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、丙三醇三(甲基)丙烯酸酯、丙三醇丙烯酸酯甲基丙烯酸酯、環氧乙烷改性的三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙酯、異氰脲酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯、三烯丙基胺、聚(甲基)烯丙氧基烷、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙三醇二縮水甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、乙二胺、聚吖丙啶、碳酸亞乙基酯和縮水甘油(甲基)丙烯酸酯。
通過將聚合引發劑加入到含單體、交聯劑和其它添加物的單體混合液中，可引發聚合作用。引發劑濃度(表示為單位引發單體溶液體積的重量百分比)為0.1～2％，較佳為0.2～0.8％。例如，這類引發劑能產生自由基。合適的聚合引發物包括熱、光引發劑。合適的熱引發劑包括例如過硫酸銨/四甲基乙二胺(TEMED)、2，2』-偶氮二(2-脒基丙烷)鹽酸鹽、過(二)硫酸鉀/二甲基氨基丙腈、2，2』-偶氮二(異丁腈)、4，4』-偶氮二-(4-氰基戊酸)和過氧化苯甲醯。較佳的熱引發劑有過硫酸銨/四甲基乙二胺與2，2』-偶氮二(異丁腈)。光引發劑包括例如異丙基噻噸酮、2-(2』-羥基-5』-甲基苯基)苯並三唑、2，2』-二羥基-4-甲氧基二苯酮和核黃素。使用光引發劑時，可用過硫酸銨和/或TE-MED等加速劑加速聚合過程。
在一實施例中，單體溶液在基板表面上原地聚合成水凝膠材料。原地聚合過程有若干優點。首先，通過調節置於基板表面的單體溶液的量來控制原有粘合官能團的量，很容易控制水凝膠的量。例如，使用滴管、噴墨、絲網印刷、電噴鍍、旋塗或化學蒸發澱積等方法，可控制澱積於基板表面的單體溶液量。其次，還可控制水凝膠材料離基板表面的高度，從而提供離基板表面相對均一的高度。不希望受理論的約束，水凝膠材料高度的均一性可對樣品作更精確的飛行時間分析，因為粘在探頭表面上的所有被分析物均與氣相離子譜儀的能源等距離。
對於單體的原地聚合，最好是光引發聚合作用。如將單體、交聯劑與光引發劑混入水中再脫氣，之後可加入新混合的過硫酸銨或其它加速劑。先將單體溶液沉澱在基板上，然後混合物溶液在基板表面上通過紫外曝光等照射而原地聚合。以後可用空氣乾燥、蒸汽乾燥、紅外乾燥、真空乾燥等任何已知的方法使單體混合物溶液乾燥。需要時，一些水凝膠材料可經處理供貯存，如可將包括含羰基團的水凝膠材料的探頭以鈉作對離子的鹽類形式貯存起來。
C.含粘合官能團的均一顆粒在本發明的另一個方面，探頭包括基板和許多置於基板表面上直徑均一的顆粒。顆粒包含用於粘合氣相離子譜儀可檢測的被分析物的粘合官能團。顆粒的平均直徑或粒度約為0.01～1000μm，較佳為約0.1～100μm，更佳為約1～10μm。要提供一致的質量解析度與強度，顆粒直徑最好均一，如顆粒的直徑變化係數小於約5％，較佳小於3％，更佳小於1％。
上述顆粒可用任何能提供粘合官能團的合適材料製造，該材料如包括聚苯乙烯、多糖、瓊脂糖、葡聚糖、甲基丙烯酸酯、官能化的二氧化矽的交聯聚合物。其中一些均一顆粒稱作膠乳珠，可向例如Bangs實驗室公司(Fishers，IN)或3M公司(Minneapolis，MN)購買。
在一實施例中，上述顆粒可用含上述粘合官能團的水凝膠材料製造(如由取代的丙烯醯胺或取代的丙烯酸酯製得的聚合物或共聚物)。在另一實施例中，可用含粘合官能團的水凝膠材料塗覆非水凝膠顆粒。
上述顆粒的粘合官能團可包括例如羧基、磺酸鹽基團、磷酸鹽基團、銨基、親水性基團、疏水性基團、反應性基團、金屬螯合基團、硫醚基、生物素基、硼化基團、染料基團、膽固醇基團或它們的衍生物。含所需粘合官能團的顆粒的合成在本領域技術人員的技能範圍內，如可參見「高等有機化學、反應機理與結構」，第四版，March著(John Wiley Sons，New Youk(1992)。有些此類均一顆粒還可以官能化形式購得。
D.水凝膠材料或均一顆粒在基板上的定位水凝膠材料可以斷續或連續置於基板。若是斷續置放，單塊基板上可以有少至一點或多至10、100、1000、10000或更多點水凝膠材料。點大小視實驗設計與目的而定，但不必大於衝擊能源的直徑(如雷射光點直徑)，如點徑可以為0.5～5毫米，可任選約1～2毫米。點可與同樣或不同的水凝膠材料連續。在有些情況中，為了鑑定多種不同的洗提液，或將粘合的被分析物保存下來供以後使用，在基板的多個位置提供同一種水凝膠材料是有利的。若基板備有多種含不同的粘合特性的不同水凝膠材料，則可粘合和檢測單個樣品中更多不同的被分析物。在基板上用多種不同水凝膠材料鑑定單個樣品，基本上相當於同時作多種色譜實驗，每種實驗配用一根不同的色譜柱，而本方法的優點是只需一種單一的系統。
若基板包含多種水凝膠材料，尤其適合以預定的可尋址位置提供水凝膠材料(如見圖1的水凝膠材料102)。可尋址位置可排成任何圖形，但最好排成規則圖形，如直線、正交陣列，或圓等規則曲線。以預定的可尋址位置提供水凝膠材料，可用一組洗提液清洗各位置的水凝膠材料，以修正水凝膠材料的粘合特性。另外，當把探頭裝在平移託架中時，可將以預定可尋址位置粘於水凝膠材料的被分析物移至下一位置，幫助氣相離子譜儀檢測被分析物。
或者，可將水凝膠材料連續地置於基板。在一實施例中，可將一類水凝膠材料置於整個基板表面。在另一實施例中，可在基板上按一維或二維梯度放置多種含不同粘合官能團的水凝膠材料，如提供有水凝膠材料的條，一端為弱疏水性，另一端為強疏水性。或者，提供有水凝膠材料的板，一角為弱疏水性的陰離子型，對角為強疏水性的陰離子型。這類梯度可用本領域任何已知的方法實現。如通過受控的噴霧法或以某種計時方式使材料流過表面以在梯度尺度上遞增完成反應，就能實現梯度。順便提一下，光化反應性基團能與照射一起建立分段的梯度。該過程可成直角地重複，以對帶不同粘合官能團的同類或不同水凝膠材料提供正交梯度。
上述討論的水凝膠材料的定位也適用於將均一顆粒定位於基板上，不再重述。
III.被分析物的選擇和檢測上述系統可選擇性吸附樣品的被分析物，並用氣相離子譜儀檢測保留的被分析物。在多種不同的選擇性條件下，可以選擇性吸附被分析物，如含不同粘合官能團的水凝膠材料或均一顆粒能選擇性捕獲不同的被分析物。另外，洗提液可修改水凝膠材料或均一顆粒或被分析物的粘合特性，為同樣的水凝膠材料或均一顆粒或被分析物提供不同的選擇性條件。各選擇性條件提供第一維分離，將吸附的被分析物與未吸附的被分析物分開。氣相離子譜儀提供第二維分離，按質量分離各種吸附的被分析物。這種多維分離提供了被分析物的解析度及其特徵。這種處理稱為保留(retentate)色譜法。
保留色譜與常規色譜有若干區別。首先，在保留色譜中，檢測的是保留在吸附體(如水凝膠材料或均一顆粒)上的被分析物。在常規色譜法中，被分析物在檢測之前從吸附體中洗提出來。在常規色譜法中，並無常規或方便的手段檢測未從吸附體中洗提出來的被分析物。因此，保留色譜法可提供直接有關保留被分析物的化學或構成特性的信息。第二，吸附色譜法與解吸分光法檢測相結合，可在毫微微摩爾範圍內提供非凡的靈敏度和不尋常的微細解析度。第三，部分由於它能直接檢測被分析物，保留色譜能以各種不同的選擇性條件快速分析保留物，從而迅速提供樣品中被分析物的多維特徵。第四，吸附體(如水凝膠材料或均一顆粒)能以預定可尋址位置的陣列附著於基板，從而在不同洗提條件下，可同時處理暴露於陣列上不同吸附體位置(即親和位置或點)的被分析物。
A.將被分析物暴露於選擇性條件1.使被分析物與水凝膠材料或均一顆粒接觸應用任何能在被分析物與水凝膠材料之間粘合的合適方法，在水凝膠材料在基板上定位前後使樣品與其接觸。水凝膠材料能與樣品簡單地摻合或組合。樣品與水凝膠材料接觸的方法有把基板浸入樣品，或將基板斜插在樣品中，或把樣品噴到基板上，在基板上衝洗樣品，或產生與水凝膠材料接觸的樣品或被分析物。另外，應用任何上述方法和本領域已知的其它技術(如浸、泡、斜插、噴霧或衝洗、滴定)，通過將樣品溶入或用洗提液摻入樣品並使洗提液和樣品接觸水凝膠材料，都可使樣品與水凝膠材料保持接觸。一般而言，在1～500微升中，含有幾個原子摩爾量到100皮摩爾被分析物的樣品容量已足以粘合到水凝膠材料。
樣品與水凝膠材料的接觸時間應足以讓被分析物粘合到水凝膠材料，接觸時間一般為30秒～12小時，較佳地為30秒～15分鐘。
樣品與水凝膠材料接觸的溫度與具體的樣品功能和選用的水凝膠材料有關，一般在環境溫度與壓力條件下使樣品與水凝膠材料接觸。然而，對有些樣品，可能希望修正溫度(一盤為4～37℃)與壓力條件，本領域技術人員很容易決定。
上述討論的被分析物與水凝膠材料的接觸也適用於被分析物與均一顆粒的接觸，不再複述。
2.用洗提液衝洗水凝膠材料成均一顆粒在樣品與被分析物接觸造成被分析物與水凝膠材料粘合後，用洗提液衝洗水凝膠材料。一般為了作多維分析，可用多種不同的洗提液衝洗各水凝膠材料位置，從而修正保留在特定水凝膠材料上的被分析物密度。水凝膠材料的粘合特性與洗提液的洗提特性相結合，提供的選擇性條件可控制水凝膠材料在衝洗後保留的被分析物，所以衝洗步驟從水凝膠材料裡有選擇地去除了樣品成分。
洗提液能修正水凝膠材料的粘合特性。洗提液能對例如電荷或pH值、電離強度(如因洗提液中的鹽量造成)、水結構(如因包含尿素與離液序列鹽溶液而造成)、特別競爭粘合試劑濃度、表面張力(如因包含洗滌劑或表面活性劑而造成)、介電常數(如因包含尿素、丙醇、乙腈、乙二醇、甘油、洗滌劑而造成)及其組合，修正水凝膠材料的選擇性。洗提液能修正吸附體粘合特性的其它實例可參見例如W098/59361。
利用如以洗提液浸、泡、斜插、衝洗、噴霧或清洗基板等方法，可用粘合的被分析物衝洗水凝膠材料。在對水凝膠材料小斑點引入洗提液時，最好應用細微流體學方法。
洗提液與水凝膠材料接觸的溫度與選擇的特定樣品和水凝膠材料有關，一般洗提液與水凝膠材料接觸的溫度為0～100℃，較佳為4～37℃。然而，對有些洗提液，希望修正溫度，本領域的技術人員很容易決定。
當被分析物只在一個位置粘合水凝膠材料，而且在衝洗中使用多種不同洗提液時，可得到該水凝膠材料在單獨出現每種洗提液時的選擇性的信息。根據重複模式的以第一洗提液衝洗、解吸和檢測保留的被分析物，接著以第二洗提液衝洗、解吸和檢測保留的被分析物，可在每次衝洗後確定在一個位置上粘合到該水凝膠材料的被分析物。對於多種不同洗提液，可用同一水凝膠材料連續反覆地作衝洗再解吸檢測的步驟。這種方式能用多種不同洗提液重新檢查單一位置上帶保留的被分析物的水凝膠材料，匯總有關每次單獨衝洗後保留的被分析物的信息。
在水凝膠材料設置於多個預定可尋址位置時，不論水凝膠材料完全相同或不相同，上述方法都適用。然而，當被分析物在多個位置粘合到同樣或不同的水凝膠材料時，可用涉及平行處理的更多系統有效的方法交替執行衝洗步驟。換言之，對水凝膠材料的每個位置，先用洗提液衝洗所有的水凝膠材料，再對保留的被分析物作解吸與檢測。需要時，可對多種不同的洗提液重複衝洗所有水凝膠材料位置，再在每個水凝膠材料位置作解吸與檢測的步驟。以這種方式，為了有效地確定樣品中被分析的特徵，可應用整個陣列。
上述對衝洗水凝膠材料的討論也適用於衝洗均一顆粒，不再複述。
B.解吸與檢測被分析物粘合在本發明探頭上的被分析物可用氣相離子譜儀分析，包括例如質譜儀、離子遷移譜儀或全離子電流測量裝置。
在一實施例中，質譜儀與本發明的探頭聯用。將粘到本發明探頭的固體樣品引入質譜儀進口系統，然後用電離源對樣品電離。典型的電離源包括雷射、快原子轟擊或等離子體等。產生的離子經離子光學組件收集後，由質量分析儀擴散並分析通過的離子。檢測器檢測從質量分析儀出射的離子，並把檢測離子的信息轉換成質荷比。被分析物的檢測一般涉及信號強度的檢測，這樣就反映了被分析物粘到探頭上的量。有關質譜儀的詳細信息可參見例如「儀器分析原理」，第三版，Skoog著，Saunders College Publishing，Philadelphia，1985；和「Kirk-Othmer化學技術百科全書」，第四版，Vol.15(John Wiley Sons，New Youk 1995)，pp.1071～1094。
在一較佳實施例中，將雷射解吸飛行時間質譜儀與本發明探頭聯用。在雷射解吸質譜儀中，探頭上的樣品被引入進口系統，電離源發出的雷射將樣品解吸電離成氣相，產生的離子由離子光學組件收集，然後在飛行時間質量分析儀中，離子加速通過短高壓場漂入高真空室。在高真空室遠端，加速的離子以不同時間撞擊敏感的檢測器表面。由於飛行時間與離子的質量有關，所以可用電離與撞擊之間消逝的時間來識別有無特定質量的分子。本領域的技術人員明白，在組裝應用各種解吸、加速、檢測、時間測量等手段的質譜儀時，雷射解吸飛行時間質譜儀的任何這些元件都可與這裡描述的其它元件組合在一起。
再者，離子遷移譜儀可以分析樣品，該譜儀的原理以離子不同的遷移率為基礎。具體而言，電離造成的樣品離子由於在質量、電荷或形狀等方面的差異，在電場下以不同的速率通過管道移動，因而記錄在檢測器上的離子(通常為電流形式)可用來識別樣品。離子遷移譜儀的一個優點是能在大氣壓下工作。
另外，全離子電流測量裝置可以分析樣品，當探頭的表面化學只允許粘合單類被分析物時，可以使用這種裝置。當單類被分析物粘在探頭上時，由電離的被分析物產生的全電流反映了該被分析物的特徵。然後，可將被分析物的全離子電流與貯存的已知化合物的全離子電流作比較，由此確定粘在探頭上的被分析物的身份。
經被分析物解吸檢測而產生的數據，可用可編程數字計算機分析。電腦程式一般包含存貯代碼的可讀媒體。某些代碼專用於存儲器，包括探頭上各特徵的位置、水凝膠材料(或均一顆粒)在該特徵處的身份及衝洗水凝膠材料(或均一顆粒)的洗提條件。利用這一信息，程序能識別探頭上成組限定某些選擇性特性的特徵。計算機還包含這樣的代碼，它接收自探頭上某一特定可尋址位置接收的各分子質量的信號強度的數據作為輸入。該數據能指示檢測的被分析物的數量(任意包括每個被分析物)、檢測的信號強度和確定的分子質量。
計算機還包含處理該數據的代碼。本發明提出了各種處理數據的方法。在一實施例中，涉及到建立一條被分析物識別分布曲線，如可按特定的粘合特性(如對陰離子水凝膠材料或疏水性水凝膠材料)存貯由分子質量識別的特定被分析物保留的數據，這種收集的數據提供了該特定被分析物化學特性的分布曲線。保留特性反映出被分析物官能，於是又反映了結構，例如對金屬螯合基團的保留能反映出有組氨酸留駐在某一多肽被分析物裡，在以各種pH值洗提的情況下，運用對多種陽離子與陰離子水凝膠材料保留度的數據，可披露能得到蛋白質等電離點的信息，這樣反映出該蛋白質中大概的離子胺基酸的數量。這樣，計算機可包含將粘合信息轉化為結構信息的代碼。
電腦程式還可包含從程序裝置接收作為輸入的指令的代碼。可以預期並事先編制出選擇性解吸被分析物從規定的預定探頭位置起的漸進與邏輯通路。
計算機可將該數據轉換成另一種格式作顯現。數據分析可包括下列步驟如根據收集的數據確定作為特徵位置函數的信號強度，去除「局外者」(由預定的統計分布得到的數據)，並根據其餘數據計算被分析物的相對粘合親和力。
得到的數據可用各種格式顯示。在一種格式中，信號強度在曲線上顯示為分子質量的函數。在另一格式中(指「凝膠格式」)，沿暗度的直線軸強度顯示信號強度，其外形類似於凝膠上的帶。在又一格式中，在代表分子質量的水平軸上把達到某一閾值的信號顯示成垂直的線或條，這樣每一條代表一種檢測出的被分析物。對按粘合特性和/或洗提特性聚集的被分析物，還可將數據顯現在信號強度曲線中。
C.被分析物本發明能根據被分析物的生物、化學或理化特性來分辨被分析物，並可使用合理的選擇性條件。通過使用合理的選擇性條件而能利用的被分析物特性例如包括疏水指數(即被分析物中疏水殘留物的量度)、等電離點(即被分析物不帶電的pH值)、疏水動量(即被分析物兩親性的量度或極性與非極性殘留物分布的非對稱程度)、橫偶極子動量(即電荷在被分析物中分布不對稱的量度)、分子結構因數(計及被分析物分子表面輪廓變化，如龐大側鏈沿分子主幹的分布)、二次結構成分(如螺旋、平行與反平行片)、二硫化物帶、暴露於溶劑的電子施主團(如His)、芳香性(即殘留在被分析物中芳香族中間pi-pi互作用的量度)及帶電原子間的直線距離。
這些都是特性類型的代表性例子，通過選擇合理的選擇性條件，可用來解析度樣品中指定的被分析物。本領域的技術人員已經知道和/或能確定構成分辨樣品中特定被分析物的基礎的其它合適的被分析物特性。
任何類型的樣品都可分析，如樣品可以是固態、液態或氣態，儘管一般為液態。根據本領域技術人員已掌握的技術，為提供液體樣品，最好把固態或氣態樣品溶化在合適的溶劑裡。樣品可以是生物成分、非生物有機成分或無機成分。本發明技術特別適用於分辨生物樣品尤其是生物流體與提取物中的被分析物；且適用於分辨非生物有機成分尤其是小有機與無機分子成分中的被分析物。
被分析物可以是分子、多分子絡合物、大分子系統、細胞、亞細胞器官、病毒、分子片段、離子或原子。被分析物可以是樣品的單一成分或一類結構、化學、生物學或功能相關的通常具有一種或多種特性(如分子量、等電點、電離電荷、親水/疏水互作用等)的多個成分。
具體地說，被分析物的實例包括生物大分子，如肽、蛋白質、酶、酶底物、酶底物類似物、酶抑制劑、多核甙酸、低聚核甙酸、核酸、碳水化合物、低聚糖、多糖、抗生物素蛋白、抗生蛋白鏈菌素、外源凝集素、抑胃肽、蛋白酶抑制劑、蛋白A、凝集素、肝素、蛋白G、刀豆球蛋白；上述生物大分子的片段，如核酸片段、肽片段、蛋白質片段；上述生物大分子的絡合物，如核酸絡合物，蛋白質-DNA絡合物、基因轉錄絡合物、基因轉譯絡合物、膜、脂質體、膜受體、受體-配體絡合物、信號通路絡合物、酶-底物、酶抑制劑、肽絡合物、蛋白質絡合物、碳水化合物絡合物和多糖絡合物；小生物分子，如胺基酸、核甙酸、核甙、糖、類固醇、脂質、金屬離子、藥物、激素、醯胺、胺、羧酸、維生素與輔酶、醇、醛、酮、脂肪酸、卟啉、婁胡蘿蔔素、植物生長調節劑、磷酸酯與核甙二磷糖；合成小分子，如藥學上或治療上有效的試劑、單體、肽類似物、類固醇類似物、抑制劑、鏽變劑、致癌物、抗有絲分裂藥物、抗生素、離子載體、抗代謝物、胺基酸類似物、抗菌劑、輸送抑制劑、表面活性劑、含胺組合庫、染料、毒素、生物素、生物素化化合物、DNA、RNA、賴氨酸、乙醯葡糖胺、普施安紅、穀胱甘肽、腺苷-磷酸、線粒體與葉綠體功能抑制劑、電子給體、載體與受體、蛋白酶的合成底物與類似物、磷酸酶的底物與類似物、酯酶與脂酶的底物與類似物及蛋白質改性劑；合成聚合物、低聚物與共聚物，如聚亞烷基、聚醯胺、聚甲基丙烯酸酯、聚碸、聚苯乙烯、多醚、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚碳酸酯、聚滷乙烯、聚矽氧烷、POMA、PEG，以及上述任二種或多種的共聚物。
實 例下列實例用於示例，不作限制。
I.探頭實例下述的SAX-2 Protein ChipTM、WCX-1 Protein ChipTM與IMAC-3 ProteinChipTM均購自Ciphergen Biosystems有限公司(Palo Alto，CA)。
A.SAX-2 Protein ChipTM(強陰離子交換器，陽離子表面)首先要說明，臨時申請S.N.60/131,652(1999年4月29日提交)描述的SAX-1 Protein ChipTM正由Ciphergen Biosystems有限公司更名為SAX-2Protein ChipTM，因而SAX-1與SAX-2 Protein ChipTM是同一種晶片。
金屬基板表面經雷射蝕刻處理(如Quantred公司Galaxy型ND-YAG雷射器，使用1.064nm發射，功率30～35瓦，雷射點大小0.005英寸，雷射源與表面距離為12～14英寸；掃描速率為約每秒25mm)，然後用玻璃塗料塗覆金屬基板的蝕刻表面。
以(-)核黃素(0.01wt％)作光引發劑、過硫酸銨(0.2wt％)作加速劑，將3-(異丁烯醯氨基)丙基三甲基氯化銨(15.0wt％)與N，N』-亞甲雙丙烯醯胺(0.4wt％)光聚合。將單體溶液澱積在粗蝕刻的塗布玻璃的基板上(0.4μL，兩次)，用近紫外曝光系統(汞短弧燈，20mw/cm2，365nm)照射5分鐘。表面用氯化鈉溶液(1M)衝洗，再用去離子水衝洗兩次。
B.WCX-1 Protein ChipTM(弱陽離子交換器，陰離子表面)
按上述方法處理基板表面。
以(一)核黃素(0.01wt％)作光引發劑，過硫酸銨(0.2wt％)作加速劑，對2-丙烯醯氨基乙醇酸(15.0wt％)與N，N』-亞甲雙丙烯醯胺(0.4wt％)作光聚合。將單體溶液沉積在粗蝕刻的塗玻璃的基板上(0.4μL，兩次)，用近紫外曝光系統(汞短弧燈，20mW/cm2，365nm)照射5分鐘。用氯化鈉溶液(1M)衝洗表面，再用去離子水衝洗表面兩次。
C.IMAC-3 Protein ChipTM(固定化金屬親合俘獲，表面上的氨三乙酸)按上述方法處理基板表面。
以(-)核黃素(0.02wt％)作光引發劑，對5-甲基丙烯醯氨基-2-(N，N-二羧基甲氨基)戊酸(7.5wt％)、丙烯醯基三(羥甲基)甲胺(7.5wt％)與N，N』-亞甲雙丙烯醯胺(0.4wt％)作光聚合。將單體溶液沉積在粗蝕刻的塗玻璃的基板上(0.4μL，兩次)，用近紫外曝光系統(汞短弧燈，20mW/cm2，365nm)照射5分鐘。用1M氯化鈉溶液衝洗表面，再用去離子水衝洗表面兩次。
II.保留色譜法約定A.使用SAX-2 Protein ChipTM的約定SAX-2探頭在表面上包含四個銨基團(強陽離子部分)，樣品使用前無須作pH循環，表面製備只需平衡粘合緩衝劑的斑點。下列約定只是示例，本領域技術人員顯然明白合理的修正。
1.用疏水筆(如ImmEdgeTM筆，Vector實驗室，Barlingame，CA)畫出各點小凝膠材料的輪廓。
2.對各點加10μL粘合緩衝劑，在高頻振動器(如TOMMY MT-360微管混合器，Tomy Tech USA，Palo Alto，CA)上以室溫培育5分鐘。緩衝劑最好不作空氣乾燥。
3.從斑點中除去多餘的緩衝劑，最好不要觸碰斑點表面，不讓斑點乾燥。重複步驟2和3一次以上。
4.每點加2～3μL樣品。樣品可在粘合緩衝劑中製備。
5.注意粘合緩衝劑中最好無鹽類，且在粘合與衝洗緩衝劑裡最好包含非離子洗滌劑(如0.1％OGP或Triton X-100)，以減少非特定的粘合。
6.改變粘合和/或衝洗緩衝劑的pH與電離強度，也能修正電離粘合作用。
7.將探頭放入塑料裝運管裡，用溼織物塞子抵住探頭使之保持直立，封閉管帽形成溼潤腔室。
8.在高頻振動器上使管內探頭培育20～30分鐘。管子用粘帶固定在振動上(注意在高頻振動器上培育探頭能提高粘合效率，然而，若無振動器，探頭也可在溼潤室培育30分鐘至1小時)。
9.用5μL粘合緩衝劑衝洗各點五次，再用水(5μL)快洗兩次。
10.楷幹點四周，若仍溼潤，對各點加0.5μL飽和EAM溶液，空氣乾燥。對各點再加第二部分0.5μL EAM，空氣乾燥。
11.用質譜儀(如SELDITM蛋白質系統)分析探頭(注意若在低質量區內EAM峰幹擾樣品峰，首先試一下加一次EAM。另外，也可減小儀器的強度以減弱EAM信號)。
對上述約定推薦的緩衝劑是20～100mM鈉或乙酸銨、Tris HCl和含無離子洗滌劑(如0.1％Triton X-100)的50mM Tris基礎(pH＞9)緩衝劑。
B.使用WCX-1 ProteinChipTM的約定WCX-1探頭包含表面上的羰酸鹽團(弱陰離子部分)，能以鹽類形式貯藏，鈉作為對離子。為在質譜中儘量減小鈉加合物峰，建議在裝樣品前，用含揮發性鹽的緩衝劑(如乙酸銨緩衝劑)預處理該探頭。下述約定作為示例，本領域技術人員顯然明白任何合理的修正。
1.在振動器上用10mL 10mM鹽酸衝洗5分鐘對探頭作預處理，用10mL水漂洗三次，揩乾點四周。
2.用疏水筆(如ImmEdgeTM筆，Vector實驗室，Burlingame，CA)畫出各點水凝膠材料的輪廓。
3.對各點加10μL 100mM乙酸銨pH6.5(或粘合緩衝劑的pH值)，室溫下在高頻振動器(如TOMMY MT-360微管混合器，Tomy Tech USA，Palo Alto，CA)上培育5分鐘。最好不讓緩衝劑空氣乾燥。
4.除去各點多層的緩衝劑。最好不要觸碰各點表面，不要讓各點乾燥。重複步驟3和4一次以上。
5.每點加2～3μL樣品。樣品可在電離強度比預處理緩衝劑低的粘合緩衝劑中製備，如用含0.01％OGP或Triton X-100的20mM乙酸銨pH6.5的粘合緩衝劑開始製備。
6.注意粘合緩衝劑最好無鹽類，而且最好在粘合與衝洗緩衝劑中含有低濃度的無離子洗滌劑(如0.01％OGP或Triton X-100)，以減小非特定粘合作用。
7.改變粘合和/或衝洗緩衝劑的pH與電離強度，可以修正電離粘合作用。
8.把探頭放入塑料裝運管，用溼織物塞抵住探頭使之直立，封閉管帽形成溼潤室。
9.在高頻振動器上培育管內探頭20～30分鐘，管用粘帶固定于振動器(注意在高頻振動器上培育探頭可提高粘合效率。若無振動器，也可在溼潤室裡培育探頭30分鐘至1小時)。
10.用5μL粘合緩衝劑衝洗各點五次，再用水(5μL)快衝洗兩次。
11.揩乾各點四周，若仍溼潤，對各點加0.5μL飽和EAM溶液，空氣乾燥。對各點加第二部分0.5μL EAM(如芥子酸基質-在50％水乙腈、0.5％TFA中飽和)溶液，空氣乾燥。
12.用質譜儀(如SELDITM蛋白質生物系統)分析探頭(注意若EAM峰在低質量區中幹擾樣品峰，首先可試加一次EAM。此外，也可降低儀器的強度以減弱EAM信號)。
對上述約定推薦的緩衝劑為20～100mM乙酸銨和含低濃度(如0.01％)無離子洗滌劑(如0.1％Triton X-100)的磷酸鹽緩衝劑。
C.使用IMAC-3 ProteinChipTM的約定IMAC-3探頭在表面上含次氮基三乙酸(NTA)團，它以無金屬形式製作，使用前裝上鎳金屬。下述約定為示例，本領域技術人員顯然明白任何合適的修正。
1.用疏水筆(如ImmEdgeTM筆，Vector實驗室，Barlingame，CA)畫出各點輪廓。
2.對各點加10μL100mM硫酸鎳，室溫下在高頻振動器(如TOMMY MT-360微管混合器，Tomy Tech USA，Palo Alto，CA)上培育15分鐘，最好不讓溶液空氣乾燥。
3.用流動去離子水漂洗探頭約10秒鐘以除去多餘的鎳。
4.對各點在PBS中加5μL 0.5M NaCl(或其它含至少0.5M NaCl的粘合緩衝劑)，在振動器上培育5分鐘。最好不讓緩衝劑空氣乾燥。揩乾點四周，最好不讓各點乾燥。
5.各點加2～3μL樣品。可將絡合生物樣品溶入8M尿素，PBS中1％CHAPS，pH7.2，室溫下旋轉15分鐘，再在0.5M NaCl/PBS中稀釋成最終濃度約1M尿素。
6.將探頭放入塑料裝運管，用溼織物塞抵住探頭使之直立，封閉管帽形成溼潤室。
7.在高頻振動器上培育管內探頭20～30分鐘。管用帶固定于振動器(注意在高頻振動器上培育探頭可提高粘合效率，若無振動器，可在溼潤室中培育探頭30分鐘至1小時)。
8.用5μL粘合緩衝劑衝洗各點五次，再用水(5μL)快洗兩次。
9.揩乾點四周，若仍溼潤，對各點加0.5μL飽和EAM溶液，空氣乾燥。再對各點加第二部分EAM，空氣乾燥。
10.用質譜儀(如SELDI蛋白質生物系統)分析探頭(注意若EAM峰在低質量區幹擾樣品峰，首先可試加一次EAM。此外，也可減小儀器的強度以減弱EAM信號)。
對上述約定，為了儘量減少非特定電離與疏水互作用，分別推薦了含氯化鈉(至少0.5M)粘合緩衝劑和洗滌劑(如0.1％Triton X-100)。絡合生物樣品可以溶入尿素與洗滌劑。
III.識別布線曲線在以下實例中，在雷射強度為50、ND濾波器靈敏度為9的情況下，用SELDITM蛋白質生物系統收集數據，得到每點平均80次發射(10個位置乘上每個位置8次發射)，各點用同樣雷射強度發射4次而預熱。
A.在不同pH值下，胎牛血清蛋白與SAX-2 Protein ChipTM的選擇性粘合胎牛血清樣品(dialized，GIBCO BRL，Life Technologies，GrandIsland，NY)以1～30比率在下列粘合緩衝劑中稀釋(a)0.1M乙酸鈉，0.1％Triton X-100pH4.5；(b)0.1M Tris HCl，0.1％Triton X-100 pH6.5；和(c)50mMtris基，0.1％Triton X-100 pH9.5。樣品加在SAX-2探頭上，探頭按上述約定製備。
圖2示出胎牛血清蛋白識別曲線中高分子質量的合成質譜。底部曲線表示在樣品經稀釋並用pH9.5緩衝劑衝洗後，留在SAX-2探頭上的牛血清蛋白(BSA)、鐵傳遞蛋白和IgG的信號強度。中間與上面的曲線表示減小緩衝劑pH而不同地增強或減弱保留在同一探頭上的複合蛋白混合物的不同成分，如中間曲線示出的BSA信號強度，在樣品稀釋並用pH6.5緩衝劑衝洗後就增強。反之，在樣品用pH6.5緩衝劑或pH4.5緩衝劑稀釋後，鐵傳遞蛋白和IgG的信號強度可忽略不計。
B.在不同pH值下，胎牛血清蛋白與WCX-1 Protein ChipTM的選擇性粘合胎牛血清樣品(dialized，GIBCO BRL，Life Technologies，GrandIsland，NY)以1～30比率在下列粘合緩衝劑中稀釋(a)0.1M乙酸鈉，0.1％Triton X-100 pH4.5；(b)0.1M乙酸鈉，0.1％Triton X-100 pH5.5；和(c)0.1M磷酸鈉，0.1％Triton X-100 pH8.5。樣品加在WCX-1探頭上，探頭按上述約定製備。
圖3示出胎牛血清蛋白識別曲線在高分子質量處的合成質譜。上面的曲線表示樣品用pH4.5緩衝劑稀釋衝洗後，留在WCX-1探頭上的血清蛋白，如上面的曲線示出強的BSA信號強度與弱的鐵傳遞蛋白信號強度。樣品用pH5.5或pH8.5緩衝劑稀釋衝洗後，血清蛋白(包括BSA與鐵傳遞蛋白)許多成分的信號減弱了，或可予以忽略。
C.在不同pH值下，胎牛血清蛋白與IMAC-3 Protein ChipTM的選擇性粘合胎牛血清樣品(dialized，GIBCO BRL，Life Technologies，Grand Island，NY)以1～10比率在8M尿素、1％CHAPS、PBS pH7.2中稀釋，並在室溫下旋轉15分鐘，再以1～3比率在0.5M NaCl/PBS中進一步稀釋。對按上述方法製備的IMAC-3探頭上的各點加約2～3μL稀釋的胎牛血清。在溼潤室裡培育20～30分鐘後，對6點用0.5M NaCl/PBS、0.1％Triton X-100衝洗五次(各5μL)，另外6點用0.5M NaCl/PBS、0.1％Triton X-100、100mM咪唑衝洗五次(如5μL)。樣品用上述約定衝洗後進一步製備。
圖4示出胎牛血清蛋白識別曲線在高分子質量處的合成質譜。底部曲線表示血清蛋白，尤其是用水衝洗後留在正相(如二氧化矽構成的探頭表面)上的BSA與鐵傳遞蛋白。上部曲線表示樣品用緩衝劑稀釋衝洗後留在IMAC-3鎳探頭上的血清蛋白(如鐵傳遞蛋白與IgG)。如上部曲線所示，與正相比較，IMAC-3鎳探頭選擇保留的鐵傳遞蛋白只是BSA的粘合作用減小了。中間的曲線表明，包含的咪唑(即組氨酸-粘合競爭親和配體)減少了同一探頭上保留的絡合蛋白混合物的所有成分。
本發明對用氣相離子譜儀檢測被分析物提出了新穎的材料與方法，雖然提出了若干特定實例，但是以上描述僅是示例而非限制，上述實施例的任何一種或多種特徵都能以任何方式與本發明任何其它實施例的一種或多種特徵相結合。另外，閱讀本說明書後，本領域的技術人員將明白本發明的許多變化。因此，本發明的範圍不應按上述說明來確定，應參照所附的權項及其等同的全部範圍來確定。
本申請中提到的所有出版物和專利文件都通過引用整體與本申請結合，如同每種單獨出版物或專利文件一樣。通過在本文本中引用各種參考文獻，申請人不認為任何具體文獻對其發明是「已有技術」。
權利要求
1.一種可卸地插入氣相離子譜儀的探頭，其特徵在於，該探頭包括帶表面的基板和表面上的水凝膠材料，其中，水凝膠材料經交聯，並包括用於粘合可被氣相離子譜儀檢測的被分析物的粘合官能團。
2.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述基板為條形或板形。
3.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述基板導電。
4.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述基板表面被處理成粘附水凝膠材料。
5.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述基板表面用金屬塗層、氧化物塗層、溶膠凝膠、玻璃塗層或偶合劑處理。
6.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述基板表面為粗糙、多孔或微孔。
7.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述水凝膠材料在基板表面上原地聚合。
8.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述基板表面塗有玻璃塗層，水凝膠材料在玻璃塗層上通過將含單體溶液沉積在玻璃塗層上而原地聚合，單體經預官能化具備粘合官能團。
9.如權利要求5所述的探頭，其特徵在於，所述塗層與水凝膠材料的組合厚度至少約1微米。
10.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述水凝膠材料至少約1微米厚。
11.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述水凝膠材料為斷續圖形形式。
12.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述水凝膠材料為斷續的分立斑點形式。
13.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述水凝膠材料連續，且具有一維或二維梯度的一個或多個粘合官能團。
14.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述多種含不同粘合官能團的不同水凝膠材料位於基板表面。
15.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述水凝膠材料是均聚物、共聚物或混合聚合物。
16.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述水凝膠材料由取代的丙烯醯胺單體、取代的丙烯酸單體或其衍生物製得。
17.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團通過以下互作用吸引被分析物鹽促進互作用、親水性互作用、靜電互作用、配位互作用、共價互作用、酶位互作用、可逆共價互作用、非可逆共價互作用、糖蛋白互作用、生物特異性互作用及其組合互作用。
18.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述水凝膠材料的粘合官能團選自羧基、磺酸鹽基團、磷酸鹽基團、銨基、親水性基團、疏水性基團、反應性基團、金屬螯合基團、硫醚基、生物素基、硼化基團、染料基團、膽固醇基團及其衍生物。
19.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，粘合官能團為羧基，水凝膠材料由單體製得，而單體選自甲基丙烯酸、丙烯酸2-羧基乙酯、N-丙烯醯氨基己酸、N-羧甲基丙烯醯胺、2-丙烯醯氨基乙醇酸及其衍生物。
20.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，粘合官能團為硫酸鹽團，小凝膠材料由丙烯醯氨基甲基丙烷磺酸單體或其衍生物製得。
21.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，粘合官能團為磷酸鹽基團，水凝膠材料由N-磷酸乙基丙烯醯胺單體或其衍生物製得。
22.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團為銨基，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自甲基丙烯酸三甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、二乙基氨基乙基丙烯醯胺、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯醯胺、二乙基氨基丙基(甲基)丙烯醯胺、氨基丙基丙烯醯胺、3-(甲基丙烯醯基氨基)丙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸2-氨基乙酯、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯醯胺、甲基丙烯酸2-(叔丁基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-(N，N-二甲基氨基)乙酯、N-(2-(N，N-二甲基氨基))乙基(甲基)丙烯醯胺、N-(3-(N，N-二甲基氨基))丙基(甲基)丙烯醯胺、2-(甲基丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨、3-甲基丙烯醯氧基-2-羥基丙基三甲基氯化銨、(2-丙烯醯氧基乙基)(4-苯甲醯基苄基)二甲基氯化銨、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、乙烯基咪唑及它們的衍生物。
23.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團為親水性基團，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自N-(甲基丙烯醯基)三(羥甲基)甲胺、羥乙基丙烯醯胺、羥丙基(甲基)丙烯醯胺、N-丙烯醯氨基-1-去氧山梨糖醇、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥基苯酯、聚乙二醇單甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙烯醯胺、丙三醇單甲基丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基丙酯、甲基丙烯酸4-羥基丁酯、2-甲基丙烯醯氧基乙基葡糖苷、聚(乙二醇)單甲醚單甲基丙烯酸酯、乙烯基-4-羥基丁醚及它們的衍生物。
24.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團為疏水性基團，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自N，N-二甲基丙烯醯胺、N，N-二乙基(甲基)丙烯醯胺、N-甲基(甲基)丙烯醯胺、N-乙基(甲基)丙烯醯胺、N-丙基丙烯醯胺、N-丁基丙烯醯胺、N-辛基(甲基)丙烯醯胺、N-月桂基(甲基)丙烯醯胺、N-十八烷基丙烯醯胺、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、辛基三苯甲基(甲基)丙烯醯胺、丁基三苯甲基(甲基)丙烯醯胺、十八烷基三苯甲基丙烯醯胺、苯基三苯甲基丙烯醯胺、苄基三苯甲基丙烯醯胺和它們的衍生物。
25.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團為金屬鰲合基團，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自N-(3-N，N-二羧基甲基氨基)丙基(甲基)丙烯醯胺、5-甲基丙烯醯氨基-2-(N，N-二羧基甲基氨基)戊酸、N-(丙烯醯氨基乙基)乙二胺N，N』，N』-三乙酸和它們的衍生物。
26.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團為反應性基團，所述水凝膠材料得自下述單體，該單體選自縮水甘油丙烯酸酯、丙烯醯氯、縮水甘油(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯醯氯、N-丙烯醯氧基琥珀醯亞胺、乙烯基吖內酯、丙烯醯氨基丙基吡啶基二硫、N-(丙烯醯氨基丙基)馬來醯亞胺、用雙環氧化烷化合物活化的丙烯醯氨基去氧山梨糖醇、氯甲酸烯丙酯、甲基丙烯酸酐、丙烯醛、烯丙基丁二酸酐、檸康酸酐、烯丙基-縮水甘油醚和它們的衍生物。
27.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團為硫醚基團，所述水凝膠材料得自親硫性單體，該親硫性單體選自甲基丙烯酸2-羥基-3-巰基吡啶基丙酯、2-(2-(3-(甲基)丙烯醯氧基乙氧基)乙磺醯基)乙基硫烷基乙醇或它們的衍生物。
28.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團為生物素基團，所述水凝膠材料得自生物素單體，該生物素單體選自N-生物素基-3-(甲基丙烯醯氨基)丙胺及其衍生物。
29.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團為硼化基團，所述水凝膠材料得自硼化單體，該硼化單體選自N-(m-二羥基硼基)苯基(甲基)丙烯醯胺及其衍生物。
30.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團是染料基團，水凝膠材料由選自N-(N』-染料偶合的氨丙基)甲基丙烯醯胺及其衍生物的單體製成。
31.如權利要求18所述的探頭，其特徵在於，所述粘合官能團是膽甾醇基團，水凝膠材料由選自N-膽甾基-3-甲基丙烯醯氨基丙胺及其衍生物的膽甾醇單體製成。
32.一種可卸地插入氣相離子譜儀的探頭，其特徵在於，所述探頭包括帶表面的基板和表面上多個直徑基本均一的顆粒，所述顆粒包含的粘合官能團用於粘合可被氣相離子譜儀檢測的被分析物。
33.如權利要求32所述的探頭，其特徵在於，所述多個顆粒的平均直徑小於約1000μm。
34.如權利要求32所述的探頭，其特徵在於，所述顆粒的直徑變化係數小於約5％。
35.如權利要求32所述的探頭，其特徵在於，所述基板表面被處理成可粘附所述顆粒。
36.如權利要求32所述的探頭，其特徵在於，所述顆粒的粘合官能團選自羧基、磺酸鹽基團、磷酸鹽基團、銨基、親水性基團、疏水性基團、反應性基團、金屬螯合基團、硫醚基、生物素基、硼化基團、染料基團、膽固醇基團及其衍生物。
37.一種檢測被分析物的系統，其特徵在於包括包括進口系統的氣相離子譜儀，和一種插入氣相離子譜儀進口系統的可卸插入探頭，所述探頭包括帶表面的基板和表面上的水凝膠材料，其中水凝膠材料經交聯，包含粘合被分析物的粘合官能團。
38.如權利要求37所述的系統，其特徵在於，所述氣相離子譜儀是質譜儀。
39.如權利要求38所述的系統，其特徵在於，所述質譜你是雷射解吸附質譜儀。
40.如權利要求39所述的系統，其特徵在於，所述基板為條形或板形。
41.如權利要求39所述的系統，其特徵在於，所述水凝膠材料在基板表面上通過將含單體溶液沉澱在基板表面上而原地聚合，單體經預官能化具備粘合官能團。
42.一種檢測被分析物的系統，其特徵在於，包括包括進口系統的氣相離子譜儀，和插入氣相離子譜儀進口系統的可卸插入探頭，所述探頭包括帶表面的基板和在表面上直徑基本均一的多個顆粒，所述顆粒包含粘合被分析物的粘合官能團。
43.如權利要求42所述的系統，其特徵在於，所述氣相離子譜儀是質譜儀。
44.如權利要求43所述的系統，其特徵在於，所述質譜儀是雷射解吸附質譜儀。
45.如權利要求44所述的系統，其特徵在於，所述多個顆粒的平均直徑小於約1000μm。
46.如權利要求44所述的系統，其特徵在於，所述顆粒的直徑變化係數小於約5％。
47.一種製造可卸插入氣相離子譜儀的探頭的方法，其特徵在於，所述方法包括提供一帶表面的基板；處理所述基板表面；和將水凝膠材料置於基板表面，其中所述水凝膠材料經交聯並含有粘合可被氣相離子譜儀檢測的被分析物的粘合官能團。
48.如權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述基板表面作粗糙處理。
49.如權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述基板表面用雷射蝕刻、化學蝕刻或濺射蝕刻處理。
50.如權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述基板表面結合有金屬塗層、氧化物塗層、溶膠凝膠、玻璃塗層或偶合劑。
51.如權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述水凝膠材料通過在基板表面原地聚合諸單體而製成。
52.如權利要求51所述的方法，其特徵在於，所述單體經預官能化而具備粘合官能團。
53.如權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述粘合官能團選自羧基、磺酸鹽基團、磷酸鹽基團、銨基、親水性基團、疏水性基團、反應性基團、金屬螯合基團、硫醚基、生物素基、硼化基團、染料基團、膽固醇基團及其衍生物。
54.如權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述水凝膠材料經照射交聯。
55.如權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述水凝膠材料通過在基板表面原地照射交聯單體而製成。
56.一種製造可卸插入氣相離子譜儀的探頭的方法，其特徵在於，所述方法包括提供一帶表面的基板；處理所述基板表面；和在基板表面上放置多個直徑基本均一的顆粒，所述顆粒包含的粘合官能團可粘合能被氣相離子譜儀檢測的被分析物。
57.如權利要求56所述的方法，其特徵在於，所述基板表面作粗糙處理。
58.如權利要求56所述的方法，其特徵在於，所述基板表面作雷射蝕刻、化學蝕刻或濺射蝕刻處理。
59.如權利要求56所述的方法，其特徵在於，所述基板表面作交聯試劑處理，使顆粒能與基板表面共價鍵合。
60.一種檢測被分析物的方法，其特徵在於，所述方法包括(a)提供可卸插入氣相離子譜儀的探頭，所述探頭包括帶表面的基板和表面上的水凝膠材料，其中所述凝膠材料經交聯並含有粘合被分析物的粘合官能團；(b)在一定條件下，將所述水凝膠材料的粘合官能團暴露於含被分析物樣品，使被分析物與水凝膠材料的粘合官能團粘合；(c)用電離源的能量撞擊探頭表面；(d)用氣相離子譜儀從探頭解吸粘合的被分析物；和(e)檢測解吸的被分析物。
61.如權利要求60所述的方法，其特徵在於，所述氣相離子譜儀是質譜儀。
62.如權利要求61所述的方法，其特徵在於，所述質譜儀是雷射解吸質譜儀。
63.如權利要求62所述的方法，其特徵在於，還包括衝洗步驟，以便有選擇地修正被分析物與水凝膠材料的粘合官能團之間的粘合閾值。
64.如權利要求62所述的方法，其特徵在於，還包括在與水凝膠材料的粘合官能團粘合的同時以化學或酶學方式修正被分析物的步驟。
65.如權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述被分析物選自含胺組合庫、胺基酸、染料、藥物、毒素、生物素、DNA、RNA、肽、低聚核甙酸、賴氨酸、乙醯葡糖胺、普施安紅、穀胱甘肽和腺苷-磷酸。
66.如權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述被分析物選自多核苷酸、抗生物素蛋白、抗生蛋白鏈菌素、多糖、外源凝集素、蛋白質、抑胃肽、蛋白A、凝集素、肝素、蛋白G和刀豆球蛋白。
67.如權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述被分析物包含不同生物聚合物的絡合物。
68.一種檢測被分析物的方法，其特徵在於，包括(a)提供可卸插入氣相離子譜儀的探頭，所述探頭包括帶表面的基板和表面上多個直徑基本均一的顆粒，所述顆粒包含粘合被分析物的粘合官能團；(b)在一定條件下，將顆粒的粘合官能團暴露於含被分析物樣品，以在被分析物與顆粒的粘合官能團之間發生粘合；(c)用電離源的能量撞擊探頭表面；(d)用氣相離子譜儀從探頭解吸粘合的被分析物；和(e)檢測解吸的被分析物。
69.如權利要求68所述的方法，其特徵在於，所述氣相離子譜儀是質譜儀。
70.如權利要求69所述的方法，其特徵在於，所述質譜儀是雷射解吸質譜儀。
71.如權利要求70所述的方法，其特徵在於，還包括衝洗步驟，以便有選擇地修正被分析物與顆粒粘合官能團之間的粘合閾值。
72.如權利要求70所述的方法，其特徵在於，還包括在與顆粒粘合官能團粘合的同時以化學或酶學方式修正被分析物的步驟。
73.如權利要求70所述的方法，其特徵在於，所述被分析物選自含胺組合庫、胺基酸、染料、藥物、毒素、生物素、DNA、RNA、肽、低聚核苷酸、賴氨酸、乙醯葡糖胺、普施安紅、穀胱甘肽和腺苷-磷酸。
74.如權利要求70所述的方法，其特徵在於，所述被分析物選自多核苷酸、抗生物素蛋白、抗生蛋白鏈菌素、多糖、外源凝集素、蛋白質、抑胃肽、蛋白A、凝集素、肝素、蛋白G和刀豆球蛋白。
75.如權利要求70所述的方法，其特徵在於，所述被分析物包括不同生物聚合物的絡合物。
全文摘要
本發明提出一種探頭及其製造方法。該探頭可卸地插入氣相離子譜儀,它包括帶表面的基板和表面上的水凝膠材料,水凝膠材料包含粘合能被氣相離子譜儀檢測的被分析物的粘合官能團。本發明還提出一種探頭及其製造方法,該探頭可卸地插入氣相離子譜儀,探頭包括帶表面的基板和表面上多個直徑均一的顆粒,顆粒包含可粘合能被氣相離子譜儀檢測的被分析物的粘合官能團。另外,本發明還提出一種系統,該系統包括本發明的探頭、包含能源的氣相離子譜儀和同探頭表面有聯繫用於檢測解吸被分析物的檢測器,其中所述能源將光指向探頭表面而解吸被分析物。本發明還提出一種從探頭表面解吸被分析物的方法,包括在一定條件下,將粘合官能團暴露於含被分析物樣品,使被分析物與粘合官能團粘合,並由氣相離子譜儀從探頭解吸被分析物。
文檔編號G01N27/64GK1360732SQ00809424
公開日2002年7月24日 申請日期2000年4月27日 優先權日1999年4月27日
發明者W·E·裡奇, 嚴筆弟, K·沃多夫, 葉大同, J·比徹 申請人:賽弗根生物系統股份有限公司