使用潮溼的多孔材料產生離子的製作方法

2023-05-01 20:02:01

專利名稱：使用潮溼的多孔材料產生離子的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及用於對樣品進行質譜分析的系統和方法。
背景技術：
質譜分析法是一種用於分析化學(尤其是生命科學)的重要研究和應用的非常靈敏的分析法。電噴霧電離(ESI)通常被視作是用於電離溶液相分子的最具特點且最有效的方法。該方法可以簡單地分成三個階段液滴形成、液滴蒸發和離子形成(加斯克爾-J, 質譜學報 1997(Gaskell，S. J. Journal of Mass Spectrometry 1997)，32，677-688)。當向流過質譜儀探針的溶液施加強電場時，探針的針尖處會形成泰勒圓錐，從而使小液滴形成的薄霧從此圓錐的尖端噴出。由於游離液滴蒸發和庫侖力的存在，因此產生樣品分析物的離子。所述離子進入質譜儀，隨後進行分析。ESI存在的問題是，要使用ESI對許多類型的樣品進行分析，必須先製備樣品。在使用ESI質譜分析法分析樣品之前，要對樣品進行提取和過濾規程，以提純所述樣品，例如，清除鹽和清潔劑。這些規程複雜、耗時且昂貴。此外，提純過程中使用的試劑可能會干擾隨後對所提純的樣品中的目標分析物進行分析。此外，非溶液態的樣品在進行ESI分析之前必須溶解和提純。近來，已形成常壓電離的概念，現在常壓電離一族的成員超過二十個，例如，解吸電噴霧電離(DESI)和實時直接分析(DART)。使用質譜分析法進行常壓電離可以在不進行過多或甚至不進行任何樣品製備和/或預先製備的情況下在常壓環境下從凝相樣品中電離分析物，從而提供用於對複雜混合物和生物樣品進行實時實地分析的溶液。這些常壓電離方法引領並延續著質譜分析法在生命科學、環境監測、法醫應用和治療分析方面的革命。 然而，上文所述的常壓電離技術在分析樣品時仍然需要氣動輔助、持續的溶劑流和高壓電源。需要可以將樣品製備和預處理與對樣品進行質譜分析的電離過程相結合使得在分析樣品時不需要氣動輔助或持續的溶劑流的系統和方法。

發明內容
本發明大體上涉及由流體和固體樣品產生離子用於質譜分析的新系統和方法。多孔材料(例如，濾紙)或類似材料可容納並轉移液體；當向這些材料施加高電壓時，所述材料的邊緣會直接產生離子。所述多孔材料保持與溶劑流分離(即，獨立或分開的)。事實上，會將樣品點到多孔材料上，或者將多孔材料潤溼，然後用多孔材料擦拭含該樣品的表面。接著，點到或擦到樣品的多孔材料會被潤溼並連接到高壓電源以產生樣品的離子，隨後對這些離子進行分析。樣品可通過多孔材料輸送，而不需要單獨的溶劑流。本發明的裝置和方法將樣品製備和預處理與對樣品進行質譜分析所需的電離過程相結合。本發明的裝置和方法可以對基體複雜的原生物樣品(例如，生物流體和組織) 中的化學物質進行快速直接分析，而無需製備樣品。在特定實施例中，本發明的裝置和方法可以對幹的血點或尿斑進行分析。本發明的一方面提供一種包括連接到高壓電源的多孔材料的質譜探針，其中所述多孔材料與溶劑流分離。示例性多孔材料包括紙，例如，濾紙，或PVDF膜。多孔材料可具有任何形狀。在某些實施例中，多孔材料可為三角形。在某些實施例中，探針進一步包括施加到多孔材料的個別量的溶劑，例如，一滴或多滴液滴。溶劑可為一滴或多滴液滴，而且其量要足夠潤溼多孔材料。只要向多孔材料施加溶劑，溶劑便可輔助樣品通過多孔材料進行輸送。溶劑可能含有內標物。溶劑/基材化合物可以區別保留化學性質不同的樣品成分。在某些實施例中，溶劑可使鹽和基體的效應最小化。在其他實施例中，溶劑包括可對所選的分析物進行在線化學衍生的化學試劑。本發明的另一方面提供一種用於分析樣品材料的系統，其包括探針，所述探針包括連接到高壓電源的多孔材料，其中所述多孔材料保持與溶劑流分開；以及質譜分析儀。所述質譜分析儀可為臺式質譜儀或手持式質譜儀類型。示例性質譜分析儀包括四極離子阱質譜儀、直線離子阱質譜儀、圓柱形離子阱質譜儀、離子阱迴旋共振質譜儀和軌道阱質譜儀。本發明的又一方面包括一種用於分析樣品的方法，其包括將樣品與多孔材料接觸，其中所述多孔材料與溶劑流分開；將高電壓施加到多孔材料以產生樣品中分析物的離子，所述離子從多孔材料中排出；以及分析所排出的離子。所述方法可進一步包括向多孔材料施加個別量的溶劑，例如，一滴或多滴液滴。在某些實施例中，所述分析涉及提供質譜分析儀以產生樣品中分析物的質譜。在某些實施例中，樣品為液體。在其他實施例中，樣品為固體。在樣品為固體的實施例中，可使用多孔材料擦拭樣品表面。可在擦拭了固體樣品之前或之後將溶劑施加到多孔材料上。示例性樣品包括化學物質或生物物質。本發明的又一方面提供一種電離樣品的方法，其包括向多孔材料施加高電壓以產生樣品中分析物的離子，其中所述多孔材料與溶劑流保持分開。示例性多孔材料包括紙或 PVDF 膜。


圖IA為將樣品溶液供給一張紙進行電噴霧電離的圖。圖IB為將樣品溶液預先點到這張紙上隨後將一滴溶劑供給這張紙進行電噴霧電離的圖。圖2A為使用本發明探針得到的海洛因(濃度lppm，量10μ 1，溶劑Me0H/H20/ HOAc (50 49 1，ν/ν/ν))的 MS 譜。圖 2Β 為海洛因(濃度lppb，量10 μ 1，溶劑MeOH/ H20/H0Ac (50 49 1, ν/ν/ν))的 MS/MS 譜。圖3A為使用本發明探針得到的咖啡因(濃度10ppm，量10 μ 1，溶劑Me0H/H20/ HOAc (50 49 1，ν/ν/ν))的MS 譜。圖為咖啡因(濃度lOppb，量10 μ 1，溶劑MeOH/
5H20/H0Ac (50 49 1, ν/ν/ν))的 MS/MS 譜。圖4A為使用本發明探針得到的苯甲醯芽子鹼(濃度10ppm，量10 μ 1，溶劑 Me0HAl20/H0Ac (50 49 1，ν/ν/ν))的 MS 譜。圖 4Β 為苯甲醯芽子鹼(濃度lOppb，量 10μ 1，溶劑Me0H/H20/H0Ac(50 49 1, ν/ν/ν))的 MS/MS 譜。圖5A為使用本發明探針得到的絲氨酸(濃度lppm，量10μ 1，溶劑Me0H/H20/ HOAc (50 49 1，ν/ν/ν))的 MS 譜。圖 5Β 為絲氨酸(濃度100ppb，量10 μ 1，溶劑 Me0H/H20/H0Ac (50 49 1, ν/ν/ν))的 MS/MS 譜。圖6A為使用本發明探針得到的肽類緩激肽2-9(濃度10ppm，量10μ 1，溶劑 Me0H/H20/H0Ac (50 49 1，v/v/v))的 MS 譜。圖 6Β 為肽類緩激肽 2-9 (濃度Ippm，量 10μ 1，溶劑Me0H/H20/H0Ac(50 49 1, v/v/v))的 MS/MS 譜。圖7A的MS/MS譜顯示可使用「點」方法從全血樣品中檢測出海洛因。圖7B顯示沒有海洛因的血點的MS/MS譜。圖8A的MS/MS譜顯示可使用「點」方法從原尿樣品中檢測出海洛因。圖8B顯示沒有海洛因的尿點的MS/MS譜。圖9A的MS譜顯示在未進行樣品製備的情況下從可樂中檢測出咖啡因。圖9B的 MS譜顯示從咖啡粉中檢測出咖啡因。可用紙片擦拭咖啡袋的表面來收集咖啡粉。圖10顯示在未進行樣品製備情況下執行的尿分析的MS譜。圖IOA的MS譜顯示從喝咖啡的人尿中檢測出咖啡因。圖IOB的MS譜顯示從未喝咖啡的人尿中未檢測出咖啡因。圖11的MS譜顯示使用相同參數( 2kV，溶劑MeOH H2O = 1 1)對(A)紙三角與(B)PVDF膜進行肽分析(IOppm緩激肽2-9)所產生的差異。圖12顯示使用四種植物的切片組織直接得到的植物組織MS譜。㈧洋蔥，⑶大蔥以及兩種不同的葉子(C)和(D)。圖13顯示維生素C的MS/MS譜。圖13A是在未製備樣品的情況下對洋蔥的直接分析。圖1 使用了標準溶液。圖14A的圖顯示對紙上幹血點的分析；將0. 4μ L全血直接施加到層析紙的三角形區(通常為高10mm，底長5mm)。用銅夾將紙片固持在LTQ質譜儀(美國中部聖何塞賽默飛世爾科技，(Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA))入口的前端，然後將直流電壓 (4. 5kV)施加到用10 μ L甲醇/水(1 lv/v)潤溼的紙上。圖14B圖示伊馬替尼(格列衛)的分子結構和0.4yL含有4yg/mL伊馬替尼的全血的紙噴霧串聯質譜。伊馬替尼由MS/MS轉變m/z 494 □ m/z 394(插圖)來表示和量化(插圖)。圖14C圖示摻入了伊馬替尼(62. 5-44yg/mL)及其同位素伊馬替尼_d8 (1 μ g/ mL)的全血的定量分析。插圖曲線表示低濃度範圍。圖15為血管緊張素I溶液的紙噴霧器質譜。插圖表示質量範圍為630-700的展開圖。圖16的質譜顯示用本發明探針對動物組織中的激素進行的直接分析。圖17A和圖17B的質譜顯示對人類前列腺腫瘤組織和正常組織進行的直接分析。圖18為摻入了 10 μ g/mL阿替洛爾的全血的質譜。所得數據是通過將本發明的系統和方法與手持式質譜儀相結合獲得的。
6
圖19A到圖19F顯示從六種不同類型的紙(微孔大小不同的沃特曼濾紙 (a) 3 μ m, (b)4-7ym, (c^ym，及(cOllym，(e)玻璃纖維紙和(f)層析紙)中噴射出來的古柯鹼的質譜。噴霧電壓為4.5kV。圖20A所示為表現紙噴霧器的空間分布特徵的示意性裝置。圖20B是一個2D輪廓圖，顯示探針在相對於質譜儀入口在x-y平面中移動時m/z 304的相對強度。圖20C的圖顯示在紙上注入不同濃度或量的古柯鹼溶液、或用聚四氟乙烯膜密封所述紙時m/z 304 的信號持續時間。圖21為一組純化學溶液的MS譜及其相應的MS/MS譜。所述譜分別為(A)絲氨酸、 ⑶美沙酮、(C)羅紅黴素和⑶緩激肽2-9的譜。圖22這組質譜顯示對複雜混合物中的化學物質進行的分析和在未進行樣品製備的情況下從表面得來的直接分析情況。圖22A和圖22B為在(A)正模式和(B)負模式下直接在紙上分析得到的可口可樂(可樂)的質譜。圖22C為咖啡因的質譜。圖22D為苯甲酸鉀的質譜。圖22E為乙醯磺胺酸鉀的質譜。圖22F為從尿中檢測出的咖啡因的質譜。圖 22G為在擦拭桌面之後用本發明探針直接從桌面檢測出的海洛因的質譜。圖23A顯示用於血液分析的本發明探針的圖像。在此實施例中，多孔材料為紙。左邊的圖顯示點上全血之前的情況。中間的圖顯示點上全血之後讓血點變幹的情況。右邊的圖顯示將甲醇添加到紙之後讓其在紙上行進的情況。右邊的圖顯示甲醇與血點相互作用從而讓分析物行進到紙尖以用於電離和分析的情況。圖2 為全血中的阿替洛爾的質譜。圖 23C為全血中的海洛因的質譜。圖M圖示分析由TLC分開的兩種染料亞甲藍(m/z 284)和甲基紫(m/z 358. 5)。 將染料混合物溶液(0. 1 μ 1的lmg/mL溶液)施加到層析紙Gcm χ 0. 5cm)上並在進行TLC 和紙噴霧MS分析之前弄乾。圖25顯示本發明探針的不同形狀、厚度和角度。圖25A顯示銳度。圖25B顯示針尖的角度。圖25C顯示紙的厚度。圖25D顯示有多個噴頭的裝置。圖25E顯示具有用鋒針製得的微噴頭的DBS卡。圖沈是一組使用圓錐形C4 zip-tip吸管尖的直接噴霧得到的人類血清中伊馬替尼的質譜。含有伊馬替尼的人類血清樣品(各為1.5 μ L)通過多孔C4提取材料三次，接著將3 μ L甲醇添加到帶有4kV正直流電壓的Zip-tip吸管尖以產生噴霧。示5 μ g/ mL的MS譜。圖26B顯示5ng/mL情況下的MS/MS譜。圖27A的圖顯示本發明探針的不同針尖角。從左到右，針尖角分別為30度、45度、 90度、112度、1 度。圖27B的圖顯示針尖角對MS信號強度的影響。所有的MS信號已經標準化為使用90度針尖的MS信號。圖2名k的圖顯示本發明的高處理量探針裝置。圖28B顯示從所述裝置的單個針尖到質譜儀入口中的噴霧。圖28C為一組顯示高產量模式下的MS信號強度的質譜。圖29A示意性描繪使用本發明探針直接分析動物組織的規程。圖29B到圖^D的質譜顯示在所述組織中檢測出不同化學物質。圖30A顯示對普通紙上的幹血清點進行的質譜分析。圖30B顯示對預先添加了甜菜鹼醛(BA)氯化物的紙上的幹血清點進行的質譜分析。圖30C顯示對反應產物[M+BA] + (m/ ζ 488. 6)進行的MS/MS分析。
圖31顯示用改質(圖31A)和未改質的(圖31B)的紙板記錄的MS/MS譜。圖32的質譜顯示可以使用負離子源電位產生離子而對正離子進行質譜分析。圖33A的示意圖顯示具有量控制瓶和溢流瓶的樣品筒的設計。可使用含有化學內標物的可溶解塞子堵住量控制瓶的底部。圖3 顯示用於將血液樣品施加到樣品筒上以便由可控血液量在紙上製備出幹血點的各個步驟。圖34A和圖34B顯示用紙從雜貨店購買的檸檬皮上擦拭到的農業化肥的質譜。圖35顯示多角紙板噴霧器的設計。噴霧角的角度小於其他各角的角度。圖36A和圖36B顯示使用SU_8 2010光致抗蝕劑在一張層析紙上製得的噴頭。圖 36C顯示含有天冬醯胺混合物的甲醇/水溶液的MS譜。
具體實施例方式本發明描述一種由流體和固體產生離子用於質譜分析的新方法。多孔材料，例如紙(例如，濾紙或層析紙)，或其他類似材料可容納並轉移液體和固體；當向這些材料(圖 1)施加高電壓時，從所述材料邊緣會直接產生離子。多孔材料保持與溶劑流(例如，持續的溶劑流)分離(即，獨立或分開的)。事實上，會將樣品點到多孔材料上，或者將樣品從含樣品的表面擦拭到多孔材料上。接著，點到或擦拭到多孔材料的樣品會連接到高壓電源，以產生樣品的離子，隨後對這些離子進行質譜分析。樣品可通過多孔材料輸送，而不需要單獨的溶劑流。輸送分析物不需要氣動輔助；而只要向固持在質譜儀前端的多孔材料施加電壓即可。在某些實施例中，多孔材料為任何基於纖維素的材料。在其他實施例中，多孔材料為非金屬多孔材料，例如，棉、亞麻羊毛、合成織物或植物組織。在其他實施例中，多孔材料為紙。紙的優點包括成本(紙非常便宜)；紙是完全商業化的，且其物理性質和化學性質均可調整；紙可從液體樣品中過濾出微粒(細胞和灰塵)；紙容易成形(例如，易於剪、撕或折)；液體可在毛細管作用下在紙上流動(例如，無需外部抽吸作用和/或通電)；以及紙是一次性的。在某些實施例中，多孔材料與具有適用於噴霧的可眼觀角的固體針尖整合在一起。在這些實施例中，所述多孔材料用於過濾、預先濃縮含噴霧分析物的固體型溶劑，並通過毛細管作用傳送所述溶劑。在特定實施例中，多孔材料為濾紙。示例性濾紙包括纖維素濾紙、無灰濾紙、硝化纖維紙、玻璃微纖維濾紙和聚乙烯紙。具有任何微孔大小的濾紙均可使用。示例性微孔大小包括1級(11 μ m)、2級(8 μ m)、595級μ m)和6級(3 μ m)。微孔大小不僅影響噴霧材料內液體的輸送，還影響泰勒圓錐尖端的形成。最佳的微孔大小會產生穩定的泰勒圓錐並降低液體蒸發。濾紙的微孔大小還是過濾的重要參數，即，濾紙充當在線預處理裝置。可買到的再生纖維素超濾膜的微孔大小處於較低納米範圍，這種超濾膜可用於保留小到IOOODa 的粒子。可購買到的超濾膜的分子量在IOOODa到100，OOODa範圍內。本發明的探針適用於只基於使用多孔材料的邊緣產生的高電場來產生微米級液滴。在特定實施例中，多孔材料形成可眼觀的尖頭(例如，三角形的尖頭)，以用於產生離子。本發明探針的針尖寬度可以各不相同。在某些實施例中，探針尖端寬度至少約為5μπι或更寬、10 μ m或更寬、50 μ m或更寬、150 μ m或更寬、250 μ m或更寬、350 μ m或更寬、400 μ
或更寬、450 μ m或更寬等等。在特定實施例中，尖端寬度至少為350μπι或更寬。在其他實施例中，探針尖端寬度約為400 μ m。在其他實施例中，本發明探針的形狀是三維的，例如，圓錐形。如上文所述，輸送液滴時不需要氣動輔助。常壓電離分析物是在這些帶電液滴的基礎上實現的，從而提供簡單方便的方法對液相樣品進行質譜分析。將樣品溶液直接塗在固持於質譜儀入口前端的多孔材料上，不作任何預處理。然後，通過將高電位施加在潮溼的多孔材料上執行常壓電離。在某些實施例中，多孔材料為紙，紙是含有用於傳送液體的無數微孔和微孔道的一類多孔材料。所述微孔和微孔道還讓紙充當過濾裝置，這有利於對被弄髒的或被汙染的樣品進行分析。在其他實施例中，多孔材料經過處理以在多孔材料中產生微孔道或增強材料的性質，從而用作本發明的探針。例如，可對紙進行圖案化矽烷化處理，以在紙上產生微孔道或結構。例如，此類處理涉及將紙的表面暴露於1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯矽烷，從而使紙矽烷化。在其他實施例中，使用軟光刻工藝以在多孔材料中產生微孔道或增強材料的性質， 從而用作本發明的探針。在其他實施例中，在紙中形成疏水捕集區，以預先濃縮不太親水的化合物。可通過使用光刻法、列印法或等離子處理將疏水區圖案化到紙上，因此將親水通道的側向限制在200 ΙΟΟΟμπι。見馬第尼斯(Martinez)等人(德國應用化學 (Angew. Chem. Int. Ed) 2007，46，1318-1320)；馬第尼斯(Martinez)等人(美國科學院院刊(Proc. Natl Acad. Sci. USA) 2008,105,19606-19611)；亞伯(Abe)等人(分析化學 (Anal. Chem.) 2008,80,6928-6934)；布魯斯威克斯(Bruzewicz)等人(分析化學(Anal. Chem.) 2008，80，3387-3392)；馬第尼斯(Martinez)等人(晶片實驗室(Lab Chip) 2008，8， 2146-2150)；以及李(Li)等人(分析化學(Anal. Chem.) 2008，80，9131-9134)，上述內容全文均以引用的方式併入本文中。加到此類紙質裝置上的液體樣品可通過毛細管作用沿著親水通道行進。另一種改質表面的應用為根據化合物與表面和溶液親和性不同來分離或濃縮化合物。一些化合物最好是在表面上被吸收，而基體中的其他化學物質則保留於水相內。通過水洗可以清除樣品基體，而目標化合物仍在表面上。稍後可用其他高親和性溶劑從表面移取所述目標化合物。重複上述過程有助於脫鹽，還有助於濃縮原樣品。本發明的方法和系統使用多孔材料(例如，紙)來保留和輸送用於質譜分析的分析物。樣品中的分析物以整合方式在多孔材料中預先濃縮、富集和提純，以在向多孔材料施加高電壓後產生離子。在某些實施例中，施加個別量的輸送溶液(例如，一滴或幾滴液滴) 以幫助分析物移動並使之通過多孔材料。在某些實施例中，分析物已在塗到多孔材料的溶液中。在此類實施例中，無需向多孔材料添加額外的溶劑。在其他實施例中，分析物是粉末狀樣品，易於通過擦拭表面加以收集。本發明的系統和方法可以對植物組織或動物組織或者生物體組織進行分析。本發明的方法和系統可分析多種多樣的小分子，包括腎上腺素、絲氨酸、阿特拉津、美沙酮、羅紅黴素、古柯鹼和血管緊張素I。這些小分子在多種多孔表面上均顯示較高質量的質譜和MS/MS子離子質譜(見以下實例)。本發明的方法和系統慮及使用少量溶液，通常是幾μ L，其中分析物的濃度為0. 1 μ g/mL到10 μ g/mL(分析物總量為50pg到5ng)，並產生可持續一分鐘到幾分鐘的信號。本發明的方法和系統還可分析多種多樣的生物分子，包括蛋白質和肽。本發明的方法還可分析凝膠中的寡核苷酸。在電泳分離凝膠中的寡核苷酸之後，使用所屬領域中已知的方法用多孔材料將一個或若干個目標凝膠帶吸乾。吸乾操作導致凝膠帶中的寡核苷酸中至少一些被輸送到多孔材料。接著，將所述多孔材料連接到高壓電源，寡核苷酸被電離並噴射到質譜儀中用於質譜分析。本發明的方法和系統可分析複雜混合物，例如，全血或尿。分析血液中的藥物或其他化合物的典型程序是一個多步驟過程，用於在分析之前儘量清除幹擾物。首先， 通過在約IOOOx g下進行15分鐘離心作用使血細胞與血液中的液體部分分離(馬斯塔德· J · F (Mustard. J. F.)；肯拉克-拉斯波恩· R · L (Kinlough-Rathbone. R. L.)；帕克漢· M · A(Packham.M. A.)酶學方法(Methods in Enzymology)；學術出版社，1989)。然後，將內標物摻到所得的血漿中，接著執行液相或固相提取，以儘量清除基體化學物質同時回收幾乎所有的分析物(比爾曼· D · L (Buhrman, D. L.)；普萊斯· P · I (Price, P. I.)；魯迪維茲· P · J(Rudewicz, P. J.)；美國質譜大會雜誌(Journal of the American Society for Mass Spectrometry) 1996，7，1099-110 。提取相通常通過蒸發溶劑來乾燥，接著重新懸浮於用作高效液相色譜法(HPLC)流動相的溶劑中(馬圖謝夫斯基 B'lUMatuszewski， B. K.)；康斯坦特· M · L (Constanzer, M. L.)；查維茲-英格· C · M(Chavez_Eng，C. Μ.)；紐約伊薩卡鎮(Ithaca，New York) 1997年7月23-25 ；882-889)。最後，樣品會在HPLC操作過程中約5-10分鐘時分離，然後使用電噴霧電離串聯質譜分析法對洗脫液進行分析(霍普夫力口特納 ^(HopfgartneriG.)；勃艮第·Ε (Bourgogne，E.)質譜學評論(Mass Spectrometry Reviews)2003，22，195-214)。本發明的方法和系統避免了上文示範的逐個步驟。本發明的方法和系統以類似的方式分析幹血點，但對上述提取流程進行了細微修改。首先，使用一種專門裝置從每一點幹血點中取出大小相同的血盤。接著，在含有內標物的有機溶劑中提取這些血盤上的物質 (查斯· D · H(Chace, D. H.)；卡拉斯· T · A(Kalas，Τ. Α.)；內勒· E · W(Naylor, Ε. W.)臨床化學(Clinical Chemistry) 2003，49，1797-1817)。所提取的樣品在紙板上變幹，接著如本專利申請文件中所述那樣進行分析。以下實例顯示本發明的方法和系統可直接檢測複雜混合物的個別成分，例如，尿中的咖啡因、人手指上的50pg古柯鹼、桌面上的IOOpg海洛因以及完整腎上腺組織中的激素和磷脂，而無需在分析之前製備樣品(見以下實例)。本發明的方法和系統可以通過快速連續地檢查直接輸送到紙的穿刺活檢組織部分來執行簡單的顯像實驗。從溶液中得到的分析物施加到多孔材料以用於檢查，而溶液的溶劑成分可用作電噴霧溶劑。在某些實施例中，將分析物(例如，固體或溶液)預先點到多孔材料(例如，紙) 上，而且將溶劑施加到所述材料上以溶解所述分析物並將其輸送到噴霧中用於質譜分析。在某些實施例中，將溶劑施加到多孔材料，從而有助於分離/提取和電離。可使用適合進行質譜分析的任何溶劑。在特定實施例中，較佳使用那些也用於電噴霧電離的溶劑。 示例性溶劑包括水、甲醇、乙腈和THF的組合。有機質含量(甲醇、乙腈等與水的比例)、pH 值和碳酸銨(例如，乙酸銨)可以隨著待分析樣品的不同而變化。例如，像藥品伊馬替尼等
10鹼性分子在PH值較低時的提取和電離效率會更高。沒有可電離基團但具有若干個羰基的分子(例如，西羅莫司)在溶劑中有銨鹽時因為形成了加合物而電離效果更好。在某些實施例中，採用一種多維度方法。例如，樣品可沿著一個維度分離，之後在另一個維度上進行電離。在這些實施例中，可單獨對分離和電離進行優化，而且每一階段可使用不同的溶劑。在其他實施例中，對溶劑施加電場從而實現在紙上輸送分析物。當施加了高電位後，發現分析物在紙上的移動方向與其在溶液中帶電形式的極性有關。也可通過將電極置於溼紙上的某處來在紙上完成噴霧前對分析物進行的預先濃縮步驟。將接地電極置於紙尖附近，這樣，當溼的多孔材料受到直流電壓時便會產生強電場，且帶電分析物會受此電場驅動向前行進。也可在開始噴霧之前將特定分析物濃縮於紙的特定部分。在某些實施例中，向多孔材料施加化學物質以將所述多孔材料的化學性質改質。 例如，可施加能夠區別保留化學性質不同的樣品成分的化學物質。此外，可施加能夠使鹽和基體的效應最小化的化學物質。在其他實施例中，將酸性化合物或鹼性化合物施加到多孔材料，以在將樣品點到多孔材料上時調整所述樣品的PH值。調整pH值可尤其用於改良對生物流體(例如，血液)進行的分析。此外，可施加能夠對所選分析物進行在線化學衍生的化學物質，例如將非極性化合物轉化成鹽，從而有效地進行電噴霧電離。在某些實施例中，所施加用以改變多孔材料的化合物為內標物。所述內標物可在溶劑流入期間加入所述材料中並以已知速率釋放，從而提供用於定量分析的內標物。在其他實施例中，使用可以在進行質譜分析之前對目標分析物進行預先分離和預先濃縮的化學物質改質所述多孔材料。在陽離子模式下，噴霧液滴在強照度下是可見的，且其大小與從納米電噴霧離子源(nESI)中發射出來的液滴相當。在陰離子模式下，發射電子且可使用氣相電子捕獲劑(比如苯醌)捕獲電子。在不受任何特定理論或作用機制限制的情況下，認為執行電離的是位於多孔材料尖端的高電場，而不是各個流體通道中的電場。本文中描述的方法具有臨床應用所要的特徵，這些應用中包括新生兒篩查、治療藥物監測和組織活檢分析。相關程序十分快捷。多孔材料的第二個角色是充當過濾器，例如，在分析全血期間保留血細胞。重要的是，樣品可存儲在多孔材料上，以後可直接從所存儲的多孔材料中進行分析，而無需在分析之前先從多孔材料中輸送。本發明的系統可以在開放的實驗室環境中執行實驗室實驗。以引用方式併入的內容本發明整篇參考和引用了其他文件，例如，專利、專利申請案、專利公開案、期刊、 書籍、論文、網頁內容。此類所有文件的全文因此均以引用的方式併入本專利申請文件中。等效物本發明的所有內容，包括對本專利申請文件中所引用的科學文獻和專利文獻的參考讓所屬領域的技術人員除了理解本專利申請文件中所顯示和描述的那些實施例以外，還易於了解本發明的各種修改形式和本發明的許多進一步的實施例。本專利申請文件含有適用於將本發明實踐於本發明各實施例及其等效物中的重要信息、例證和指導。實例
以下實例旨在進一步說明本發明的某些實施例，且不應被解釋為限制本發明的範圍。本專利申請文件中的實例顯示，本發明的質譜探針可電離化學樣品和生物樣品，用於隨後進行質譜分析和檢測。一種示例性探針的構造為紙三角，其可通過在紙上施加高電位來產生微米級液滴。分析物從這些帶電的液滴中電離出來並被輸送到常規質譜儀中。以下實例顯示，大量樣品均可在純態和複雜混合物中通過本發明的探針在常壓環境下直接接受分析。結果顯示，紙質噴霧器具有以下優點可在沒有鞘氣的情況下操作，即， 實地分析時幾乎不需要輔助設備；生物樣品(幹的血液、尿)在進行分析之前可在預切割所得的濾紙上存儲數月；濾紙可以最小化在許多樣品(血細胞、鹽和蛋白質)中進行電噴霧或納米電噴霧時可見的基體效應，並增強複雜樣品中的化學物質的MS信號；粉末狀的樣品易於通過使用紙擦拭其表面來收集，然後直接對樣品進行分析；可對紙進行預處理使之含有在定量分析中、溶劑流入期間以已知速率釋放的內標物；以及可對紙進行預處理使之含有基體抑制或吸收位，或執行離子交換，或對所選分析物進行在線化學衍生。大多數分析物是在低至ppb的量(當檢查的是溶液時)或在ng到pg的低範圍 (檢查的是固體時)下接受檢測的，且檢測時間少於一分鐘。以下某些實例提供分析幹血點的規程，該規程也可用於實地分析全血樣品。幹血點方法經過論證，也適合用於存儲和輸送用於血液篩查和其他臨床測試的血液樣品。本發明的裝置能夠進行取樣、預先分離、預先濃縮和電離。本發明的方法和系統可以簡化將樣品弓I入質譜分析儀所帶來的問題。實例1 構造MS探針將濾紙剪成長IOmm寬5mm的三角形片，並用作噴霧器(圖1)。將銅夾連接到紙上，紙面對質譜儀的入口(圖1)。將銅夾安裝在3D移動臺上，以準確調整其位置。向銅夾施加高電壓，並由質譜儀控制該高電壓以產生分析物離子用於質譜檢測。直接將樣品施加到用作樣品提純和預先濃縮裝置的紙表面上。濾紙可以讓液體樣品在毛細管作用和電效應的驅動下移動並通過親水網，並且將液體樣品輸送到紙尖。在此輸送過程期間可能會發生分離。在向紙表面施加高電壓( 4. 5kV)時，樣品溶液從紙尖噴出並發生電離和MS檢測。所有的實驗都是用菲尼根富氏質譜儀(美國中部聖何塞熱電公司(Thermo Electron, San Jose，CA))進行的。毛細管入口的典型溫度設置在150°C，而在檢測海洛因時設置為30°C。透鏡電壓在用於樣品分析時設置在65V，在用於殘存物生成實驗時設置為 M0V。使用碰撞誘髮式解離(CID)收集串聯質譜，以識別所檢測樣品中的分析物，這尤其可用於複雜混合物和血液樣品。實例2 產生噴霧可通過在潮溼的紙三角上施加高電位產生噴霧。將一個紙三角置於LTQ的入口前面，紙三角的尖端面向入口，與入口分開3mm或更大。通常，施加IOuL樣品溶液以將紙三角潤溼。所述溶液可潤溼或浸透所述紙或在所述紙的表面上形成液體的薄膜層。在紙三角與質譜儀入口之間施加高電位(3-5kV)以產生電場，這樣誘使電荷積聚到紙三角尖端的液體上。逐漸增加的庫侖力打破液體從而形成帶電的液滴，接著溶劑會在液滴從紙尖濺到質譜分析儀期間蒸發。使用紙噴霧器清除溶劑不需要鞘氣、加熱或任何其他輔助手段。當液體積聚在紙三角上時，如果用顯微鏡進行檢查就會觀察到尖端處的泰勒圓
12錐。所形成的液滴在強照度下清晰可見。所述泰勒圓錐和可見的噴霧在蒸發和噴射之後片刻便消失。然而，質譜信號的持續時間很長(若干分鐘)。這表示，紙三角可在兩種質譜分析模式下使用。在第一模式下，液體在紙內輸送的速度大於其在紙尖處作為噴霧被消耗的速度，從而在紙尖處形成較大的圓錐並產生液滴。在第二模式下，液體在紙內輸送的速度無法跟上噴霧消耗的速度，因此看不到液滴。然而，可以觀察到，分析物的電離確實發生了。第一模式提供了 ESI，比如質譜，第二模式提供具有APCI譜的一些特徵的譜。在後一種情況中，紙三角的作用類似於產生高電場以電離大氣中分子的導電針。可以觀察到，對於相同的測試樣品，在所述條件下，第一模式下的質譜信號比第二模式下的質譜信號約強兩個量級。實例3 探針的考量探針材料可測試許多種多孔材料以產生帶電的液滴用於質譜分析。所述材料的形狀可為具有尖端的三角形，接著將樣品溶液施加到所構造的探針上。本專利申請文件中的數據顯示， 可成功使用任何親水多孔基材，包括棉紗、織物、植物組織以及不同種類的紙。這些材料的多孔網或微孔道為保留液體提供了足夠的空間，而且親水環境實現了通過毛細管作用進行液體輸送。疏水多孔基材還可成功與適當選擇的疏水溶劑一起使用。經過進一步調查，可選擇六種可買到的紙，並對所述紙進行定性測試以評估其是否能用於檢測分析物。濾紙和層析紙由纖維素製得，而玻璃微纖維濾紙由玻璃微纖維製得。 圖19顯示在這些紙上檢測到的古柯鹼的質譜。玻璃纖維紙的譜(圖19E)有所不同，因為其背景強度比其他紙低兩個量級，因此無法突顯古柯鹼峰值(m/z，304)。假設玻璃纖維紙在模式II下使用並抑制了液體的有效產生，因為紙的厚度相對較大( 2mm)。從用於檢測古柯鹼的玻璃纖維紙中撕下一個薄層，使用這個薄層便可證實此假設。在這種情況下，背景強度增加因此可觀察到古柯鹼峰值。所有濾紙均適合用於古柯鹼檢測(圖19A到圖19D)。層析紙顯示的古柯鹼質譜最清晰且古柯鹼強度相對較高(圖 19F)。探針形狀和針尖角已研究出關於產生液滴的許多種不同形狀的探針。多孔材料的較佳形狀包括至少一個尖端。可以觀察到，尖端可以形成泰勒圓錐。最常使用的探針形狀是三角形。如圖25A 到圖25C所示，針尖的銳度、針尖的角度(圖27A到圖27B)及紙板的厚度會影響噴霧特性。 可以將具有多個針尖的管狀裝置(圖25D)充當多針尖噴霧器，其會改良噴霧效率。還可使用鋒針刺破表面而在DBS卡上製成一列微噴霧器(圖25E)。實例4 探針與質譜儀入口的配置將紙三角安裝在2D移動臺上，以確定質譜信號如何受紙三角與質譜儀入口的相對位置的影響。所述紙三角在y方向上連續移動8cm，在χ方向上以每步增加2mm的方式移動3cm(圖20A)。將古柯鹼溶液(lyg/mL，甲醇/水，1 lv/v)持續供到紙表面上。在整體掃面期間持續記錄質譜。質子化了的古柯鹼的峰值強度(m/z，304)的輪廓圖是由從質譜中提取的標準化數據形成的(圖20B)。所述輪廓圖顯示，無需為產生液滴而將紙三角放置成與質譜儀入口完全同軸。另外測試了噴霧持續時間(圖20C)。準備紙三角(大小為10mm，5mm)。首先，將 10 μ L具有不同濃度0. 1 μ g/mL、1 μ g/mL和10 μ g/mL的溶液施加到紙三角上。每張紙的噴霧時間只隨著濃度的不同而稍有變化。在這之後，在紙三角上施加不同量5uL、IOuL和15uL 的lug/mL古柯鹼溶液。在樣品量增加之前，噴霧時間顯示出線性響應。在另一個測試中，用PTFE膜密封紙以防止溶液蒸發，這樣可把噴霧時間延長約三倍。這些結果表明，紙噴霧甚至會使用5uL溶液來為數據採集提供足夠長的噴霧時間，且信號強度在整個噴霧期間很穩定。實例5 分離和檢測本發明的探針包括多孔材料，例如紙，其可在用質譜儀進行實地電離之前分離生物流體中的化學物質。在此實例中，用於探針的多孔材料為層析紙。如圖M所示，將兩種染料的混合物作為單個點施加到紙上。首先，染料通過TLC(薄層色譜法)在紙上分離，接著通過本發明的方法、使用從紙媒介上撕下的紙片和MS分析法檢查所分離的染料(圖。 數據顯示，可由MS分析法檢測出分離的染料(圖。層析紙因此可以進行樣品收集、分析物分離和分析物電離。這就明顯將色譜法與 MS分析法的結合進行了簡化。層析紙是用於本發明探針的良好材料，因為此類材料具有以下優點受毛細管作用驅使溶劑移動，且不需要使用注射泵。另一優點是儘管常規的納米電噴霧源存在堵塞的嚴重問題，但層析紙由於其多孔特性而不太可能發生堵塞。因此，作為一種多孔材料，層析紙可用作微孔電噴霧電離源。實例6 純化合物有機藥物、胺基酸和肽如上文所述，本發明的探針和方法為質譜分析法提供一種簡單快捷的電離方法。 可將不同的化合物點到紙三角上，並將所述紙三角連接到高壓電源以產生離子。所有的實驗都是用菲尼根富氏質譜儀(美國中部聖何塞熱電公司(Thermo Electron, San Jose, CA)) 進行的。本專利申請文件中的數據顯示，多種化學物質均可在溶液相中電離，包括胺基酸、 治療藥物、違禁藥物及肽。圖2A顯示使用本發明探針得到的海洛因(濃度lppm，量10μ 1，溶劑Me0H/H20/ HOAc (50 49 1，ν/ν/ν))的MS譜。圖2Β顯示海洛因(濃度lppb，量10 μ 1，溶劑 Me0H/H20/H0Ac (50 49 1, ν/ν/ν))的 MS/MS 譜。圖3A顯示使用本發明探針得到的咖啡因(濃度:10ppm，量10μ 1，溶齊IJ =MeOH/ H20/H0Ac (50 49 1，ν/ν/ν))的 MS 譜。圖 3Β 顯示咖啡因(濃度10ppb，量10 μ 1，溶劑Me0H/H20/H0Ac (50 49 1, ν/ν/ν))的MS/MS譜。峰值167也存在於具有溶劑而沒有咖啡因的空白譜中。圖4A顯示使用本發明探針得到的苯甲醯芽子鹼(濃度10ppm，量10μ1，溶劑 Me0HAl20/H0Ac (50 49 1，v/v/v))的 MS 譜。圖 4Β 顯示苯甲醯芽子鹼(濃度10ppb， 量10μ 1，溶劑Me0H/H20/H0Ac(50 49 1, v/v/v))的 MS/MS 譜。圖5A顯示使用本發明探針得到的絲氨酸(濃度lppm，量10μ 1，溶劑Me0H/H20/ HOAc (50 49 1，v/v/v))的 MS 譜。圖 5B 顯示絲氨酸(濃度lOOppb，量10 μ 1，溶劑 Me0H/H20/H0Ac (50 49 1, v/v/v))的MS/MS譜。峰值74和83也存在於具有溶劑而沒有絲氨酸的空白譜中。圖21A顯示使用本發明探針得到的絲氨酸(m/z，106)的MS譜。圖 21A還顯示絲氨酸(m/z, 106)的MS/MS譜。圖21B顯示使用本發明探針得到的美沙酮(m/z，310)的MS譜。圖21B還顯示美沙酮(m/z，310)的MS/MS譜圖21C顯示使用本發明探針得到的羅紅黴素(m/z，837)的MS譜。圖21B還顯示羅紅黴素(m/z，837)的MS/MS譜圖6A顯示使用本發明探針得到的肽類緩激肽2-9(濃度10ppm，量10μ 1，溶劑 Me0HAl20/H0Ac (50 49 1，v/v/v))的 MS 譜。圖 6Β 顯示肽類緩激肽 2-9 (濃度lppm， 量10μ 1，溶劑Me0H/H20/H0Ac(50 49 1, v/v/v))的MS/MS譜。假定譜中的峰是由經常添加到工業材料中的聚合物(例如，聚乙二醇(PEG))造成的。圖21D顯示使用本發明探針得到的緩激肽2-9 (m/z，453)的MS譜。圖2ID還顯示緩激肽2-9 (m/z，453)的MS/MS譜。 圖 2ID 進一步顯示加合離子[M+H] (m/z，904)、[M+2H]2+ (m/z, 453)、[M+H+Na]2+(m/z，464)以及[M+2Na]2+(m/z，475)。m/z 453峰值是通過MS/MS譜確定的雙倍帶電加合離子。圖11的MS譜顯示使用相同參數( 2kV，溶劑MeOH H2O = 1 1)對(A)紙片與(B)PVDF膜進行肽分析(IOppm緩激肽2-9)所產生的差異。本專利申請文件中的數據顯示，本發明探針對50到1000以上質/荷範圍內的純化合物檢測運行良好。數據進一步顯示，大多數化學物質可在低至Ing/mL的情況下接受檢測，包括違禁藥物，例如海洛因、古柯鹼和美沙酮。實例7 複雜混合物可使用本發明的方法、裝置和系統檢查複雜混合物，例如尿、血液和可樂。所有的實驗都是用菲尼根富氏質譜儀(美國中部聖何塞熱電公司(Thermo Electron, San Jose, CA))進行的。圖7A的MS/MS譜顯示可使用「點」方法從全血樣品中檢測出海洛因。將0. 4 μ 1含有200ppb海洛因的全血樣品施加於三角形紙的中心，以形成Imm2血點。血點幹了之後，將 10 μ 1溶劑(Me0H/H20/H0Ac (50 49 1，v/v/v))施加到三角形紙的後端。由於存在毛細管效應，因此溶劑會向前移動並溶解血點中的化學物質。最終，當溶劑到達紙尖時發生電噴霧。為證實上文所述的「血點」法的效果，將全血施加於紙上直接進行電噴霧。MS/MS譜顯示，未從10 μ 1全血樣品中檢測出海洛因，即使濃度高達20ppm(圖7B)。圖8A的MS/MS譜顯示可使用「點」方法從原尿樣品中檢測出海洛因。將0. 4 μ 1含有IOOppb海洛因的原尿樣品施加於三角形紙的中心上，以形成Imm2尿點。尿點幹了之後， 將10 μ 1溶劑(Me0H/H20/H0Ac (50 49 1，v/v/v))施加到三角形紙的後端。由於存在毛細管效應，因此溶劑會向前移動並溶解血點中的化學物質。最終，當溶劑到達紙尖時發生電噴霧。為了證明上文所述的「點」方法的效果，將原尿施加於紙上直接進行電噴霧。MS/ MS譜顯示，濃度為IOOppb時10 μ 1原尿樣品中仍未檢測出海洛因(圖8Β)。圖9Α的MS譜顯示在未進行樣品製備的情況下從可樂中檢測出咖啡因。圖9Β的 MS譜顯示從咖啡粉中檢測出咖啡因。可用紙三角擦拭咖啡袋的表面來收集咖啡粉。圖22Α和圖22Β顯示分別在正模式和負模式下分析得到的可口可樂(可樂)的譜。 MS/MS譜中突顯的質子化了的咖啡因的峰值(m/z 195)在正模式下的質譜中佔主導，因為這種飲料中咖啡因的濃度較高(lOOug/mL)(圖22C)。負模式下的MS/MS譜中突顯兩種高濃度化合物苯甲酸鉀和乙醯磺胺酸鉀(圖22D到圖22E)。圖22F顯示在進行尿收集的2小時之前喝了可口可樂(可樂)的人尿中的咖啡因的譜。尿中通常含有高濃度的尿素，尿素也易於電離。因此，質子化了的尿素[m/z，61]和尿素二聚體[m/z，121]在MS譜中佔主導。然而，在所述MS/MS譜中突顯質子化了的咖啡因， 這表示尿樣品中有良好的信噪比。圖10顯示在未進行樣品製備的情況下用於分析的尿的
15MS譜。圖IOA為從喝咖啡的人尿中檢測出的咖啡因的MS譜。圖IOB的質譜顯示從未喝咖啡的人尿中未檢測出咖啡因。圖22G顯示通過擦拭樣品所收集的海洛因(m/z，370)的MS譜。將含有50ng海洛因的5uL溶液點到Icm2的桌面區域上。將紙三角潤溼，並用其擦拭桌面。接著，將紙三角連接到高壓電源用於質譜檢測。相關數據顯示，本發明探針既可用作質譜檢測的電離源又可用作質譜檢測的取樣裝置。固體表面上的微量樣品完全可通過使用本發明探針擦拭表面來收集。灰塵和其他幹擾物也會收集到紙三角上，但此複雜基體中仍可直接檢測出海洛因。8 在未提取的情況下用EST Mmmnmmm^Mn圖12顯示使用四種植物的切片組織直接得到的植物組織MS譜。㈧洋蔥，⑶大蔥以及兩種不同的葉子(C)和(D)。圖13顯示對維生素C進行分析的MS/MS譜，圖13A是在未製備樣品的情況下對洋蔥的直接分析，圖13B使用了標準溶液。實例9 全血和其他牛物流體體液，例如血漿、淋巴、眼淚、唾液和尿，均為複雜混合物，其所含分子具有各種分子量、極性、化學性質和濃度。在許多不同領域，監測體液的特定化學成分很重要，這些領域包括臨床診斷、藥物研發、法醫毒物學、濫用藥物檢測以及治療藥物監測。血液測試，包括導出液血漿和血清，以及尿測試在臨床監測中尤為重要。血液中多種多樣的化學物質均會在臨床環境中接受例行監測。常見實例包括基礎代謝檢查，其測量電解質，比如鈉和鉀以及尿素、葡萄糖和肌酸；以及確定個人患心血管疾病風險的血脂檢查，該項檢查包括測量總膽固醇、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)和甘油三酸酯。對血液中的化學物質進行的大多數實驗室測試實際上是測試血清，血清是通過離心作用與血細胞分離的血液液體成分。因為許多醫學診斷測試依賴於比色測定並因此而需要透明流體，所以此步驟是必需的。 在離心分離之後，用各種方式對目標分子進行檢測，最常用的是免疫測定，例如，酶聯免疫吸附劑測定(ELISA)或放射免疫測定(RIA)，或者酶活性測定，其中選擇特定的酶對目標分子進行的氧化是一種變色反應，例如，測試膽固醇(用膽固醇氧化酶氧化)或葡萄糖(用葡萄糖氧化酶氧化)。製藥科學屆對以幹血點的形式在紙上存儲和輸送全血樣品非常有興趣 (N·史普納(N. Spooner)等人分析化學(Anal Chem.)，2009，81，1557)。對血液中的化學物質進行的大多數測試都是測試液體樣品，通常是與液態全血隔離的血清或血漿。液態血或血液成分需要存儲、輸送和處理，其中存在一些困難。雖然某些測試中必須使用液態血，但在其他測試中可使用已點到表面(通常是紙)上並已變幹的血或其他體液。本發明的探針和方法可在無需進行任何樣品製備的情況下分析全血。按照以下步驟製備樣品將0. 4μ L血液直接施加於紙三角的中心並乾燥約1分鐘，以形成幹血點(圖 23Α)。將IOuL甲醇/水(1 1，ν/ν)施加在紙三角後端附近。在毛細管作用的驅動下，溶液會在紙上行進並將紙完全潤溼。然後溶液與幹血點相互作用，血中的分析物進入溶液中並被輸送到探針的針頭發生電離(圖23Α)。血液樣品的分析過程可在約2分鐘內完成。可將不同藥物摻入到全血中，且將全血施加到本發明探針，如上文所述。下文描述對不同藥物進行檢測。伊馬替尼(格列衛)是一種2-苯胺基嘧啶衍生物，經過FDA認證可治療慢性粒細胞白血病，但只在很小的濃度範圍內有效。以治療範圍內的濃度在人類全血中摻入伊馬替尼，使所得全血在小的紙三角上沉積以用於分析(圖14A)。質子化了的伊馬替尼的串聯質譜(MS/MS，圖14B) (m/z 494)顯示單個特徵的碎片離子。使用此信號並且將已知濃度的伊馬替尼-d8添加為內標物來確定全血中伊馬替尼的量。相關響應在很大濃度範圍內都是線性的，包括整個治療範圍(圖14C)。阿替洛爾是治療心血管疾病的□阻斷劑藥物，測試時可通過使用幹血點方法評定紙噴霧器來進行全血分析。將阿替洛爾以所要的濃度直接摻入到全血中，並如上文所述將全血樣品用於紙噴霧器。質譜顯示，幹血點中有400pg質子化了的阿替洛爾(0.4uL全血中 lug/mL的阿替洛爾)，且MS/MS譜顯示，幹血點中即使只有20pg阿替洛爾(0. 4uL全血中 50ug/mL的阿替洛爾)，質譜仍會將其突顯出來(圖23B)。圖23C為全血中的海洛因的質譜。本專利申請文件中的數據顯示，可使用串聯質譜檢測出幹血點中的200pg海洛因。還可觀察到，紙媒介會充當過濾器的次要角色，從而保留血細胞。重要的是，樣品可直接在存儲媒介上進行分析，而不需要在分析之前從紙中轉移。所有的實驗都是在開放的實驗室環境下完成的。兩個額外的特徵表明，所述方法能夠擴大質譜儀在基本護理設施中的使用分析用的血液樣品通過針孔吸得而不是用導管；以及使用手持式質譜儀可以讓實驗輕鬆進行(圖18和下文的實例10)。實例10 手持式質譜儀本發明的系統和方法適合於手持式質譜儀。可使用手持式質譜儀(迷你型10，在普渡大學定製)進行紙噴霧。對摻有 ο μ g/mL甲醇的全血進行分析。在血(0. 4uL)幹( 1分鐘)後，將甲醇/水(1 1，10 μ L)施加到紙上以產生噴霧進行質譜檢測(圖18)。插圖顯示，使用串聯質譜可輕鬆識別出全血中的阿替洛爾，即使阿替洛爾的量低至如g。實例11 血管緊張素I圖 15 為血管緊張素 I 溶液(Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu (SEQ ID NO :1)，10 μ L，8 μ g/mL甲醇/水，1 1，，ν/ν)在層析紙(噴霧電壓4. 5kV)上的紙噴霧器質譜。插圖表示質量範圍為630-700的展開圖。質子化了的離子([M+2H]2+)和鈉加合離子 ([M+H+Na]2+、[M+2Na]2+)是主要離子種類。實例12 水果上的農業化肥用紙擦拭來收集樣品，隨後使用本發明探針對該樣品進行分析，這一過程可用於對水果上的農業化肥進行快速分析。用甲醇潤溼的層析紙(3x3cm)擦拭從雜貨店購買的檸檬皮上的IOcm2面積。甲醇幹了之後，從紙的中心切下一個三角形並通過施加10 μ L甲醇/ 水溶液而將該三角形用於紙張噴霧器。所記錄的譜(圖34Α至圖34Β)顯示，原來在檸檬皮上的殺菌劑涕必靈(對於質子化了的分子離子為m/z 202且對於鈉加合離子為m/z 224) 已收集到紙上且易於由MS突顯，並通過使用MS/MS分析加以確定。還觀察到存在另一種殺菌劑抑黴唑(m/z 297)。實例13 腫瘤樣品本發明的系統和方法可分析人類前列腺腫瘤組織和正常組織。腫瘤和鄰近的正常組織部分厚15 μ m且被固定到載玻片上，以便使用解吸電噴霧電離技術(DESI)進行顯像研究。可使用一根金屬針從載玻片上先移取腫瘤區中的lmm2X15ym的組織，接著移取正常區中的lmm2xl5 μ m的組織，並將這些組織置於紙三角的表面上進行紙噴霧器分析。
將一滴甲醇/水(1 Iv ν;10μ1)施加到紙上作為溶劑，接著施加4. 5kV正直流電壓以產生噴霧。例如磷脂醯膽鹼(PC)和鞘磷脂(SM)等磷脂均突顯在譜中(圖17A 和圖17B)。m/z 798處的[PC(34:1)+K]+峰值在腫瘤組織中明顯較高，而與正常組織相比， m/z 725 處的[SM(34:1)+Na]+峰值、m/z 756 處的[SM(36:0)+Na]+峰值和 m/z 804 處的 [SM (36 4) +Na] +峰值明顯較低。實例14 治療藥物監測藥物的投放取決於運用適當的劑量方針來得到安全有效的結果。此方針在研究藥物的藥物代謝動力學(PK)和藥效動力學(PD)的臨床試驗期間建立。臨床試驗使用Hi-PD 研究來確定標準劑量，所述標準劑量可能是固定的，也可能根據含有體重、體表等變量的配方有所調整。然而，藥物暴露(即，藥物隨時間流傳的量)受各種因素的影響，對於不同的患者，這些因素也不相同。例如，個體的代謝速率、血漿蛋白質的類型和含量以及先前條件 (例如，腎和/或肝損傷)都會影響體內藥物暴露。此外，藥物投放以及藥療法也會影響藥物暴露。結果，經常難以預測和規定藥物投放的最佳方案。藥物暴露過多或暴露不足分別會導致中毒或療效降低。為解決這些問題，可以使用治療藥物監測(TDM)。TDM是對體內的藥物活動程度進行測量，之後對藥物劑量或用藥時間進行調整，以提高療效和/或降低毒性。當藥物的藥物代謝動力學變異相對於治療窗來說較大時TDM會進行顯示，並確定藥物暴露與療效和/或毒性之間的關係。需要TDM的另一原因是活性成分必須能夠獲得十分精準的測定。免疫測定和液相色譜質譜(LC-MQ是TDM 常用的方法。與免疫測定相比，LC-MS具有以下優點適用範圍廣、靈敏度高、定量良好、特異性高和處理能力強。本發明探針可結合標準質譜儀提供臨床治療藥物監測。可使用紙噴霧器和實驗室級LTQ質譜儀分析幹血點中的藥物伊馬替尼(美國是格列衛，歐洲/澳大利亞是基利克，用於治療慢性粒細胞白血病)。將已知濃度的伊馬替尼-d8用作內標物，使用 MS/MS譜確定全血中伊馬替尼的量(圖14C)。相關響應在很大濃度範圍內都是線性的，包括整個治療範圍(圖14C)。實例15 高處理量檢測可製造多針尖裝置並將其用於高處理量分析(圖^A)。所述多針尖裝置為全部連接到單個銅帶的一組紙三角(圖^A)。有電極連接到銅帶。將多個樣品放於單個紙板上，並使用多針尖探針進行連續分析(圖28B和圖^C)。每個針尖會預先注入0. 2uL含有 IOOppm樣品(古柯鹼或咖啡因)的甲醇/水，並弄乾。接著，所有多針尖裝置在移動臺上以穩定的速度從左到右移動，且在移動期間從針尖背部向各針尖施加7uL甲醇/水。為了防止針尖在噴霧期間受到汙染，會在兩個樣品針尖之間留空。圖28C顯示整個掃描的信號強度。從總強度來看，六個針尖產生了六個各自的高的信號峰值。對於古柯鹼而言，只在掃描針尖2和針尖6時出現峰值。對於咖啡因而言，最高峰值源於針尖4，這與樣品注入順序一致。實例16 組織分析可使用本發明探針對動物組織中的化學物質進行直接分析，如圖29A所示。移取小切片組織並將其置於紙三角上。將甲醇/水(1 Iv ν;10μ1)施加到紙作為溶劑，接著施加4. 5kV正直流電壓以產生噴霧進行MS分析。可觀察到豬腎上腺組織(1mm3，圖^B)的質子化了的激素離子。圖16的質譜顯示用紙噴霧器對動物組織中的激素進行的直接分析。將一小片豬腎上腺組織(1_ χ Imm χ Imm)置於紙表面上，並施加MeOH/水(1 Iv ν ； 10μ1)，隨後將電壓施加到紙上以產生噴霧。腎上腺素和去甲腎上腺素均突顯在譜中；磷脂信號在質譜較高處佔主導地位。獲得從腫瘤和鄰近的正常區中移取的人類前列腺組織 (lmm2xl5ym)的血脂曲線圖(圖29C和圖29D)。例如磷脂醯膽鹼(PC)和鞘磷脂(SM)等磷脂均突顯在譜中。m/z 798處的[PC(34:1)+K]+峰值在腫瘤組織中明顯更強(圖^C)， 而與正常組織相比，m/z 725處的[SM(34:1)+Na]+峰值、m/z 756處的[SM(36:0)+Na]+峰值和m/z 804處的[SM (36:4)+Na]+峰值明顯較低(圖29D)。實例17 在線衍牛為了分析混合物中電離效率相對較低且濃度相對較低的目標分析物，常常需要進行衍生以提供足夠的靈敏度。可通過將試劑添加到噴霧溶液，例如，含有適合於目標分析物的試劑的甲醇/水溶液中來實施在線衍生。如果待用的試劑在紙上是穩定的，則在製造探針時也可將試劑添加到多孔材料上。例如，將5 μ L含有500ng甜菜鹼醛氯化物的甲醇添加到紙三角上並讓其變幹，從而製得預先添加有衍生試劑用於分析血清中的膽固醇的樣品基材。通過甜菜鹼醛(BA)與羥基反應進行在線電荷示蹤先前已證明可有效識別組織中的膽固醇(吳(Wu)等人，分析化學(Anal Chem. )2009,81 :7618-7624)。當使用紙三角分析時，將2 μ L人類血清點到紙上以形成幹血點，接著使用紙噴霧電離技術進行分析。將10yLACN/CHC13(l Iv ν)溶液而不是甲醇/水用於紙噴霧器，以避免甜菜鹼醛與甲醇反應。圖30Α和圖30Β顯示使用空白紙與使用預先添加有試劑的紙三角進行分析的比較。在未使用衍生試劑的情況下，未觀察到與膽固醇相關的峰值，例如，質子化了的離子[Chol+H] + (m/z 387)、失水[Chol+H-H20] + (m/ ζ 369)和鈉加合物[Chol+Na] + (m/z 409)(圖30A)。在使用衍生試劑的情況下，可在m/z 488. 6處觀察到離子[Chol+BA] + (圖30B)。對此離子執行MS/MS分析，觀察到一個特徵碎片離子m/z 369(圖30C)。實例18 使用改質的紙板噴霧器預先濃縮肽使用光致抗蝕劑對紙表面上的化學物質進行預先濃縮。用SU-8光致抗蝕劑處理層析紙使之呈現疏水性，如先前所述(馬第尼斯(Martinez)等人，德國應用化學(Angew. Chem. Int. Ed. )2007,46 :1318-1320)。接著，將 5 μ 1 緩激肽 2_9 溶液(純 H2O 中 IOOppm)施加於紙表面上。溶液幹了之後，將紙放入水中並水洗10秒。水洗之後，將紙三角固持在MS 入口前，然後施加10 μ 1純MeOH作為溶劑並將電壓設置在4. 5kV加到紙噴霧器。對未作處理的紙板進行同樣的實驗以便比較。圖31A顯示從用光致抗蝕劑處理的紙中獲得的緩激肽2-9的串聯MS譜。最強的碎片離子的強度404為5. 66E3。圖31B顯示從未用光致抗蝕劑處理的正常層析紙中獲得的緩激肽2-9的串聯MS譜。最強的碎片離子的強度404僅為1.41E1。這些數據顯示，用光致抗蝕劑處理過的層析紙與肽之間的親合性比正常層析紙與肽之間的親合性高得多，因此水洗之後可將更多的肽保留在紙表面上。施加純甲醇之後，這些保留的肽將被解除吸附並由 MS檢測出。此方法可用來預先濃縮紙表面上的疏水化學物質，也可清除紙表面的其他親水材料(例如，鹽)。實例19 極性反轉施加到探針的電壓極性不必匹配質譜分析儀中使用的極性。具體而言，可以使用
19負電位運作本發明探針，而記錄的是所得帶正電荷離子的質譜。在陰離子模式下，紙噴霧器中產生較大的電子流(或溶劑化電子)。這些電子如果具有適當的能量便可被具有適當電子親和性的分子捕獲，從而產生自由基陰離子。或者，這些電子可對分析物進行電子電離從而產生自由基陽離子，或者ESI可包括可與分析物進行電荷交換從而產生自由基陽離子的溶劑分子。如果用充足的能量進行此過程，則可能會產生特徵碎片離子，但前提是在出現碎片之前自由基陽離子不會因為碰撞而鈍化。在臺式LTP上使用甲苯蒸汽完成一項實驗，其中在-4. 5kV下實施本發明探針並將甲醇水作為溶劑施加到紙上。記錄圖32所示的譜。可以看到，產生質子化了的分子的離子/分子反應(m/z 93)如所預期在大氣壓下發生。然而還可看到，在m/z 92處出現自由基陽離子，且在m/z 91和65處出現其特徵碎片。有趣的是，在甲苯蒸汽源靠近MS入口，S卩，在紙尖與MS入口之間的放電陰極區中時，更易於產生「EI」碎片離子。這表明，可能是高能電子在「下降」區中進行的直接電子電離至少部分地導致了此現象。實例20 用於血液分析的樣品筒圖33A顯示將血液點到將用於質譜分析的多孔紙上的示例性情況。樣品筒具有中心量控制瓶以及溢流瓶。可使用塞子(例如，含有固定量的化學內標物的可溶解膜)堵住瓶的底部以控制量。將一滴血液置於瓶中(圖33B)。使多餘的血液流入溢流瓶來控制瓶中的血液量(圖33B)。瓶中的血液隨後在底部的膜中溶解，從而將化學內標物混入血液中 (圖33B)。塞子溶解之後，血液會流到紙板上，最終形成具有可控量的樣品和內標物的幹血點(圖33B)。
20
權利要求
1.一種質譜探針，其包括連接到高壓電源的至少一多孔材料，其中所述多孔材料與溶劑流分開。
2.根據權利要求1所述的探針，其中所述多孔材料為紙或PVDF膜。
3.根據權利要求2所述的探針，其中所述紙為濾紙。
4.根據權利要求3所述的探針，其中所述濾紙的形狀為三角形。
5.根據權利要求1所述的探針，其中所述多孔材料具有圓錐形狀。
6.根據權利要求1所述的探針，其中所述多孔材料為凝膠。
7.根據權利要求1所述的探針，其中所述探針包括多個針尖。
8.根據權利要求7所述的探針，其中產生噴霧的針尖角度小於所述探針其他針尖的角度。
9.根據權利要求1所述的探針，其進一步包括施加到所述多孔材料的溶劑。
10.根據權利要求9所述的探針，其中所述溶劑有助於通過所述多孔材料輸送樣品。
11.根據權利要求9所述的探針，其中所述溶劑含有內標物。
12.根據權利要求9所述的探針，其中所述溶劑允許區別保留化學性質不同的樣品成分。
13.根據權利要求9所述的探針，其中所述溶劑使鹽和基體的效應最小化。
14.根據權利要求9所述的探針，其中所述溶劑允許對所選分析物進行在線化學衍生。
15.一種用於分析樣品材料的系統，其包括探針，所述探針包括連接到高壓電源的至少一多孔材料，其中所述多孔材料與溶劑流分開；以及質譜分析儀。
16.根據權利要求15所述的系統，其中所述多孔材料為紙或PVDF膜。
17.根據權利要求15所述的系統，其中所述紙為濾紙。
18.根據權利要求15所述的系統，其中所述濾紙的形狀為三角形。
19.根據權利要求15所述的系統，其中所述多孔材料為凝膠。
20.根據權利要求15所述的系統，其進一步包括施加到所述多孔材料的溶劑。
21.根據權利要求15所述的系統，其中所述質譜分析儀用於質譜儀或手持式質譜儀。
22.根據權利要求15所述的系統，其中所述質譜分析儀選自由以下各物組成的群組 四極離子阱、直線離子阱質譜儀、圓柱形離子阱質譜儀、離子阱迴旋共振質譜儀、軌道阱質譜儀、飛行時間質譜儀、傅立葉變換離子阱迴旋共振質譜儀以及扇形質譜儀。
23.一種用於分析樣品的方法，其包括將樣品與至少一多孔材料接觸，其中所述多孔材料與溶劑流分離； 將高電壓施加到所述多孔材料以產生所述樣品中分析物的離子，所述離子從所述多孔材料中排出；以及分析所述所排出的離子。
24.根據權利要求23所述的方法，其進一步包括將溶劑施加到所述多孔材料。
25.根據權利要求23所述的方法，其中所述樣品為液體。
26.根據權利要求23所述的方法，其中所述樣品為固體。
27.根據權利要求23所述的方法，其中所述樣品為化學物質或生物物質。
28.根據權利要求23所述的方法，其中所述多孔材料為凝膠，且所述樣品為寡核苷酸或多核苷酸。
29.根據權利要求M所述的方法，其中所述溶劑有助於通過所述多孔材料輸送所述樣品。
30.根據權利要求M所述的方法，其中所述溶劑包括內標物。
31.根據權利要求M所述的方法，其中所述溶劑允許區別保留化學性質不同的樣品成分。
32.根據權利要求M所述的方法，其中所述溶劑使鹽和基體的效應最小化。
33.根據權利要求M所述的方法，其中所述溶劑允許對所選分析物進行在線化學衍生。
34.根據權利要求23所述的方法，其中所述多孔材料為紙或PVDF膜。
35.根據權利要求23所述的方法，其中分析包括提供質譜分析儀以產生所述樣品中分析物的質譜。
36.根據權利要求23所述的方法，其中由所述高電壓產生的電場有助於通過所述多孔材料輸送所述樣品。
37.根據權利要求M所述的方法，其中所述溶劑在所述多孔材料的表面上形成液體薄膜。
38.根據權利要求37所述的方法，其中由所述高電壓產生的電場有助於所述分析物在所述液體薄膜中輸送。
39.一種電離樣品的方法，其包括將高電壓施加到至少一多孔材料以產生所述樣品中分析物的離子，其中所述多孔材料與溶劑流分開。
40.根據權利要求39所述的方法，其中所述多孔材料為紙或PVDF膜。
41.一種質譜探針，其包括集成板，其包括至少一多孔材料和一固體材料，所述集成板連接到高壓電源，其中所述集成板與溶劑流分開。
42.根據權利要求41所述的探針，其中所述固體材料包括尖角。
43.根據權利要求41所述的探針，其中所述至少一多孔材料為多種多孔材料。
44.一種用於分析樣品的方法，其包括將樣品與包括至少一多孔材料和固體尖端的集成板接觸， 其中所述集成板與溶劑流分離；將高電壓施加到所述集成板以產生所述樣品中分析物的離子，所述離子從所述集成板中排出；以及分析所排出的離子。
45.根據權利要求44所述的方法，其進一步包括將溶劑施加到所述多孔材料。
46.根據權利要求45所述的方法，其中所述溶劑在所述多孔材料的表面上形成液體薄膜。
47.根據權利要求44所述的探針，其中所述至少一多孔材料為多種多孔材料。
全文摘要
本發明大體上涉及用於對樣品進行質譜分析的系統和方法。在某些實施例中，本發明提供一種質譜探針，其包括至少一種連接到高壓電源的多孔材料，其中所述多孔材料與溶劑流分離。
文檔編號H01J49/00GK102414778SQ201080019239
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月29日 優先權日2009年4月30日
發明者H·王, J·劉, Q·楊, Z·歐陽, 尼古拉斯·E·馬尼克, 羅伯特·格雷厄姆·庫克斯 申請人:普度研究基金會