用于分析所提取樣本的系統和方法
【專利說明】
[0001] 相關申請
[0002] 本申請主張2013年3月13日提交的第61/779, 673號美國臨時專利申請以及2013 年1月31日提交的第61/759, 247號美國臨時專利申請中的每一者的權益以及優先權，所 述美國臨時專利申請中的每一者的內容以全文引用的方式并入本文中。
[0003] 政府I持
[0004] 本發明根據美國國立衛生研宄院授予的GM103454以及美國國家科學基金會授予 的CHE0847205在政府支持下完成。政府對本發明擁有一定的權利。
技術領域
[0005] 本發明大體上涉及用于分析所提取樣本的系統和方法。
【背景技術】
[0006] 使用質譜的化學分析通常包括樣本提取和色譜分離，隨后進行質量分析。例如， 在質譜測量之前通常使用色譜來分離生物液體（例如，復雜混合物，例如血液、唾液或尿 液），以便將對分析物電離的抑制作用最小化并且預濃縮分析物。近年來，已經產生了允 許將樣本制備和預處理與電離過程相結合的系統和方法（見歐陽（Ouyang)等人的W0 2010/127059,其內容以全文引用的方式并入本文中）。
[0007] 這些系統和方法使用潤濕的多孔材料，稱為紙噴射電離，用于復雜生物液體的直 接、定性和定量分析。通過在具有宏觀上銳利尖端的多孔材料中的燈芯作用實現分析物傳 輸，并且使用高電場來執行存在于生物樣本中的化合物的電離和化學分析。傳輸分析物不 需要氣動幫助；相反，簡單地向固持于質譜儀前面的濕紙施加電壓。
【發明內容】
[0008] 本發明認識到紙噴射的缺點是：當與使用氣簾氣的質譜儀操作時，由于溶劑在紙 上快速變干而導致產生短暫且不穩定的噴射。另外，紙噴射由于相對較差的去溶劑化而導 致與微型質譜儀共用時具有較低的靈敏度。本發明通過為襯底提供包含噴射尖端的外殼而 解決了這些問題。
[0009] 本發明與紙噴射的操作的類似之處在于樣本是施用到襯底上。然而，不同于紙噴 射的是樣本不直接從襯底電離。實際上，在外殼內施用溶劑以與襯底相互作用并且從襯底 提取樣本分析物。提取溶劑中的樣本分析物保持在水相直到電壓施加到外殼內。此時，提 取溶劑中的分析物從外殼的遠側尖端排出，由此產生分析物的離子。本發明的探針特別適 合與噴霧氣體一起使用并且與紙噴射相比具有改進的去溶劑化。
[0010] 在某些方面，本發明提供包含電離探針和質量分析儀的系統。探針包含具有遠側 尖端的中空主體。探針還包含襯底，所述襯底至少部分地置于主體內并且定位在遠側尖端 之前，使得從襯底提取的樣本在離開遠側尖端前流入主體中。在某些實施例中，襯底完全在 主體內。探針還包含電極，電極可操作地與從襯底提取的樣本相互作用。電極可以在主體 外側、全部置于主體內，或僅僅部分地置于主體內。中空主體可以由任何材料制成，并且示 例性材料是玻璃。中空主體可以包含用于接收溶劑的端口。替代地，溶劑引入到襯底并且 通過流過襯底而進入主體。
[0011] 襯底可以是多孔或無孔材料。在某些實施例中，襯底是多孔材料。任何多孔材料， 例如，聚二甲基硅氧烷（PDMS)膜、濾紙、纖維素基產品、棉、凝膠、植物組織（例如樹葉或種 子）等，都可以用作襯底。質量分析儀可以是質譜儀或微型質譜儀。示例性質量分析儀包 含四極離子阱、矩形離子阱、圓柱離子阱、離子回旋共振阱、或軌道阱。
[0012] 在某些實施例中，所述系統進一步包含噴霧氣體源。噴霧氣體源可經配置以提供 氣體脈沖。替代地，噴霧氣體源可經配置以提供連續的氣流。
[0013] 本發明的另一方面提供用于分析樣本的方法。所述方法包括將溶劑引入到至少部 分地置于中空主體內的襯底上的樣本，使得溶劑與襯底相互作用以從襯底提取樣本；向溶 劑中的所提取樣本施加電壓使得樣本從主體的遠側尖端排出，由此產生樣本中的分析物的 離子；并且分析離子。襯底可以完全置于主體內或僅僅部分地置于主體內。在某些實施例 中，也將噴霧氣體施用到所提取樣本。可以在襯底至少部分地插入到中空主體中之前將樣 本引入到襯底。替代地，可以在襯底已經部分地插入到中空主體中之后將樣本引入到襯底。
【附圖說明】
[0014] 圖1A是用于MS分析的提取噴射離子源的照片。圖1B是提取噴射電離過程的示 意圖，具有兩個建議步驟：提取和噴射電離。圖1C是對干血分析的提取噴射-MS/MS質譜， 其中使用10yL甲醇作為噴射溶劑，含有10ng/mL阿米替林的0. 2yL血液。圖1D是在使 用不同溶劑（純甲醇、50/50的甲醇/水、以及純水）進行提取噴射過程之前和之后的所載 入樣本的一組照片。
[0015] 圖2A到B是使用具有不同API的質譜儀通過血液樣本中的0. 2 y L、200ng/mL舒 尼替尼制備的舒尼替尼的產物離子m/z283的離子計時圖。圖2A:具有受熱毛細管API的 TSQ。圖2B:具有氣簾氣API的SciexQTRAP4000。比較使用這兩種儀器通過提取噴射（頂 部的線）以及紙噴射（底部的線）獲得的離子計時圖。質譜儀設定在單反應監測（SRM)模 式，并且用10yL的甲醇作提取溶劑。圖2C是阿米替林的校準曲線，使用10yL甲醇作為 溶劑以及含有阿米替林的〇.2yLDBS和[D6]阿米替林作為標準來監測碎片離子m/z 233 的強度。
[0016] 圖3A到F是使用SciexQTRAP4000的不同基質中化學品的質譜和相對應的串聯 質譜。使用2kV噴射電壓在陽離子模式中獲得質譜：（圖3A)干血點（DBS)中的煙堿、（圖 3B)DBS中的甲基苯丙胺、（圖3C)尿液中的甲基苯丙胺、（圖3D)豬肉勻漿中的克侖特羅、 (圖3E)河水中的莠去津、以及（圖3F)桔子勻漿中的噻苯達唑。
[0017]圖4是示出使用微型12質譜儀利用提取噴射對血液樣本中治療藥物定量的曲線 圖。牛血中的阿米替林的校準曲線，阿米替林_d6(100ng/ml)作為內標。SRMm/z278至233 以及m/z284至233分別用于分析物以及內標。樣本惠特曼（Whatman) 1級色譜紙，0.18mm 厚，8mm長，0.8mm寬。用2yL血液樣本制備干血點。7yL甲醇用于提取噴射。施加1800V 電壓用于噴射。
[0018]圖5是示出耦接在具有矩形離子阱的微型質譜儀中的不連續大氣壓力接口的示 意圖。
[0019] 圖6是示出其中襯底僅僅部分地置于主體（噴射尖端）內的提取噴射探針的示意 圖。不連續大氣壓力接口（DAPI)是系統的任選組件并且所示出的襯底形狀是具有示例性 尺寸的示例性形狀。
【具體實施方式】
[0020] 本發明提供用于直接分析具有復雜基質的原始樣本的提取噴射電離。在某些實施 例中，本發明的系統包含電離探針。圖1A中示出示例性探針。探針包含具有遠側尖端的中 空主體。示例性中空主體是類似于用于納米ESI的中空主體。例如在維爾姆（Wilm)等人 的文章（分析化學（Anal.Chem.)，2004, 76,1165-1174)中描述了示例性納米噴射尖端以及 制備此類尖端的方法，其中的內容以全文引用的方式并入本文中。襯底至少部分地置于主 體內并且定位在遠側尖端之前，使得從襯底提取的樣本在離開遠側尖端前流入主體中。在 某些實施例中，例如圖1A中所示，襯底完全在主體內。在其它實施例中，例如圖6中所示， 襯底僅僅部分地置于主體（噴射尖端）內。中空主體可以包含用于接收溶劑的端口（圖 1A)。替代地，溶劑可以引入到襯底并且通過流過襯底而進入主體（圖6)。探針還包含電 極，電極可操作地與從襯底提取的樣本相互作用。電極可以在主體外側（圖6)、全部置于主 體內，或僅僅部分地置于主體內（圖1A)。探針可操作地耦接到質譜儀上，使得由探針產生 的離子進入質譜儀。本發明組合了快速提取與電離過程，例如納米噴射，這允許原始樣本的 直接分析以及大大改進的噴射電離，從而對使用各種各樣的質譜儀的大氣環境分析提供了 良好的靈敏度。
[0021] 提取噴射包含從襯底上的樣本快速提取分析物以及后續使用噴射尖端噴射提取 溶液。基于所提出的提取-電離模型，提取噴射可以視為兩步過程，如在圖1B中所展示。在 提取步驟處，提取溶劑快速從干燥樣本（例如，干血點或干組織勻漿）提取分析物基質，所 述干燥樣本置于在納米ESI管內的樣本襯底上。類似于紙噴射過程，預期在溶劑對分析物 的提取效率上以及在樣本對襯底的吸附能力上的差異將對此步驟具有明顯影響。在快速提 取之后，溶劑中夾帶的提取劑被噴射且電離。在圖1A到B中示出的示例性實施例中，所述 過程是納米ESI類過程。由提取噴射產生的帶電液滴與由紙噴射產生的液滴相比具有小得 多的大小。不受任何特定理論或作用機制限制，但是據信本發明的系統產生的更小的液滴 大小是由于其與納米ESI類似的液滴產生，以及更有效的氣相帶電液滴去溶劑化過程，所 述過