一种显微质谱成像平台装置及其成像方法
【专利摘要】一种显微质谱成像平台装置及其成像方法，属于质谱分析领域。本发明使用显微载物台放置显微样品，使用质谱载物台放置质谱成像样品，两载物台层叠放置，质谱载物台通过微调移动旋转台调至与质谱样品与显微样品对齐；显微镜位于显微载物台下方，显微镜向上对显微样品观察并拍照；利用质谱仪在质谱载物台上方对指定点进行质谱分析，或对指定区域按自动规划路径进行质谱成像扫描。本发明利用显微影像确定样品的重点扫描区域，再利用质谱成像有针对性的进行局部高精度成像扫描，避免对不重要或不感兴趣的部分进行质谱成像，大大提高质谱成像分析的效率。本发明的显微质谱成像平台装置结构紧凑，使用方便，可广泛用于各种商用质谱仪。
【专利说明】一种显微质谱成像平台装置及其成像方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及质谱分析领域，具体的说，涉及一种用于高效率成像分析的显微质谱成像平台装置和配合该显微质谱成像平台的控制方法。
【背景技术】
[0002]质谱分析技术是目前最灵敏、最强大、最通用的生化分析技术之一，它的主要功能是通过分离和鉴定样品离子的质荷比(质量与电荷的比值，m/z)来分析样品物质的组成成分。其基本原理是利用电离源将样品中的分子进行电离，产生带电荷的离子，选择性的经过加速电场、聚焦电场的作用后进入质量分析器。质量分析器利用电场或磁场对不同质荷比离子的作用不同将离子分开，并分别被检测器检测到，形成质谱谱图，进而分析样品中的成分。
[0003]质谱分析由于具有免标记、免预处理、高灵敏度等特点，逐渐在各类疾病早期诊断中发挥重要作用。为了对整个样品进行全面的分析，质谱成像技术孕育而生。质谱成像技术对样品进行全面的检测，并以图像和数据的形式呈现出来，使样品同时具有化学成分信息和空间分布信息，对早期病变的分析具有重要作用。
[0004]质谱成像一般包括组织制备、质谱扫描、质量分析以及数据图像处理四个步骤。目前，基于二次离子质谱(SIMS)和基质辅助激光解析电离(MALDI)的质谱成像技术已经取得了重大进展。
[0005]中国专利文献(CN102621217A)公开了一种“质谱成像平台装置及其控制方法”，主要采用逐点质谱分析，通过逐行扫描的方式完成对一整块样品的成像扫描。该平台装置米用两种线扫描方式和两种点扫描方式，一般以0.2mm/s的速度进行扫描,对140mmX50mm大小的样品一般需要约10小时时间才能完成成像，对于更大的样品需要一天甚至更久的时间。这种成像方法虽然能够获得高分辨率的质谱图像，但是速度慢，效率低，难以满足大量样品分析的需要。由于在实际检测过程中，并非需要对样品的所有部分都采用高精度扫描，而是根据组织结构对局部区域进行重点检测。
【发明内容】
[0006]为了有针对性的进行质谱成像检测，兼顾快速性和准确性，本发明的目的是提供一种显微质谱成像平台装置及其控制方法，以解决现有方法针对性差、分析效率低等问题，进而有针对性的进行局部质谱成像分析，提高质谱分析的效率。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]本发明提供的一种显微质谱成像平台装置，包括高精度移动平台、质谱载物台和系统控制箱和含有控制软件的计算机，质谱成像装置的离子源作用区域位于质谱载物台的上方，其特征在于:所述装置还包括显微镜、微调移动旋转台和显微载物台；所述的质谱载物台和显微载物台呈上下关系层叠放置；所述显微载物台和质谱载物台在样品覆盖区域为开孔结构或透明介质；所述的显微镜位于显微载物台的下方；所述离子源作用区域位于显微镜的中轴线上；所述质谱载物台安装在微调移动旋转台上，微调移动旋转台和显微载物台安装在高精度移动平台上；所述系统控制箱通过电缆与高精度移动平台、微调移动旋转台相连；所述计算机通过电缆与系统控制箱和显微镜连接进行通讯；所述高精度移动平台带动显微载物台、质谱载物台和微调移动旋转台一起运动实现显微观察和质谱成像扫描。
[0009]所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:所述的显微载物台和质谱载物台在样品覆盖区域的开孔结构或透明介质的尺寸至少等于样品的有效区域，开孔结构中的孔为矩形孔或圆形孔。
[0010]所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:所述载物台的透明介质材料是玻璃或有机玻璃。
[0011]所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:所述的显微镜采用具有自主光源和拍照功能、变焦范围为5?300倍的显微镜，能够与计算机连接。
[0012]所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:所述的高精度移动平台包括三个正交方向的移动台及驱动电机，每个方向的最大行程范围5mm?500mm,最小移动步长等于或小于0.2mmο
[0013]所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:所述的微调移动旋转台包括两个正交方向的移动台和在该平面内的旋转台，每个方向的最大行程范围5mm?500mm,最小移动步长等于或小于0.2mm,旋转台的角度调节范围0°?360° ,最小旋转步长等于或小于1° ;采用手动调节或由电机驱动。
[0014]一种采用所述装置的显微质谱成像方法，以配合显微质谱成像平台使用，能够提高质谱成像的效率，其特征在于该方法包括如下步骤:
[0015]I)取两块相邻组织切片分别制成显微成像样品和质谱成像样品；将显微成像样品放在显微载物台上，将质谱成像样品放在质谱载物台上；
[0016]2)调整微调移动旋转台使显微成像样品和质谱成像样品对齐；
[0017]3)通过显微镜对显微成像样品进行拍照获得显微成像样品完整的显微照片；
[0018]4)通过人工诜取或图像处理自动识别的方法对显微成像样品的显微照片讲行组织区域划分；
[0019]5)设定质谱成像的扫描范围，选择质谱成像方法，计算机自动规划成像扫描路径;
[0020]6)计算机通过所述系统控制箱控制高精度移动平台带动显微载物台和质谱载物台按所述规划路径移动；同时计算机通过系统控制箱向质谱仪输出质谱启动信号，开始质谱成像扫描；
[0021]7)所述高精度移动平台按所规划路径移动停止后，计算机通过系统控制箱向质谱仪输出质谱停止信号，质谱仪将数据反馈给计算机。
[0022]上述质谱成像方法，其特征在于:所述质谱成像方法包括粗略质谱成像方法和局部精确质谱成像方法。
[0023]上述粗略质谱成像方法，其特征在于:在每个所述组织区域中选择3?5个检测点进行质谱分析，将这几个点的分析结果作为该区域的组分特征；
[0024]上述局部精确质谱成像方法，其特征在于:在显微影像中人工选取感兴趣的分析区域，质谱成像扫描时对该分析区域进行逐点扫描。[0025]本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果:利用显微影像确定样品的重点扫描区域，再利用质谱成像有针对性的进行局部高精度成像扫描，避免对不重要或不感兴趣的部分进行质谱成像，大大提高质谱成像分析的效率。本发明的显微质谱成像平台结构紧凑，使用方便，广泛适用于各种商用质谱仪。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的显微质谱成像平台装置总体结构示意图。
[0027]图2是本发明的显微质谱成像的控制方法流程图。
[0028]图中:1-显微镜；2_高精度移动平台；3_微调移动旋转台；4_显微载物台；5_显微成像样品；6_质谱载物台；7_质谱显微样品；8_系统控制箱；9_安装有成像软件的计算机。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明作进一步说明
[0030]如图1所示，是本发明的显微质谱成像平台装置总体结构图。所述装置包括高精度移动平台2、质谱载物台6和系统控制箱8和含有控制软件的计算机9，质谱成像装置的离子源作用区域位于质谱载物台6的上方，与已有的质谱成像装置平台不同之处在于，所述装置还包括显微镜1、微调移动旋转台3和显微载物台4 ;所述的质谱载物台6和显微载物台4呈上下关系层叠放置；所述显微载物台4和质谱载物台6在样品覆盖区域为开孔结构或透明介质；所述的显微镜I位于显微载物台4的下方；所述离子源作用区域位于显微镜I的中轴线上；所述质谱载物台6安装在微调移动旋转台3上，微调移动旋转台3和显微载物台4安装在高精度移动平台2上；所述系统控制箱8通过电缆与高精度移动平台2、微调移动旋转台3相连；所述计算机9通过电缆与系统控制箱8和显微镜I连接进行通讯；所述高精度移动平台2带动显微载物台4、质谱载物台6和微调移动旋转台3 —起运动实现显微观察和质谱成像扫描。所述显微载物台4和质谱载物台6在样品覆盖区域的开孔结构或透明介质的尺寸至少等于样品的有效区域，开孔结构中的孔为矩形孔或圆形孔。所述的透明介质材料是玻璃或有机玻璃。所述的显微镜I采用具有自主光源和拍照功能、变焦范围为5?300倍的显微镜，能够与计算机连接。所述的高精度移动平台2包括三个正交方向的移动台及驱动电机，每个方向的最大行程范围5mm?500mm,最小移动步长等于或小于
0.2_。所述的微调移动旋转台3包括两个正交方向的移动台和在该平面内的旋转台，每个方向的最大行程范围5mm?500mm,最小移动步长等于或小于0.2mm,旋转台的角度调节范围0°?360°，最小旋转步长等于或小于1° ;采用手动调节或由电机驱动。
[0031]在进行显微质谱成像实验时，取两块相邻组织切片分别制成显微成像样品5和质谱成像样品7 ;将显微成像样品5放在显微载物台4上，将质谱成像样品7放在质谱载物台6上；调整所述微调移动旋转台3使显微成像样品5和质谱成像样品7对齐；通过显微镜I对显微成像样品5进行拍照；如果显微镜I的放大倍数较大，无法一次拍摄到整个样品时，通过控制所述高精度移动平台2带动显微载物台4移动，使显微镜I对显微成像样品5的每个局部进行拍照，通过计算机软件的图像处理功能将所有局部照片拼合成显微成像样品5完整的显微照片；通过人工选取或图像处理自动识别的方法对显微成像样品5的显微照片进行组织区域划分；设定质谱成像的扫描范围，选择质谱成像方法，计算机自动规划成像扫描路径；计算机根据所选质谱成像方法进行质谱成像控制。其中，所述质谱成像方法包括粗略质谱成像方法和局部精确质谱成像方法。
[0032]对于粗略质谱成像方法，在每个所述组织区域中选择3?5个检测点进行质谱分析；计算机通过系统控制箱8驱动高精度移动平台2将所选检测点移动到质谱仪离子源作用区域，计算机通过系统控制箱8向质谱仪输出启动信号进行质谱检测，完成一次分析后暂停质谱仪，计算机通过系统控制箱8驱动高精度移动平台2将下一检测点移动到质谱仪离子源作用区域，重复上述步骤，直到所有检测点均被检测；计算机通过系统控制箱8向质谱仪输出质谱停止信号，质谱仪将数据反馈给计算机，计算机将这几个点的组成成分作为该区域的组分特征。
[0033]对于局部精确质谱成像方法，在显微影像中人工选取感兴趣的分析区域，计算机对所选区域进行扫描路径规划后，计算机通过系统控制箱8驱动高精度移动平台2将所规划路径的起点移动到质谱仪离子源作用区域，计算机通过系统控制箱8向质谱仪输出启动信号进行连续质谱检测，同时开始驱动高精度移动平台2按所规划路径扫描，直到扫描完成后，计算机通过系统控制箱8向质谱仪输出质谱停止信号，质谱仪将数据反馈给计算机。计算机进行数据处理并生成质谱影像。
【权利要求】
1.一种显微质谱成像平台装置，包括高精度移动平台(2)、质谱载物台(6)、系统控制箱(8)和含有控制软件的计算机(9);质谱成像装置的离子源作用区域位于质谱载物台(6)的上方，其特征在于:所述显微质谱成像平台装置还包括显微镜(I)、微调移动旋转台(3)和显微载物台(4);所述的质谱载物台(6)和显微载物台(4)呈上下关系层叠放置；所述显微载物台(4)和质谱载物台(6)在样品覆盖区域为开孔结构或透明介质；所述的显微镜(I)位于显微载物台(4)的下方；所述离子源作用区域位于显微镜(I)的中轴线上；所述质谱载物台(6)安装在微调移动旋转台(3)上，微调移动旋转台(3)和显微载物台(4)安装在高精度移动平台(2)上；所述系统控制箱(8)通过电缆与高精度移动平台(2)和微调移动旋转台⑶相连；所述计算机(9)分别通过电缆与系统控制箱⑶和显微镜⑴连接；所述高精度移动平台(2)带动显微载物台(4)、质谱载物台(6)和微调移动旋转台(3) —起运动实现显微观察和质谱成像扫描。
2.如权利要求1所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:显微载物台(4)和质谱载物台(6)在样品覆盖区域的开孔结构或透明介质的尺寸至少等于样品的有效区域，开孔结构中的孔为矩形孔或圆形孔。
3.如权利要求1所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:透明介质材料采用玻璃或有机玻璃。
4.如权利要求1所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:所述的显微镜(I)采用具有自主光源和拍照功能、变焦范围为5~300倍的显微镜。
5.如权利要求1所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:所述的高精度移动平台(2)包括三个正交方向的移动台及驱动电机，每个方向的最大行程范围5mm~500mm,最小移动步长等于或小于0.2mm。
6.如权利要求1所述的一种显微质谱成像平台装置，其特征在于:所述的微调移动旋转台(3)包括两个正交方向的移动台和在该平面内的旋转台，每个方向的最大行程范围5mm~500mm,最小移动步长等于或小于0.2mm,旋转台的角度调节范围0°~360° ,最小旋转步长等于或小于1° ;采用手动调节或由电机驱动。
7.一种采用权利要求1所述装置的显微质谱成像方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)取两块相邻组织切片分别制成显微成像样品(5)和质谱成像样品(7);将显微成像样品(5)放在显微载物台(4)上，将质谱成像样品(7)放在质谱载物台(6)上； 2)调整微调移动旋转台(3)使显微成像样品(5)和质谱成像样品(7)对齐； 3)通过显微镜(I)对显微成像样品(5)进行拍照获得显微成像样品(5)完整的显微照片; 4)通过人工选取或通过计算机软件的图像处理自动识别功能对显微成像样品(5)的显微照片进行组织区域划分； 5)设定质谱成像的扫描范围，选择质谱成像方法，计算机自动规划成像扫描路径； 6)计算机通过所述系统控制箱(8)控制高精度移动平台(2)带动显微载物台(5)和质谱载物台(7)按所述规划路径移动；同时计算机通过系统控制箱(8)向质谱仪输出质谱启动信号，开始质谱成像扫描； 7)所述高精度移动平台(2)按所规划路径移动停止后，计算机通过系统控制箱(8)向质谱仪输出质谱停止信号，质谱仪将数据反馈给计算机。
8.如权利要求7所述的显微质谱成像方法，其特征在于:所述显微质谱成像方法包括粗略质谱成像方法和局部精确质谱成像方法。
9.如权利要求8所述的显微质谱成像方法，其特征在于:所述粗略质谱成像方法是在每个所述组织区域中选择3~5个检测点进行质谱分析，将这几个点的分析结果作为该区域的组分特征。
10.如权利要求8所述的显微质谱成像方法，其特征在于:所述局部精确质谱成像方法是在显微照片中人工 选取感兴趣的分析区域，质谱成像扫描时对该分析区域进行逐点扫描。
【文档编号】G01N27/64GK103940898SQ201410196887
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】唐飞, 张新荣, 王晓浩, 陈进 申请人:清华大学