用于分析所提取样本的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请主张2013年3月13日提交的第61/779, 673号美国临时专利申请以及2013 年1月31日提交的第61/759, 247号美国临时专利申请中的每一者的权益以及优先权，所 述美国临时专利申请中的每一者的内容以全文引用的方式并入本文中。
[0003] 政府I持
[0004] 本发明根据美国国立卫生研宄院授予的GM103454以及美国国家科学基金会授予 的CHE0847205在政府支持下完成。政府对本发明拥有一定的权利。
技术领域
[0005] 本发明大体上涉及用于分析所提取样本的系统和方法。
【背景技术】
[0006] 使用质谱的化学分析通常包括样本提取和色谱分离，随后进行质量分析。例如， 在质谱测量之前通常使用色谱来分离生物液体（例如，复杂混合物，例如血液、唾液或尿 液），以便将对分析物电离的抑制作用最小化并且预浓缩分析物。近年来，已经产生了允 许将样本制备和预处理与电离过程相结合的系统和方法（见欧阳（Ouyang)等人的W0 2010/127059,其内容以全文引用的方式并入本文中）。
[0007] 这些系统和方法使用润湿的多孔材料，称为纸喷射电离，用于复杂生物液体的直 接、定性和定量分析。通过在具有宏观上锐利尖端的多孔材料中的灯芯作用实现分析物传 输，并且使用高电场来执行存在于生物样本中的化合物的电离和化学分析。传输分析物不 需要气动帮助；相反，简单地向固持于质谱仪前面的湿纸施加电压。
【发明内容】
[0008] 本发明认识到纸喷射的缺点是：当与使用气帘气的质谱仪操作时，由于溶剂在纸 上快速变干而导致产生短暂且不稳定的喷射。另外，纸喷射由于相对较差的去溶剂化而导 致与微型质谱仪共用时具有较低的灵敏度。本发明通过为衬底提供包含喷射尖端的外壳而 解决了这些问题。
[0009] 本发明与纸喷射的操作的类似之处在于样本是施用到衬底上。然而，不同于纸喷 射的是样本不直接从衬底电离。实际上，在外壳内施用溶剂以与衬底相互作用并且从衬底 提取样本分析物。提取溶剂中的样本分析物保持在水相直到电压施加到外壳内。此时，提 取溶剂中的分析物从外壳的远侧尖端排出，由此产生分析物的离子。本发明的探针特别适 合与喷雾气体一起使用并且与纸喷射相比具有改进的去溶剂化。
[0010] 在某些方面，本发明提供包含电离探针和质量分析仪的系统。探针包含具有远侧 尖端的中空主体。探针还包含衬底，所述衬底至少部分地置于主体内并且定位在远侧尖端 之前，使得从衬底提取的样本在离开远侧尖端前流入主体中。在某些实施例中，衬底完全在 主体内。探针还包含电极，电极可操作地与从衬底提取的样本相互作用。电极可以在主体 外侧、全部置于主体内，或仅仅部分地置于主体内。中空主体可以由任何材料制成，并且示 例性材料是玻璃。中空主体可以包含用于接收溶剂的端口。替代地，溶剂引入到衬底并且 通过流过衬底而进入主体。
[0011] 衬底可以是多孔或无孔材料。在某些实施例中，衬底是多孔材料。任何多孔材料， 例如，聚二甲基硅氧烷（PDMS)膜、滤纸、纤维素基产品、棉、凝胶、植物组织（例如树叶或种 子）等，都可以用作衬底。质量分析仪可以是质谱仪或微型质谱仪。示例性质量分析仪包 含四极离子阱、矩形离子阱、圆柱离子阱、离子回旋共振阱、或轨道阱。
[0012] 在某些实施例中，所述系统进一步包含喷雾气体源。喷雾气体源可经配置以提供 气体脉冲。替代地，喷雾气体源可经配置以提供连续的气流。
[0013] 本发明的另一方面提供用于分析样本的方法。所述方法包括将溶剂引入到至少部 分地置于中空主体内的衬底上的样本，使得溶剂与衬底相互作用以从衬底提取样本；向溶 剂中的所提取样本施加电压使得样本从主体的远侧尖端排出，由此产生样本中的分析物的 离子；并且分析离子。衬底可以完全置于主体内或仅仅部分地置于主体内。在某些实施例 中，也将喷雾气体施用到所提取样本。可以在衬底至少部分地插入到中空主体中之前将样 本引入到衬底。替代地，可以在衬底已经部分地插入到中空主体中之后将样本引入到衬底。
【附图说明】
[0014] 图1A是用于MS分析的提取喷射离子源的照片。图1B是提取喷射电离过程的示 意图，具有两个建议步骤：提取和喷射电离。图1C是对干血分析的提取喷射-MS/MS质谱， 其中使用10yL甲醇作为喷射溶剂，含有10ng/mL阿米替林的0. 2yL血液。图1D是在使 用不同溶剂（纯甲醇、50/50的甲醇/水、以及纯水）进行提取喷射过程之前和之后的所载 入样本的一组照片。
[0015] 图2A到B是使用具有不同API的质谱仪通过血液样本中的0. 2 y L、200ng/mL舒 尼替尼制备的舒尼替尼的产物离子m/z283的离子计时图。图2A:具有受热毛细管API的 TSQ。图2B:具有气帘气API的SciexQTRAP4000。比较使用这两种仪器通过提取喷射（顶 部的线）以及纸喷射（底部的线）获得的离子计时图。质谱仪设定在单反应监测（SRM)模 式，并且用10yL的甲醇作提取溶剂。图2C是阿米替林的校准曲线，使用10yL甲醇作为 溶剂以及含有阿米替林的〇.2yLDBS和[D6]阿米替林作为标准来监测碎片离子m/z 233 的强度。
[0016] 图3A到F是使用SciexQTRAP4000的不同基质中化学品的质谱和相对应的串联 质谱。使用2kV喷射电压在阳离子模式中获得质谱：（图3A)干血点（DBS)中的烟碱、（图 3B)DBS中的甲基苯丙胺、（图3C)尿液中的甲基苯丙胺、（图3D)猪肉匀浆中的克仑特罗、 (图3E)河水中的莠去津、以及（图3F)桔子匀浆中的噻苯达唑。
[0017]图4是示出使用微型12质谱仪利用提取喷射对血液样本中治疗药物定量的曲线 图。牛血中的阿米替林的校准曲线，阿米替林_d6(100ng/ml)作为内标。SRMm/z278至233 以及m/z284至233分别用于分析物以及内标。样本惠特曼（Whatman) 1级色谱纸，0.18mm 厚，8mm长，0.8mm宽。用2yL血液样本制备干血点。7yL甲醇用于提取喷射。施加1800V 电压用于喷射。
[0018]图5是示出耦接在具有矩形离子阱的微型质谱仪中的不连续大气压力接口的示 意图。
[0019] 图6是示出其中衬底仅仅部分地置于主体（喷射尖端）内的提取喷射探针的示意 图。不连续大气压力接口（DAPI)是系统的任选组件并且所示出的衬底形状是具有示例性 尺寸的示例性形状。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提供用于直接分析具有复杂基质的原始样本的提取喷射电离。在某些实施 例中，本发明的系统包含电离探针。图1A中示出示例性探针。探针包含具有远侧尖端的中 空主体。示例性中空主体是类似于用于纳米ESI的中空主体。例如在维尔姆（Wilm)等人 的文章（分析化学（Anal.Chem.)，2004, 76,1165-1174)中描述了示例性纳米喷射尖端以及 制备此类尖端的方法，其中的内容以全文引用的方式并入本文中。衬底至少部分地置于主 体内并且定位在远侧尖端之前，使得从衬底提取的样本在离开远侧尖端前流入主体中。在 某些实施例中，例如图1A中所示，衬底完全在主体内。在其它实施例中，例如图6中所示， 衬底仅仅部分地置于主体（喷射尖端）内。中空主体可以包含用于接收溶剂的端口（图 1A)。替代地，溶剂可以引入到衬底并且通过流过衬底而进入主体（图6)。探针还包含电 极，电极可操作地与从衬底提取的样本相互作用。电极可以在主体外侧（图6)、全部置于主 体内，或仅仅部分地置于主体内（图1A)。探针可操作地耦接到质谱仪上，使得由探针产生 的离子进入质谱仪。本发明组合了快速提取与电离过程，例如纳米喷射，这允许原始样本的 直接分析以及大大改进的喷射电离，从而对使用各种各样的质谱仪的大气环境分析提供了 良好的灵敏度。
[0021] 提取喷射包含从衬底上的样本快速提取分析物以及后续使用喷射尖端喷射提取 溶液。基于所提出的提取-电离模型，提取喷射可以视为两步过程，如在图1B中所展示。在 提取步骤处，提取溶剂快速从干燥样本（例如，干血点或干组织匀浆）提取分析物基质，所 述干燥样本置于在纳米ESI管内的样本衬底上。类似于纸喷射过程，预期在溶剂对分析物 的提取效率上以及在样本对衬底的吸附能力上的差异将对此步骤具有明显影响。在快速提 取之后，溶剂中夹带的提取剂被喷射且电离。在图1A到B中示出的示例性实施例中，所述 过程是纳米ESI类过程。由提取喷射产生的带电液滴与由纸喷射产生的液滴相比具有小得 多的大小。不受任何特定理论或作用机制限制，但是据信本发明的系统产生的更小的液滴 大小是由于其与纳米ESI类似的液滴产生，以及更有效的气相带电液滴去溶剂化过程，所 述过