配备磁力固定的弹簧钢板的maldi载板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在飞行时间质谱仪中分析有机样本的样本载板的结构，该质谱仪通过基质辅助激光解吸电离被分析物，目前对质量精确度的要求意味着样本载板的表面必须具有高度的平面性。
[0002]根据本发明，使用内嵌式磁铁来将作为样本载板的非常平的、薄的、弹性的且成本低廉的弹簧钢板固定在具有精确形状和空间稳定的基础结构上，该基础结构可由例如铝合金加工而成，这样可制备一块复合样本载板，该复合样本载板可以放入离子源中，但是例如通过给定复合样本载板商业化的微量滴定板的尺寸，还可以将该复合样本载板用于样品制备机器人。放置样品的表面的平面性在近处区域内是由弹簧钢板本身提供的，在远处区域中表面的平面性在整个弹簧钢板上由基础结构提供。该弹簧钢板是一次性使用的，以满足IVD诊断性产品的法规要求。其可设置有标识码、样本点标记和用于各种分析任务的预涂层。
【背景技术】
[0003]通过基质辅助激光解吸(MALDI)电离的质谱仪已成为生物分子分析的一种标准方法。通常使用飞行时间质谱仪。其通过测量离子从样本载板的表面至离子检测器的飞行时间来确定离子质量。
[0004]为满足当今对质量测量精确度的要求，样本载板上所有样品中的离子必须通过长度精确已知的飞行路径。如果假定飞行路径为2米长，这在商业化质谱仪中是常见的，这就意味着飞行距离仅1微米的偏差会导致飞行时间偏差千万分之五，由此计算出的质量也会偏差百万分之一(lppm)。但目前的质量测量希望获得的偏差仅为千万分之几。这意味着，不同样品间的飞行路径长度的偏差必须控制在1/10微米的范围内。
[0005]由于样本载板通常会以精确的χ-y运动单元移动，以使每个待分析的样品处于轨迹的轴线上，所以样本载板的平面性发挥非常重要的作用。可以通过测量在整个样本载板上分布的质量参比样本图案来考虑在大面积上的平面度偏差或样本载板的轻微倾斜，因为这些测量可给出参比样本与离子检测器之间的精确距离的图案。但是，当通过飞行时间计算质量时，必须能够对位于质量参比样本之间的分析样本的进行非常精确的插值。因此样本载板必须没有波浪形。
[0006]现代的飞行时间质谱仪使用的移动装置可以通过测量质量参比样本来机械地消除样本载板的任何倾斜。这种机械校正与线性数学插值等效，但线性插值要求样本载板的平面性在大面积上没有任何曲面。
[0007]对于在样本载板上制备样品来说，存在制备具有埋入的分析物分子且厚度仅为约1微米的薄基质层的许多方法，这些方法还提供相对较好的厚度重现性。
[0008]根据等同文件DE 101 40 499 B4、GB 2 378 755 B 和 US 6, 670, 609 B2 (J.Franzen，2001)已知一种复合板，其包括位于基础结构上的约3至4毫米厚的不锈钢板，基础结构通过注射成型或甚至采用塑料材料制备，这种复合板的形状精度低。远处和近处区域的平面性仅由不锈钢板来提供。但是，已经发现，机加工(切割和铣削)会使这种厚度的不锈钢板变形，所产生的内应力使得不锈钢板无法提供目前所要求的平面性。
[0009]等同文件DE 102 30 328 B4、GB 2 391 066 B 和 US 6,825,465 B2 (Μ.SchUrenberg，2002)描述了弹性导电的薄塑料板如何通过边缘夹紧固定在实心的基础结构上，其平面性差不多仅由基础结构来提供。这同样不能满足目前对平面性的要求。
[0010]文件TO 2005/037434 Al (McCarthy et al.，“MALDI Plate with RemovableMagnetic Insert”)解释了具有至少一个磁性部件的样本载板如何通过磁铁固定在框架中。这里，平面性必须仅由样本载板提供。
[0011]因此，需要一种能够提供所需的平面性的样本载板，其生产成本低廉，同时如可能的话，能够满足其他要求，例如IVD方法的一次性使用要求以及可以在移液机器人中使用。
【发明内容】
[0012]本发明提出以下设计，通过内嵌在基础结构中的以图案布置的磁铁，将弹簧钢板可拆卸地固定在尺寸非常精确的基础结构上，弹簧钢板生产成本低廉，仅约0.1至0.8毫米厚。经验表明，弹簧钢板是极其平坦的(但具有感觉不到的弯曲度)。基础结构可以采用例如铝合金制造，铝合金可以非常精确地加工而不产生任何应力，并且内嵌磁铁。从而，利用基础结构和弹簧钢板形成主体形状，例如通过使主体形状具有商业化微量滴定板的标准尺寸，来使主体形状适用于被引入离子源内并适用于移液机器人或其他机器人。
[0013]如果正确制造，那么弹性的弹簧钢板具有反射的、非常平坦且无波浪形的表面，虽然整体上可以是具有感觉不到的弯曲度的。这里可排除球形曲面；实际上仅有圆柱形曲面。可通过磁铁完全消除圆柱形曲面，磁铁将载板强力拉至具有适宜精度的基础结构支撑面上。这样，样品的表面的平面性在近处区域中由弹簧钢板提供，在远处区域中在整个弹簧钢板上由基础结构提供。很明显，根据W0 2005/037434 A1，不可能通过单个磁铁来消除圆柱形曲面。
[0014]可采用大的弹簧钢板(例如乳制板)通过非常柔和的切割方法(例如水喷射切割或特别是皮秒激光切割)制造弹簧钢板。这样可以大批量高精度生产，基本上无毛刺、无应力且价格低廉。仅需少量机械抛光。
[0015]弹簧钢板设计成一次性使用的，以便还能满足IVD诊断性产品的法规要求。弹簧钢板可设计成带有标识码、样本点记号和用于各种分析任务的预涂层。
【附图说明】
[0016]图1示出整体结构，该整体结构包括基础结构1、基础结构1的底部边缘3和形成框架的顶部边缘2，弹簧钢板4嵌入并用磁铁固定在顶部边缘2中。弹簧钢板4通过封闭圈和条形码标签8固定样本点5、6、7。
[0017]图2举例示出不带弹簧钢板的基础结构的平面图，即底部边缘3、用于嵌入钢板的顶部边缘2、用于弹簧钢板的精密支撑面12、容纳任何可能的毛刺的沟槽11、磁铁9和减重切割部分10。
[0018]图3示出基础结构的横截面。图3的上部示出位于基础结构上方的夸大地弯曲的弹簧钢板4。在图3的下部，通过磁铁(未显示)将弹簧钢板4拉至基础结构的支撑面12上，从而弹簧钢板4不再存在弯曲。
[0019]图4示出具有插槽14和一些插入的弹簧钢板4的贮存盒(不带盖)。
【具体实施方式】
[0020]例如，如图1所示，本发明提供一种方案，其中，利用以一定图案布置的多个内嵌磁铁将一块非常平的、高度弹性和低成本的厚度仅为约0.1至0.8毫米(优选0.2至0.5毫米)的弹簧钢板4固定在尺寸非常精确和稳定的基础结构1上，并且允许去除弹簧钢板
4。这些磁铁将弹簧钢板拉至精密平坦的支撑表面上，并且消除弹簧钢板可能存在的任何弯曲。图2是带有以示例图案布置的磁铁9和精确成形的支撑面12的基础结构的平面图。在各边缘处，弹簧钢板4被嵌入基础结构的框架2中。有利的是，弹簧钢板4被稍微预加应力以便呈凹形或凸形弯曲。在框架2的各个内部边缘处铣出的沟槽11可确保可能存在的任何毛刺不会造成任何不利的弯曲。
[0021]基础结构可以采用镁铝合金制造，例如AW-5083[A1 Mg4.5Mn0.7]，其可在无任何应力的情况下非常精确的加工制造，并内嵌磁铁9。例如，可使用直径5mm和厚度3mm的商用钕铁硼盘状永久磁铁。为了减轻重量，基础结构的内部的大部分可被铣去，留下具有保持强度的网格结构。这还允许通过铣制开口 10之一从下方将弹簧钢板从基础结构中推出。其目的是:生产一种包括基础结构和弹簧钢板的复合结构，例如通过使该复合结构具有商用微量滴定板(96孔板)的尺寸，来使这种复合结构适用于移液机器人和其它样品制备机器人。图1以示例方式显示微量滴定板形式的复合结构，图2是大部分被铣去以减轻重量的相关基础结构。样品制备机器人通常无法搬运非常沉重的载板，因此轻型设计是有利的。根据ANSI (美国国家标准研究所)标准，微量滴定板的规格为127.76mm x 85.48mm x 14.35mm。
[0022]基础结构也可以用其他金属或非金属材料制造，只要该材料可提供所需的尺寸稳定性即可。例如，在由碳纤维强化塑料组成的情况下，板可以被加工成非常精确的形状。
[0023]商业化的MALDI质谱仪配有的离子源可接受微量滴定板形式的样本载板。微量滴定板形式的复合样本载板还允许将样本载板堆叠起来而不接触样品。用于这种形式的复合样本载板的薄弹簧钢板的尺寸约为80mmX 120mm。适合这种弹簧钢板的材料例如是符合EN10088-2标准的不锈但仍具磁性的铬钢1.4016。其他磁性弹簧钢板也是适用的，并可根据分析应用的要求来进行选择。
[0024]插入的弹簧钢板4的底面位于基础结构的形状精确的支撑面12上。但是，要求弹簧钢板4的上表面具有所述的平面性。因此，在远处区域中表面的平面性会受到钢板材料厚度差异的负面影响。但是，如果弹簧钢板是从大块的机器乳制的半成品切出来的，那么在整个钢板上厚度的差异非常小。在实际操作中，当使用合适的生产方法制作半成品时，厚度差异可以忽略不计。
[0025]不同批次半成品之间的差异可能会较大，即使它们的额定厚度是一样的。可通过为每个样本载板进行一次测量和补偿样品分离来轻松控制这种变化。这可通过机械、电学或优选通过在质谱仪中测量质量参比物质来完成。
[0026]现代质谱仪可配备各种装置，这些装置不仅在与光束形成垂直的两个空间方向上移动样本载板，而且还通过测量质量参比物质的反馈倾斜对齐样本载板，从而使从载板表面至离子检测器的离子路径几乎全都是一样的，误差仅为十分之几微米。在数学上，该方法与自倾斜载板的距离的线性插值等同，但同样要求样品应用的表面非常平坦，没有弯曲或波浪形。
[0027]在其他质谱仪的离子源中，样本载板可采用其他尺寸，例如样本载板尺寸仅为一块微量滴定板的四分之一。同样，可使用具有磁性固定的钢板的合适的基础结构，从而制造合适尺寸的复合样本载板。较小样本载板所用的钢板会相应地较小一些，并且会薄一些，例如厚度为0.1至0.3毫米。
[0028]具有非常平坦的表面的高弹性弹簧钢板目前已有商品化产品。使用这类板材制造的弹簧钢板虽然经千分尺测量整体呈曲面，但裸眼几乎看不出