非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统

本发明涉及质谱分析领域，更具体的说是涉及一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统。

背景技术：

1、细胞是生物体结构和功能的基本单位，它蕴含着丰富的个体生命活动信息。在单细胞水平上进行分析，可以反映个体细胞的真实情况，避免产生因细胞间存在异质性而造成研究结果的偏差。然而，由于细胞体积极小、细胞内代谢物的种类和含量会随着细胞内的代谢过程及周围环境的变化而动态变化，使得快速、原位、实时对细胞内各成分的分析成为一项十分具有挑战性的工作。

2、质谱法以其无标记性、高灵敏度、多物质同时检测和良好的定性能力成为单细胞代谢物检测和分析的重要方法，已经广泛应用于蛋白质组学、代谢组学等领域的生物分析研究。目前衍生了很多基于质谱的单细胞分析方法，根据所分析细胞样品的完整性可分为细胞内容物取样分析及完整单个细胞分析；根据样品电离过程加电方式的不同主要分为常规直流电和感应交流电两类。对细胞内容物直接取样分析及组分萃取分析，可能会存在样品信息的稀释，无法实现快速、原位、实时对细胞内各成分的分析。常规直流电的样品电离过程通常是将电施加到样品溶液中，细胞样品和电极之间存在物理接触，无法实现无电化学干扰的单细胞样品分析；直流电在样品电离过程中只能提供一种恒定的电压，而交流电则可以在固定周期内提供交替出现的正负电压，有助于提高细胞样品中待测物质的离子化效率，并且交流电频率的调控有助于选择性的分析不同质荷比的目标离子，从而提高样品信息覆盖度、检测灵敏度，获得单个细胞更全面的信息。

3、如何避免细胞样品信息的稀释，避免金属电极与对细胞内容物产生的电化学干扰，实现高灵敏度、高信息覆盖度的原位、实时、准确的完整单个细胞分析是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，通过感应交流加电方式避免金属电极与样品溶液的物理接触对引入的完整单个细胞内容物产生电化学干扰及样品稀释，通过感应交流电频率的调控实现选择性分析不同质荷比的离子，实现高灵敏度、高信息覆盖度的原位、实时、准确的完整单个细胞分析。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，包括：交流电发生模块、感应电发射发生模块、进样模块和质谱分析模块；所述交流电发生模块包括函数发生器、信号放大器，所述感应电发射发生模块包括电极和喷针；

4、所述函数发生器与电极耦合，并在金属电极与离子传输管间营造感应交变电场使喷针中的待测样品带电，通过调控函数发生器的参数，产生感应电喷雾；

5、感应电发射输入至质谱分析模块中进行质谱分析。

6、可选的，所述交流电发生模块还包括信号放大器，所述信号放大器用于对函数发生器的输出信号放大。

7、可选的，所述感应电发射发生模块还包括质谱离子传输管，喷针样品出口处设置于所述电极和所述质谱离子传输管之间。

8、可选的，所述交流电发生模块的感应交流电参数设置为：波形：方波或正弦波或三角波、锯齿波；电压：2～4.5kv；频率：10～300hz。

9、可选的，所述喷针为等内径的毛细管喷针，尖端长度：6～12mm，d1＝3～5mm；d2＝0.5～1.5mm；d1表示毛细管喷针喷雾出口处与离子传输管入口的距离；d2表示金属电极前端与离子传输管入口处的距离。

10、可选的，所述进样模块包括样品管、耐高压的样品瓶、高压氮气瓶；所述喷针的末端和所述样品管耦合，所述高压氮气瓶的出气端和所述样品管耦合。

11、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，具有以下有益效果：

12、(1)感应交流加电方式能够避免金属电极与样品溶液之间的物理接触，从而避免对引入的完整单个细胞内容物产生电化学干扰及样品稀释；

13、(2)感应交流电由于在固定周期内正负电压交替出现，使得离子化的样品在电场中产生定向移动，从而建立了独特的自清洁效果，降低了基质效应的干扰，可实现长时间的稳定分析；

14、(3)通过感应交流电频率的调控实现选择性的分析不同质荷比的离子，从而实现高灵敏度、高信息覆盖度的完整单个细胞原位、实时、准确快速分析。

技术特征：

1.一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，其特征在于，包括：交流电发生模块、感应电发射发生模块、进样模块和质谱分析模块；所述交流电发生模块包括函数发生器，所述感应电发射发生模块包括电极和喷针；

2.根据权利要求1所述的一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，其特征在于，所述交流电发生模块还包括信号放大器，所述信号放大器用于对函数发生器的输出信号放大。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，其特征在于，所述感应电发射发生模块还包括质谱离子传输管，喷针样品出口处设置于所述电极和所述离子传输管之间。

4.根据权利要求1所述的一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，其特征在于，所述交流电发生模块的感应交流电参数设置为：波形：方波或正弦波或三角波、锯齿波；电压：2～4.5kv；频率：10～300hz。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，其特征在于，所述喷针为等内径的毛细管喷针，尖端长度：6～12mm，d1＝3～5mm；d2＝0.5～1.5mm；d1表示毛细管喷针样品出口处与离子传输管入口处的距离；d2表示金属电极前端与离子传输管入口处的距离。

6.根据权利要求1所述的一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，其特征在于，所述进样模块包括样品管、耐高压的样品瓶、高压氮气瓶；所述喷针的末端和所述样品管耦合，所述高压氮气瓶的出气端和所述样品管耦合。

技术总结
本发明公开了一种非接触式感应交流电发射的完整单细胞质谱分析系统，涉及质谱分析领域。本发明包括：交流电发生模块、感应电发射发生模块、进样模块和质谱分析模块；所述交流电发生模块包括函数发生器和信号放大器，所述感应电发射发生模块包括电极和喷针；所述函数发生器、信号放大器与电极耦合，产生感应电场使喷针中的待测样品带电，通过调控函数发生器的参数，产生感应电发射；感应电发射输入至质谱分析模块中进行质谱分析。本发明的感应交流加电方式能够避免金属电极与样品溶液之间的物理接触，从而避免对引入的完整单个细胞内容物产生电化学干扰及样品稀释。

技术研发人员：汪夏燕,陈婷婷,张文美,刘元星,郭晓凯,赵瑶瑶,郭广生
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5