[发明专利]整合的混合NEMS质谱测定法

说明书

混合质谱仪包括：用于从样本产生离子的离子源；包括纳机电质谱(NEMS‑MS)系统的第一质谱系统；第二质谱系统，其包括适于根据带电粒子的质荷比来分离带电粒子的至少一个质量分析器；以及使第一质谱系统和第二质谱系统耦合的整合区，该整合区包括用于可控地将离子按规定路线发送到第一质谱系统和第二质谱系统中的选定的一个或两个以由此进行分析的至少一个定向设备。第二系统可以是轨道静电阱系统。离子束可以由离子光学器件电气地引导到一个或另一个系统。具有谐振器的芯片可以通过冷却使用。用途包括对在生物系统中发现的大质量复合物的分析、天然单分子分析以及大小和形状分析。

相关申请

本申请要求2015年1月23日递交的美国临时申请序列号为 62/107,254的优先权，该临时申请在此通过引用以其整体并入。

背景

纳机电系统(NEMS)谐振器是可用于对分析物的异常灵敏的质量检测的电子地和光学地可控的亚微米级机械悬臂。在吸附到NEMS谐振器上时，分析物可以急速降低谐振器的谐振频率，谐振频率由专用电子电路连续监测。诱导的频率变化与分子的质量成比例，并且取决于谐振器上的着陆位置。实现该技术的技术解决方案可以在例如美国专利号6,722,200、 7,302,856、7,330,795、7,552,645、7,555,938、7,617,736、7,724,103、8,044,556、8,329,452、8,350,578和9,016,125中找到。

这些发展已经被应用于生物分子(包括单分子)的超灵敏质量检测，如例如美国专利号6,722,200、8,227,747和美国专利公布2014/156,224中所述的。通过仅仅从几百个分子吸附事件的统计分析以及在最新实施例中使用单独的分子来组合简单的谱。

对单分子分析解决的问题之一是，由分析物吸附引起的谐振频率偏移取决于分析物的质量和其在NEMS谐振器上的吸附的精确位置。如在美国专利公布2014/156,224中所述的，通过激发和检测谐振器的多个振动模式以确定这两个未知量来解决该问题。使用当技术进一步发展时预期的显著改进来证明50-100kDa的质量分辨率。参见例如Yang，Y.T.等人的 Zeptogram-scale nanomechanical mass sensing，Nano Letters 6,583-586 (2006)。

纳米喷雾离子源和MS大气至真空接口与在美国专利公布 2014/156,224中的NEMS检测以及基质辅助激光解吸和电离源一起被使用。使到达的分析物在设备的表面上的NEMS增强的非特定物理吸附冷却。通过单独地测量顺序到达的分析物微粒的质量，在美国专利公布 2014/156,224中构建表示整个异质样本的质谱。

通过连续监测多种振动模式，随后在美国专利公布2014/244,180中将该方法扩展到在单独分析物实体吸附到纳米机械谐振器上时，逐一检测它们的质量分布的空间矩。

因此，NEMS已经成为可行的质谱测定方法(MS、NEMS-MS)。特别重要的是，NEMS-MS可用于评估中性分子物质，以及还有分辨能力和灵敏度随着质量的增加而提高。

质谱测定法在传统上通过首先向分析物提供在离子源中的电荷且然后使用电磁场测量分析物质荷比来处理对分析物的识别。近年来，质谱测定法在生命科学和医学中承担越来越重要的角色，并成为蛋白质组学分析的主要技术。现代质量分析仪的增加的分辨率和质量范围允许人们在天然条件下(即在接近生理的pH下)使用纳米喷雾法测量蛋白质复合物和甚至高到1-50MDa的病毒衣壳。例如，在美国专利号8,791,409中显示，轨道静电阱质谱测定法可以用数千计的质量分辨能力检测蛋白质复合物的单独离子。然而，基于质荷比的MS通常在较高的质量下显示降低的性能，特别是由于MDa分析物的重叠的电荷分布。