[实用新型]一种超分辨生物分子质谱成像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及生命科学分析领域，尤其涉及一种超分辨生物分子质谱成像装置。

背景技术

目前，质谱成像系统的成像方式常规采用的是点阵光机扫描式。该种方式的成像系统存在以下几点不足：

1、空间分辨率低：基于狭缝的光学系统获得激光的聚焦光斑。该激光光斑存在衍射和光斑扩展的问题，同时受光机结构的影响，难免存在结构不稳定的情况。因此激光解析目标样本时会不可避免的衍射到相邻样品，致使某些目标样本被重复解析电离，从而对质谱成像系统的空间分辨率产生影响。

2、成像速度慢：若要生成质谱图像，往往需要激光解析上百万个样品点，成像速度受离子转化效率影响，电离样品没有做到及时转移和检测。致使常规质谱成像的扫描速度在1像素/秒左右，每次成像过程通常需要几个小时，因此无法满足对生物样品内重要化学物质和代谢产物的实时监测。

3、灵敏度低：由于单次激光能量有限，因此单次激光照射下样品解吸电离少，不可避免的要增加曝光次数和强度来提高激光照射能量。但是激光强度的增大和曝光次数过多又会引起样品的变性，影响样品检测。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种超分辨生物分子质谱成像装置，具有空间分辨率高，灵敏度高，成像速度快，信噪比高等优点。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超分辨生物分子质谱成像装置，包括激光器、光学调制器组件、光学元件、载片、相机、反射镜和质谱仪，所述激光器发出激光经过所述光学调制器组件调制后，再经过所述光学元件后聚焦在置于所述载片上的目标样品上，所述目标样品发生解吸电离后变成目标样品的碎片粒子进入所述质谱仪进行检测，所述光学调制器组件包括编码孔径，通过控制所述编码孔径能够使得其所对应像素检测位置的所述目标样品被激光照射，所述反射镜和所述相机用于采集所述目标样品的形态信息。

所述质谱仪为解吸所述目标样品的碎片粒子的检测器，所述目标样品的碎片粒子包括正负离子和其他可离子化粒子。

所述质谱仪的质荷比(m/z)范围在1-1000000amu之间，优选为40-20000amu；所述质谱仪的质量分辨率在100-20000000之间，优选的在质荷比为1000amu和所述质谱仪的最高灵敏度条件下，所述质谱仪的质量分辨率不小于1000。

所述激光器波长为200-1500nm，优选为337nm，脉冲为1-100kHz，优选为1-5000Hz，脉冲宽度为1-5000ps，优选为3000ps，光斑为2-1000000μm²，优选为10000μm²，平均功率为0.01-20000mW，优选为1000mW。

所述反射镜和所述相机还用于对所述激光器光斑形态的测量、校正，所述相机选自CMOS相机或CCD相机。

所述编码孔径选自机械模板、液晶、微硅片狭缝阵列或数字微镜阵列器件，其中优选为数字微镜阵列器件，所述质谱成像装置采用所述编码孔径使得对应像素的所述目标样品被激光照射。

所述目标样品的碎片粒子能够采用多种激发和导入方式，包括改变激光光斑照射和粒子导入的角度、方向，将解吸的所述目标样品碎片粒子导入所述质谱仪，进行质谱分析；优选采用激光束和离子流的同轴设计，同时轴向的离子引出机制，由此使离子以较高效率到达检测器。

所述编码孔径的编码模板是熵编码、预测编码、变换编码或混合编码，并结合对应编码模板的反变换和计算成像手段实现质谱成像；优选采用Hadamard编码，结合Hadamard反变换和计算成像手段实现质谱成像。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)采用编码孔径的方式克服常规光机点阵扫描方式下激光光斑尺寸大的限制，使得质谱成像装置的空间分辨率显著提高，可以获得约1μm的空间分辨率，突破了常规仪器最高只达到5μm的空间分辨率限制，可实现细胞级和亚细胞级质谱成像。

(2)采用编码孔径的方法，对应目标样本像元的激光激发次数也随编码孔径模板的长度增加，像元信号的信噪比得到改善，因此本实用新型质谱成像装置的灵敏度显著提高，实现了更低含量物质的检测。

(3)采用编码孔径的方法，激光光斑较传统方法要小，因此保证样品不发生变化情况下，在单元像素上可以提升一定的激光强度，提升灵敏度；结合编码模板提升灵敏度的特性，在保证相同灵敏度情况下，可以减少激光曝光次数，缩短单元像素成像时间，因此对质谱成像装置的成像速度显著提高，成像所需时间缩短，效率更高。