CN111208190B - 一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法，该采样头包括：采样本体；采样空腔，所述采样空腔设置在所述采样本体的第一端面，所述采样空腔与被采样表面形成采样区域；用于注入萃取剂的第一流道；用于注入空气的第二流道以及用于导出采样液滴的第三流道。由于本发明中的采样头直接与被采样表面接触，无需离体就能够实现采样，采用液滴萃取的方式，不会对被采样表面造成创伤，采样空腔贴近被采样表面，提高了采集样本液滴的浓度，减少了关键化合物信息丢失的可能性，从而提高了采样质量。

Description

一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法

技术领域

本发明涉及脂质组学技术领域，更具体地说，涉及一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法。

背景技术

随着质谱技术的发展，脂质组学在肿瘤生物标志物的识别、疾病诊断、药物靶点及先导化合物的发现和药物作用机制研究等方面已展现出广泛的应用前景。目前，通过对离体的组织表面物质样本进行质谱分析以得到肿瘤组织的代谢分子特性，而离体的组织冰冻和切割会造成细胞折叠和破碎，使得部分关键化合物信息丢失和细胞内溢出的干扰化合物增多。

因此，如何提高采样质量，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是如何提高采样质量，为此，本发明提供了一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种采样头，包括：

采样本体；

采样空腔，所述采样空腔设置在所述采样本体的第一端面，所述采样空腔与被采样表面形成采样区域；

用于注入萃取剂的第一流道，所述第一流道设置在所述采样本体，且所述第一流道的第一接口位于所述采样本体的第二端面，所述第一流道的第二接口连通所述采样空腔；

用于注入空气的第二流道，所述第二流道设置在所述采样本体，且所述第二流道的第一接口位于所述采样本体的第二端面，所述第二流道的第二接口连通所述采样空腔；以及

用于导出采样液滴的第三流道，所述第三流道设置在所述采样本体，且所述第三流道的第一接口位于所述采样本体的第二端面，所述第三流道的第二接口连通所述采样空腔。

在本发明其中一个实施例中，所述第一流道的第二接口和所述第二流道的第二接口位于所述采样空腔的顶部。

在本发明其中一个实施例中，所述第一流道的第二接口沿萃取剂注入方向口径逐渐变大。

在本发明其中一个实施例中，所述第一流道的第二接口与所述采样空腔同心；所述第二流道的第二接口的截面为扇形结构。

在本发明其中一个实施例中，所述第二流道的第二接口与所述第一流道的第二接口连通，并通过所述第一流道的第二接口与所述采样空腔连通。

在本发明其中一个实施例中，沿空气注入方向所述第二流道的第二接口与所述第一流道的第二接口持平。

在本发明其中一个实施例中，所述第三流道的第二接口靠近所述采样空腔的底部。

在本发明其中一个实施例中，所述采样主体包括第一采样主体、第二采样主体和第三采样主体，其中，所述第二采样主体位于所述第一采样主体和所述第三采样主体的中间。

在本发明其中一个实施例中，所述第一流道位于所述第一采样主体的部分、所述第二流道位于所述第一采样主体的部分和所述第三流道位于所述第一采样主体的部分沿所述第一采样主体的轴向延伸。

在本发明其中一个实施例中，所述第一流道位于所述第二采样主体的部分、所述第二流道位于所述第二采样主体的部分和所述第三流道位于所述第二采样主体的部分向所述采样空腔倾斜设置。

在本发明其中一个实施例中，所述第一流道的弯折处、所述第二流道的弯折处和所述第三流道的弯折处圆滑过渡连接。

在本发明其中一个实施例中，所述采样空腔位于所述第三采样主体中，且所述采样主体的外表面为圆弧状结构。

在本发明其中一个实施例中，所述采样空腔包括同心设置的第一采样空腔和第二采样空腔，所述第一采样空腔与所述第一流道的第二接口、所述第二流道的第二接口和所述第三流道的第二接口连通，所述第二采样空腔与被采样组织的表面对应。

在本发明其中一个实施例中，所述第二采样空腔的口径大于所述第一采样空腔的口径。

在本发明其中一个实施例中，所述第三流道位于所述第三采样主体的部分与所述第三流道位于所述第二采样主体的部分圆滑过渡连接。

在本发明其中一个实施例中，所述采样头由注塑或3D打印工艺加工而成。

本发明还公开了一种采样系统，包括如上述中任一项所述的采样头。

本发明还公开了一种质谱成像装置，包括上述所述的采样系统。

本发明还公开了一种采样方法，应用上述中任一项所述的采样头，该采样方法包括：

将采样头的第二端面平行接触被采样表面，完全接触后保持不动；

将萃取剂由第一流道注入采样空腔，采样空腔充满后停止注入，保持萃取剂与被采样表面接触一定时间；

同步由第二流道注入空气并由第三流道抽出空气，在气压驱动下，将采样空腔中的液体以液滴的形式，通过第三流道输送出去；

采样完成，采样头被抬升脱离被采样表面。

从上述的技术方案可以看出，使用本发明中的采样头时，首先将采样头的第二端面平行接触被采样表面，完全接触后保持不动，此时采样空腔中仅有空气；其次，将萃取剂由第一流道注入采样空腔，采样空腔充满后停止注入，此过程中萃取剂与被采样表面接触；继而，保持萃取剂与被采样表面接触一定时间，使萃取作用充分发生；其后，同步由第二流道注入空气并由第三流道抽出空气，在气压驱动下，将采样空腔中的液体以液滴的形式，通过第三流道输送出去，以进入下一级分析设备，由于空气同步地由两流道流入流出，不会在采样腔内形成负压，影响萃取剂进入第一流道中的液面位置；最后，采样完成，采样头被抬升脱离被采样表面。由于本发明中的采样头直接与被采样表面接触，无需离体就能够实现采样，采用液滴萃取的方式，不会对被采样表面造成创伤，采样空腔贴近被采样表面，提高了采集样本液滴的浓度，减少了关键化合物信息丢失的可能性，从而提高了采样质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种采样头的俯视立体结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种采样头的仰视立体结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种采样头的仰视透视结构示意图；

图4为图3中A部分的放大结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种采样方法的流程示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种采样方法的流程示意图；

图中，100为采样主体、101为第一采样主体、102为第二采样主体、103为第三采样主体、200为采样空腔、201为第一采样空腔、202为第二采样空腔、300为第一流道、301为第一流道的第一接口、302为第一流道的第二接口、400为第二流道、401为第二流道的第一接口、402为第二流道的第二接口、500为第三流道、501为第三流道的第一接口、502为第三流道的第二接口。

具体实施方式

术语解释：

质谱分析：用电场和磁场将运动的离子按它们的质荷比分离后进行检测的方法，可以通过质荷比辨识物质。

质谱成像技术：质谱成像是以质谱技术为基础的成像方法，该方法通过质谱直接扫描生物样品成像，可以在同一张组织切片或组织芯片上同时分析数百种分子的空间分布特征。简单而言，质谱成像技术就是借助于质谱的方法，再配套上专门的质谱成像软件控制下，使用一台通过测定质荷比来分析生物分子的标准分子量的质谱仪来成像的方法。

萃取：使用萃取剂提取物质。

表面采样：从被采样表面提取物质样本。

在体：不采用离体切片方式，直接在被采样表面操作。

流道：流体(气/液)在元件内的通路。

本发明的核心在于提供一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法，以提高采样质量。

此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

为此，请参阅图1至图4，本发明实施例中的采样头，包括：

采样本体；

采样空腔200，采样空腔200设置在采样本体的第一端面，采样空腔200与被采样表面形成采样区域；

用于注入萃取剂的第一流道300，第一流道300设置在采样本体，且第一流道的第一接口301位于采样本体的第二端面，第一流道的第二接口302连通采样空腔200；

用于注入空气的第二流道400，第二流道400设置在采样本体，且第二流道的第一接口401位于采样本体的第二端面，第二流道的第二接口402连通采样空腔200；以及

用于导出采样液滴的第三流道500，第三流道500设置在采样本体，且第三流道的第一接口501位于采样本体的第二端面，第三流道的第二接口502连通采样空腔200。

使用本发明中的采样头时，首先将采样头的第二端面平行接触被采样表面，完全接触后保持不动，此时采样空腔200中仅有空气；其次，将萃取剂由第一流道300注入采样空腔200，采样空腔200充满后停止注入，此过程中萃取剂与被采样表面接触；继而，保持萃取剂与被采样表面接触一定时间，使萃取作用充分发生；其后，同步由第二流道400注入空气并由第三流道500抽出空气，在气压驱动下，将采样空腔200中的液体以液滴的形式，通过第三流道500输送出去，以进入下一级分析设备，由于空气同步地由两流道流入流出，不会在采样腔内形成负压，影响萃取剂进入第一流道300中的液面位置；最后，采样完成，采样头被抬升脱离被采样表面。由于本发明中的采样头直接与被采样表面接触，无需离体就能够实现采样，采用液滴萃取的方式，不会对被采样表面造成创伤，采样空腔贴近被采样表面，提高了采集样本液滴的浓度，减少了关键化合物信息丢失的可能性，从而提高了采样质量。

需要说明的是，本发明中采样主体100为实体结构以形成第一流道300、第二流道400、第三流道500和采样空腔200的支撑主体，其可以为树脂、塑料或者玻璃材质，通过注塑工艺、3D打印技术加工而成，当采用3D打印技术时，特别采用紫外光固化3D打印技术进行加工。

第一流道的第一接口301用于外接管路用于进行注入萃取剂，第二流道的第一接口401用于外接管路注入正压气源，第三流道的第一接口501用于外接管路形成负压出口导出采样液滴。第一流道的第二接口302与采样腔体连通，第二流道的第二接口402与采样腔体连通，第三流道的第二接口502与采样腔体连通。第一流道300、第二流道400、第三流道500的横截面为圆形、椭圆形、扇形等等结构。

其中，由于第一流道300和第二流道400分别注入萃取剂和空气，为了方便施压以及充满采样空腔200，第一流道的第二接口302和第二流道的第二接口402位于采样空腔200的顶部。因此，当需要注入萃取剂时，通过第一流道的第二接口302自采样空腔200的顶部逐渐向下注入萃取剂，当萃取剂充满且萃取剂与被采集表面的代谢物充分接触后，由第二流道的第二接口402自采样空腔200的顶部逐渐冲入正压气源，从而挤压采样空腔200中的采样液滴进入第三流道的第二接口502。为了使得高浓度的采样液滴首先进入第三流道的第二接口502中，提高采样液滴的浓度，从而能够提高后续检测的检测检出率，本发明实施例中，第三流道的第二接口502靠近采样空腔200的底部。

第一流道的第二接口302沿萃取剂注入方向口径逐渐变大，因此，萃取剂通过第一流道300进入采样空腔200中时，首先经过第一流道的第二接口302扩张的作用下再进入至采样空腔200中，能够逐步降低进入采样空腔200中的萃取剂的速度，减少湍流现象产生，避免出现喘振现象而堵塞第一流道300，影响萃取剂的注入。第一流道的第二接口302与采样空腔200同心，或者非同心设计。

第二流道的第二接口402的截面为扇形结构。由于空气流阻小且无残余粘滞等问题，第二流道400接入采样空腔200的第二接口形状被设计为两条半径不同的同心圆弧(劣弧)及其端点连线所围成的扇形结构，如此采样头结构更加紧凑。

第二流道的第二接口402直接与采样空腔200连通，或者第二流道的第二接口402与第一流道的第二接口302连通，并通过第一流道的第二接口302与采样空腔200连通。

其中，第二流道的第二接口402与第一流道的第二接口302连通时，沿空气注入方向第二流道的第二接口402与第一流道的第二接口302持平。即，作为扇形结构的第二流道的第二接口402的内圆弧与第一流道的第二接口302的最小径同心；第二流道的第二接口402的外圆弧与第一流道的第二接口302的最大径同心。

为了方便描述，在本发明其中一个实施例中，采样主体100包括第一采样主体101、第二采样主体102和第三采样主体103，其中，第二采样主体102位于第一采样主体101和第三采样主体103的中间。其中第一采样主体101、第二采样主体102和第三采样主体103为一体式结构或者分体式结构，当为分体式结构时，通过粘结工艺进行连接。

为了萃取剂的注入时的顺畅性，第一流道300位于第一采样主体101的部分沿第一采样主体101的轴向延伸；为了空气注入时的顺畅性，第二流道400位于第一采样主体101的部分沿第一采样主体101的轴向延伸；为了导出采样液滴的顺畅性，第三流道500位于第一采样主体101的部分沿第一采样主体101的轴向延伸。

进一步的，第一流道300位于第二采样主体102的部分、第二流道400位于第二采样主体102的部分和第三流道500位于第二采样主体102的部分向采样空腔200倾斜设置。倾斜设置能够使得第一流道300、第二流道400和第三流道500位于第二采样主体102的部分占用的空间更小，从而使得第二采样主体102的直径小于第一采样主体101的直径。

由于位于第二采样主体102的第一流道300、第二流道400和第三流道500倾斜设置，因此，第一流道300、第二流道400和第三流道500均存在弯折处，为了减少由于弯折处的存在出现粘滞、或者损坏采样液滴的情况发生，第一流道300的弯折处、第二流道400的弯折处和第三流道500的弯折处圆滑过渡连接。

为了进一步减少采样的面积，本发明实施例中，采样空腔200位于第三采样主体103中，且采样主体100的外表面为圆弧状结构。如此不能够减少第三采样主体103的直径，从而使得有效的采样面积更小，而单词采样液滴体积会更小，从而能够提高采样精度。

进一步的，采样空腔200为圆柱结构或半球形结构，采样空腔200为半开口结构直接与被采样表面直接接触，且第三流道的第二接口502更加靠近被采集表面，提高了采样液滴的浓度，从而能够减少关键化合物信息丢失可能性。且采样空腔200与被采样表面直接接触的面积能够达到毫米级甚至百微米级，而采样头采样的面积越小空间分辨率越高。采样空腔200包括同心设置的第一采样空腔201和第二采样空腔202，第一采样空腔201与第一流道的第二接口302、第二流道的第二接口402和第三流道的第二接口502连通，第二采样空腔202与被采样组织的表面对应。在本发明其中一个实施例中，第二采样空腔202的口径大于第一采样空腔201的口径。

为了提高采样液滴的浓度，第三流道的第二接口502靠近采样空腔200的底部，为此，第三流道500有部分结构位于第三采样主体103中，而第三流道500位于第三采样主体103的部分与第三流道500位于第二采样主体102的部分圆滑过渡连接，避免死角产生，减少样本损失以及污染产生。

本发明还公开了一种采样系统，包括如上述中任一项的采样头。由于上述采样头具有以上有益效果，包括该采样头的采样系统也具有相应的效果，此处不再赘述。

本发明还公开了一种质谱成像装置，包括上述的采样系统。由于上述采样系统具有以上有益效果，包括该采样系统的质谱成像装置也具有相应的效果，此处不再赘述。

请参阅图5和图6，本发明还公开了一种采样方法，应用上述中任一项的采样头，该采样方法包括：

步骤S1：将采样头的第二端面平行接触被采样表面，完全接触后保持不动；

步骤S2：将萃取剂由第一流道300注入采样空腔200，采样空腔200充满后停止注入，保持萃取剂与被采样表面接触一定时间；

步骤S3：同步由第二流道400注入空气并由第三流道500抽出空气，在气压驱动下，将采样空腔200中的液体以液滴的形式，通过第三流道500输送出去；

步骤S4：采样完成，采样头被抬升脱离被采样表面。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (19)

1.一种采样头，其特征在于，包括：

采样本体；

采样空腔，所述采样空腔设置在所述采样本体的第一端面，所述采样空腔与被采样表面形成采样区域；

用于注入萃取剂的第一流道，所述第一流道设置在所述采样本体，且所述第一流道的第一接口位于所述采样本体的第二端面，所述第一流道的第二接口连通所述采样空腔；

用于注入空气的第二流道，所述第二流道设置在所述采样本体，且所述第二流道的第一接口位于所述采样本体的第二端面，所述第二流道的第二接口连通所述采样空腔；以及

用于导出采样液滴的第三流道，所述第三流道设置在所述采样本体，且所述第三流道的第一接口位于所述采样本体的第二端面，所述第三流道的第二接口连通所述采样空腔。

2.如权利要求1所述的采样头，其特征在于，所述第一流道的第二接口和所述第二流道的第二接口位于所述采样空腔的顶部。

3.如权利要求2所述的采样头，其特征在于，所述第一流道的第二接口沿萃取剂注入方向口径逐渐变大。

4.如权利要求3所述的采样头，其特征在于，所述第一流道的第二接口与所述采样空腔同心；所述第二流道的第二接口的截面为扇形结构。

5.如权利要求4所述的采样头，其特征在于，所述第二流道的第二接口与所述第一流道的第二接口连通，并通过所述第一流道的第二接口与所述采样空腔连通。

6.如权利要求5所述的采样头，其特征在于，沿空气注入方向所述第二流道的第二接口与所述第一流道的第二接口持平。

7.如权利要求1所述的采样头，其特征在于，所述第三流道的第二接口靠近所述采样空腔的底部。

8.如权利要求1至6中任一项所述的采样头，其特征在于，所述采样本体包括第一采样主体、第二采样主体和第三采样主体，其中，所述第二采样主体位于所述第一采样主体和所述第三采样主体的中间。

9.如权利要求8所述的采样头，其特征在于，所述第一流道位于所述第一采样主体的部分、所述第二流道位于所述第一采样主体的部分和所述第三流道位于所述第一采样主体的部分沿所述第一采样主体的轴向延伸。

10.如权利要求9所述的采样头，其特征在于，所述第一流道位于所述第二采样主体的部分、所述第二流道位于所述第二采样主体的部分和所述第三流道位于所述第二采样主体的部分向所述采样空腔倾斜设置。

11.如权利要求8所述的采样头，其特征在于，所述第一流道的弯折处、所述第二流道的弯折处和所述第三流道的弯折处圆滑过渡连接。

12.如权利要求8所述的采样头，其特征在于，所述采样空腔位于所述第三采样主体中，且所述第三采样主体的外表面为圆弧状结构。

13.如权利要求12所述的采样头，其特征在于，所述采样空腔包括同心设置的第一采样空腔和第二采样空腔，所述第一采样空腔与所述第一流道的第二接口、所述第二流道的第二接口和所述第三流道的第二接口连通，所述第二采样空腔与被采样组织的表面对应。

14.如权利要求13所述的采样头，其特征在于，所述第二采样空腔的口径大于所述第一采样空腔的口径。

15.如权利要求13所述的采样头，其特征在于，所述第三流道位于所述第三采样主体的部分与所述第三流道位于所述第二采样主体的部分圆滑过渡连接。

16.如权利要求1所述的采样头，其特征在于，所述采样头由注塑或3D打印工艺加工而成。

17.一种采样系统，其特征在于，包括如权利要求1至16中任一项所述的采样头。

18.一种质谱成像装置，其特征在于，包括权利要求17所述的采样系统。

19.一种采样方法，其特征在于，应用权利要求1至16中任一项所述的采样头，该采样方法包括：

将采样头的第二端面平行接触被采样表面，完全接触后保持不动；

将萃取剂由第一流道注入采样空腔，采样空腔充满后停止注入，保持萃取剂与被采样表面接触一定时间；

同步由第二流道注入空气并由第三流道抽出空气，在气压驱动下，将采样空腔中的液体以液滴的形式，通过第三流道输送出去；

采样完成，采样头被抬升脱离被采样表面。

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