一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111208191 A(43)申请公布日 2020.05.29

(21)申请号 202010028269.6(22)申请日 2020.01.10

(71)申请人 中国科学院深圳先进技术研究院

地址 518055 广东省深圳市南山区深圳大

学城学苑大道1068号(72)发明人 罗茜　邓卡　潘挺睿　

(74)专利代理机构 深圳智趣知识产权代理事务

所(普通合伙) 44486

代理人 崔艳峥(51)Int.Cl.

G01N 27/62(2006.01)H01J 49/26(2006.01)

权利要求书2页 说明书6页 附图6页

CN 111208191 A(54)发明名称

一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法(57)摘要

本发明公开了一种采样头、采样系统、质谱

采样本体，成像装置和采样方法，该采样头包括：

所述采样本体相对的两个侧面中的一个侧面设置有榫头，另外一个侧面相对的位置设置有尺寸与所述榫头相配合的卯槽；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，提高了采样液滴浓度，减少关键化合物信息丢失的可能性，从而提高了采样质量。

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1.一种采样头，其特征在于，包括：呈长方体结构的采样本体，所述采样本体相对的两个侧面中的一个侧面设置有榫头，另外一个侧面相对的位置设置有尺寸与所述榫头相配合的卯槽；

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，所述第三流道的第二接口靠近所述采样空腔的底部。

4.如权利要求1至3中任一项所述的采样头，其特征在于，所述采样空腔为半球形结构。5.如权利要求12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。

6.如权利要求1所述的采样头，其特征在于，所述榫头包括第一榫头和第二榫头，所述卯槽包括第一卯槽和第二卯槽，所述第一卯槽尺寸与所述第一榫头相配合，所述第二卯槽尺寸与所述第二榫头相配合。

7.如权利要求6所述的采样头，其特征在于，所述第一榫头设置在所述采样主体一组相对的两个侧面中的一个侧面上，所述第一卯槽设置在该组相对的两个侧面中的另一个侧面上；所述第二榫头设置在所述采样主体另一组相对的两个侧面中的一个侧面，所述第二卯槽设置在该组相对的两个侧面中的另一个侧面上。

8.如权利要求7所述的采样头，其特征在于，所述第一卯槽的中心线、所述第一榫头的中心线与所述采样主体的中心线共面。

9.如权利要求8所述的采样头，其特征在于，所述第二卯槽的中心线、所述第二榫头的中心线与所述采样主体的中心线共面。

10.一种采样系统，其特征在于，包括多个如权利要求1至9中任一项所述的采样头，所述采样头的榫头能够与相邻的所述采样头的卯槽相配合。

11.一种质谱成像装置，其特征在于，包括权利要求10所述的采样系统。12.一种采样方法，其特征在于，应用权利要求10所述的采样系统，该采样方法包括：将通过榫头和卯槽将多个采样头拼接在一起；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；

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采样完成，采样头被抬升脱离被采样表面。

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一种采样头、采样系统、质谱成像装置和采样方法

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技术领域

[0001]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

[0002]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。

[0003]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

[0004]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。[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0006]一种采样头，包括：

[0007]呈长方体结构的采样本体，所述采样本体相对的两个侧面中的一个侧面设置有榫头，另外一个侧面相对的位置设置有尺寸与所述榫头相配合的卯槽；[0008]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；[0009]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；[0010]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[0011]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。

[0012]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。

[0013]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。[0014]本发明其中一个实施例中，所述采样空腔为半球形结构。[0015]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。[0016]本发明其中一个实施例中，所述榫头包括第一榫头和第二榫头，所述卯槽包括第

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一卯槽和第二卯槽，所述第一卯槽尺寸与所述第一榫头相配合，所述第二卯槽尺寸与所述第二榫头相配合。

[0017]本发明其中一个实施例中，所述第一榫头设置在所述采样主体一组相对的两个侧面中的一个侧面上，所述第一卯槽设置在该组相对的两个侧面中的另一个侧面上；所述第二榫头设置在所述采样主体另一组相对的两个侧面中的一个侧面，所述第二卯槽设置在该组相对的两个侧面中的另一个侧面上。[0018]本发明其中一个实施例中，所述第一卯槽的中心线、所述第一榫头的中心线与所述采样主体的中心线共面。

[0019]本发明其中一个实施例中，所述第二卯槽的中心线、所述第二榫头的中心线与所述采样主体的中心线共面。

[0020]本发明还公开了一种采样系统，包括多个如上述中任一项所述的采样头，所述采样头的榫头能够与相邻的所述采样头的卯槽相配合。[0021]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。[0022]本发明还公开了一种采样方法，应用上述所述的采样系统，该采样方法包括：[0023]将通过榫头和卯槽将多个采样头拼接在一起；[0024]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；[0025]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；

[0026]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；[0027]采样完成，采样头被抬升脱离被采样表面。[0028]从上述的技术方案可以看出，使用本发明中的采样头时，首先将多个采样头通过卯槽和榫头拼接在一起，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，提高了采样液滴浓度，减少关键化合物信息丢失的可能，从而提高了采样质量。[0029]另外，多个采样头通过卯槽和榫头拼接后成为阵列，如此可以简单地获得具有准确空间分布结构的采样阵列，而不必依赖平移采样头反复进行空间定位，可以帮助后续设备高效地获得物质分布的空间信息，对于具有动态或时间敏感的样本尤为适用。附图说明

[0030]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

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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。

[0031]图1为本发明实施例所提供的一种采样头的立体结构示意图；[0032]图2为本发明实施例所提供的一种采样头的俯视结构示意图；[0033]图3为本发明实施例所提供的一种采样头的仰视结构示意图；[0034]图4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；[0035]图5为本发明实施例所提供的一种采样头拼接后的立体结构示意图；[0036]图6为本发明实施例所提供的一种采样头拼接后的俯视结构示意图；[0037]图7为本发明实施例所提供的一种采样方法的流程示意图；[0038]图8为本发明实施例所提供的一种采样方法的流程示意图；[0039]图中，100为采样主体、101为第一端面、102为第二端面、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、601为第一榫头、602为第一卯槽、701为第二榫头、702为第二卯槽。具体实施方式

[0040]术语解释：[0041]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。[0042]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。[0043]萃取：使用萃取剂提取物质。[0044]表面采样：从被采样表面提取物质样本。[0045]在体：不采用离体切片方式，直接在被采样表面操作。[0046]流道：流体(气/液)在元件内的通路。[0047]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。

[0048]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。

[0049]为此，请参阅图1至图6，本发明实施例中的采样头，包括：[0050]呈长方体结构的采样本体100，采样本体100相对的两个侧面中的一个侧面设置有榫头，另外一个侧面相对的位置设置有尺寸与榫头相配合的卯槽；[0051]采样空腔200，采样空腔200设置在采样本体的第一端面101，采样空腔200与被采样表面形成采样区域；[0052]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

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一接口301位于采样本体的第二端面102，第一流道的第二接口302连通采样空腔200；[0053]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102，第二流道的第二接口402连通采样空腔200；以及[0054]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102，第三流道的第二接口502连通采样空腔200。[0055]使用本发明中的采样头时，使用本发明中的采样头时，首先将多个采样头通过卯槽和榫头拼接在一起，将采样头的第二端面102102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，提高了采样液滴浓度，减少关键化合物信息丢失的可能性，从而提高了采样质量。[0056]另外，多个采样头通过卯槽和榫头拼接后成为阵列，如此可以简单地获得具有准确空间分布结构的采样阵列，而不必依赖平移采样头反复进行空间定位，可以帮助后续设备高效地获得物质分布的空间信息，对于具有动态或时间敏感的样本尤为适用。[0057]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。[0058]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。[0059]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。[0060]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。且采样空腔200与被采样表面直接接触的面积能够达

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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。[0061]上述榫头和卯槽设置在一组相对的侧面上，从而使得采样头一维方向上进行拼接。或者，上述榫头和卯槽设置在两组相对的侧面上，从而实现二维方向的拼接。[0062]本发明其中一个实施例中，针对设置有榫头的侧面，该榫头可以为一个或者多个，针对设置有卯槽的侧面，该卯槽可以为一个或者多个，不管是一个还是多个，相对的侧面的榫头和卯槽其尺寸以及位置均相对应。如此设置，多个采样头能够通过卯槽和榫头拼接在一起。当榫头的数量为两个时，榫头包括第一榫头601和第二榫头701，当卯槽的数量为两个时，卯槽包括第一卯槽602和第二卯槽702，第一卯槽602尺寸与第一榫头601相配合，第二卯槽702尺寸与第二榫头701相配合。

[0063]四个侧面中两两相对的侧面为一组，一组相对的两个侧面中的一个侧面设置有一个榫头，另外一个侧面设置有一个卯槽；另外一组相对的两个侧面中的一个侧面设置有一个榫头，另外一个侧面设置有一个卯槽。[00]具体的，第一榫头601设置在采样主体一组相对的两个侧面中的一个侧面上，第一卯槽602设置在该组相对的两个侧面中的另一个侧面上；第二榫头701设置在采样主体另一组相对的两个侧面中的一个侧面，第二卯槽702设置在该组相对的两个侧面中的另一个侧面上。

[0065]第一卯槽602和第一榫头601位置相对，具体可以理解为：在一组相对的两个侧面上，第一卯槽602和第一榫头601的连接面与采样主体的另外一组相对个两个侧面平行。如此设置能够保证当前采样头的第一榫头601能够与相邻的采样头对应位置的第一卯槽602相拼接。所有的采样头的尺寸均相同。优选的，第一卯槽602的中心线、第一榫头601的中心线与采样主体的中心线共面。如此设置能够保证在设置有第一榫头601和第一卯槽602的侧面上，采样头在拼接过程中能够对中。

[0066]第二卯槽702和第二榫头701位置相对，具体可以理解为：在一组相对的两个侧面上，第二卯槽702和第二榫头701的连接面与采样主体的另外一组相对个两个侧面平行。如此设置能够保证当前采样头的第二榫头701能够与相邻的采样头对应位置的第二卯槽702相拼接。所有的采样头的尺寸均相同。优选的，第二卯槽702的中心线、第二榫头701的中心线与采样主体的中心线共面。如此设置能够保证在设置有第二榫头701和第二卯槽702的侧面上，采样头在拼接过程中能够对中。[0067]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。[0068]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。[0069]请参阅图7和图8，本发明还公开了一种采样方法，应用上述中任一项的采样系统，该采样方法包括：[0070]步骤S1：将通过榫头和卯槽将多个采样头拼接在一起；[0071]步骤S2：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；[0072]步骤S3：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；[0073]步骤S4：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，

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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；[0074]步骤S5：采样完成，采样头被抬升脱离被采样表面。[0075]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。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。[0076]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。[0077]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。

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