用于对样本进行成像和消融的系统和方法技术方案

本文公开了用于对样本进行成像和消融的系统。成像/消融装置(110)包括光学组件(112)、样本台(114)和接收器(116)。所述光学组件(112)设置在所述样本台(114)下方的倒置位置，并且所述接收器(116)位于所述样本台(112)上方。所述光学组件能够对设置在所述样本台(114)上的样本进行成像。所述光学组件(112)还能够消融所述样本内的相关区域。在消融期间从所述光学组件传播的激光大体上在与消融羽流(20)朝向所述接收器(116)的行进方向相同的方向上传播。向上传播。向上传播。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对样本进行成像和消融的系统和方法


[0001]本公开总体上涉及用于对样本进行成像和消融的系统、装置和方法。特别地，本公开涉及用于对生物样本进行成像和消融的系统、装置和方法，其能够获得亚细胞细节并且能够将消融目标转移到接收器，而不会过度损害目标，以允许额外的下游分析。

技术介绍

[0002]“组学”领域寻求表征、量化或以其他方式分析与目标生物或目标生物群的结构、功能或动力学相关的生物分子集。每个组学领域都与相关“组”的研究有关。组学领域包含领域：基因组学，其是基因组研究；表观基因组学，其是对基因组支持结构的研究，包含DNA结合剂和DNA的化学修饰；转录组学，其是对目标生物生成的一组RNA分子的研究，包含mRNA、miRNA、rRNA和tRNA；蛋白质组学，其是对目标生物生成的蛋白质补体的研究；和代谢组学，其是对通过目标生物的细胞过程生成的代谢物集合的研究。
[0003]“多组学”(有时也称为综合组学)涉及对一个或多个此类组的分析。多组学分析的目标是收集和/或分析复杂的生物学数据，例如，以更好地确定疾病标志物，更好地理解特定条件下的基因型、表型和环境影响之间的划分，并提供对各种组调节和相互影响方式的更深入了解的方式发现各种组之间的关联。
[0004]然而，进一步推进多组学领域仍然存在一些挑战。特别地，当沿着从基因组到转录组再到蛋白质组和代谢组的基因型到表型路径移动时，化学多样性和复杂性的水平呈指数增长。随着复杂性的增加，获得和分析相关生物分子的难度也随之增加。
[0005]此外，目标生物分子所在的相关区域通常处于亚细胞水平。因此，以允许对生物分子进行有效下游分析的方式获得目标生物分子是具有挑战性的。然而，诸如激光消融电喷雾电离(LAESI)的常规方法，包含皮秒红外LAESI(PIR LAESI)，不允许在亚细胞水平上收集生物分子。在LAESI中，激光消融材料被来自电喷雾离子源的纳米级液滴电离，然后输送到质谱仪进行分析。然而，常规LAESI系统具有导致低数值孔径(NA)光学器件的固有空间限制。用于样本消融的低NA光学器件导致大的消融光斑尺寸。例如，最小光斑尺寸通常比整个活细胞大得多，而且根本不足以小到允许对相关亚细胞区域进行目标消融。
[0006]直接获得活细胞的细胞内和/或细胞间生物材料也是在实时条件下有效分析此类细胞的生化方面的关键。然而，获得用于进一步下游分析的目标细胞材料的常规方法通常依赖于固定并且通常是干燥样本。例如，基质辅助激光解吸/电离飞行时间(MALDI TOF)使用基质电离分子组分。固定样本的要求使得MALDI TOF与活细胞监测不兼容。
[0007]因此，持续需要能够以允许对获得的材料进行有效下游分析的方式在亚细胞水平从活细胞获得细胞材料的系统、装置和方法。

技术实现思路

[0008]本文所述的实施例能够以不会过度损害生物材料并允许对获得的材料进行有效下游分析的方式从样本中收集目标生物材料。在某些实施例中，样本可以包含活细胞，并且
可以在正常环境条件下(例如，没有压力控制、湿度控制等)获得目标生物材料。在某些实施例中，样本的相关目标区域可以具有亚细胞尺寸。在某些实施例中，可以以甚至可以允许细胞存活以任选地用于进一步测试的方式从细胞中移除目标生物材料而对剩余细胞结构的影响最小。
[0009]在一个实施例中，用于对样本进行成像和消融的装置包含样本台，其具有配置成用于在其上放置样本的第一侧(例如，上侧)和与第一侧相对设置的第二侧(例如，下侧)。装置还包含具有物镜和激光器的光学组件。物镜设置在样本台的第二侧并且配置成能够对放置在样本台上的样本进行显微成像。激光器设置在样本台的第二侧并且配置成引导激光穿过样本台并进入样本以选择性地消融样本的至少一部分，诸如样本的相关目标区域。装置还包含设置在样本台的第一侧的接收器。接收器配置成接收从样本中喷出的消融材料，以能够对消融材料进行进一步分析。
[0010]在一个实施例中，激光器和物镜配置成使得激光被引导通过物镜并且被定向为使得激光大体上在由样本消融产生的消融羽流的预期移动方向上传播。这有利地允许膨胀的消融羽流沿着大体上平行于传播激光的方向而不是逆着该方向的线有效地朝向接收器行进。
[0011]光学组件可以配置成能够实现明场成像、切片(例如，通过共焦显微镜)、落射荧光成像、双光子成像或其组合。物镜可具有约0.5或更大、或约0.65或更大、或约0.75或更大、或约0.8或更大的数值孔径(NA)。
[0012]激光器优选地是飞秒红外激光器。激光器和其他光学组件部件可以配置成每μm3样本递送约1nJ至约10μJ的脉冲能量。待消融的相关目标区域可具有约50μm或更小、或约30μm或更小、或约10μm或更小、或约5μm或更小、或约3μm或更小、或约1.5μm或更小、或约1μm或更小的“光斑尺寸”直径。在体积方面，待消融的相关目标区域可以具有约500μm3或更小、约250μm3或更小、约100μm3或更小、约50μm3或更小、约25μm3或更小、约10μm3或更小、约5μm3或更小、或约2μm3或更小的体积。因此，光学组件可用于消融多个全细胞、单个全细胞或亚细胞体积，诸如目标细胞器或其他细胞内结构，或细胞外的细胞外体积。
[0013]在一个实施例中，接收器包含一种介质，该介质配置成用于对诸如微孔板或芯片的消融材料的各个子样本进行非重叠的空间区分。在一个实施例中，接收器包含纳米液滴阵列。在一个实施例中，接收器包含电喷雾探针，该电喷雾探针配置成收集消融子样本并将它们以电离液滴的形式输送到质谱仪的入口。电喷雾探针可以与提供用于润湿电喷雾探针外表面的溶剂的毛细管相关联。
[0014]在一个实施例中，用于对样本的目标区域进行消融和分析的系统包含成像和消融装置以及配置成接收和分析由接收器接收的消融材料的至少一部分的分析器。分析器可以包含例如一个或多个PCR机器、测序机器、光谱仪、核磁共振(NMR)光谱仪、质谱仪、色谱装置、离心机、电泳装置、放射性标记和放射性标签检测装置、其他分析生化装置或其组合。系统还可以包含上游处理器，诸如电动液滴分选机、分选离心机等，其配置成用于在将样本定位在样本台上之前对样本进行分选或以其他方式处理。
[0015]在一个实施例中，对样本进行成像和消融以能够分析样本的消融部分的方法包含步骤：提供成像和消融装置，获取样本的图像，选择样本内的相关区域，将激光递送到相关区域以消融相关区域的至少一部分，并且在接收器上捕获消融材料的至少一部分。
[0016]在一个实施例中，消融是在环境气氛中进行。在一个实施例中，样本包含活细胞。在一个实施例中，从目标细胞中移除消融子样本而不杀死目标细胞。
[0017]在一个实施例中，对样本施加多个激光脉冲。多个消融子样本可以由多个消融事件形成，并且可以在接收器处以非重叠的空间区分位置收集。激光脉冲频率、激光脉冲能量水平或激光脉冲深度中的一种或多种可以跨多个激光脉冲动态地变化。例如，在一种操作模式中，将激光脉冲强度设置为初始高水平以移除上覆相关区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于以允许分析样本的消融部分的方式对所述样本进行成像和消融的装置，所述装置包括：样本台，具有配置成用于在其上放置样本的第一侧和与所述第一侧相对设置的第二侧；光学组件，包含物镜，所述物镜设置在所述样本台的所述第二侧并且配置成能够对放置在所述样本台上的所述样本进行显微成像，所述光学组件还包含激光器，其中所述激光器设置在所述样本台的所述第二侧，所述激光器配置成引导激光穿过所述样本台并进入所述样本以选择性地消融所述样本的至少一部分；以及接收器，设置在所述样本台的所述第一侧，所述接收器配置成接收从所述样本中喷出的消融材料，以能够对所述消融材料进行进一步分析。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述激光器和所述物镜配置成使得所述激光被引导通过所述物镜并且被定向成使得所述激光大体上在由所述样本的消融产生的消融羽流的预期移动方向上传播。3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述样本台的所述第一侧为上侧，并且所述样本台的所述第二侧为下侧，使得所述物镜在倒置位置设置在所述样本台下方。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中所述光学组件配置成能够进行落射荧光成像和/或明场成像和/或切片。5.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述激光器为飞秒激光器，优选地为近红外激光器。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述激光器配置成能够使用所述物镜进行双光子成像。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述激光器配置成每μm3样本递送约1nJ至约10μJ的脉冲能量。8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述物镜的数值孔径(NA)为约0.5或更大、或约0.65或更大、或约0.75或更大、或约0.8或更大。9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述光学组件配置成能够消融直径为约50μm或更小、或约30μm或更小、或约10μm或更小、或约5μm或更小、或约3μm或更小、或约1.5μm或更小、或约1μm或更小的目标区域。10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中所述光学组件配置成能够消融体积为约500μm3或更小、约250μm3或更小、约100μm3或更小、约50μm3或更小、约25μm3或更小、约10μm3或更小、约5μm3或更小、或约2μm3或更小的目标区域。11.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中所述光学组件配置成能够消融全细胞，优选地消融细胞内的一个或多个目标细胞器。12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其中所述样本台能够在至少2个轴向方向上选择性地移动。13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中所述接收器联接到接收器台，并且其中所述接收器台配置成能够在至少2个轴向方向上选择性地移动。14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，还包括培养容器，所述培养容器在尺寸和形状上配置成设置在所述样本台和所述接收器之间，并且配置成为放置在所述样本台上
的样本提供培养环境。15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其中所述接收器与所述样本台间隔开约1mm或更小、或约500μm或更小、或约350μm或更小、或约250μm或更小、或约200μm或更小、或约150μm或更小。16.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中所述接收器包括介质，所述介质配置成用于对消融材料的各个子样本进行非重叠的空间区分。17.根据权利要求1至16中任一项所述的装置，其中所述接收器包括微孔板，所述微孔板配置成使得能够对由所述微孔板接收的所述消融材料内的核酸进行聚合酶链式反应(PCR)，优选地能够对所述微孔板接收的所述消融材料内的核酸进行测序。18.根据权利要求1至17中任一项所述的装置，其中所述接收器包括纳米液滴阵列。19.根据权利要求1至18中任一项所述的装置，其中所述接收器包括被溶剂润湿的表面，优选地是电喷雾探针。20.根据权利要求19所述的装置，其中所述电喷雾探针部分地设置在毛细管内，所述电喷雾探针具有从所述毛细管伸出并终止于尖端的暴露的远端部分，其中所述暴露的远端部分被定位以接收来自所述样本台的消融材料，优选地其中所述毛细管配置成将所述溶剂施加到所述电喷雾探针的外表面，使得所述溶剂沿着所述暴露的远端部分的外表面流动朝向所述电喷雾探针的所述尖端。21.根据权利要求19至20中任一项所述的装置，其中所述电喷雾探针是弯曲的。22.根据权利要求19至21中任一项所述的装置，其中所述电喷雾探针配置成以约20％或更多、约35％或更多、约50％或更多、约65％或更多、约80％或更多、约90％或更多、约95％或更多、或约99％或更多的效率电离消融材料。23.根据权利要求1至22中任一项所述的装置，其中所述接收器的最初接收消...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：生命科技股份有限公司FEI德国有限公司，
类型：发明
国别省市：