基于感应耦合等离子体的原子分析系统和方法技术方案

感应耦合等离子体(ICP)分析器使用ICP炬生成等离子体，在该ICP炬中，样品被雾化和电离。可以通过原子分析(例如质谱分析法(MS)或原子发射光谱分析法(AES))执行对原子离子的分析。基于颗粒的ICP分析包括通过在ICP炬箱中雾化并电离颗粒、随后进行原子分析来分析颗粒(例如，细胞、磁珠或激光烧蚀羽流)。在质谱流式细胞技术中，通过质谱分析法，例如通过ICP

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于感应耦合等离子体的原子分析系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月18日提交的第63/080,672号美国临时申请、于2020年9月21日提交的第63/081,172号美国临时申请、以及于2021年5月5日提交的第63/184,521号美国临时申请的优先权的权益，出于所有目的，将所有这些申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本主题申请的领域涉及用于感应耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)分析(包括用于质谱流式细胞技术(mass cytometry))的系统和方法。

技术介绍

[0004]感应耦合等离子体(ICP)分析器使用ICP炬生成等离子体，在该ICP炬中，样品被雾化和电离。可以通过原子分析(例如质谱分析法(mass spectrometry，MS)或原子发射光谱分析法(atomic emission spectrometry，AES))来执行对原子离子的分析。基于颗粒的ICP分析包括通过在ICP炬中雾化并电离颗粒、随后进行原子分析来分析颗粒(例如，细胞、磁珠或激光烧蚀羽流)。在质谱流式细胞技术中，通过质谱分析法(例如通过ICP
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MS)来分析颗粒的质量标签(mass tag)。

技术实现思路

[0005]本主题申请的系统和方法包括以下各项中的一项或多项：可拆卸的ICP炬保持器组件、外部点燃设备包括环形翅片的ICP加感线圈、颗粒悬浮样品引入射流(sample introduction fluidics)、以及它的ICP分析器。
附图说明
[0006]说明书参考以下附图，在这些附图中，在不同附图中使用相同的附图标记旨在示出相同或类似的部件。
[0007]图1是标准悬浮质谱流式细胞技术工作流程的示意图。
[0008]图2是标准悬浮质谱流式细胞技术系统的示意图。
[0009]图3是标准ICP炬的示意图。
[0010]图4是本主题申请的示例性ICP炬箱的示意图。
[0011]图5是图4的ICP炬箱、以及上游喷雾室的分解图。
[0012]图6是图4的ICP炬箱的截面图。
[0013]图7是本主题申请的示例性炬保持器组件的示意图。
[0014]图8是图7的炬保持器组件的分解图。
[0015]图9是本主题申请的示例性外部点燃设备的电路图。
[0016]图10是本主题申请的样品引入设备的示例性样品环的示意图。
[0017]图11是用于图10的样品环的搅拌器的示意图。
[0018]图12是样品引入射流在样品装载期间的示意图。
[0019]图13是样品引入射流在样品注入期间的示意图。
[0020]图14是图7的炬保持器组件的示例性截面的示意图。
具体实施方式
[0021]本公开的某些方面和特征涉及用于感应耦合等离子体(ICP)分析(包括用于如本文中进一步所描述的质谱流式细胞技术)的系统和方法。
[0022]感应耦合等离子体(ICP)系统、样品和方法
[0023]感应耦合等离子体(ICP)是一种等离子体源，在该等离子体源中，由电流提供能量，该电流是由电磁感应(即，由时变磁场)产生的。ICP的工业规模应用包括微机械加工(例如，蚀刻或清洁)或废弃物处理。这种应用可能不在ICP炬中生成等离子体，可能不使用ICP加感线圈，可能不在大气条件下操作，和/或可能不处于适于对样品进行原子分析的规模(例如，所生成的等离子体可能比ICP分析器的大至少一个数量级)。因此，工业ICP的物理特性不同于使用ICP炬的ICP分析，并且可能在本公开的多个方面的范围之外。本文讨论了使用ICP炬的系统和方法，例如ICP分析器。
[0024]在John Wiley&Sons于1998年出版的、由Montaser，Akbar所著的Inductively coupled plasma mass spectrometry中提供了对ICP质谱仪(ICP mass spectrometers，ICP
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MS)的概述，该概述包括了对涡流和点燃的描述。原子发射光谱分析法(AES)(也称为光学发射光谱分析法)的样品引入和ICP炬的考虑因素也是类似的，该原子发射光谱分析法也处于本申请的范围内。如本文中所使用的，原子光谱分析法与原子分析相同，并且可以包括原子质谱分析法(例如ICP
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MS)或ICP
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AES。合适的样品包括生物样品、地质样品和制品。在某些方面，生物样品可以是流体，该流体包括生物分子和/或污染物(例如，金属毒素)、或颗粒(例如细胞(例如，在悬浮液中或在组织切片中)、或磁珠(例如，用于测定生物分子))。
[0025]质谱流式细胞技术系统和方法
[0026]本主题申请的各方面包括用于质谱流式细胞技术的ICP炬系统和方法，该质谱流式细胞技术是通过质谱分析法检测细胞或磁珠中的质量标签。在美国专利公开US20050218319、US20160195466和US20190317082中讨论了质谱流式细胞技术，这些专利公开的全部内容通过引用并入本文。质谱流式细胞技术可以针对悬浮颗粒(例如细胞或磁珠)、或从固体样品产生的颗粒(例如从组织切片产生的激光烧蚀羽流)。在悬浮质谱流式细胞技术中，通过原子质谱分析法来分析包括质量标签的细胞或磁珠的悬浮液。在美国专利公开US20160056031和US20140287953中描述了通过激光烧蚀(laser ablation，LA)ICP
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MS而执行的成像质谱流式细胞技术，这些专利公开通过引用并入本文。Giesen、Charlotte等人在“Highly multiplexed imaging of tumor tissues with subcellular resolution by mass cytometry”(Nature methods 11.4(2014)：417
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422)中也描述了通过LA
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ICP
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MS而执行的成像质谱流式细胞技术。
[0027]质量标签可以是与亲和试剂(例如，抗体、寡核苷酸、抗生物素蛋白、或与靶生物分子特异性结合的其它生物分子)结合的金属标签。例如，金属纳米颗粒或金属螯合聚合物可以附着(例如，共价结合)到亲和试剂，然后将该亲和试剂施加到样品。在美国专利公开
US20040072250和US20080003616中描述了合适的质量标签，这些专利公开的全部内容通过引用并入本文中。在某些方面，一些质量标签(例如含有药物或组织化学着色剂(histochemical stain)的金属)不与亲和试剂结合。
[0028]图1是标准质谱流式细胞技术工作流程的示意图，而图2是在这种工作流程中使用的标准质谱流式细胞技术系统的示意图。悬浮质谱流式细胞技术工作流程可以包括使用质量标签来标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种感应耦合等离子体(ICP)炬箱，包括：可拆卸的ICP炬保持器组件；ICP加感线圈，所述ICP加感线圈包括环形翅片；以及外部点燃设备，所述外部点燃设备通过介质阻挡放电来点燃等离子体。2.一种感应耦合等离子体(ICP)炬箱，包括：(a)可拆卸的感应耦合等离子体(ICP)炬保持器组件，所述ICP炬保持器组件包括：内炬主体，所述内炬主体包括内管，所述内管联接到内管底座；外炬主体，所述外炬主体包括外管，所述外管联接到外管底座；炬保持器，所述炬保持器保持可拆卸的内炬底座和可拆卸的外炬底座；(b)ICP加感线圈，所述ICP加感线圈围绕所述外管定位，所述ICP加感线圈包括：圆柱形线圈；其中，所述圆柱形线圈包括环形翅片；其中，所述环形翅片在所述圆柱形线圈的至少八分之一匝内是连续的；其中，所述ICP加感线圈主要包括金属或合金，所述金属或所述合金在工作期间具有比铜低的氧化速率；(c)外部点燃设备，所述外部点燃设备用于点燃感应耦合等离子体(ICP)炬中的等离子体，所述点燃设备包括：电路，所述电路包括：振荡器；第一高压变压器，所述第一高压变压器耦接到第一电极；第二高压变压器，所述第二高压变压器耦接到第二电极；其中，所述点燃设备被配置为通过介质阻挡放电来点燃所述等离子体；并且其中，所述第一电极和所述第二电极位于所述外管的相对两侧，并且在所述外管的5毫米内。3.一种可拆卸的感应耦合等离子体(ICP)炬保持器组件，包括：内炬主体，所述内炬主体包括内管，所述内管联接到内管底座；外炬主体，所述外炬主体包括外管，所述外管联接到外管底座；炬保持器，所述炬保持器被配置为容纳内炬底座和外炬底座；其中，在所述炬保持器保持所述内炬底座和所述外炬底座时，所述内管和所述外管限定环形区域。4.根据权利要求3所述的炬保持器组件，其中，所述外管从所述外管底座拆下。5.根据权利要求3或4所述的炬保持器组件，其中，所述内管从所述内管底座拆下。6.根据权利要求3至5中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述炬保持器限定外部气体入口，其中，所述外部气体入口与所述环形区域流体连通。7.根据权利要求3至6中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述外管底座限定三个或更多个孔，所述三个或更多个孔被定位以提供所述外部气体入口与所述环形区域之间的流体连通，并且其中，所述三个或更多个孔被定向以产生涡流。8.根据权利要求7所述的炬保持器组件，其中，所述外管底座限定六个孔。9.根据权利要求7或8所述的炬保持器组件，其中，所述孔在距所述内炬管的出口2.5cm
内。10.根据权利要求3至9中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述外管不包括锥体。11.根据权利要求3至10中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述内管底座和外管底座均能够单独地从所述炬保持器拆下。12.根据权利要求3至11中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述内管底座和所述外管底座永久地彼此接合。13.根据权利要求3至12中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述内炬底座和所述外炬底座被配置为通过紧固件连接。14.根据权利要求3至13中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述炬保持器包括导热元件，所述导热元件被定位为对注射器进行加热。15.根据权利要求3至14中任一项所述的炬保持器组件，其中，金属是所述炬保持器的主要材料。16.根据权利要求3至15中任一项所述的炬保持器组件，其中，铝合金是所述炬保持器的主要材料。17.根据权利要求3至16中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述外管不包括用于使电极延伸到所述外管中的孔。18.根据权利要求3至17中任一项所述的炬保持器组件，还包括供气歧管，所述供气歧管被配置为容纳所述炬保持器。19.根据权利要求18所述的炬保持器组件，其中，所述炬保持器包括销，以对准所述炬保持器在所述供气歧管中的位置，并且其中，扭转所述炬保持器允许从所述供气歧管中移除所述炬保持器。20.根据权利要求18或19所述的炬保持器组件，其中，所述炬保持器限定外部气体入口，其中，所述外部气体入口与所述环形区域流体连通、并且与所述供气歧管的外部气体流动区域流体连通。21.一种感应耦合等离子体(ICP)炬组件，包括：内管；外管；外管底座，所述外管底座联接到所述外管；其中，所述内管和所述外管限定环形区域；其中，所述外管底座限定三个或更多个孔，所述三个或更多个孔被定位以允许外部气体进入所述环形区域，并且其中，所述三个或更多个孔被定向以产生涡流。22.根据权利要求21所述的炬保持器组件，其中，所述外管不包括锥体。23.一种用于点燃感应耦合等离子体(ICP)炬中的等离子体的外部点燃设备，所述点燃设备包括：电路，所述电路包括：振荡器；第一高压变压器，所述第一高压变压器耦接到第一电极；第二高压变压器，所述第二高压变压器耦接到第二电极；其中，所述点燃设备被配置为通过介质阻挡放电来点燃所述等离子体。
24.根据权利要求23所述的外部点燃设备，其中，所述等离子体处于大气条件下。25.根据权利要求23或24所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备被配置为向所述第一电极和所述第二电极提供交流输出电压。26.根据权利要求25所述的外部点燃设备，其中，所述第一高压变压器和所述第二高压变压器以相反的极性连接到所述电路。27.根据权利要求25或26所述的外部点燃设备，其中，所述设备被配置为在所述第一电极和所述第二电极之间提供至少1kV的电压差。28.根据权利要求27所述的外部点燃设备，其中，所述电压差在2kV与100kV之间。29.根据权利要求28所述的外部点燃设备，其中，所述电压差在5kV与50kV之间。30.根据权利要求23至29中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述第一高压变压器的最大输出电压和所述第二高压变压器的最大输出电压均在2kV与100kV之间。31.根据权利要求25至30中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述交流电压处于小于1MHz的频率。32.根据权利要求31所述的外部点燃设备，其中，所述频率在5kHz与100kHz之间。33.根据权利要求32所述的外部点燃设备，其中，所述频率在20kHz与40kHz之间。34.根据权利要求25至33中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述交流输出电压和所述交流输出电压的频率足以在大气压下点燃等离子体。35.根据权利要求25至34中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述电压差和所述频率足以在ICP炬中点燃等离子体。36.根据权利要求23至54中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备被配置为通过电击穿放电点燃等离子体。37.根据权利要求23至36中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备不被配置为通过火花点燃等离子体。38.根据权利要求23至37中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备不被配置为通过电弧放电点燃等离子体。39.根据权利要求23至38中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备在大气压下点燃等离子体。40.根据权利要求23至39中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述电极位于距ICP炬的外炬壁的5毫米内。41.根据权利要求23至40中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备不包括特斯拉线圈。42.根据权利要求23至41中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述两个高压变压器以相反极性连接到所述电路，使得所述两个高压变压器的相应输出电压反相。43.根据权利要求23至42中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述两个高压变压器具有在5kV与100kV之间的最大电压输出。44.根据权利要求23至43中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述电路还包括电压调制器，所述电压调制器被配置为使得所述振荡器周期性地满足所述第一高压变压器和第二高压变压器中的每一者的固有谐振频率。45.根据权利要求23至44中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述电路处于固定的交
流输出电压和频率。46.根据权利要求23至45中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述输出电压和所述输出电压的频率中的至少一者能够由所述外部点燃设备外部的计算机控制。47.根据权利要求23至46中任一项所述的外部点燃设备，还包括ICP炬，其中，所述电极位于所述ICP炬的外炬主体的外部。48.根据权利要求47所述的外部点燃装置，其中，所述等离子体是通过所述外炬主体中靠近所述第一电极的部分与所述外炬主体中靠近所述第二电极的部分之间的电容而被点燃的。49.根据权利要求47或48所述的外部点燃设备，其中，所述ICP炬包括内炬主体，所述外炬主体的至少一部分与所述内炬主体同轴，并且所述第一电极和所述第二电极被定位为使得穿过所述第一电极和所述第二电极的轴线与所述外炬主体的所述一部分相交。50.一种外部点燃设备，所述外部点燃设备通过放电点燃感应耦合等离子体(ICP)炬中的等离子体，其中，所述外部点燃设备被配置为向至少一个电极提供交流AC电流。51.一种感应耦合等离子体ICP加感线圈，包括：圆柱形线圈；其中，所述圆柱形线圈包括环形翅片；其中，所述环形翅片在所述圆柱形线圈的至少八分之一匝内是连续的；其中，所述ICP加感线圈主要包括金属或合金，所述金属或所述合金在工作期间具有比铜低的氧化速率。52.根据权利要求51所述的ICP加感线圈，其中，所述环形翅片大致呈平面状。53.根据权利要求51至52所述的ICP加感线圈，其中，所述金属或所述合金是铝合金。54.根据权利要求51至53中任一项所述的ICP加感线圈，其中，所述金属或所述合金具有比铜低的导电率。55.根据权利要求51至54中任一项所述的ICP加感线圈，其中，所述金属或所述合金具有比铜低的熔化温度。56.根据权利要求51至55中任一项所述的ICP加感线圈，其中，所述金属或所述合金具有比铜低的延展性。57.根据权利要求51至56中任一项所述的ICP加感线圈，其中，所述ICP加感线圈是通过3D打印所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：富鲁达加拿大公司，
类型：发明
国别省市：