ES2922330T3 - Dispositivo de determinación de la masa de una partícula en suspensión o en solución en un fluido - Google Patents
Dispositivo de determinación de la masa de una partícula en suspensión o en solución en un fluido Download PDFInfo
- Publication number
- ES2922330T3 ES2922330T3 ES14158255T ES14158255T ES2922330T3 ES 2922330 T3 ES2922330 T3 ES 2922330T3 ES 14158255 T ES14158255 T ES 14158255T ES 14158255 T ES14158255 T ES 14158255T ES 2922330 T3 ES2922330 T3 ES 2922330T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- enclosure
- particle
- outlet
- mass
- zone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims description 8
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims 1
- 239000006199 nebulizer Substances 0.000 abstract description 9
- 238000002663 nebulization Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003380 quartz crystal microbalance Methods 0.000 abstract description 4
- 101100460147 Sarcophaga bullata NEMS gene Proteins 0.000 description 21
- 241000894007 species Species 0.000 description 14
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 102000007474 Multiprotein Complexes Human genes 0.000 description 2
- 108010085220 Multiprotein Complexes Proteins 0.000 description 2
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 210000003463 organelle Anatomy 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000132 electrospray ionisation Methods 0.000 description 1
- 238000000105 evaporative light scattering detection Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
- G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
- G01G3/16—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of frequency of oscillations of the body
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
El dispositivo tiene un sistema de nebulización (2) para la nebulización de fluido depositado en forma de gota (4) para obtener un flujo que comprende una partícula, un dispositivo eléctricamente neutro formado por lente de enfoque aerodinámico (6), capilar (22) y orificio (32) para orientación y enfoque aerodinámico del flujo. El dispositivo tiene un orificio de entrada (24) para recibir el flujo y una salida (10). Un dispositivo de determinación (12) determina la masa de partícula mediante una medición de frecuencia y comprende un detector gravimétrico (14), dispuesto opuesto a la salida del dispositivo neutro, para recibir la partícula. El sistema de nebulización se selecciona de uno de nebulizador ultrasónico, dispositivo de nebulización inducido por microondas, nebulizador de matriz microcapilar y nebulizador de onda acústica superficial. El detector gravimétrico se selecciona de uno de sistema nanoelectromecánico, sistema microelectromecánico, microbalanza de cristal de cuarzo, resonador de onda acústica superficial, resonador de onda acústica a granel y detector de impacto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de determinación de la masa de una partícula en suspensión o en solución en un fluido
Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo de determinación de la masa de una partícula en suspensión o en solución en un fluido.
La misma se aplica en particular a la espectrometría de masas para especies que son neutras o ionizadas.
Estado de la técnica anterior
La espectrometría de masas (EM) clásica es una herramienta universal de análisis químico o biológico que se basa en cuatro componentes esenciales: un sistema de inyección, una fuente de ionización, un analizador de masa y un detector de iones. Estos componentes están dispuestos en un recinto, provisto de bombas para crear en el mismo un vacío.
El resultado de una medida de espectrometría de masas es un espectro que traduce la abundancia, en una mezcla, de un tipo de especies en función de la relación masa/carga de estas especies. Cada pico en el espectro es la firma de un ion monocargado o multicargado; y la identificación de especies se realiza utilizando una base de datos preestablecida.
La técnica que acabamos de describir se ha convertido ahora en un estándar para numerosas aplicaciones. Sin embargo, presenta un cierto número de inconvenientes:
- esta técnica es relativamente larga de implementar y es poco sensible: es necesario mucho material biológico para realizar una medida;
- los aparatos de espectrometría de masas disponibles comercialmente son todos extremadamente voluminosos: ocupan un volumen del orden de unos pocos metros cúbicos; y son caros: cuestan varios cientos de miles de euros; y
- esta técnica no permite medir grandes masas, normalmente superiores a 100kDa (1,66*10‘22 kg), masas para las que la resolución de medida se vuelve bastante insuficiente.
Este último inconveniente resulta principalmente de la dificultad de acelerar suficientemente una partícula pesada, y por lo tanto darle suficiente energía, para que pueda alcanzar el detector de iones. Sin embargo, es primordial poder medir partículas cuyas masas sean superiores a 100 kDa (1,66*10‘22 kg), ya que pueden ser de una importancia fundamental en el campo biomédico: se trata de, por ejemplo, virus, bacterias, orgánulos, complejos proteicos o células.
Se ha propuesto otra técnica para detectar masas con la ayuda de NEMS, es decir, sistemas nano-electromecánicos (en inglés, nano-electromechanical systems). Y se han desarrollado dispositivos resonantes basados en NEMS cuyos límites de detección son 1012 veces más bajas que las de las QCM, es decir, las microbalanzas de cuarzo (en inglés, quartz cristal microbalances), que están comercialmente disponibles. Sobre este tema, nos remitiremos a los siguientes documentos:
K. L. Ekinci, X. M. H. Huang y M. L. Roukes, 2004, “Ultrasensitive nanoelectromechanical mass détection", Applied Physics Letters 84 (22): 4469. doi:10.1063/1.1755417
Michael L. Roukes y Kamil L. Ekinci, 2004, “Apparatus and method for ultrasensitive nanoelectromechanical mass détection ", US 6722200
El principio de tal dispositivo resonante basado en NEMS se explica a continuación.
Una partícula de masa mp se posa en el NEMS, de rigidez k y de masa efectiva m, que aumenta su masa total. La
/ = - /-*—
2 % -v / TTL-kíTLn
nueva frecuencia de resonancia del dispositivo es entonces igual a: ’ . Los picos de las respuestas de frecuencia (en bucle abierto), antes y después de la deposición de la masa mp, por lo tanto, se desfasan en una m v i k
cantidad Af que es poco diferente de 2m 271 v m . Cuando el dispositivo se usa en un bucle cerrado, se puede por tanto seguir su frecuencia resonante en tiempo real con la ayuda de medios de transducción eléctrica y medios de cierre de bucle.
Por tanto, durante su adsorción en un NEMS resonante, una partícula individual de analito, o un grupo de dichas partículas, hace que la frecuencia de resonancia del NEMS disminuya repentinamente. Y se puede deducir la masa de la partícula, o del grupo de partículas, a partir de la medida del salto de frecuencia Af.
Este salto de frecuencia Af depende de la masa de la partícula, o del grupo de partículas (véase el valor de Af dado arriba). Pero también depende de la posición en la que la partícula o el grupo de partículas se posaron en la superficie del NEMS. Cuando no es posible, y este es el caso más común, ubicar con precisión la posición de adsorción de las partículas en el NEMS, la información de salto de frecuencia por sí sola no es suficiente. Entonces se puede recurrir a un enfoque estadístico, que consiste en:
- medir un gran número de eventos, cada evento que corresponde a la llegada de una sola partícula o de un conjunto de partículas, esta llegada que está asociada a un salto de frecuencia, y
- asumir una equiprobabilidad de posición en la superficie del NEMS.
Sobre este tema, nos remitiremos al siguiente documento:
A.K. Naik, M. S. Hanay, W. K. Hiebert, X. L. Feng y M. L. Roukes, 2009, “ Towards single-molecule nanomechanical mass spectrometry, Nature Nanotechnology 4: 445-450.doi: 10.1038/NNANO.2009.152.
Otra solución consiste en medir en tiempo real las frecuencias de dos modos, o más, de un mismo NEMS. Por lo tanto, se dispone de varios datos. Sobre este tema, nos remitiremos al siguiente documento:
S. Dohn, W. Svendsen, A. Boisen y O. Hansen, 2007, “Mass and position détermination of attached particles on cantilever based mass sensors", Review of Scientific Instruments 78: 103303. doi:10.1063/1.2804074.
Esta medida de masas con la ayuda de NEMS ha conducido al uso de los mismos para realizar espectrometría de masas, que entonces se denomina NEMS-MS. En esta técnica se mide la distribución de masas de todas las partículas que están presentes en una mezcla y, para hacerlo, las enviamos una tras otra sobre la superficie de un NEMS. Esto permite la espectrometría de masa biológica, a nivel de la partícula individual y proporciona las siguientes ventajas:
- debido a la integrabilidad de NEMS que se pueden fabricar en grandes cantidades y de manera colectiva en placas semiconductoras (en inglés, semiconductor wafers), el NEMS-MS es una técnica altamente paralelizable, lo que hace que la medida sea muy rápida; y se hace posible fabricar dispositivos de NEMS-MS portátiles y económicos;
- la detección de masas mediante NEMS, que son gravimétricos, es sensible tanto a iones como a partículas neutras; se mejora por tanto la eficacia de la medida en varios órdenes de magnitud; y
- la detección gravimétrica aporta una resolución de masa que es constante en todo el rango de medida y, por lo tanto, proporciona un excelente poder de resolución en masas altas, al contrario que en las técnicas convencionales.
La figura 1 del artículo de A.K. Naik et al., ya citado, muestra un sistema NEMS-MS conocido, cuya arquitectura es cercana a la de los espectrómetros de masas convencionales: las partículas biológicas se inyectan en fase líquida y se transmiten de la manera más eficiente posible en un NEMS al vacío, más precisamente a una presión del orden de 10-5 m Torr (10'6 Pa).
Para hacerlo, se utilizan elementos disponibles comercialmente: la fuente de inyección utiliza un ESI, es decir una ionización por electropulverizador (en inglés, electrospray ionization) que nebuliza e ioniza las especies a analizar. Estos últimos pasan por varias etapas de bombeo diferencial y guiado de iones (con la ayuda de hexápolos), para llegar finalmente a la zona NEMS.
Un sistema conocido de este tipo tiene varios inconvenientes que no permiten el aprovechamiento óptimo de todas las ventajas aportadas por la técnica NEMS-MS:
- en este sistema conocido, la fuente de inyección y el NEMS están muy alejados entre sí para permitir el bombeo diferencial; esto da como resultado pérdidas significativas de especies entre la fuente y el NEMS;
- este alejamiento obliga a guiar la especie hacia el NEMS; y en este sistema, sólo lo están las especies ionizadas; las partículas neutras se pierden en el sistema; y
- con dicho alejamiento, es muy difícil enfocar un haz de iones en un área inferior a unos pocos milímetros cuadrados; por lo tanto, una proporción muy pequeña de partículas se posa realmente sobre el NEMS, cuya superficie es normalmente del orden de unos pocos micrómetros cuadrados.
Todos estos inconvenientes hacen que este sistema conocido sea poco eficaz y no permiten aprovechar al máximo las ventajas del NEMS-MS. Se ve en particular la ventaja potencial que habría de utilizar un sistema dedicado a especies neutras y/o indiferentemente ionizadas. En efecto, la transmisión por óptica iónica (y por lo tanto con la ayuda de campos electromagnéticos) de especies generalmente pesadas, del género del que son particularmente el objetivo del NEMS-MS (orgánulos, virus, bacterias, complejos proteicos, etc.), es muy difícil. Para transmitir estas partículas masivas con un rendimiento correcto, debería hacerse que se cargaran altamente, lo que tendría el efecto de desnaturalizarlas y ya no permitiría medirlas en su estado nativo.
Los dispositivos resonantes que utilizan NEMS se conocen del mismo modo a partir de los documentos siguientes:
WO 2012/034949, invención de S. Hentz
WO 2012/034951, invención de S. Hentz et al.
WO 2012/034990, invención de S. Hentz.
La solicitud FR 2979705 A1 describe un dispositivo de estimación de un parámetro de masa molecular en una muestra que comprende una cadena de procesamiento y un dispositivo de procesamiento de señal. La cadena de procesamiento comprende en particular un vaporizador, un ionizador, un hexapolo de enfoque, un espectrómetro de masas con un sensor de tipo MEMS o NEMS y un sistema de lectura del sensor.
La solicitud US 2011/186167 A1 describe una lente aerodinámica dispuesta para disponerse en la entrada de un espectrómetro de masas de aerosol.
Descripción de la invención
La presente invención tiene por objetivo remediar los inconvenientes del sistema de NEMS-MS conocido, descrito anteriormente, mediante la asociación de un dispositivo de inyección de especies neutras y/o ionizadas, un dispositivo de guiado y un detector del tipo NEMS, todo ello favoreciendo la proximidad de estos diversos componentes.
De forma precisa, la presente invención tiene por objetivo un dispositivo para determinar la masa de al menos una partícula en suspensión o en solución en un fluido según la reivindicación 1.
El dispositivo, objeto de la invención, permite por tanto determinar la masa de cada partícula, en suspensión o en solución, o de un conjunto de partículas, según el caudal de flujo utilizado y el tipo de analito que contiene las partículas que se van a analizar. Por supuesto, por “partícula” se entiende una partícula individual o un agregado de partículas. Según un modo de realización particular del dispositivo objeto de la invención, el segundo dispositivo es eléctricamente neutro.
Dicho dispositivo eléctricamente neutro tiene la ventaja de transmitir indiscriminadamente iones positivos e iones negativos, así como partículas neutras.
El segundo dispositivo comprende una lente aerodinámica.
Esta lente aerodinámica puede estar asociada, en la salida, a un orificio. El dispositivo, objeto de la invención, comprende además:
- una zona a una presión dada, que contiene el primer dispositivo, y
- al menos un recinto al vacío, o primer recinto, diseñado para estar a una primera presión, inferior a la presión de dicha zona, el primer recinto que comunica con la zona y que contiene al menos parte del segundo dispositivo. Por “presión dada”, se entiende una presión que puede ser una presión de aire (la presión atmosférica) o una presión de otro gas, según la aplicación prevista para la invención.
Entonces, el segundo dispositivo puede comprender además un capilar que tenga un orificio de entrada en la zona y un orificio de salida en el primer recinto, para poner la zona en comunicación con el primer recinto.
En este caso, el segundo dispositivo puede comprender una lente aerodinámica enfrentada al orificio de entrada y/o de salida del capilar.
Por tanto, la concentración o enfoque del flujo se puede realizar indiferentemente a la entrada y/o a la salida del capilar. Según un modo de realización particular, el dispositivo, objeto de la invención, comprende además otro recinto al vacío, o segundo recinto, previsto para estar a una segunda presión, que puede ser inferior a la primera presión, este segundo recinto que contiene el tercer dispositivo y que comunica con el primer recinto a través de un primer orificio enfrentado al detector gravimétrico.
El detector gravimétrico puede elegirse entre los sistemas nanoelectromecánicos, los sistemas microelectromecánicos, las microbalanzas de cuarzo, los resonadores SAW o los resonadores de ondas acústicas de superficie (en inglés, surface acoustic wave resonators), los resonadores BAW o los resonadores de ondas acústicas en bruto (en inglés, bulk acoustic wave resonators) y los sensores de impacto.
El primer dispositivo se puede elegir entre los nebulizadores ultrasónicos, los dispositivos de nebulización inducida por microondas, los nebulizadores de redes de microcapilares y los nebulizadores de ondas acústicas de superficie. Breve descripción de los dibujos
La presente invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción de ejemplos de realización que se proporciona a continuación, a título puramente indicativo y en ningún caso limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
- la figura 1 es una vista esquemática de un modo de realización particular del dispositivo objeto de la invención. - la figura 2 ilustra esquemáticamente el principio de una lente de enfoque aerodinámico,
- la figura 3 ilustra esquemáticamente un ejemplo de un sistema de enfoque aerodinámico completo, y - la figura 4 ilustra esquemática y parcialmente un ejemplo más simple de un dispositivo de enfoque aerodinámico que se puede utilizar en la presente invención.
Descripción detallada de modos de realización particulares
La figura 1 es una vista esquemática de un modo de realización particular del dispositivo de determinación de la masa de una partícula en suspensión o en solución en un fluido, objeto de la invención. Este dispositivo comprende:
- un dispositivo 2 para la nebulización del fluido, es decir, un analito depositado en forma de gotita 4 en el ejemplo mostrado, para obtener un flujo que comprende al menos la partícula,
- un dispositivo para el guiado y el enfoque aerodinámico del flujo, este dispositivo que comprende una lente 6 de enfoque aerodinámico cuya entrada tiene la referencia 8 y la salida tiene la referencia 10, y
- un dispositivo 12 para la determinación de la masa de la partícula mediante una medida de frecuencia, el tercer dispositivo que comprende al menos un detector 14 gravimétrico, dispuesto enfrentado a la salida 10 de la lente 6 de enfoque aerodinámico, para recibir la partícula.
Como puede verse, el dispositivo representado en la figura 1 comprende también:
- una zona 16 a una presión dada, por ejemplo la presión atmosférica (alrededor de 105 Pa), esta zona que contiene el dispositivo 2 de nebulización, y
- un recinto 18 al vacío que comunica con la zona 16 y contiene el dispositivo 6 y en el que se establece un vacío primario, es decir una presión residual del orden de 102 Pa, con la ayuda de una bomba primaria que está simbolizada por la flecha 20.
El dispositivo para el guiado y el enfoque aerodinámico del flujo comprende también un capilar (recto) 22 que tiene un orificio 24 de entrada en la zona 16 y un orificio 26 de salida en el recinto 18, para poner la zona 6 en comunicación con este recinto 18. La entrada del dispositivo para el guiado y el enfoque aerodinámico del flujo está constituida por el orificio 24 de entrada del capilar 22 y la salida de este dispositivo para el guiado y el enfoque aerodinámico del flujo está constituida por la salida 10 de la lente 6 de enfoque aerodinámico.
Se especifica que el capilar 22 del mismo modo permite desolvatar las partículas en suspensión o en solución. El dispositivo representado en la figura 1 comprende también otro recinto 28 al vacío en el que se establece un vacío secundario, es decir una presión residual del orden de 10'2 Pa, con la ayuda de una bomba turbomolecular que está simbolizada por la flecha 30 (pero, en otros ejemplos de la invención, los recintos 18 y 28 podrían estar a la misma presión).
El recinto 28 contiene el dispositivo 12 y se comunica con el recinto 18 por un orificio 32 enfrentado al detector 14. Este detector 14 está montado sobre una placa 34 de microposicionamiento, a su vez montada sobre una alimentación sellada (en inglés, sealed feedthrough) 36, como se ve en la figura 1.
El capilar 22 está alineado con este orificio 32, y el dispositivo 6 está comprendido entre el orificio 32 y el orificio 26 de salida del capilar 22.
Por tanto, en el ejemplo de la figura 1, los analitos están presentes en fase líquida y una porción del líquido es nebulizada por el dispositivo 2, lo que produce un aerosol de gotitas muy pequeñas que contienen los analitos, en su mayoría neutros, una parte de los cuales posiblemente está ionizada. Debido a la diferencia de presión entre la zona 16 y el recinto 18, este aerosol es aspirado en el capilar 22 de entrada. Enfrente del mismo se coloca la lente 6 de enfoque aerodinámico que permite guiar indiferentemente las especies neutras y los iones hacia el detector 14, situado en el recinto 28 al vacío secundario.
El modo de realización de la invención representado en la figura 1 comprende dos cámaras de bombeo diferencial, es decir los recintos 18 y 28, pero también es posible realizar un dispositivo de acuerdo con la invención que comprenda más de dos cámaras de bombeo diferencial, o incluso una sola.
En el ejemplo de la figura 1, el detector 14 comprende un solo NEMS pero también es posible realizar un dispositivo de acuerdo con la invención donde este detector comprenda una red (en inglés, array) de dichos NEMS.
Los medios de lectura y control del detector 14 no se representan. Este detector 14 puede o no estar controlado por temperatura. Lo mismo es cierto para el capilar 22 de entrada.
Es ventajoso utilizar un NEMS para la detección; pero del mismo modo es posible utilizar cualquier otro detector gravimétrico (MEMS, QCM, SAW, BAW) o, más generalmente, un detector de fuerza inercial, en particular un detector de impacto. Sobre esto último, nos remitiremos por ejemplo al siguiente documento:
Jonghoo Park, Hua Qin, Mark Scalf, Ryan T. Hilger, Michael S. Westphall, Lloyd M. Smith y Robert H. Blick, 2011, “A Mechanical Nanomembrane Detector for Timeof-Flight Mass Spectrometry1, Nano Letters 11: 3681-3684.
La lente 6 de enfoque aerodinámico se denomina más simplemente “ lente aerodinámica”. Se sabe que esta última se compone de hecho de una serie de lentes aerodinámicas elementales. A continuación se dan ejemplos de lentes aerodinámicas.
En la invención, el uso de lentes de este tipo permite guiar en particular las especies neutras para maximizar el rendimiento de la medida. Por lo tanto, no se utiliza una guía electrostática del tipo utilizado en óptica iónica.
Se recuerda que una lente aerodinámica comprende una serie de orificios que constituyen lentes aerodinámicas elementales. Estos orificios pueden tener tamaños idénticos (véase la figura 3 a la que volveremos más adelante) o tamaños diferentes, por ejemplo decrecientes (véase la figura 2 a la que volveremos más adelante). A través de estos orificios se aspira un aerosol diluido. La mayor parte del gas portador (y la mayor parte de las moléculas de agua aspiradas por el capilar 22 utilizado en el ejemplo de la figura 1), gas que es ligero y libre de partículas, se difunde en el volumen que se encuentra a la salida de la lente, mientras que las partículas pesadas (en comparación con las moléculas de gas), tales como las moléculas biológicas, adquieren una cantidad de movimiento suficiente para ser recogidas por el flujo de salida en forma de un chorro muy fino. Bajo ciertas condiciones, este chorro puede incluso enfocarse en un punto (punto focal).
Las lentes aerodinámicas se utilizan habitualmente en los espectrómetros de masas destinados a medir partículas presentes en aerosoles pero, en este último caso, estas lentes no se utilizan para el guiado y el enfoque de partículas hacia un detector ya que las especies siempre se ionizan tras su introducción en un espectrómetro de masas: las mismas se utilizan para la concentración y clasificación de las especies a medir, antes de su paso por el espectrómetro.
De forma elaborada, un dispositivo de enfoque utilizable en la invención comprende (véase la figura 2) un orificio de entrada 38, que permite el control del flujo y del diferencial de presión, y una lente 40 aerodinámica constituida por una serie de lentes 41 elementales. Esta serie de lentes 41 elementales permite estrechar las líneas de flujo de las partículas durante sus recorridos a lo largo del dispositivo. A la salida de la serie de lentes 41 elementales, se puede colocar un orificio 42 que permite captar el haz colimado de partículas pesadas mientras que las moléculas ligeras (por ejemplo moléculas de disolvente) tienen un volumen de difusión y se escapan.
Sobre este tema, nos podemos remitir al siguiente documento:
US 2008/0022853, “Aerodynamic lens particle separator’, invención de P. Ariessohn.
La figura 3 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de dispositivo de enfoque aerodinámico, utilizable en la presente invención y que comprende una lente aerodinámica elemental o una serie 43 de lentes 44 aerodinámicas elementales y, a la salida de esta serie de lentes elementales, un canal 45. Este canal 45 (o morro de aceleración) puede ser un canal convergente o un canal convergente/divergente según la velocidad de las partículas, y del mismo modo ayuda al enfoque de estas partículas.
Se especifica que sólo una parte de los componentes del dispositivo de la figura 3 pueden ser utilizados en la invención. Con respecto a este dispositivo representado en la figura 3, se podrá remitir a la documentación técnica proporcionada por la empresa Aerodyne Research, y en particular a:
ARI Aerosol Mass Spectrometer, Manual de funcionamiento, página 9.
La lente 40 aerodinámica (respectivamente 43) de la figura 2 (respectivamente de la figura 3) puede, por supuesto, estar asociada a un capilar del tipo del capilar 22, colocado a la entrada y/o a la salida de esta lente aerodinámica, o asociado a un orificio del tipo del orificio 42 de la figura 2.
La figura 4 es una vista esquemática y parcial de otro dispositivo de acuerdo con la invención, en el que el dispositivo de enfoque aerodinámico está compuesto simplemente por el capilar 22 de entrada, por su orificio 26 de salida y por el orificio 32 de entrada hacia el recinto 28 de vacío secundario donde se encuentra el NEMS 14. En esta figura 4, el sentido de circulación de los flujos longitudinales está invertido con respecto a la figura 1. Y las flechas 48 representan un flujo radial de moléculas ligeras a la salida del capilar 28.
En la invención, se puede utilizar cualquier tipo de dispositivo de nebulización, en particular un nebulizador ultrasónico, un dispositivo de nebulización inducido por microondas o un nebulizador de red de microcapilares.
Ventajosamente se utiliza un SAWN, es decir un nebulizador de ondas acústicas de superficie. Sobre este tema, nos remitiremos al siguiente documento:
David R. Goodlett, Scott R. Heron y Jon Cooper, 2011, “Ions generated by surface acoustic wave device detected by mass spectrom etr/, WO 2011/060369 A1.
En este caso, se trata de utilizar un resonador de ondas acústicas de superficie, sobre el que se deposita una gota de líquido que contiene los analitos. La onda acústica de superficie producida por el resonador disipa su energía en el líquido que luego se nebuliza.
Este modo de nebulización presenta la ventaja de ionizar solo una parte muy pequeña de los analitos, del mismo modo con una energía de ionización muy baja. Además, es capaz de desorber gotas enteras de agua, así como partículas biológicas en una amplia gama de masas. Además, se puede integrar un dispositivo de nebulización de este tipo. Se puede obtener por métodos de microfabricación colectiva. Y, es posible integrar toda la arquitectura de la presente invención cuando se utiliza dicho dispositivo integrable.
En los ejemplos de la invención dados anteriormente, el dispositivo de guiado y de enfoque es eléctricamente neutro. Esto significa que no se aplica a este dispositivo ningún campo electromagnético o se produce por el mismo.
Para el guiado y el enfoque se utiliza preferentemente un dispositivo eléctricamente neutro de este tipo. Sin embargo, también se podría utilizar un dispositivo de guiado y de enfoque que no sea eléctricamente neutro, más precisamente en el que una de sus caras laterales esté polarizada con una cierta tensión para separar las especies neutras de las especies ionizadas o, por el contrario, para polarizar el dispositivo, para obtener un campo electromagnético capaz de enfocar unicamente las especies neutras.
En el ejemplo de la figura 1, la lente 6 aerodinámica está asociada al capilar 22. Pero también es posible prever un modo de realización de la invención en el que el segundo dispositivo, que sirve para el guiado y el enfoque aerodinámico del flujo, comprenda un diafragma o un orificio en lugar del capilar.
Claims (8)
1. Dispositivo de determinación de la masa de al menos una partícula en suspensión o en solución en un fluido, que comprende:
- un primer dispositivo (2) para la nebulización del fluido (4), para obtener un flujo que comprende al menos dicha al menos una partícula,
- un segundo dispositivo (6, 22, 40, 44) para el guiado y el enfoque del flujo, el segundo dispositivo que comprende una entrada (24, 38) para recibir el flujo, y una salida (10, 42), y
- un tercer dispositivo (12) para la determinación de la masa de dicha al menos una partícula mediante una medida de frecuencia, el tercer dispositivo que comprende al menos un detector (14) gravimétrico, dispuesto enfrente de la salida del segundo dispositivo, para recibir dicha al menos una partícula,
- una zona (16) a una presión dada, que contiene el primer dispositivo (2), y
- al menos un recinto (18) al vacío, o primer recinto, diseñado para estar a una primera presión, inferior a la presión de dicha zona, el primer recinto que comunica con la zona (16) y que contiene al menos una parte del segundo dispositivo,
el dispositivo que está caracterizado por que el segundo dispositivo comprende una lente (6, 40, 44) aerodinámica dispuesta en el primer recinto (18).
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el segundo dispositivo (6, 22, 40, 44) es eléctricamente neutro.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la lente aerodinámica está asociada, en la salida, a un orificio (42).
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo dispositivo comprende además un capilar (22) que tiene un orificio (24) de entrada en la zona (16) y un orificio (26) de salida en el primer recinto (18), para poner la zona (16) en comunicación con el primer recinto (18).
5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que la lente (6) aerodinámica está dispuesta enfrentada al orificio (24) de entrada y/o de salida (26) del capilar (22).
6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además otro recinto (28) al vacío, o segundo recinto, previsto para estar a una segunda presión, posiblemente inferior a la primera presión, que contiene el tercer dispositivo (12), y que comunica con el primer recinto (18) por un primer orificio (32) situado enfrentado al detector (14) gravimétrico.
7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el detector (14) gravimétrico se elige entre los sistemas nanoelectromecánicos, los sistemas microelectromecánicos, las microbalanzas de cuarzo, los resonadores de ondas acústicas de superficie, los resonadores de ondas acústicas de volumen y los sensores de impacto.
8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el primer dispositivo (2) se elige entre los nebulizadores ultrasónicos, los dispositivos de nebulización inducida por microondas, los nebulizadores de red de microcapilares y los nebulizadores de ondas acústicas de superficie.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1352154A FR3003083B1 (fr) | 2013-03-11 | 2013-03-11 | Dispositif de determination de la masse d'une particule en suspension ou en solution dans un fluide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2922330T3 true ES2922330T3 (es) | 2022-09-13 |
Family
ID=48521281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES14158255T Active ES2922330T3 (es) | 2013-03-11 | 2014-03-07 | Dispositivo de determinación de la masa de una partícula en suspensión o en solución en un fluido |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9506852B2 (es) |
| EP (1) | EP2779209B1 (es) |
| JP (1) | JP6352004B2 (es) |
| ES (1) | ES2922330T3 (es) |
| FR (1) | FR3003083B1 (es) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3003083B1 (fr) * | 2013-03-11 | 2015-04-10 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de determination de la masse d'une particule en suspension ou en solution dans un fluide |
| EP2866000B1 (fr) | 2013-10-22 | 2020-03-11 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Dispositif optomécanique d'actionnement et/ou de détection du déplacement d'un élément mécanique, notamment pour la détection gravimétrique |
| FR3012124B1 (fr) | 2013-10-22 | 2017-12-15 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de detection electromecanique, pour la detection gravimetrique, et procede de fabrication du dispositif |
| CN104390901B (zh) * | 2014-11-17 | 2016-08-10 | 成都柏森松传感技术有限公司 | 一种空气中微颗粒物浓度的监测方法及*** |
| US10381206B2 (en) | 2015-01-23 | 2019-08-13 | California Institute Of Technology | Integrated hybrid NEMS mass spectrometry |
| GB201522594D0 (en) | 2015-12-22 | 2016-02-03 | Micromass Ltd | Secondary ultrasonic nebulisation |
| CN106093187B (zh) * | 2016-06-07 | 2019-01-18 | 浙江大学 | 一种柱塞流输送颗粒回落量的检测方法及装置 |
| WO2020228475A1 (en) | 2019-05-15 | 2020-11-19 | Shanghai Polaris Biology Co., Ltd. | Sample transport apparatus for mass spectrometry |
| US20210319996A1 (en) * | 2020-04-10 | 2021-10-14 | Ihsan Dogramaci Bilkent Universitesi | Device for obtaining the mass of single nanoparticles, viruses and proteins in suspension or in solution with high-collection efficiency |
| EP3970183A4 (en) | 2020-07-24 | 2022-08-10 | Ihsan Dogramaci Bilkent Üniversitesi | DEVICE FOR OBTAINING THE MASS OF NANOPARTICLES, VIRUSES AND SINGLE PROTEINS IN SUSPENSION OR IN SOLUTION WITH HIGH COLLECTION EFFICIENCY |
| CN115683291A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-02-03 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种集成型差频石英晶体微量天平 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2440833C (en) * | 2001-03-29 | 2009-07-14 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Piezoelectric charged droplet source |
| AU2002314767A1 (en) | 2001-05-04 | 2002-11-18 | California Institute Of Technology | An apparatus and method for ultrasensitive nanoelectromechanical mass detection |
| US7479630B2 (en) * | 2004-03-25 | 2009-01-20 | Bandura Dmitry R | Method and apparatus for flow cytometry linked with elemental analysis |
| US7704294B2 (en) | 2004-05-25 | 2010-04-27 | Enertechnix, Inc. | Aerodynamic lens particle separator |
| US7642511B2 (en) * | 2004-09-30 | 2010-01-05 | Ut-Battelle, Llc | Ultra high mass range mass spectrometer systems |
| US6972408B1 (en) * | 2004-09-30 | 2005-12-06 | Ut-Battelle, Llc | Ultra high mass range mass spectrometer systems |
| JP2006162519A (ja) * | 2004-12-09 | 2006-06-22 | Nihon Ceratec Co Ltd | 試料製造装置および水晶マイクロバランス分析測定装置 |
| US8539840B2 (en) * | 2008-02-05 | 2013-09-24 | Enertechnix, Inc | Aerosol collection apparatus and methods |
| WO2011060369A1 (en) | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Goodlett David R | Ions generated by surface acoustic wave device detected by mass spectrometry |
| US8119977B2 (en) * | 2010-01-29 | 2012-02-21 | Pusan National University Industry-University Cooperation Foundation | Aerodynamic lens capable of focusing nanoparticles in a wide range |
| FR2964652B1 (fr) | 2010-09-13 | 2015-05-15 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif resonant, a detection piezoresistive et a resonateur relie de facon elastique au support du dispositif, et procede de fabrication de celui-ci |
| FR2964653B1 (fr) | 2010-09-13 | 2012-10-12 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif resonant a actionnement dans le plan, et procede de fabrication du dispositif |
| FR2964651B1 (fr) | 2010-09-13 | 2015-05-15 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif a poutre suspendue et moyens de detection piezoresistive du deplacement de celle-ci, et procede de fabrication du dispositif |
| FR2971360B1 (fr) * | 2011-02-07 | 2014-05-16 | Commissariat Energie Atomique | Micro-reflectron pour spectrometre de masse a temps de vol |
| FR2979705B1 (fr) * | 2011-09-05 | 2014-05-09 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif d'estimation d'un parametre de masse moleculaire dans un echantillon |
| CA2852043C (en) * | 2011-10-26 | 2020-08-25 | Fluidigm Canada Inc. | Sample transferring apparatus for mass cytometry |
| US20150231340A1 (en) * | 2012-10-17 | 2015-08-20 | Nektar Therapeutics | Methods and systems for identifying dry nebulizer elements |
| FR3003083B1 (fr) * | 2013-03-11 | 2015-04-10 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de determination de la masse d'une particule en suspension ou en solution dans un fluide |
-
2013
- 2013-03-11 FR FR1352154A patent/FR3003083B1/fr active Active
-
2014
- 2014-03-07 ES ES14158255T patent/ES2922330T3/es active Active
- 2014-03-07 EP EP14158255.1A patent/EP2779209B1/fr active Active
- 2014-03-10 JP JP2014046413A patent/JP6352004B2/ja active Active
- 2014-03-10 US US14/202,490 patent/US9506852B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2779209A1 (fr) | 2014-09-17 |
| JP2014179320A (ja) | 2014-09-25 |
| FR3003083B1 (fr) | 2015-04-10 |
| FR3003083A1 (fr) | 2014-09-12 |
| US9506852B2 (en) | 2016-11-29 |
| JP6352004B2 (ja) | 2018-07-04 |
| US20140250980A1 (en) | 2014-09-11 |
| EP2779209B1 (fr) | 2022-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2922330T3 (es) | Dispositivo de determinación de la masa de una partícula en suspensión o en solución en un fluido | |
| ES2256517T3 (es) | Dispositivo de recogida de muestras para un captador de sustancias de guerra quimica. | |
| Zilch et al. | Charge separation in the aerodynamic breakup of micrometer-sized water droplets | |
| ATE476751T1 (de) | Piezoelektrisch geladene tröpfchenquelle | |
| US9696285B2 (en) | Gas analysis system comprising a gas spectrometer equipped with a micro-reflectron | |
| US9347815B2 (en) | Single-protein nanomechanical mass spectrometry in real time | |
| Houston | New laser-based and imaging methods for studying the dynamics of molecular collisions | |
| JP5359827B2 (ja) | イオン輸送装置、イオン分析装置、及び、超音速分子ジェット法を用いた分析装置 | |
| Ecelberger et al. | Suitcase TOF: a man-portable time-of-flight mass spectrometer | |
| EP2630651A1 (en) | Atmospheric pressure ionization inlet for mass spectrometers | |
| KR20150055070A (ko) | 샘플 프로브 입구 유동 시스템 | |
| Özdemir et al. | A deeper look into sonic spray ionization | |
| JP5435667B2 (ja) | サイクロンセパレータ式質量分析システム | |
| US8513598B2 (en) | Aerosol mass spectrometry systems and methods | |
| US7649171B1 (en) | Miniature mass spectrometer for the analysis of biological small molecules | |
| Tang et al. | Experimental and simulation research on the influence of voltage amplitude, frequency and carrier gas flow rate on the performance of FAIMS | |
| ES2748291T3 (es) | Procedimiento para obtener la posición de adsorción, masa y rigidez de una partícula depositada en la superficie de un resonador | |
| Szyszka et al. | MEMS quadrupole mass spectrometer | |
| EP3970183A1 (en) | Device for obtaining the mass of single nanoparticles, viruses and proteins in suspension or in solution with high-collection efficiency | |
| Elliott | Development of a Single Particle Analyzer of Mass and Mobility | |
| Sandstrom et al. | Electrohydrodynamic enhanced transport and trapping of airborne particles to a microfluidic air-liquid interface | |
| Gao | Instrumentation and Application of Image-Charge Detection of Electrospray-Charged Microparticles and Microdroplets | |
| Wu | Ion Mobility Spectrometry: Optimization of Parameters in Collision Cross Sections and Trace Detection of Explosives | |
| CA3188562A1 (en) | Apparatus and methods for detecting molecules at atmospheric pressure | |
| Niu et al. | Mobility Spectrometer Studies on Hydrazine and Ammonia Detection |