离子分离器的制作方法

本发明整体涉及离子被分离的质谱仪和质谱分析方法。

背景技术：

1、人们对使用病毒衣壳来递送dna载物（诸如在疫苗和基因治疗应用中）的关注日益增加。目前的研究集中在腺相关病毒（aav）的衣壳上。aav具有约3.7mda的分子量，并且可以包封具有高达约1.5mda的分子量的dna载物。未来的治疗将需要递送具有大于此分子量的分子量的dna载物，并且因此适用于较大的衣壳的分析方法受到关注。

2、基于衣壳的疫苗和基因治疗应用中的质量保证或质量控制的重要方面是空颗粒、含有完整dna载物的颗粒和掺入截短的dna载物的颗粒（其被称为部分填充衣壳）的定量。已知使用分析超离心来分离空衣壳、部分填充衣壳和完整衣壳。然而，该过程相对较慢，并且需要大型且复杂的装备来执行该过程。

技术实现思路

1、从第一方面，本发明提供了一种分离离子的方法，该方法包括：使壳体围绕轴线旋转，使得其中的气体围绕轴线旋转；以及然后将离子传输到气体中，使得离子被气体围绕轴线驱动，并且因此经历分离离子的离心力。

2、离心力使具有不同质量的离子在从旋转轴线径向向外的方向上彼此分离。更具体地，离心力推动离子通过壳体中的气体，并且因此离子受到由气体引起的拖曳力，使得具有不同质量的离子彼此分离。

3、已经发现，旋转围住气体腔室的壳体是使气体围绕轴线旋转以便引起离子的离心分离的特别好的方式。例如，该技术产生围绕轴线的气体流，该气体流在整个壳体中基本上是均匀的，这可能有利于离子分离。

4、在平行于旋转轴线的方向上，在壳体内可能基本上没有气体流。

5、离心力在与旋转轴线正交的径向方向上分离离子，并且可以使离子在径向方向上行进，直到离子从壳体中穿出和/或撞击离子检测器。

6、壳体可以是圆环形的，并且/或者壳体内部的包含旋转气体的气体腔室可以是圆环形的。

7、壳体和/或气体腔室可以在由旋转轴线和与旋转轴线正交的轴线限定的平面中具有基本上矩形的横截面。

8、优选地，矩形横截面在正交于旋转轴线延伸的径向方向上是细长的。

9、离子可以通过位于壳体的面向旋转轴线的径向内侧上的一个或多个离子入口开口传输到壳体和气体中。

10、一个或多个离子入口开口可以包括一个或多个细长狭缝，该一个或多个细长狭缝在与旋转轴线正交的方向上沿着壳体的径向内壁部分地延伸；或者一个或多个离子入口开口可以是细长狭缝，该细长狭缝在与旋转轴线正交的方向上沿着壳体的径向内壁完全延伸。

11、方法可以包括：将离子通过壳体的壁中的一个或多个离子入口开口传输到壳体和气体中；在一个或多个离子入口开口的径向外侧设置一个或多个离子检测器；以及利用一个或多个离子检测器检测在壳体中已经分离的离子或从这些离子衍生的离子。例如，分离的离子可以被碎裂或反应，以便产生在一个或多个检测器处检测到的碎片或产物离子。

12、方法可以包括根据任何给定离子进入旋转气体与离子检测器检测到该离子或由该离子衍生的离子之间的持续时间，确定由离子检测器检测到的任何给定离子的质量。

13、例如，确定任何给定离子的质量的步骤可以包括：测量、估计或以其他方式获得离子通过气体的迁移率；基于离子进入旋转气体与离子检测器检测到该离子或由该离子衍生的离子之间的持续时间，确定该离子的质量与离子在径向方向上通过壳体中的气体的迁移率的比率；以及根据所述比率和所述迁移率来计算离子的质量。

14、例如，如果电离的颗粒的直径是已知的，则可以将其与所述比率一起用于计算质量，因为直径与迁移率有关。

15、可以在一个或多个离子入口开口中或上游设置离子门，并且可以根据离子门打开的时间来确定离子进入旋转气体的时间。

16、离子门具有至少一个电极和电压源，该电压源被控制以便维持离子门关闭，使得离子不能穿过离子入口开口，然后打开离子门并允许离子作为离子包进入壳体，并且然后再次关闭离子门以便防止离子进入壳体。

17、任何给定离子的质量可以根据离子门打开与离子或由该离子衍生的离子被离子检测器检测到的时间之间的持续时间来确定。

18、离子可以是电离的衣壳颗粒，例如相同类型的衣壳颗粒，但其可以包封不同的dna载物。

19、因此离子可以是电离的衣壳颗粒，其中衣壳颗粒中的至少一些衣壳颗粒包封dna载物，并且其中方法包括基于离子的所计算的质量来确定在检测器处检测到的衣壳颗粒是否不含dna载物、含有完整dna载物或含有部分完整dna载物。

20、衣壳颗粒可以是病毒衣壳颗粒，诸如腺病毒的衣壳颗粒、腺相关病毒的衣壳颗粒或慢病毒的衣壳颗粒。另选地，衣壳颗粒可以是其他类型，诸如脂质体衣壳颗粒。

21、衣壳颗粒可以是相同类型的，例如来自相同的病毒或脂质体，但它们可以包封不同质量的dna载物。用于包封dna载物的衣壳颗粒壳的质量可以是已知的，因为可能已经选择了衣壳颗粒的类型。该信息连同电离的衣壳颗粒的所确定的质量可以用于确定所检测到的衣壳颗粒内的dna载物。完整dna载物的质量也可以是已知的。因此，方法可以基于所确定的质量来确定所检测到的电离的衣壳颗粒是否没有dna载物、具有完整dna载物或具有部分完整dna载物。

22、方法可以包括确定所检测到的不具有dna载物、和/或具有完整dna载物、和/或具有部分完整dna载物的衣壳颗粒的比例。

23、一个或多个离子检测器可以位于壳体内部以便与该壳体一起旋转。

24、离子检测器可以具有离子检测表面，该离子检测表面在周向方向上沿着壳体的径向外壁的基本上整个长度延伸。另选地，离子检测表面可以在周向方向上仅沿着径向外壁的长度的一部分延伸。多个此类离子检测表面可以设置在径向外壁上，这些离子检测表面在周向方向上间隔开。

25、一个或多个离子检测器可以是电荷敏感检测器（诸如法拉第板），以用于检测由分离器分离的离子。离子检测器可以检测离子的电荷。

26、壳体可以是基本上关闭的壳体，使得壳体中的气体基本上由壳体限制。例如，壳体可以是密封的，不同的是壳体可以具有一个或多个离子入口开口，该一个或多个离子入口开口被布置成使得离子可以进入壳体。然而，可以设想，壳体还可以具有位于壳体的径向外侧上的一个或多个离子出口开口。

27、壳体可以包括离子入口开口和离子检测器，该离子入口开口和该离子检测器被布置在壳体上，使得当壳体被旋转时，仅具有通过气体的预先选择的质量与迁移率比率的离子能够撞击检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不会撞击检测器。

28、可以通过离子入口开口连续供应离子，并且方法可以在检测器处检测到离子时确定存在具有所述预先选择的质量与迁移率比率的离子，并且在检测器处未检测到离子时确定不存在具有所述预先选择的质量与迁移率比率的离子。

29、离子分离器可以具有多个此类离子检测器。例如，分离器壳体可以包括离子入口开口、第一离子检测器和第二离子检测器，其中离子入口开口和离子检测器被布置成使得当壳体被旋转时，仅具有第一预先选择的范围的质量与迁移率比率的离子能够撞击第一离子检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不撞击第一检测器，并且仅具有第二不同预先选择的范围的质量与迁移率比率的离子能够撞击第二离子检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不撞击第二检测器。

30、可以通过离子入口开口连续供应离子，并且方法可以在第一离子检测器处检测到离子时确定存在具有所述第一预先选择的质量与迁移率比率的离子，并且在第一离子检测器处未检测到离子时确定不存在具有所述第一预先选择的质量与迁移率比率的离子。类似地，方法可以在第二离子检测器处检测到离子时确定存在具有所述第二预先选择的质量与迁移率比率的离子，并且在第二离子检测器处未检测到离子时确定不存在具有所述第二预先选择的质量与迁移率比率的离子。

31、如上文所描述，离子可以是电离的衣壳颗粒，例如相同类型的衣壳颗粒，但其可以包封不同的dna载物。这些实施方案可以用于确定衣壳颗粒是否不含dna载物、含有完整dna载物或含有部分完整dna载物。

32、例如，第一离子检测器可以被布置成使得当壳体被旋转时，只有具有对应于含有完整dna载物的颗粒的质量与迁移率比率的电离的衣壳颗粒能够撞击第一离子检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不撞击第一检测器。类似地，第二离子检测器可以被布置成使得当壳体被旋转时，只有具有对应于不含dna载物的颗粒的质量与迁移率比率的电离的衣壳颗粒能够撞击第二离子检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不撞击第二检测器。附加地或另选地，第三离子检测器可以被布置成使得当壳体被旋转时，只有具有一系列对应于含有部分完整dna载物的颗粒的质量与迁移率比率的电离的衣壳颗粒能够撞击第三离子检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不撞击第三检测器。

33、方法可以包括确定所检测到的不具有dna载物、和/或具有完整dna载物、和/或具有部分完整dna载物的衣壳颗粒的比例。

34、离子正在旋转壳体中分离并且可以通过位于壳体的背离旋转轴线的径向外侧上的一个或多个离子出口开口离开壳体；其中离子随后传递到位于壳体外部的一个或多个离子检测器。

35、在这些实施方案中，一个或多个离子检测器可以被布置成使得它们是静态的并且不与旋转壳体一起旋转。然而，可以设想，这些离子检测器可以被布置成与壳体一起旋转，例如以相同的角速率旋转。

36、一个或多个离子出口开口可以包括一个或多个细长狭缝，该一个或多个细长狭缝在与旋转轴线正交的方向上沿着壳体的径向外壁部分地延伸；或者一个或多个离子入口开口可以是细长狭缝，该细长狭缝在与旋转轴线正交的方向上沿着壳体的径向外壁完全延伸。

37、优选地，在离子分离期间，将壳体中的气体维持在至少1×104pa、至少5×104pa或至少1×105pa的压力下。这避免了对真空系统的需要，并且已经发现对于分离大质量离子（诸如电离的衣壳颗粒）是可接受的。

38、因此，在离子分离期间，壳体内的气体可以基本上处于大气压力下；并且/或者壳体可以不通过将气体从壳体中吸出的真空系统抽空。基本上处于大气压力下意味着当壳体不旋转时，壳体内的气体处于大气压力下，但是气体的压力可能由于壳体的旋转而增加。

39、然而，可以设想，可以抽空壳体，使得当壳体正在旋转并且离子正在被分离时，气体压力小于大气压力。例如，在壳体的旋转和离子的分离期间，壳体中的气体可以维持在≤5×104pa或≤1×104pa的压力下。

40、壳体可以以≥5,000rpm、≥10,000rpm、≥15,000rpm、≥20,000rpm、≥25,000rpm或≥30,000rpm围绕轴线旋转。

41、壳体可以例如在径向方向上具有≤100mm、≤90mm、≤80mm、≤70mm、≤60mm或≤50mm的最大尺寸。

42、方法包括利用离子源（诸如电喷雾离子源）产生离子。离子源被布置成使得离子被提供到一个或多个离子入口开口。离子源可以向由壳体包围的区域提供离子或在该区域中产生离子。例如，离子源可以沿着旋转轴线将离子引导到由壳体包围的区域中。

43、旋转轴线可以是基本上竖直的。在此类实施方案中，离子源可以向下引导离子。例如，离子源可以是沿着旋转轴线产生电喷雾羽流的电喷雾离子源。

44、液相或气相色谱装置可以用于分离分析样品并将该分析样品供应到产生离子的离子源。这些离子或由这些离子衍生的离子可以被供应到本文所描述的离子分离器装置以进行分离和检测。

45、方法可以包括：提供液相色谱装置，该液相色谱装置被布置成与壳体一起围绕旋转轴线旋转，使得在液相色谱装置内提供离心力，该离心力驱动分析样品通过液相色谱装置，使得样品中的不同组分在不同时间从液相色谱装置洗脱；以及使洗脱组分电离以形成离子，并且将这些离子或由这些离子衍生的离子供应到所述壳体中以进行分离。

46、例如，液相色谱装置可以包括色谱柱，该色谱柱以其纵向轴线布置，使得柱的样品入口被布置在柱的样品出口的径向内侧。柱可以以其纵向轴线被布置，该纵向轴线在径向方向上延伸。

47、应当理解，本文所描述的方法是质谱法。

48、从第二方面，本发明提供了一种分离离子的方法，该方法包括：使壳体围绕轴线旋转，使得其中的气体围绕轴线旋转；通过壳体的壁中的一个或多个离子入口开口将电离的衣壳颗粒传输到气体中，使得电离的衣壳颗粒被气体围绕轴线驱动，并且因此经历分离电离的衣壳颗粒的离心力；在一个或多个离子入口开口的径向外侧设置一个或多个离子检测器，并且利用一个或多个离子检测器检测已经分离的电离的衣壳颗粒或从该电离的衣壳颗粒衍生的离子；根据任何给定电离的衣壳颗粒进入旋转气体与一个或多个离子检测器检测到该电离的衣壳颗粒或由该电离的衣壳颗粒衍生的离子之间的持续时间，确定由一个或多个离子检测器检测到的任何给定电离的衣壳颗粒的质量；以及基于所确定的质量来确定所检测到的电离的衣壳颗粒是否没有dna载物、具有完整dna载物或具有部分完整dna载物。

49、衣壳颗粒可以是相同类型的，例如来自相同的病毒或脂质体，但它们可以包封不同质量的dna载物。用于包封dna载物的衣壳颗粒壳的质量可以是已知的，因为可能已经选择了衣壳颗粒的类型。该信息连同电离的衣壳颗粒的所确定的质量可以用于确定所检测到的衣壳颗粒内的dna载物。完整dna载物的质量也可以是已知的。因此，方法可以基于所确定的质量来确定所检测到的电离的衣壳颗粒是否没有dna载物、具有完整dna载物或具有部分完整dna载物。

50、方法可以确定所检测到的不具有dna载物、和/或具有完整dna载物、和/或具有部分完整dna载物的衣壳颗粒的比例。

51、在分离电离的衣壳颗粒期间，壳体内的气体可以基本上处于大气压力下；并且/或者其中所述壳体不通过将气体从所述壳体中吸出的真空系统抽空。

52、根据本发明的第二方面的方法可以具有关于本发明的第一方面所描述的特征中的任一特征。

53、本发明的第一方面还提供了一种离子分离设备，该离子分离设备被设置和配置为执行本文所描述的方法。

54、因此，本发明提供了一种离子分离器设备，该离子分离器设备包括：离子源；和壳体，该壳体被布置成接纳来自离子源的离子或从该离子衍生的离子；其中壳体容纳气体并且能够围绕轴线旋转，使得其中的气体围绕轴线旋转，并且接纳在壳体中的离子被气体围绕轴线驱动，并且因此经历分离离子的离心力。

55、设备可以包括马达，该马达被配置为使壳体围绕轴线旋转。

56、离子分离器设备可以具有上文关于本发明的第一方面和第二方面的方法所描述的特征中的任一特征。

57、离子分离器设备可以被布置成并被配置为执行本文所描述的方法中的任一方法。

58、例如，壳体可以被布置成使得当其围绕轴线旋转时，离心力在与旋转轴线正交的径向方向上分离离子，并且使离子在径向方向上行进，直到这些离子从壳体中穿出和/或撞击离子检测器。

59、壳体可以是圆环形的，并且/或者壳体内部的包含气体的气体腔室可以圆环形的。壳体和/或气体腔室可以在由旋转轴线和与旋转轴线正交的轴线限定的平面中具有基本上矩形的横截面。优选地，矩形横截面在正交于旋转轴线延伸的径向方向上是细长的。

60、壳体可以具有一个或多个离子入口开口，该一个或多个离子入口开口位于壳体的面向旋转轴线的径向内侧上，以用于将离子接纳到壳体中。一个或多个离子入口开口可以包括一个或多个细长狭缝，该一个或多个细长狭缝在与旋转轴线正交的方向上沿着壳体的径向内壁部分地延伸；或者一个或多个离子入口开口可以是细长狭缝，该细长狭缝在与旋转轴线正交的方向上沿着壳体的径向内壁完全延伸。

61、设备可以包括一个或多个离子检测器，该一个或多个离子检测器位于一个或多个离子入口开口的径向外侧，使得已经被离子分离器分离的离子或从这些离子衍生的离子被离子检测器检测到。

62、设备可以被配置为根据任何给定离子进入旋转气体与离子检测器检测到该离子或由该离子衍生的离子之间的持续时间，确定由离子检测器检测到的任何给定离子的质量。例如，一个或多个离子入口开口中的至少一个离子入口开口可以是离子门，该离子门被配置为打开和关闭以便允许离子包进入壳体。离子门具有至少一个电极和电压源，该电压源被控制以便维持离子门关闭，使得离子不能穿过离子入口开口，然后打开离子门并允许离子作为离子包进入壳体，并且然后再次关闭离子门以便防止离子进入壳体。设备可以根据离子门打开与离子检测器检测到离子或由该离子衍生的离子的时间之间的持续时间，自动地确定任何给定离子的质量。

63、设备可以包括包含衣壳颗粒的分析样品的供应，使得离子源使衣壳颗粒电离。因此，离子可以是电离的衣壳颗粒，例如相同类型的衣壳颗粒，但其可以包封不同的dna载物。设备可以被配置为基于离子的所计算的质量来自动地确定在检测器处检测到的衣壳颗粒是否不含dna载物、含有完整dna载物或含有部分完整dna载物。设备可以被配置为自动地确定所检测到的不具有dna载物、和/或具有完整dna载物、和/或部分完整dna载物的衣壳颗粒的比例。

64、衣壳颗粒可以是病毒衣壳颗粒，诸如腺病毒衣壳颗粒、腺相关病毒衣壳颗粒或慢病毒衣壳颗粒。另选地，衣壳颗粒可以是其他类型，诸如脂质体衣壳颗粒。

65、一个或多个离子检测器可以位于壳体内部以便与该壳体一起旋转。离子检测器可以具有离子检测表面，该离子检测表面在周向方向上沿着壳体的径向外壁的基本上整个长度延伸。另选地，离子检测表面可以在周向方向上仅沿着径向外壁的长度的一部分延伸。多个此类离子检测表面可以设置在径向外壁上，这些离子检测表面在周向方向上间隔开。一个或多个离子检测器可以是电荷敏感检测器（诸如法拉第板），以用于检测由分离器分离的离子。离子检测器可以检测离子的电荷。

66、壳体可以是基本上关闭的壳体，使得壳体中的气体基本上由壳体限制。例如，壳体可以是密封的，不同的是壳体可以具有一个或多个离子入口开口，该一个或多个离子入口开口被布置成使得离子可以进入壳体。然而，可以设想，壳体还可以具有位于壳体的径向外侧上的一个或多个离子出口开口。

67、壳体可以包括离子入口开口和离子检测器，该离子入口开口和该离子检测器被布置在壳体上，使得当壳体被旋转时，仅具有预先选择的质量与迁移率比率的离子能够撞击检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不会撞击检测器。离子源和设备可以被配置为通过离子入口开口连续地供应离子，并且设备可以被配置为在检测器处检测到离子时确定存在具有所述预先选择的质量与迁移率比率的离子，并且在检测器处未检测到离子时确定不存在具有所述预先选择的质量与迁移率比率的离子。

68、离子分离器可以具有多个此类离子检测器。例如，分离器壳体可以包括离子入口开口、第一离子检测器和第二离子检测器，其中离子入口开口和离子检测器被布置成使得当壳体被旋转时，仅具有第一预先选择的范围的质量与迁移率比率的离子能够撞击第一离子检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不撞击第一检测器，并且仅具有第二不同预先选择的范围的质量与迁移率比率的离子能够撞击第二离子检测器，而具有其他质量与迁移率比率的离子不撞击第二检测器。

69、该设备可以被配置为使得通过离子入口开口连续供应离子，并且该设备可以在第一离子检测器处检测到离子时确定存在具有所述第一预先选择的质量与迁移率比率的离子，并且在第一离子检测器处未检测到离子时确定不存在具有所述第一预先选择的质量与迁移率比率的离子。类似地，设备可以在第二离子检测器处检测到离子时确定存在具有所述第二预先选择的质量与迁移率比率的离子，并且在第二离子检测器处未检测到离子时确定不存在具有所述第二预先选择的质量与迁移率比率的离子。

70、尽管离子检测器已经被描述为在壳体中，但是离子检测器可以在壳体外部。例如，设备可以被配置为使得在旋转壳体中分离的离子通过位于壳体的背离旋转轴线的径向外侧上的一个或多个离子出口开口离开壳体，并且离子然后传递到位于壳体外部的一个或多个离子检测器。在这些实施方案中，一个或多个离子检测器可以被布置成使得它们是静态的并且不与旋转壳体一起旋转。然而，可以设想，这些离子检测器可以被布置成与壳体一起旋转，例如以相同的角速率旋转。

71、一个或多个离子出口开口可以包括一个或多个细长狭缝，该一个或多个细长狭缝在与旋转轴线正交的方向上沿着壳体的径向外壁部分地延伸；或者一个或多个离子入口开口可以是细长狭缝，该细长狭缝在与旋转轴线正交的方向上沿着壳体的径向外壁完全延伸。

72、优选地，设备被配置为在离子的分离期间将壳体中的气体维持在至少1×104pa、至少5×104pa或至少1×105pa的压力下。这避免了对真空系统的需要，并且已经发现对于分离大质量离子（诸如电离的衣壳颗粒）是可接受的。因此，设备可以被配置为在离子分离期间（即，当壳体被旋转时）将壳体中的气体基本上维持在大气压力下。基本上处于大气压力下意味着当壳体不旋转时，壳体内的气体处于大气压力下，但是气体的压力可能由于壳体的旋转而增加。附加地或另选地，壳体可以不通过将气体从壳体中吸出的真空系统来抽空。

73、设备可以被配置为使壳体以≥5,000rpm、≥10,000rpm、≥15,000rpm、≥20,000rpm、≥25,000rpm或≥30,000rpm围绕轴线旋转。

74、壳体可以例如在径向方向上具有≤100mm、≤90mm、≤80mm、≤70mm、≤60mm或≤50mm的最大尺寸。

75、旋转轴线可以是基本上竖直的。在此类实施方案中，离子源可以向下引导离子。例如，离子源可以是沿着旋转轴线产生电喷雾羽流的电喷雾离子源。

76、设备可以包括液相或气相色谱装置，该液相或气相色谱装置被配置为分离分析样品并将该分析样品供应到离子源。这些离子或由这些离子衍生的离子被供应到本文所描述的旋转壳体以进行分离和检测。因此，设备可以包括液相色谱装置，该液相色谱装置被布置成与壳体一起围绕旋转轴线旋转，使得在液相色谱装置内提供离心力以用于驱动分析样品通过液相色谱装置，使得样品中的不同组分在不同时间从液相色谱装置洗脱。离子源可以被布置成并被配置为使洗脱组分电离以形成离子，并且将这些离子或由这些离子衍生的离子供应到所述壳体中以进行分离。

77、例如，液相色谱装置可以包括色谱柱，该色谱柱以其纵向轴线布置，使得柱的样品入口被布置在柱的样品出口的径向内侧。柱可以以其纵向轴线被布置，该纵向轴线在径向方向上延伸。