用于识别、选择和纯化粒子的系统和方法

物理化学装置的制造及其应用技术用于识别、选择和纯化粒子的系统和方法1.相关申请的交叉引用本专利申请要求2019年10月10日提交的美国临时专利申请序列号62/913,460、2019年12月18日提交的美国临时专利申请序列号62/949,559和2020年2月10日提交的美国临时专利申请序列号62/972,403的权益和优先权，其公开内容全部通过引用明确并入本文。2.政府权利这项发明是在美国国立卫生研究院授予的gm131100政府支持下完成的。美国政府拥有本发明中的某些权利。技术领域3.本公开总体上涉及用于识别、选择和纯化粒子的仪器和方法，并且更具体地，涉及基于一种或多种分子特性来识别、选择和纯化粒子的仪器和方法。背景技术：4.光谱仪器通过测量物质的一种或多种分子特性来提供对该物质的化学成分的识别。一些这样的仪器被配置成分析溶液中的物质，且其他的被配置成分析气相中的物质的带电粒子。由许多这种带电粒子测量仪器产生的分子信息在可测量的分子特性的数量和类型方面受到限制。因此，用这种仪器纯化粒子同样受到限制。技术实现要素：5.本公开可以包括所附权利要求中列举的一个或多个特征，和/或一个或多个以下特征及其组合。在一个方面，粒子纯化装置可以包括：离子发生器，其被配置成从样本中产生带电粒子；离子处理区域，其被配置成接收由离子发生器产生的带电粒子并测量所产生的带电粒子的质量和电荷大小中的至少一者；粒子收集靶；用于选择性地将离开离子处理区域的带电粒子传递到粒子收集靶的装置；处理器；以及存储器，其中存储有指令，该指令可由处理器执行，以使处理器控制用于选择性地传递带电粒子的装置而将所测量的带电粒子中的具有以下各者中的至少一者的每个带电粒子传递到粒子收集靶：（a）等于选定质量或在选定粒子质量范围内的测量质量，（b）等于选定电荷大小或在选定电荷大小范围内的测量电荷大小，以及（c）等于选定质荷比或在选定质荷比范围内的质荷比。6.在另一个方面，一种用于纯化粒子的方法可以包括从样本中产生带电粒子，测量所产生的带电粒子的质量和电荷大小中的至少一者，并且选择性地将测量的带电粒子中的具有以下各者中的至少一者的每个带电粒子传递到粒子收集靶：（a）等于选定质量或者在选定粒子质量范围内的测量质量，（b）等于选定电荷大小或在选定电荷大小范围内的测量电荷大小，以及（c）等于选定质荷比或在选定质荷比范围内的质荷比。7.在又一个方面，一种用于纯化粒子的方法可以包括从样本中产生带电粒子，测量所产生的带电粒子的电荷大小，以及选择性地将测量电荷大小等于选定电荷大小或在选定电荷大小范围内的每个测量的带电粒子传递到粒子收集靶。8.在又另一个方面，一种用于纯化粒子的方法可以包括从样本中产生带电粒子，测量所产生的带电粒子的质量，以及选择性地将测量质量等于选定质量或在选定粒子质量范围内的每个测量的带电粒子传递到粒子收集靶。9.在另一个方面，一种用于纯化粒子的方法可以包括从样本中产生带电粒子，测量所产生的带电粒子的质量和电荷大小，基于测量质量和电荷大小计算所测量的带电粒子的质荷比，以及将计算的质荷比等于选定质荷比或在选定质荷比范围内的每个所测量的带电粒子选择性地传递到粒子收集靶。10.在又一个方面，一种用于纯化粒子的方法可以包括从样本中产生带电粒子，测量所产生的带电粒子的质量、电荷大小和迁移率中的至少一者，并且选择性地将所测量的带电粒子中的具有以下各者中的至少一者的每个带电粒子传递到粒子收集靶：（a）等于选定质量或者在选定粒子质量范围内的测量质量，（b）等于选定电荷大小或在选定电荷大小范围内的测量电荷大小，（c）等于选定质荷比或在选定质荷比范围内的质荷比，以及（d）等于选定迁移率或在选定迁移率范围内的测量迁移率。11.在又一个方面，一种用于纯化粒子的方法可以包括从样本中产生带电粒子，测量所产生的带电粒子的迁移率，以及将测量迁移率等于选定迁移率或在选定迁移率范围内的每个测量的带电粒子选择性地传递到粒子收集靶。12.在又一方面，一种用于测量细胞外泡囊制备物中的粒子的方法可以包括从细胞外泡囊制备物中产生离子，并且使用电荷检测质谱仪测量所产生的离子的至少子集的质量和电荷。13.在另一方面，一种用于测量样本制备物中外泌体的方法可以包括从样本制备物中产生离子，使用电荷检测质谱仪测量至少一些产生的离子的质量和电荷，以及从至少一些所产生的离子的测量质量中识别所测量的离子中的作为外泌体离子的子集。附图说明14.图1是用于纯化粒子的仪器和方法的简图。15.图2是用于控制图1的仪器以产生和测量带电粒子并产生所得光谱的过程的实施例的简化流程图，从该光谱中可以识别或选择带电粒子的子群以进行纯化。16.图3是用于控制图1的仪器以通过产生、测量和过滤带电粒子来纯化粒子以及用于收集纯化的粒子的过程的实施例的简化流程图。17.图4a是由图1的仪器的实施例从尿外显子（exome）样本产生的粒子电荷对质量的散点图，其中离子处理区域以电荷检测质谱仪的形式实施。18.图4b是图4a的图，其上叠加了由图1的仪器对用于纯化的粒子子群的示例选择，其中所选子群由粒子指定质量值范围来限定。19.图4c是图4a的图，其上叠加了用于纯化的粒子子群的另一示例选择，其中所选子群由指定粒子电荷值范围来限定。20.图4d是图4a的图，其上叠加了用于纯化的粒子子群的又一示例选择，其中所选子群由指定粒子电荷值范围和粒子指定质量值范围来限定。21.图4e是图4a的图，其上叠加了用于纯化的粒子子群的又一示例选择，其中所选子群由指定粒子质荷比值范围来限定。22.图4f是图4a的图，其上叠加了用于纯化的粒子子群的另一示例选择，其中所选子群由指定粒子质荷比值范围和指定粒子质量值范围限定。23.图4g是图4a的图，其上叠加了用于纯化的粒子子群的又一示例选择，其中所选子群由指定粒子质荷比值范围和指定粒子电荷值范围来限定。24.图4h是图4a的图，其上叠加了用于纯化的粒子子群的又一示例选择，其中所选子群由指定粒子质荷比值范围、指定粒子质量值范围和指定粒子电荷值范围来限定。25.图5是用于控制图1的仪器以识别、收集和/或纯化指定类型的带电粒子的群和/或子群的另一过程的实施例的简化流程图。26.图6a是通过图1的仪器的实施例并使用图5所示的过程从富含外泌体的牛乳样本产生的粒子电荷对质量的散点图，其中仪器的离子处理区以电荷检测质谱仪的形式实施。27.图6b是图6a的散点图，其上覆盖了多个边界，展示了将绘制的数据处理成带电粒子的各种子群的过程。具体实施方式28.为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中所示的多个说明性实施例，并且将使用特定的语言来描述这些实施例。29.本公开涉及用于基于一种或多种分子特性来识别和/或纯化粒子的设备和技术，分子特性的示例可以包括但不限于质量、电荷、质荷比、迁移率等。出于本文件的目的，术语“带电粒子”和“离子”可以互换使用，并且这两个术语都旨在指代具有净正电荷或负电荷的任何粒子。术语“纯化（purify）”和“纯化（purification）”是指基于一种或多种分子特性，从样本中产生的带电粒子子群的识别和提取，即分离。30.现在参考图1，示出了用于纯化粒子的仪器10的示意图。图1还描绘了用于收集并且在一些实施例中处理收集的纯化粒子的示例过程12。在图示的实施例中，仪器10说明性地包括离子源区域14，其具有耦合到带电粒子处理区域16的入口的出口。带电粒子处理区域16的出口耦合到带电粒子偏转器（cpd）或转向装置（cpsd）18的入口。在一些实施例中，仪器10可以进一步任选地包括常规的离子阱（it）20，其具有耦合到带电粒子偏转器或转向装置18的出口的入口，以及与入口相对的出口，如图1中虚线表示所示。在这样的实施例中，离子阱20的出口限定仪器10的带电粒子出口。在省略了离子阱20的其他实施例中，仪器10的出口是带电粒子偏转器或转向装置18的出口。31.离子源区域14说明性地包括离子发生器22，其被配置成从样本24中产生离子，即带电粒子。离子发生器22说明性地以用于从样本中产生离子的任何常规装置或设备的形式实施。作为一个说明性示例，离子发生器22可以是或包括常规的电喷雾电离（esi）源、基质辅助激光解吸电离（maldi）源或被配置成从样本24中产生离子的其他常规的离子发生器，该示例不应被认为是以任何方式进行限制。从其产生离子的样本24可以是任何生物或其他材料。在一些实施例中，样本24可以溶解、分散或以其他方式承载在溶液中，尽管在其他实施例中，样本可能不在溶液中或不是溶液的一部分。32.在图示的实施例中，电压源vs1经由f条信号路径电连接到处理器26，其中f可以是任何正整数，并且进一步经由g条信号路径电连接到离子源区域14，其中g同样可以是任何正整数。在一些实施例中，电压源vs1可以以单个电压源的形式实施，并且在其他实施例中，电压源vs1可以包括任何数量的独立电压源。在一些实施例中，电压源vs1可以被配置或控制成产生和供应一个或多个可选幅度的时不变（即，dc）电压。替代地或附加地，电压源vs1可以被配置或控制以产生和供应一个或多个可切换的时不变电压，即一个或多个可切换的dc电压。替代地或附加地，电压源vs1可以被配置成或可控以产生和供应一个或多个可选形状、占空比、峰值幅度和/或频率的时变信号。33.处理器26说明性地是常规的，并且可以包括单个处理电路或多个处理电路。处理器26说明性地包括或耦合到其中存储有指令的存储器28，该指令在由处理器26执行时，使处理器26控制电压源vs1产生一个或多个输出电压，用于选择性地控制离子发生器22的操作。在一些实施例中，处理器26可以以一个或多个常规微处理器或控制器的形式实施，并且在这样的实施例中，存储器28可以以一个或多个常规存储器单元的形式实施，该存储器单元中存储有呈一个或多个微处理器可执行指令或指令集形式的指令。在其他实施例中，处理器26可以替代地或附加地以现场可编程门阵列（fpga）或类似电路的形式实施，并且在这样的实施例中，存储器28可以以包含在fpga中和/或fpga外的可编程逻辑块的形式实施，指令可以在fpga内被编程和存储。在其他实施例中，处理器26和/或存储器28可以以一个或多个专用集成电路（asic）的形式实施。本领域技术人员将会认识到其中可以实施处理器26和/或存储器28的其他形式，并且将会理解，任何这样的其他实施方式都是本公开所预期的，并且旨在落入本公开的范围内。在一些替代实施例中，电压源vs1本身可以是可编程的，以选择性地产生一个或多个恒定和/或时变输出电压。34.在图示的实施例中，电压源vs1被说明性地配置成响应于由处理器26产生的控制信号，以产生一个或多个电压，从而使离子发生器22从样本24中产生离子。在一些实施例中，样本24定位在离子源区域14内，如图1所示，且在其他实施例中，样本24可以定位在离子源区域14的外部。在一个不应被认为是以任何方式进行限制的示例实施例中，样本24以溶液的形式提供，并且离子发生器22是常规的电喷雾电离（esi）源，其被配置成响应于由vs1供应的一个或多个电压，以从样本24中产生呈带电液滴的细雾形式的离子。应当理解，如上所述，esi和maldi仅代表无数常规离子发生器的两个示例，并且离子发生器22可以是或包括任何这样的用于从样本中产生离子的常规装置或设备，无论样本是否在溶液中。35.离子处理区域16说明性地包括m个离子处理级或装置161-16m，其中m可以是任何正整数。一个或多个离子处理装置161-16m说明性地可操作来处理在离子源区域14中产生并传递到离子处理区域16中的带电粒子，以测量带电粒子的一种或多种分子特性的方式，以基于一种或多种分子特性过滤带电粒子以便提供具有至少一个指定分子特性的带电粒子的子群或子集的方式，和/或以离解例如碎片、带电粒子的方式。36.在图示的实施例中，电压源vs2经由h个信号路径电连接到处理器26，其中h可以是任何正整数，并且还经由j个信号路径电连接到离子处理区域16，其中j同样可以是任何正整数。在一些实施例中，电压源vs2可以以单个电压源的形式实施，并且在其他实施例中，电压源vs2可以包括任何数量的独立电压源。在一些实施例中，电压源vs2可以被配置或控制成产生和供应一个或多个可选幅度的时不变（即，dc）电压。替代地或附加地，电压源vs2可以被配置或控制成产生和供应一个或多个可切换的时不变电压，即一个或多个可切换的dc电压。替代地或附加地，电压源vs2可以被配置成或可控以产生和供应一个或多个可选形状、占空比、峰值幅度和/或频率的时变信号。通常，电压源vs2的一个或多个输出被说明性地耦合到离子处理区域16中的一个或多个离子处理装置161-16m中的每一者，并且应当理解，这种输出的数量和/或在那里产生的电压的类型将取决于构成一个或多个离子处理装置161-16m的离子处理装置的数量和/或类型。在任何情况下，存储器28说明性地具有存储在其中的指令，该指令在由处理器26执行时，使处理器26控制电压源vs2产生一个或多个输出电压，用于选择性地控制离子处理区域16中的一个或多个离子处理装置161-16m的操作。37.离子处理装置161-16m的示例可以包括，但不限于，以任何顺序和/或组合的一个或多个用于根据一种或多种分子特性分离、收集和/或过滤带电粒子的装置和/或仪器，和/或一个或多个用于离解（例如碎片化）带电粒子的装置和/或仪器。用于根据一种或多种分子特性分离带电粒子的一个或多个装置和/或仪器的示例可以包括但不限于一个或多个质谱仪或质量分析仪、一个或多个离子迁移谱仪、一个或多个气相色谱仪等。在包括离子处理装置161-16m中的一个或多个的离子处理装置161-16m的实施例中，质谱仪的示例包括但不限于可操作来测量至少离子质荷比并将测量的离子从质谱仪传递到带电粒子偏转器或转向装置18的任何质谱仪。在其中质谱仪可操作来仅测量离子质荷比的实施例中，质谱仪可以是常规的。在其他这样的实施例中，质谱仪可以被说明性地以质谱仪的形式提供，该质谱仪被配置成测量在离子源区域14中产生并传递到离子处理区域16中的带电粒子的质量和电荷大小。在该实施例的一个示例中，该实施例不应被认为是以任何方式进行限制，质谱仪可以说明性地以电荷检测质谱仪（cdms）的形式实施，其中离子处理装置161-16m包括常规的直通离子质谱仪或质量分析仪以及一个或多个对应的cdms电荷检测器。在一些实施例中，所述一个或多个cdms电荷检测器可以以一个或多个静电线性离子阱（elit）的形式提供，并且在其他实施例中，所述一个或多个cdms电荷检测器可以以至少一个轨道阱的形式提供。在一些实施例中，cdms检测器可以包括至少一个elit和至少一个轨道阱。说明性地，cdms是单粒子技术，其通常可操作来测量单个离子的质量和电荷大小值，尽管一些cdms检测器已经被设计和/或操作来一次测量多于一个带电粒子的质量和电荷。在共同未决的国际申请号pct/us2019/013251、pct/us2019/013274、pct/us2019/013277、pct/us2019/013278、pct/us2019/013280、pct/us2019/013283、pct/us2019/013284、pct/us2019/013285（它们都在2019年1月11日提交）中公开了cdms仪器和/或技术以及cdms电荷检测器和/或技术的一些示例，其可以在质谱仪中实施为图1的离子处理装置161-16m或其一部分，并且其所有公开都通过引用全部并入本文。38.在包括被配置成测量在离子源区域14中产生并传递到离子处理区域16中的带电粒子的质量和电荷大小两者的质谱仪的其它实施例中，这种质谱仪可以以常规质量分析仪（例如，四极质量分析仪等）的形式提供，该质量分析仪被配置成选择性地将指定质荷比的离子或指定质荷比范围内的离子传递通过其，或者呈同样配置的直通离子质谱仪的形式，在这任一情况下都后跟无电场漂移区域，该无电场漂移区域包括电荷检测器阵列（cda），该电荷检测器阵列被配置成测量离开质量分析仪或质谱仪的带电粒子的电荷大小或电荷状态。在共同未决的美国专利申请序列号62/949,555和/或共同未决的美国专利申请序列号62/949,554号（两者均于2019年12月18日提交）中公开了这种质谱仪的一些示例配置，这种质谱仪可以实施为如图1的离子处理装置161-16m或其一部分，其公开内容均通过引用整体并入本文。39.在一些实施例中，其中离子处理装置161-16m或包括质谱仪，该质谱仪被配置成如上所述测量由离子源区域14供应的带电粒子的质量和电荷两者，相关联的电荷检测器或电荷检测器阵列电连接到n个电荷检测放大器ca中的每一者的输入，并且n个电荷检测放大器ca的输出电连接到处理器26，如图1所示，其中n可以是任何正整数。电荷放大器ca每一个都说明性地是常规放大器，并且响应于由一个或多个相应的电荷检测器上的带电粒子感应的电荷，以在其输出端处产生对应的电荷检测信号，并将电荷检测信号供应给处理器26。40.在包括一个或多个常规质谱仪的任何实施例中，这种质谱仪可以以飞行时间（tof）质谱仪、反射质谱仪、傅立叶变换离子回旋共振（fticr）质谱仪、四极质谱仪、三重四极质谱仪、磁扇形质谱仪和轨道阱质谱仪等中的一种或任何组合的形式提供。41.在包括离子处理装置161-16m中的一个或多个的离子处理装置161-16m的实施例中，离子迁移谱仪的示例包括但不限于单管线性离子迁移谱仪、多管线性离子迁移谱仪、圆管离子迁移谱仪等。在包括离子处理装置161-16m中的一个或多个的离子处理装置161-16m的实施例中，用于收集带电粒子的一个或多个装置和/或仪器的示例包括但不限于四极离子阱、六极离子阱、离子漏斗等。在包括离子处理装置161-16m中的一个或多个的离子处理装置161-16m的实施例中，用于过滤带电粒子的一个或多个装置和/或仪器的示例包括但不限于用于根据质荷比过滤带电粒子的一个或多个装置或仪器、用于根据粒子迁移率过滤带电粒子的一个或多个装置或仪器，等等。在包括离子处理装置161-16m中的一个或多个的离子处理装置161-16m的实施例中，用于离解带电粒子的一个或多个装置和/或仪器的示例包括但不限于用于通过碰撞诱导离解（cid）、表面诱导离解（sid）、电子俘获离解（ecd）和/或光诱导离解（pid）等离解带电粒子的一个或多个装置或仪器。42.应当理解，离子处理装置161-16m可以以任何顺序包括上述任何仪器、装置或级中的一者或任何组合，并且一些实施例可以包括多个相邻或间隔开的任何这种仪器、装置或级中的多者。作为图1中图示的仪器10的一个非限制性示例实施方式，离子处理装置161-16m可以包括单个cdms，该单个cdms被配置成如上所述测量带电粒子质量和电荷，并且将测量的带电粒子顺序地供应给带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18。作为图1中图示的仪器10的其他非限制性示例实施方式，离子处理装置161-16m可以包括单个质谱仪，该质谱仪包括电荷检测器阵列，该电荷检测器阵列如上文简要描述的那样被配置成测量带电粒子质量和电荷，并将测量的带电粒子供应给带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18。在这些示例的任一者中，处理器26被说明性地编程为控制电压源vs2，以使质谱仪仪器测量带电粒子的质量和电荷。作为图1中示出的仪器10的又一非限制性示例实施方式，离子处理装置161-16m可以包括质荷比过滤器，例如呈四极质量分析仪的形式。在该示例中，处理器26被说明性地编程为控制电压源vs2，以使质荷比过滤器选择性地仅将指定质荷比的离子或仅使质荷比在指定质荷比范围内的离子传递通过其到带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18。在一些这样的实施例中，离子处理装置161-16m可以进一步包括质谱仪，该质谱仪设置在质荷比过滤器和带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18之间，并且被配置成测量离开质荷比过滤器的带电粒子的质量和电荷。在一些这样的实施例中，离子处理装置161-16m还可以包括设置在质荷比过滤器和质谱仪之间的粒子离解级或装置，并且被配置成离解离开质荷比过滤器的带电粒子。在这样的示例中，处理器26被说明性地编程为控制电压源vs2以常规方式操作示例装置和/或级。所属领域的技术人员将想到离子处理装置161-16m的其它示例和示例组合，且将了解，所有这种示例和示例组合旨在落入本公开的范围内。在任何情况下，处理器26被配置（例如被编程）成控制电压源vs2产生一个或多个电压，以用于控制离子处理装置161-16m以常规方式和/或如本文所述那样进行操作。43.在包括带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18的实施例中，带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18被说明性地配置成仅选择性地将具有一种或多种指定分子特性或一种或多种分子特性在分子特性范围内的的带电粒子传递通过其出口。其余的带电粒子在带电粒子偏转器被阻挡的情况下（例如通过将这种带电粒子引导到导电结构中、或者在带电粒子转向装置的情况下）被引导远离从其收集带电粒子的出口（例如，通过从其不收集或存储带电粒子的另一通道或出口）。44.在一个示例实施例中，带电粒子偏转器或转向装置18可以以常规的单入口、单出口电荷偏转器的形式实施，该偏转器被配置和可控以选择性地将离子传递通过其或阻挡离子通过其。在另一个示例实施例中，带电粒子偏转器或转向装置18可以以常规的单入口、多出口电荷转向装置的形式实施，该装置被配置和可控以选择性地使通过多个不同离子出口中的一个进入单个入口的离子转向，从该离子出口收集纯化的带电粒子。在任一情况下，另一电压源vs3经由k个信号路径电连接到处理器26，其中k可以是任何正整数，并且还经由l个信号路径电连接到带电粒子偏转器或转向装置18，其中l同样可以是任何正整数。在一些实施例中，电压源vs3可以以单个电压源的形式实施，并且在其他实施例中，电压源vs3可以包括任何数量的独立电压源。在一些实施例中，电压源vs3可以被配置或控制成产生和供应一个或多个可选幅度的时不变（即，dc）电压。替代地或附加地，电压源vs3可以被配置或控制成产生和供应一个或多个可切换的时不变电压，即一个或多个可切换的dc电压。替代地或附加地，电压源vs3可以被配置或可控以产生和供应一个或多个可选形状、占空比、峰值大小和/或频率的时变信号。通常，电压源vs3的一个或多个输出被说明性地耦合到带电粒子偏转器或转向装置18，并且将理解，这种输出的数量和/或在该处产生的电压的类型将取决于所实施的带电粒子偏转器或转向装置18的类型。在任何情况下，存储器28说明性地具有存储在其中的指令，该指令在由处理器26执行时，使处理器26控制电压源vs3产生一个或多个输出电压，以用于选择性地控制带电粒子偏转器或转向装置18的操作。45.在其中带电粒子偏转器或转向装置18以单入口、单出口电荷偏转器的形式实施一些实施例中，处理器26说明性地可操作以通过控制电压源vs3产生足够大小的电场e来将进入其入口的带电粒子p转向并加速到导电结构中从而将该带电粒子偏转到导电结构中，例如导电板、管或棒。在这样的实施例中，处理器26说明性地可操作，以通过控制电压源vs3在偏转器内产生允许带电粒子传递通过其的条件（例如小电场或无电场），来使进入入口的带电粒子通过其出口。在其中带电粒子偏转器或转向装置18以单入口、多出口电荷偏转器的形式实施的一些实施例中，处理器26说明性地可操作以通过控制电压源vs3产生足够大小的电场e来使进入其入口的带电粒子以使带电粒子p转向通过这样的出口从而进入通道和/或通过从其不收集纯化的带电粒子的出口。在这样的实施例中，处理器26说明性地可操作以通过控制电压源vs3在电荷转向装置内产生允许带电粒子传递通过相应出口的条件来将进入入口的带电粒子传递通过其出口（从该出口收集纯化的带电粒子）。在2019年12月18日提交的美国专利申请号62/52/949,555中图示并描述了带电粒子偏转器或转向装置18的多个替代实施例，并且该专利申请已经通过引用并入本文，但是将理解，这些实施例仅作为示例提供。所属领域的技术人员将想到其它带电粒子偏转和/或转向仪器或装置，且将了解，任何其它这种带电粒子偏转和/或转向仪器或装置都旨在落入本公开的范围内。46.在一些实施例中，如上面简要描述的和图1中由虚线表示所示，离子阱20可以耦合到带电粒子偏转器或转向装置18。在这样的实施例中，又一个电压源vs4经由p个信号路径电连接到处理器26，其中p可以是任何正整数，并且还经由q个信号路径电连接到离子阱20，其中q同样可以是任何正整数。在一些实施例中，电压源vs4可以以单个电压源的形式实施，并且在其他实施例中，电压源vs4可以包括任何数量的独立电压源。在一些实施例中，电压源vs4可以被配置或控制成产生和供应一个或多个可选幅度的时不变（即，dc）电压。替代地或附加地，电压源vs4可以被配置或控制成产生和供应一个或多个可切换的时不变电压，即一个或多个可切换的dc电压。替代地或附加地，电压源vs4可以被配置或可控以产生和供应一个或多个可选形状、占空比、峰值幅度和/或频率的时变信号。电压源vs4的一个或多个输出被说明性地耦合到离子阱20，并且存储器28说明性地具有存储在其中的指令，该指令在由处理器26执行时，使处理器26控制电压源vs4产生一个或多个输出电压，用于控制离子阱20在其中选择性地俘获和存储带电粒子，并且产生一个或多个输出电压，用于控制离子阱20选择性地从其释放和加速俘获的粒子。47.处理器26还说明性地经由r条信号路径耦合到一个或多个外围装置30（pd）,其中r可以是任何正整数。所述一个或多个外围装置30可以包括用于向处理器26提供信号输入的一个或多个装置和/或处理器26向其提供信号输出的一个或多个装置。在一些实施例中，外围装置30包括常规显示监视器、打印机和/或其他输出装置中的至少一者，并且在这样的实施例中，存储器28具有存储在其中的指令，该指令在由处理器26执行时，使处理器26控制一个或多个这样的输出外围装置30来显示和/或记录仪器10的操作的分析，包括例如但不限于由仪器10测量的粒子谱信息。48.如上面简要描述的，仪器10说明性地可操作，说明性地在处理器26的控制下，经由控制电压源vs1、vs2、vs3，并且在一些实施例中经由控制电压源vs4，通过选择性地仅仅将具有一种或多种分子特性或者一种或多种分子特性在一种或多种分子特性范围内的所产生的带电粒子的子群或子集传递通过其，来纯化由离子发生器22产生的带电粒子。例如，在一些实施例中，子群或子集可以说明性地仅包括指定质量的带电粒子或质量在指定质量范围内的带电粒子。在其他实施例中，子群或子集可说明性地仅包括指定电荷的带电粒子或质量在指定电荷大小或电荷状态范围内的带电粒子。在其他实施例中，子群或子集可以说明性地仅包括连同指定电荷或电荷大小或电荷状态范围的指定质量的带电粒子，或者质量值在指定质量值范围内连同指定电荷或电荷大小或电荷状态范围的粒子。在其他实施例中，子群或子集可说明性地仅包括指定质荷比的带电粒子或质荷比值在特定质荷比值范围内的带电粒子。在一些这样的实施例中，子群或子集可以进一步仅包括这样的带电粒子，其还具有指定质量值或者还具有在指定的质量值范围内的质量值，和/或仅包括还具有指定电荷大小或电荷状态值或者还具有在指定电荷大小值范围或电荷状态值指定范围内的电荷大小值或电荷状态的带电粒子。在更进一步的实施例中，子群或子集可以说明性地仅包括指定迁移率的带电粒子，或者仅包括迁移率在指定迁移率值范围内的带电粒子。在一些这样的实施例中，子群或子集可以进一步被限制在指定带电粒子质量值或质量值范围、指定电荷大小或电荷状态或其指定范围、指定质荷比或其范围、或刚刚描述的任何组合中。本领域技术人员将认识到，在仪器10的任何特定实施例中实施的带电粒子仪器161-16m的数量和类型将取决于寻求纯化的带电粒子的特定子群或子集，并且上述带电粒子仪器161-16m的各种不同类型和组合可用于收集期望的子群或子集。此外，本领域技术人员将认识到可寻求用于纯化的其他分子特性子群或子群和/或其组合，并且将理解，这样的其他分子特性子群或子群和/或组合、以及用于收集它们的各种仪器和仪器组合都旨在落入本公开的范围内。49.图1中还描绘了用于收集并且在一些实施例中处理收集的纯化粒子的简化过程12。在一些实施例中，例如，离开仪器10的带电粒子的子群或子集经由粒子沉积（例如，经由低能沉积）或其他常规粒子收集技术被收集在粒子收集靶40的表面40a上。粒子收集靶40或至少其表面40a说明性地为非反应性或惰性材料，以便不与离开仪器10的纯化带电粒子结合或以其他方式反应。在一些实施例中，粒子收集靶40的粒子收集表面40a可以是粘性的或油质的，或者以其他方式配置或构造成使得离开仪器10的经纯化的带电粒子可以在一段时间内被有效地收集在其上。在包括离子阱20的其他实施例中，离开仪器10的经纯化的带电粒子可以在一段时间内在离子阱20内被俘获和收集，并且然后从离子阱20大量释放且释放到粒子收集靶40的表面40a上。在任何情况下，粒子收集靶40的粒子收集表面40a被说明性地配置成不仅收集离开仪器10的经纯化的带电粒子，而且还提供收获从其收集的纯化粒子。在一些实施例中，例如，可以通过用从溶液源42分配的液体溶液45冲洗表面40a，并将承载纯化粒子的溶液45的所得组合46引导到合适的容器44中，来收获在粒子收集靶40的表面40a上收集的纯化粒子。本领域技术人员将认识到用于收获在粒子收集靶40的收集表面40a上收集的纯化粒子的其它技术、仪器、装置等，并且将理解，任何这样的其它技术、仪器、装置等都旨在落入本公开的范围内。50.在一些实施例中，在常规的粒子扩增器或粒子扩增过程48中，所收获的纯化粒子集合可以被扩增，即复制或以其他方式倍增。在纯化的粒子是或包括dna的实施方式中，例如，粒子扩增器或扩增过程48可以说明性地采取常规聚合酶链式反应（pcr）仪器或过程的形式，以扩增或复制几个数量级的粒子，例如数千或数百万个拷贝。本领域技术人员将认识到用于扩增所收获的、经纯化的粒子的其他仪器和/或方法，无论它们是或包括dna和/或其他分子成分，并且将理解，任何这样的其他粒子扩增仪器和/或过程旨在落入本公开的范围内。51.在一些情况下，可能期望观察样本24的全部或至少部分分子特性谱，以便识别或便于识别用于纯化的其子群或其子集。在这点上，图2中示出了简化的流程图，该流程图描绘了用于操作图1的仪器10以测量从样本24产生的带电粒子的一种或多种分子特性并处理这样的测量以产生多维（例如2个或更多个）分子特性谱的过程100。过程100的至少一些步骤以可由处理器26执行的指令的形式存储在存储器28中，以执行谱的测量、分析和可视化。过程100开始于步骤102，其中处理器26说明性地可操作来控制电压源vs1，以使离子发生器22从样本24产生带电粒子，并将产生的带电粒子供应给离子处理区域16。此后，在步骤104，处理器26可操作来控制电压源vs2，以使离子处理区域16的一个或多个仪器或装置测量两种或多种分子特性。52.在一些实施例中，如上面关于图1所述，离子处理区域16可以包括或以质谱仪的形式实施，该质谱仪被配置成测量粒子质量和粒子电荷。在一些这样的实施例中，例如，这样的质谱仪可以以电荷检测质谱仪（cdms）的形式实施，并且在其他实施例中，这样的质谱仪可以以质量分析仪、质荷比过滤器或被配置成测量质荷比的其他仪器（常规ms）后跟电荷检测器阵列（cda）的形式实施，其一些示例在2019年12月18日提交的美国专利申请序列号62/949,555红说明和公开，该美国专利申请的公开内容通过引用并入本文。在其他实施例中，离子处理区域16可以包括或以离子迁移谱仪（ims）后跟这种电荷检测器阵列的形式实施。在其他实施例中，离子处理区域16可以包括质谱仪、离子迁移谱仪和带电粒子电荷测量仪器或装置，或者以它们的组合的形式实施。在一些这样的实施例中，例如，离子处理区域16可以包括ims后跟cdms、或者ims后跟常规ms后跟cda。在其它这样的实施例中，作为另外的示例，离子处理区域16可以包括常规ms后跟ims后跟cda、常规ms后跟cda后跟ims、或者cdms后跟ims。在离子处理区域16的这些示例实施例中，处理器26说明性地在步骤104可操作以控制电压源vs2，从而使光谱仪仪器测量所产生的带电粒子的电荷大小或电荷状态以及所产生的带电粒子的质量和/或迁移率值，如图2所示。53.在步骤104之后，处理器26可操作来处理在步骤104进行的测量，并由此生成带电粒子谱。作为一个说明性示例，其中样本24是尿外显子的液体溶液，并且离子处理区域16以cdms或常规ms后跟cda的形式实施，处理器26说明性地可在步骤106操作以产生带电粒子电荷大小（以基本电荷e为单位）对带电粒子质量（以兆道尔顿mda为单位）的散点图，如图4a所示。54.在步骤106之后，过程100前进到步骤108，在步骤108，例如通过处理器26视觉地或自动地分析在步骤106产生的谱，以确定要纯化的粒子的合适子群或子集。说明性地，可以基于粒子质量、质荷比、电荷（大小或电荷状态）或迁移率值或范围中的一者或任何组合来选择粒子的子群或子集。55.现在参考图3，示出了使用图1所示的仪器10的各种实施例中的任一者从样本24纯化粒子的过程200的简化流程图。在一些实施例中，用于执行图2所示的过程100的仪器10的实施方式也可以在过程100之后使用，以执行图3所示的过程200。在其它实施例中，例如，其中用于纯化的分子特性值和/或范围是预先已知的，图2中所示的过程100可以不执行，并且可以具体选择仪器10的配置以实现或促进期望的纯化。在任何情况下，过程200的至少一些步骤说明性地以可由处理器26执行的指令的形式存储在存储器28中，以对从图1所示的样本24中产生的带电粒子的选定子群或子集进行纯化。过程200开始于步骤202，其中处理器26说明性地可操作来控制电压源vs1，以使离子发生器22从样本24产生带电粒子，并将产生的带电粒子供应给离子处理区域16。此后，在步骤204，处理器26可操作来控制电压源vs2，以使离子处理区域16的一个或多个仪器或装置测量两种或多种分子特性。可以在离子处理区域16中实施仪器或装置的各种组合，以测量任何两种或更多种分子特性，并且在以上过程100的描述中给出了这种仪器或装置以及这样的一种或多种分子特性的若干个示例。在离子处理区域16的这些示例实施例中，处理器26说明性地在步骤204可操作以控制电压源vs2，从而使光谱仪仪器测量所产生的带电粒子的电荷大小或电荷状态以及所产生的带电粒子的质量和/或迁移率值，如图3中的示例所示，尽管应理解，在步骤204，离子处理区域16可替代地以不同的形式实施（即，利用不同的仪器），和/或一种或多种分子特性可以是除了粒子质量、质荷比、迁移率和电荷（大小或电荷状态）之外的或附加于粒子质量、质荷比、迁移率和电荷（大小或电荷状态）的可测量的分子特性。56.在步骤204之后，过程200前进到步骤206，在步骤206，处理器26可操作来控制电压源vs3，以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18仅将离子发生器22产生的带电粒子的选定子群或子集中的带电粒子传递通过其带电粒子出口，或通过其多个带电粒子出口中的指定一个。如上所述，由离子发生器22产生的带电粒子的子群或子集可以基于粒子质量、质荷比、电荷（大小或电荷状态）或迁移率值或范围的测量值中的一个或任何组合来选择。当相应的带电粒子离开离子处理区域16时，利用处理器26已知的这种测量值，处理器26可操作来控制带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18，例如，经由控制电压源vs3，以选择性地传递通过其，从而仅收集具有由离子发生器22产生的带电粒子的选定子群或子集限定的所测量的分子特性值中的一者或组合的那些带电粒子。为了展示过程200的步骤204和206的操作，下面将参照图4b-4h描述图4a所示的尿外显子谱的一些示例子群或子集，以及用于纯化这些子群的仪器10的一些示例配置和实施方式。57.在步骤206之后，过程200前进到步骤208，在步骤208中，收集通过带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18的唯一出口或通过其多个出口中的选定一个离开带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18的带电粒子。在包括离子阱20的仪器10的实施例中，步骤208说明性地包括由电压源vs4的处理器26控制，以向离子阱20供应一个或多个电压，从而使离子阱20收集并在其中存储通过带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18的唯一出口或通过其多个出口中的选定一个离开带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18的带电粒子。在离子阱20可操作以在其中收集和存储离开的带电粒子的收集时间段期满之后，处理器26进一步在步骤208可操作以控制电压源vs4向离子阱20供应一个或多个电压，以使离子阱20释放并引导存储的离子朝向收集靶40的收集表面40a并引导到收集表面40a上。在不包括离子阱20的仪器10的实施例中，步骤208说明性地包括当带电粒子离开带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18时，在收集靶40的收集表面40a上收集带电粒子。此后，在步骤210，收获在粒子收集靶40的收集表面40a上收集的纯化粒子，例如，如上文关于图1所述。在一些实施例中，过程200包括在步骤210之后的另一个步骤212，在该步骤中，以如上所述的常规方式扩增，即复制或倍增收获的粒子。58.现在参考图5，示出了过程500的简化流程图，过程500用于控制图1的仪器10的各种实施例中的任一者，以识别、收集和/或纯化来自样本24的指定类型的带电粒子纯化粒子的群和/或子群。过程500开始于步骤502，在步骤502中，提供样本，其中存在指定类型的粒子。指定粒子可以是任何粒子，例如分子或其集合，其在细胞中或是细胞的一部分，和/或在细胞之间转运，并且具有大于或等于兆道尔顿范围的质量。样本中存在的粒子类型的示例以及为其选择和提供的样本可以是或包括、但不限于，外显子（exome）、核内体、通常地微囊泡、外体、凋亡小体、逆转录病毒、外泌体、乳糜微粒、dna、rna、蛋白质、脂肪、酸、碳水化合物、酶、病毒、细菌等。其他样本和/或样本中存在的感兴趣的粒子的示例（所有这些都旨在落入本公开的范围内）包括但不限于发出外泌体或细胞外泡囊的任何细胞、包裹在生物层中的任何分子或其集合（例如病毒）、聚集在一起但不被生物层束缚或在生物层中的任何非区室化的细胞器、任何细胞外泡囊，其已经以导致可检测的质量偏移的方式被更改（例如，通过向其添加一个或多个小分子，通过向其添加药物，诸如抗癌药物等），其任何生物组织、流体、细胞和/或其他生物材料或是其一部分。59.在一些实施例中，在步骤502提供的样本（其中存在特定类型的粒子）可以是图1中描绘的样本24，从该样本24产生带电粒子以供仪器10分析。在一些替代实施例中，过程500可以包括步骤504，如虚线配置所示，在该步骤中，在步骤502提供的样本针对指定的粒子类型被富集。在步骤504之后，在包括步骤504的实施例中，在一个实施例中，过程500说明性地前进到步骤506，在步骤506中，使用富集的样本24，即针对指定粒子类型，在步骤502提供并在步骤504富集样本，执行图2中所示的过程100。在不包括步骤504的实施例中，在步骤502之后执行步骤506，使得使用其中存在指定类型粒子的样本24来执行图2中所示的过程100。在一些实施例中，过程100的步骤108（其中识别和/或选择粒子谱的子群以用于纯化）可以包括执行一个或多个常规的统计和/或建模过程，该过程是为了识别和/或选择一个或多个粒子子群而对粒子数据集执行的。这种统计过程的一个示例将在下面关于示例8描述。60.在一些实施例中，过程500在执行步骤506之后结束。在一些替代实施例中，过程500从步骤506前进到步骤508，在步骤508中，使用富集样本24来执行图3所示的过程200，以纯化在步骤506中识别的特定类型的粒子或其一个或多个子群。在一些替代实施例中，过程500可以在包括步骤504的实施例中从步骤504直接前进到步骤508，或者在不包括步骤504的实施例中直接从步骤502前进，如以上关于图3所述。61.在包括步骤504的一些实施例中，用于富集指定粒子类型的样本的过程可以取决于样本类型和/或指定粒子类型，并且将在任何情况下对于本领域技术人员来说都是已知的。在这样的实施例中，从步骤504得到的富集样本将是图1中描绘的样本24，从该样本24产生用于由仪器10分析的带电粒子。用于从牛乳样本中富集外泌体的这种方法的一个示例在下面的实施例8中描述，该示例不应被认为是以任何方式进行限制。在包括或不包括步骤504的其他实施例中，仪器10的离子处理区域16的各种配置和/或实施方式可以用于富集和/或帮助富集指定类型粒子的样本。例如，在一些实施例中，样本可包括已知存在于不同于指定类型样本中的粒子的质量、质荷比和/或迁移率的范围的一个或多个粒子质量、质荷比和/或迁移率范围中的不想要的粒子，并且在这样的实施例中，离子处理区域16可被不同地配置，如上所述，以在执行步骤506和/或步骤508之前过滤掉一些或所有这样的不想要的粒子。62.示例示例1现在参考图4b，再现了图4a的尿外显子图，其上叠加了根据图3所示的过程200的步骤204和206通过图1的仪器对用于纯化的粒子子群或子集300的示例选择。在这个示例中，选定子群300仅由20和30 mda之间的粒子指定质量值范围来限定。为了使处理器26在步骤206控制电压源vs3，以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18仅将粒子质量在20-30 mda的指定粒子质量范围内的带电粒子传递通过其到达粒子靶40，由离子处理区域16的一个或多个仪器或装置产生的粒子测量信息必须包括粒子质量信息或粒子测量信息，处理器26可以在步骤206之前根据这些信息确定粒子质量。在该示例中，如以上关于图4a所述，离子处理区域16说明性地以cdms或常规ms后跟cda的形式实施，这两者中的任一者被配置成在步骤204直接测量粒子质量或者根据由仪器进行的带电粒子测量来确定粒子质量。然而，应当理解，离子处理区域16可以替代地是或包括任何仪器或装置或仪器或装置的组合，其被配置成测量粒子质量或被配置成测量由其可以确定或估计粒子质量的粒子的一种或多种特性或性质。在任何情况下，利用在步骤204确定的粒子质量信息，处理器26在步骤206可e的指定粒子电荷大小范围内时将该带电粒子传递到粒子靶40，或者以其他方式控制电压源vs3以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18阻挡粒子通过而不能到靶40或使带电粒子转向远离靶40。65.示例4现在参考图4e，再次再现了图4a的尿外显子图，其上叠加了根据图3所示的过程200的步骤204和206由图1的仪器针对纯化对粒子的又一个子群或子集400的又一个示例选择。从图4a的图中明显的，尿外显子的总群似乎落在多个不同的对角线或倾斜的子群、子集或族中，每个子群、子集或族大约或沿着恒定质荷比的不同值或范围分组。在该示例中，所选子群400由粒子质荷比的这种值或范围中的指定一个来限定。为了使处理器26在步骤206控制电压源vs3，以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18仅将具有指定质荷比数值或质荷比在指定质荷比范围内的带电粒子传递通过其到达粒子靶40，由离子处理区域16的一个或多个仪器或装置产生的粒子测量信息必须包括粒子质荷比信息或粒子测量信息，在步骤206之前，处理器26可以根据这些信息确定粒子质荷比。在该示例中，如以上关于图4a所述，离子处理区域16说明性地以cdms或常规ms后跟cda的形式实施，这两种形式中的任一种都被配置成在步骤204直接测量粒子质量和电荷，或者根据由仪器进行的带电粒子测量来确定粒子质量和电荷。然而，应当理解，离子处理区域16可以替代地是或包括任何仪器或装置或仪器或装置的组合，其被配置成测量粒子质量和电荷，或被配置成测量粒子的由其可以确定或估计粒子质量和电荷的一种或多种特性或性质。在任何情况下，处理器26在该实施例中可操作来根据测量的粒子质量和电荷来计算粒子质荷比。66.利用在步骤204确定的粒子质荷比信息，处理器26在步骤206可操作以控制电压源vs3，以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18仅在离开离子处理区域16的带电粒子的质荷比具有指定质荷比或质荷比在指定粒子质荷比范围内时将该带电粒子传递到粒子靶40，或者以其他方式控制电压源vs3以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18阻挡粒子通过而不能到达靶40或使带电粒子转向远离靶40。67.在仪器10的替代实施例中，可以省略带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18，并且离子处理区域16可以以常规质量分析仪或质荷比过滤器的形式实施，例如四极质荷比过滤器等。在该实施例中，不需要通过离子处理区域16测量粒子电荷，并且因此也可以省略一个或多个电荷放大器ca。在仪器10的该实施例中，可以省略过程200的步骤206，并且处理器26可以在步骤204可操作来控制电压源vs2，以使质量分析仪或质荷比过滤器仅将质荷比值在选定质荷比值范围400内的带电粒子传递通过其到达粒子收集靶40。68.示例5现在参考图4f，再次再现了图4a的尿外显子图，在其上叠加了根据图3所示的过程200的步骤204和206通过图1的仪器对用于纯化的粒子的另一个子群或子集402的另一个示例选择。在该示例中，类似于示例4，所选子群402由多个不同族的恒定质荷比或质荷比范围中的指定一个来限定，并且进一步由在10和20 mda之间的指定质量值范围来限定。为了使处理器26在步骤206控制电压源vs3，以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18仅将具有指定质荷比或质荷比在指定质荷比范围内并且还有质量值在指定质量值范围内的带电粒子传递通过其到达粒子靶40，由离子处理区域16的一个或多个仪器或装置产生的粒子测量信息必须包括粒子质量和质荷比信息或粒子测量信息，在步骤206之前，处理器26可以根据这些信息确定粒子质量和质荷比。在该示例中，如以上关于图4a所述，离子处理区域16说明性地以cdms或常规ms后跟cda的形式实施，这两种形式中的任一种都被配置成在步骤204直接测量粒子质量和电荷，或者根据由仪器进行的带电粒子测量来确定粒子质量和电荷。然而，应当理解，离子处理区域16可以替代地是或包括任何仪器或装置或仪器或装置的组合，其被配置成测量粒子质量和电荷，或被配置成测量粒子的由其可以确定或估计粒子质量和电荷的一种或多种特性或性质。在任何情况下，处理器26可操作以根据测量的粒子质量和电荷来计算粒子质荷比。69.利用在步骤204确定的粒子质量和质荷比信息，处理器26在步骤206可操作以控制电压源vs3，从而仅在离开离子处理区域16的带电粒子的质荷比和质量在粒子质量和质荷比的指定范围402内时，使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18将该带点粒子传递到粒子靶40，或者以其他方式控制电压源vs3以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18阻挡粒子通过而不能到达靶40或使带电粒子转向远离靶40。70.示例6现在参考图4g，再次再现了图4a的尿外显子图，其上叠加了根据图3所示的过程200的步骤204和206由图1的仪器对用于纯化的粒子的又一个子群或子集404的又一个示例选择。在这个示例中，像示例4和5中的那些一样，选定子群404由多个不同的恒定质荷比或质荷比范围的族中指定一个来限定，并且进一步由在300和450 e之间的指定电荷大小值范围来限定。为了使处理器26在步骤206控制电压源vs3，以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18仅将具有指定的质荷比或质荷比在指定质荷比范围内并且还有电荷大小值在指定电荷大小值范围内的带电粒子传递通过其到达粒子靶40，由离子处理区域16的一个或多个仪器或装置产生的粒子测量信息必须包括粒子质荷比和电荷大小信息或粒子测量信息，在步骤206之前，处理器26可以根据这些信息确定粒子质荷比和电荷大小。在该示例中，如以上关于图4a所述，离子处理区域16说明性地以cdms或常规ms后跟cda的形式实施，这两者的任一者都被配置成在步骤204直接测量粒子质量和电荷，或者根据由仪器进行的带电粒子测量来确定粒子质量和电荷。然而，应当理解，离子处理区域16可以替代地是或包括任何仪器或装置或仪器或装置的组合，其被配置成测量粒子质量和电荷，或被配置成测量粒子的由其可以确定或估计粒子质量和电荷的一种或多种特性或性质。在任何情况下，处理器26可操作以根据测量的粒子质量和电荷来计算粒子质荷比。71.利用在步骤204确定的粒子质荷比和电荷大小信息，处理器26在步骤206可操作以控制电压源vs3，从而仅在离开离子处理区域16的带电粒子的质荷比和电荷大小在粒子质荷比和指定电荷大小值范围404内时，使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18将该带电粒子传递到粒子靶40，或者以其他方式控制电压源vs3以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18阻挡粒子通过而不能到达靶40或使带电粒子转向远离靶40。72.例7现在参考图4h，再次再现了图4a的尿外显子图，其上叠加了根据图3所示的过程200的步骤204和206由图1的仪器对用于纯化的粒子的又一个子群或子集406的又一个示例选择。在这个示例中，像示例4、5和6的那些一样，选定子群406由多个不同的恒定质荷比或质荷比范围的族中指定一个来限定，并且进一步由在15和25 mda之间的指定质量值范围以及在300和450 e之间的指定电荷大小值范围来限定。为了使处理器26在步骤206控制电压源vs3，以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18仅将具有指定质荷比或质荷比在指定质荷比范围内并且还有电荷大小值在指定电荷大小值范围内以及质量值在指定质量值范围内的带电粒子传递通过其到达粒子靶40，由离子处理区域16的一个或多个仪器或装置产生的粒子测量信息必须包括质量和电荷大小信息、质荷比和电荷大小信息或粒子测量信息，在步骤206之前，处理器26可以根据这些信息确定粒子质量、质荷比和电荷大小值。在该示例中，如以上关于图4a所述，离子处理区域16说明性地以cdms或常规ms后跟cda的形式实施，这两种形式中的任一种都被配置成在步骤204直接测量粒子质量和电荷，或者根据由仪器进行的带电粒子测量来确定粒子质量和电荷。然而，应当理解，离子处理区域16可以替代地是或包括任何仪器或装置或仪器或装置的组合，其被配置成测量粒子质量和电荷，或被配置成测量粒子的一种或多种特性或性质，由此可以确定或估计粒子质量和电荷两者。在任何情况下，处理器26可操作以根据测量的粒子质量和电荷来计算粒子质荷比。73.利用在步骤204确定的粒子质荷比和电荷大小信息，处理器26在步骤206可操作以控制电压源vs3，从而仅在离开离子处理区域16的带电粒子的质荷比、电荷大小和质量在粒子质荷比、电荷大小值和质量值的指定范围406内的情况下，使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18将该带电粒子传递到粒子靶40，或者以其他方式控制电压源vs3以使带电粒子偏转器或带电粒子转向装置18阻挡粒子通过而不能到达靶40或使带电粒子偏转远离靶40。74.应当理解，虽然在图4a-4h所示的示例中使用的样本24是尿外显子，但是在其他应用中，样本24可以是任何材料，无论其本质上是否是生物的，并且无论其是否在溶液中或其它。可用作样本24的其他示例生物物质或材料可包括但不限于其他外显子、核内体、通常地微囊泡、外体、凋亡小体、逆转录病毒、外泌体、乳糜微粒、dna、rna、蛋白质、脂肪、酸、碳水化合物、酶、病毒、细菌等。在一些实施例中，纯化的（并且在一些情况下扩增的）粒子可以用于研究、组装和/或制造基因治疗产品和/或其他产品。还将理解，虽然图4a-4h中所示的示例示出了由粒子质量、电荷和/或质荷比的各种值或范围限定的从样本24产生的带电粒子的子群或子集，但是图1中所示的仪器10和用于操作仪器10的过程100、200不限于此。特别地，应当理解，仪器10可以被配置，并且过程100和/或过程200可以被修改，以收集由粒子迁移率和/或其他分子特性的值或范围替代地或附加地限定的带电粒子子集的子群。作为一个具体示例，其不应被认为是以任何方式进行限制，离子处理区域16可以被配置成包括用于测量或以其他方式确定粒子质量、电荷和迁移率的仪器，并且带电粒子的各种纯化的多维子群可以由粒子质量、质荷比、电荷大小或电荷状态和迁移率的值和/或范围来限定。75.示例8再次参考图5，使用牛奶样本执行方法500，其中指定类型的粒子是外泌体。在步骤502，提供了集中的未加工（生）牛乳（来自大约20只动物）。此后在步骤504，生牛乳样本如下富集外泌体。在收集牛乳样本的大约200分钟内，将50毫升的生乳等分试样脱脂，并且然后另外离心以减少样本中凋亡小体的量。举例来说，这是通过在4℃下将生乳以2000×g离心10分钟以去除浓缩的乳脂层来实现的。分离剩余的悬浮液，并在4℃下以12,000×g离心20分钟，以去除细胞和其他碎片。然后向上清液中添加乙酸（浓度为1%体积）并混合5分钟，以便诱导非ev（非细胞外囊泡）蛋白质、特别是酪蛋白（其等电点为4.6）的沉淀。按照常规方法，通过在4℃下以10,000×g离心10分钟来分离沉淀物。所得上清液是蛋白质、脂类和其他物质的混合物（包括ev（命名为乳清））在4℃下以210,000×g超速离心70分钟。所得沉淀在500微升100 mm乙酸铵中重新溶解，并在4℃下以10,000×g离心5分钟以去除残留沉淀物。所得含外泌体的ev上清液然后在100 mm乙酸铵溶液中稀释100倍以形成样本24，使用图1所示的仪器10从该样本中产生离子。76.仪器10说明性地配置如下，尽管应该理解，仪器10的以下配置仅仅是如图1所示和如上所述的仪器10的若干种不同可能配置中的一种。对于这个特定的示例，离子发生器22是电喷雾电离（esi）单元，它具有~5ꢀµm直径的硼硅酸盐毛细管发射器，并且使用~1.4 kv的发射器电势从富集样本24中产生离子。电喷雾的离子通过毛细管接口传输到仪器10的源区域，仪器10说明性地配置为如上所述的cdms仪器。在该特定示例中，离子处理区域16包括混合离子漏斗——离子毯接口，例如，如在共同未决的国际申请pct/us2019/0132274中说明和描述的，并且该申请通过引用并入本文，来自源毛细管的离子通过该接口传输。在该接口之后，离子通过仅rf的六极传输，在那里它们经历碰撞，使离子动能分布热化。当离子离开六极杆时，它们进入仅rf的四极杆，该四极杆充当被调谐成传输质荷比（m/z）高于~12,000的大离子的低通滤波器。消除低m/z种类确保针对高m/z离子优化测量时间。六极上100 v的dc偏移电压用于设置每电荷的标称离子能量。然后将离子聚焦到双半球偏转能量分析仪的入口，并且然后将离开能量分析仪的能量选择的离子引入包含电荷检测圆筒的静电线性离子阱（elit）中。77.当每个离子进入elit时，它会在电荷检测圆筒上感应出电荷。在收集和开始每个俘获事件的时候，elit的两个端盖都处于允许离子行进穿过阱的传输模式。通过将后端盖从传输模式切换到俘获模式来启动俘获事件，从而将离子反射回来通过电荷检测圆筒并到达elit的入口。在0.3 ms的短暂延迟后，前端盖切换到俘获模式，并且被俘获的离子在elit中来回振荡。100 ms之后，俘获事件终止，并且elit的两个端盖切换回传输模式。延迟1 ms之后，对每个离子重复该过程。在100 ms的测量时间期间，每个离子通过elit的电荷检测圆筒振荡，从而感应出周期性信号，该信号被电荷灵敏前置放大器ca放大、数字化，并且然后使用快速傅立叶变换进行分析。离子的质荷比由测量的基频得出，并且电荷由基频的幅度得出。质量分布是通过将质荷比乘以为每个离子测量电荷并将所得质量进行分组而产生的。78.在步骤506，如上所述执行图2的过程100，并且在过程100的步骤106，产生带电粒子电荷大小（以基本电荷e为单位）对带电粒子质量（以兆道尔顿mda为单位）的散点图，如图6a所示。此后在步骤108，处理散点图以确定可被识别为外泌体的图数据的子群。在过程500的一个实施例中，质量大于9.8兆道尔顿（通常理解为外泌体的最小质量）的所有粒子被认为是外泌体，并且在图6a中被识别为竖直的、虚线的外泌体质量阈值线emth右侧的所有带电粒子。在一些实施例中，过程200可以说明性地如上所述执行，以收集和/或纯化在步骤108中识别的外泌体。79.在过程500的替代实施例中，在步骤108处理图6a的散点图中的数据，以确定可以被识别为外泌体的带电粒子的一个或多个子群，和/或确定是否存在彼此可区分开的带电粒子的多个子群，例如，是否存在可以从cdms数据解析为粒子的族的子群。在这点上，处理器26在步骤108被编程以执行常规的二维高斯混合模型（gmm）来拟合图6a的二维质量对电荷数据，其假设粒子的子群落入相关质量和电荷的族中，并且这些族分布是正态分布的。在这种假设下，处理器26被编程为对带电粒子数据执行常规的聚类分析，这导致二维质量与电荷子群的多重分布。当组合时，这些子群的总和捕获二维cdms数据的主要特征。为了简单起见，可能的子群的数量被限制在1到10个二维高斯分布之间。除了这一限制，分析是无监督的，并且算法确定子群的数量，以及与每个子群相关联的位置和宽度，当求和时最佳拟合二维cdms数据集。对于图6a所示的cdms数据集，该分析在最佳拟合模型上会聚，该模型由六个独立的子群s1-s6组成，如图6b中的示例所示。应当理解，因为图6b中所示的带电粒子的六个子群中的每一者都是高斯分布，所以s1-s6中的每一者的边界只是近似，并且包括在图6b中只是为了示出子群s1-s6相对于彼此的位置和近似尺寸。在替代实施例中，一个或多个其他常规统计模型可以用于分析由cdms 10产生的粒子质量和电荷数据集。80.图6b中的数据显示，在样本24中观察到的最低质量子群s1对应于相对窄的分布，集中在质量（m）= 5.7±1.6 mda和电荷（z）= 145±38 e处。该子群s1包括数据集中带电粒子总数的近似27%（3586个中的975个）。在样本24中观察到的最高质量子群s6对应于宽的分布，集中在m=27.7±5.4 mda和z=594±76 e处。该子群s6包括数据集中带电粒子总数的近似22%（3586个中的772个）。集中在m=10.2±1.9 mda和z=189±44 e处的s2子群（或族）仅占数据集中带电粒子总数的3%，使得其是丰度最低的子群。包括带电粒子总数的近似4%的s3（m=12.5±2.9 mda，z=296±31 e）子群以及包括带电粒子总数的近似18%的s4（m=17.6±2.6 mda，z=488±76 e）子群基于电荷比基于质量更容易分辨。这表明这些子群或族由尺寸相似的粒子组成，这些粒子在分子水平上基本上不同，因此对每个粒子电荷的影响比对其质量的影响更大。s5（m=23.4±3.4 mda，z=550±113 e）子群（包括带电粒子总数的近似26%）在质量上比在电荷维度上似乎更容易分辨，这指示它们在带电特性上比在尺寸上更相似。81.根据刚刚描述的方法100的步骤108进行的高斯模型聚类分析，可以估计数据集中是外泌体的粒子的比例。关于各种子群的平均质量，只有s1子群（m=5.7±1.6 mda）太小而不是外泌体（基于最小外泌体质量近似为9.8 mda）。由于s1代表了数据集中带电粒子总数的27%，因此数据集中其余73%的带电粒子在外泌体预期的质量范围内。在一些实施例中，过程200可以说明性地如上所述执行，以收集和/或纯化在步骤108的该实施例中识别的外泌体。82.虽然在前面的附图和描述中已经详细图示和描述了本公开，但是其应被认为本质上是说明性的而非限制性的，应该理解的是，仅示出和描述了其说明性实施例，并且在本公开的精神范围内的所有变化和修改都期望受到保护。例如，在其中离子处理区域16以cdms的形式实施的一些实施例中，cdms的电荷检测器可以被说明性地控制以选择性地释放带电粒子或阻挡粒子从其中释放，例如，通过电压源vs2的选择性控制。在电荷检测器是静电线性离子阱（elit）的cdms的实施例中，例如，由电压源vs2施加到其一个或两个端盖的电压可以被说明性地控制，以允许在其中俘获和振荡的离子在粒子收集靶40的方向上离开elit，或者导致elit内的离子振荡变得不稳定并接触其中的结构，使得离子不会从elit释放。在这种实施例中，对elit的这种控制可以使得带电粒子偏转器或转向装置18变得不必要，使得可以将其省略。在电荷检测器是轨道阱的cdms的实施例中，电压源vs2可以以相同的效果被类似地控制。









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