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CN108700553A - 使用化学标记改善样品中组分的鉴定、量化和空间定位的方法 - Google Patents

使用化学标记改善样品中组分的鉴定、量化和空间定位的方法 Download PDF

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CN108700553A CN201780013426.2A CN201780013426A CN108700553A CN 108700553 A CN108700553 A CN 108700553A CN 201780013426 A CN201780013426 A CN 201780013426A CN 108700553 A CN108700553 A CN 108700553A
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Abstract

本公开涉及一种使用具有两个或更多个离子化位点的化学标记来改善对复杂混合物中的感兴趣的组分的量化和鉴定的方法。该方法依赖于首先使样品中的一种或多种组分与具有两个或更多个离子化位点的化学标记选择性地反应，之后基于电荷状态分离各组分，并最终表征每种组分以对其进行鉴定。本发明还公开了可用作本发明所公开的方法中的化学标记的化合物。

Description

使用化学标记改善样品中组分的鉴定、量化和空间定位的 方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2016年2月18日提交的美国临时申请62/297,070和2016年7月7日提交的美国临时专利申请62/359,390的权益，所述专利文献中每一个的全部内容均以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及一种使用复杂混合物中的某些分子离子化状态来分离并潜在量化其中的各个组分的方法。具体地讲，本公开涉及包含两个或更多个潜在离子化位点的化学标记的用途，所述潜在离子化位点与复杂混合物中的某些组分选择性地反应。然后通过电荷状态分离样品的组分，其中多重带电的标记组分容易与其它组分分离，之后表征其中的所有组分。
背景技术
生物样品可包含可存在于样品中的许多不同类型的化合物，包括天然存在的组分诸如脂质和蛋白质，以及非天然存在的组分诸如小分子化合物(例如，药物)。对生物样品的分析可导致诊断疾病，确定药物暴露和功效，以及特别感兴趣的组分的存在或不存在等许多其它用途。
鉴定样品中组分的一种方式是通过使用化学改性剂，其也被称为探针或标签，所述化学改性剂已示出在生物学和生物技术领域中作为标记特定分子诸如蛋白质、抗体或氨基酸的方式的实用性。目前存在用于跟踪生物分子的多种标记方法，诸如电化学、光学(包括荧光团)、质量变化和量热化学标记。然而，虽然这些化学改性剂可有助于溶液中特定组分的可视化，但它们不能用于将组分从复杂样品中分离出来并表征它们。
确定生物样品的组分的另一种方法是对其进行更传统的分析方法，诸如生物样品中物质的复杂混合物的质谱分析。这种方法的示例是鸟枪法脂质组学。然而，由于样品的组分(即多种脂质物质)的化学复杂性，此类方法通常不能递送准确的结果。因此，这种类型的方法通常与不能区分复杂样品中存在的同量异位物质相关。因此，该方法也不能充分区分和量化来自生物样品的所有相关物质。
目前，需要用于快速分离和鉴定复杂混合物，诸如生物样品中的组分的改善的技术。
发明内容
本公开涉及一种使用具有两个或更多个离子化位点的化学标记来改善对复杂混合物中的感兴趣组分的量化、鉴定和/或空间定位的方法。该方法依赖于首先使样品中的一种或多种组分与具有两个或更多个离子化位点的化学标记选择性地反应，之后基于电荷状态分离组分，并最终表征每种组分以探知其特性。
具体地讲，本公开涉及一种使用复杂样品中的某些分子的离子化状态以分离并潜在量化其中的各个组分的方法。本文所公开的方法可用于对样品的组分进行鉴定、定量和/或空间定位，所述样品包含可与包含两个或更多个可能离子化位点的化学标记反应的一种或多种组分。
在一个实施方案中，本公开涉及一种鉴定样品的组分的方法，所述方法包括1)使样品中的一种或多种组分与具有两个或更多个离子化位点的化学标记选择性地反应；2)使用离子迁移谱或毛细管电泳分离所述组分；以及3)分析所述样品以鉴定其中的组分。
在一个实施方案中，本公开涉及化学标记的用途，所述化学标记根据式(I)、(II)或(III)中的一种所述：
或其盐，其中：
每个Y独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-、
每个Y’独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-、
每个Y”独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、或-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-；
每个Y1独立地为：-(CH2)nW(CH2)n-、-OC(O)-(CH2)1-4-、-OC(O)-(CH2)1-4W-或不存在；
每个X独立地为：-N+(C1-C6烷基)3、-S(O)2(OH)、-OS(O)2(OH)、-NH-C(＝NH)NH2、-OP(O)(OH)2、-P(O)(OH)2、-C(O)N(C1-C6烷基)2、-N(C1-C6烷基)2、-NHC(O)(OC1-C6烷基)、-CO2H、-C(O)NH2、-C(O)NH(C1-C6烷基)、或-C(O)(OC1-C6烷基)；
每个RG独立地为异氰酸酯、硫代异氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯、琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯、羧酸、胺或醛；
每个W独立地为N(C1-C6烷基)NH、O、S、或不存在；
每个Z独立地为CH或N；
每个R独立地为卤素、-OH、-CN、C1-C3烷基、C3-C6环烷基、C1-C3烷氧基、C1-C3卤代烷基或C1-C3卤代烷氧基；
每个n独立地为0-4；
每个p独立地为0-6；
每个k独立地为0-6；并且
m为0-3；
并且其中Y、Y’和Y”的每个(CH2)或(CH2CH2)片段可任选地且独立地被1或2个基团取代，所述基团选自甲基、乙基、-OH、卤素或羰基，并且其中每个Y、Y’和Y”附接到X基团；前提条件是当Y、Y’或Y”为-(CH2W)n(CH2)k-或-(CH2CH2W)n(CH2)k-时，n和k两者不同时为0。
在另一个实施方案中，本公开涉及化学标记的用途，所述化学标记根据式(Ia)、(Ib)、(IIa)、(IIb)、(IIIa)或(IIIb)中的一种：
或其盐，其中所述变量如上文对于式(I)、(II)和(III)所述。
在另一个实施方案中，本公开涉及化学标记的用途，所述化学标记根据式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中的一种：
或其盐；其中
每个Q为N(C1-C3烷基)、NH或O；
每个T为H、甲基或-OH；
每个Y1为-(CH2)1-3NH-、-OC(O)(CH2)1-3-、-NHC(O)(CH2)1-3-、-C(O)O(CH2)1-3-、-C(O)NH(CH2)1-3-、-(CH2)1-3-、或不存在；
每个X独立地为-N+(C1-C6烷基)3、-S(O)2(OH)、-OS(O)2(OH)、-NHC(＝NH)NH2、-OP(O)(OH)2、P(O)(OH)2、-N(C1-C6烷基)2、或-CO2H；并且
每个RG为异氰酸酯、硫代异氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯或琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯。
另外，根据另一个方面，本公开涉及可用作本发明所公开的方法中的化学标记的新型化合物。在一个实施方案中，化合物选自：
或其盐；其中，每个R3独立地为C1-C6烷基；并且每个R4独立地为-H或C1-C6烷基。
本公开的方法提供优于现有技术的若干优点。本发明方法可用于以优于目前技术的改善的选择性、灵敏度、特异性和/或质量准确性来测定样品的组分。
多重带电物质的分离提高了组分的分辨率，并且可允许目标组分与相同分子量(同质异位)物质以及杂质的更有效分离。附加的优点可包括鉴定并表征样品中的组分诸如小分子、肽和/或其它生物相关分子的能力，以及对所述组分空间定位的能力。本发明方法允许在分析以鉴定其中的组分之前，进行有限的样品制备并对样品的不同分子内容物的进行分馏。这样，可在单次采集中进行多组学分析。另外，本发明方法可通过允许在最少至没有纯化的情况下直接注入待分析的样品，来缩短分析复杂样品的时间。较短的分析时间是由于仅需要有限的样品制备，这允许直接注入MS中。
此外，本公开的化合物可用于基于能够与本文所述的化学标记反应的任何分析物的电荷状态来进行分析和分离。使用本发明的化学标记来选择性标记复杂样品中的特定化合物潜在地增加同量异位物质的分离，改善信噪比，从而减少假阳性分配，这继而增加结果的准确性。
附图说明
图1示出了使用IM-MS仪分析脑提取物；在图中突出显示三重带电和双重带电的离子。
图2示出了使用DESI离子化，通过离子迁移分离和MS表征对干血斑进行实时分析。
具体实施方式
本发明整体涉及一种使用化学标记来改性复杂样品的某些组分以基于电荷状态分离、潜在地量化和/或空间定位其中的各个组分，然后表征各个组分的方法。具体地讲，本文所公开的方法允许复杂生物样品的某些组分与具有包含两个或更多个离子化位点的化学标记选择性地反应；使用离子迁移(IM)或毛细管电泳(CE)基于电荷状态来分离组分；以及分析样品以鉴定其中的组分。本公开的方法可允许对生物样品进行快速分析，而不需要太多(如果有的话)样品制备。
本公开的方法提供优于现有技术的若干优点。本发明方法可用于以优于目前技术的改善的选择性、灵敏度、特异性和/或质量准确性来测定样品的组分。
定义
如本文所用，术语“同量异位物质”是指具有相同分子量的化学化合物或分子。同量异位物质可由不同的原子组成，或由以不同方式连接的相同原子组成。
“树枝状类型分子”是指具有单个化学可访问基团(即，焦点)的重复支化分子，所述化学可访问基团可用于附接到需要化学标记的分子。可用于本发明的“树枝状类型分子”具有两个或更多个可离子化的化学位点，并且包括通常被表征为“树枝状物”和“树枝石”的分子，但不包括高分子量物质诸如树枝状聚合物、超支化聚合物和/或聚合物刷。通常，术语“树枝状物”和“树枝石”包括第1代、第2代、或第3代分子，和/或包含不超过27个可离子化基团。代数是指“合成期间进行的重复支化循环数”。
术语“烷基”是指饱和或不饱和的脂族直链、支链或环状单价烃基。除非另外指明，否则烷基基团通常具有1至6个碳原子，即C1-C6-烷基。如本文所用，“C1-C6-烷基”基团指具有呈直链、支链或环状布置的1至6个碳原子的基团，并且包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、异戊基，己基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基、乙炔基、乙烯基、丙炔基、丙烯基等。
术语“反应性基团”(“RG”)在本文中也被称为“官能团”。两个术语在整个说明书中可互换使用。RG或官能团允许样品的组分与根据式(I)至(VII)中的一者所述的化学标记之间的反应。在一个实施方案中，RG为不稳定基团，这允许其与亲核物质或亲核基团反应。另选地，RG为增强化学标记上的基团的亲核性的基团，诸如胺，这允许其与样品中组分的亲电基团反应。在一些实施方案中，RG基团能够与样品中的一个或多个目标分子快速反应。RG基团的非限制性示例包括异氰酸酯、异硫氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯、琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯、羧酸、胺、醛、酯、二烯、烯烃和炔烃。优选的RG基团包括但不限于异氰酸酯、异硫氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯、琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯、羧酸、胺和醛。如本文所用，术语“质谱”或“MS”是指通过其质量鉴定化合物的分析技术。MS是指基于其质荷比或“m/z”过滤、检测和测量离子的方法。MS技术一般包括(1)将化合物离子化以形成带电化合物；以及(2)检测带电化合物的分子量并计算质荷比。可通过任何合适的方式离子化并检测化合物。“质谱仪”一般包括离子发生器和离子检测器。一般来讲，将一个或多个感兴趣的分子离子化，并且随后将离子导入质谱仪中，其中，由于磁场和电场的组合，离子遵循空间中取决于质量(“m”)和电荷(“z”)的路径。
术语“离子迁移-分离”(“IM”)是能够在用缓冲气体，诸如纯化的氩气或氮气加压的室中分离气相脂质离子的气相电泳技术。惰性气体不一定是元素性的，并且通常为由于化合价(最外电子壳)在所有惰性气体中均是完整的，而具有非反应性趋势的化合物气体。这是一种趋势，而不是规则，因为稀有气体和其它“惰性”气体可反应以形成化合物。
如本文所用，术语“离子化”或“离子化的”是指产生具有等于一个或多个电子单元的净电荷的分析物离子的方法。负离子为具有一个或多个电子单元的净负电荷的那些，然而正离子是具有一个或多个电子单元的净正电荷的那些。
如本文所用，术语“色谱法”是指其中由于化学实体在其在固定液体或固相周围或上方流动时的不同分布，由液体或气体携带的化学混合物被分离成各组分的方法。
“光谱”是指物质与电磁辐射之间的相互作用的研究。光谱数据通常由发射光谱表示，其是根据波长或频率的感兴趣的响应的曲线图。示例性光谱技术包括穆斯鲍尔光谱(Mossbauer spectroscopy)。X射线吸收光谱、紫外/可见光谱、原子吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱、微波光谱、电子自旋共振谱、核磁共振谱(NMR)、核四极共振谱(DQR)、核原子发射光谱、X射线荧光、荧光光谱、磷光光谱、原子荧光光谱和化学发光光谱，其各自均可提供关于化学物质的特性的独特信息。例如，拉曼光谱是用于通过其特征振动、旋转和其它低频模式来鉴定分子的光谱技术。
如本文所用，术语“色谱法”是指其中由于化学实体在其在固定液体或固相周围或上方流动时的不同分布，由液体或气体携带的化学混合物被分离成各组分的方法。
如本文所用，术语“液相色谱”或“LC”是指在流体均匀渗过细分物质的柱，或通过毛细管通道时，选择性延迟流体溶液中的一种或多种组分的方法。所述延迟导致在该流体相对于固定相运动时，混合物的各组分在一个或多个固定相和体相流体(即，移动相)之间的分布。“液相色谱”的示例包括(但不限于)反相液相色谱(RPLC)、高效液相色谱(HPLC)、超高效液相色谱(UPLC或UHPLC)、湍流液相色谱(TFLC)(有时被称为高湍流液相色谱法(HTLC)或高通量液相色谱)和基于二氧化碳的色谱。
如本文所用，术语“高效液相色谱”或“HPLC”(有时被称为“高压液相色谱”)是指其中通过迫使移动相在压力下通过固定相(通常为密集填充柱)来增加分离度的液相色谱。如本文所用，术语“超高效液相色谱”或“UHPLC”(有时被称为“超高压液相色谱”)是指在比传统HPLC技术高得多的压力下进行的HPLC。
术语“LC/MS”是指与质谱仪接合的液相色谱(LC)。术语“LC/MS/MS”是指与包括两个质谱仪的仪器接合的液相色谱(LC)。
术语“IM-MS”是指使用离子迁移谱在毫秒时间尺度上分离气体相离子，并且在微秒时间尺度上使用质谱来鉴定样品中的组分的方法。
术语“漂移时间”是指脂质离子穿过离子迁移分离室所需的时间。这种净离子运动通常比正常发生的随机运动慢得多。在半导体中，对于相同的电场，电荷载体通常将具有不同的漂移速度。迁移率的SI单位为(m/s)/(V/m)＝m2/(V·s)。然而，迁移率更通常以cm2/(V·s)＝10-4m2/(V·s)为单位表示。
术语“碰撞截面”(“CSS”)是指当入射物质撞击目标物质时量化散射事件的可能性的区域。在硬物体近似中，横截面为常规几何横截面的面积。碰撞截面通常表示为σ，并且以面积为单位测量。
本发明的方法
本公开的方法提供优于现有技术的若干优点。本发明方法可用于以优于目前技术的改善的选择性、灵敏度、特异性和/或质量准确性来测定样品的组分。多重带电物质的分离提高了混合物中组分的分辨率，并且可允许目标组分与相似重量的物质以及与杂质的更有效分离。附加的优点包括鉴定和表征样品中的组分诸如小分子、肽和/或其它生物相关分子的能力，和对所述组分空间定位的能力。本发明方法可允许在分析以鉴定其中的组分之前，进行有限的样品准备并对样品的不同分子内容物的进行分析。这样，可以在单次采集中进行多组学分析。另外，本发明方法可通过允许在最少至没有纯化的情况下直接注入待分析的样品，来缩短分析复杂样品的时间。在一个实施方案中，本公开涉及鉴定样品的组分的方法，所述方法包括1)使样品中的一种或多种组分与具有两个或更多个离子化位点的化学标记选择性反应；2)使用离子迁移谱或毛细管电泳分离所述组分；以及3)分析所述样品以鉴定其中的组分。
在另一个实施方案中，本发明方法包括在特定组分与化学标记反应之后，使用色谱法分离生物样品中的分子的附加步骤。然后可在该色谱步骤之后，根据组分的离子化状态来分离样品的离子化分子并且分析样品来鉴定其中的组分。在另一个实施方案中，本发明方法包括以下步骤：1)使样品中的组分与具有两个或更多个离子化位点的化学标记选择性反应；2)通过色谱法分离标记的生物样品；3)将样品的组分离子化；4)使用离子迁移谱或毛细管电泳分离样品的离子化组分；以及5)分析样品以鉴定其中的组分。
在上述两个实施方案中，通过色谱法分离生物样品包括通过气相色谱或液相色谱进行分离。在该实施方案的一个方面，气相色谱可以为基于二氧化碳的超临界流体色谱。在该实施方案的一个方面，使用液相色谱进行生物样品的分离，其中所述液相色谱选自超高效液相色谱(UHPLC)、传统低压液相色谱、高效液相色谱(HPLC)和亲水作用色谱(HILIC)。在该实施方案的一个方面，HPLC可指正相色谱或反相色谱(RPC)。所得的方法可提供附加的分离度，并且将导致组分与期望化学标记的选择性反应的增加的特异性，并且因此，最终增强鉴定和相对量化。
在另一个实施方案中，本发明方法包括使用任何类型的质谱仪来分析样品并鉴定其中的组分(在离子迁移或毛细管电泳分离之后)，以鉴定并可能量化样品的各个组分。在该实施方案的一个方面，本发明方法包括在使用象限仪、渡越时间、四极、离子阱、或傅立叶变换离子回旋共振，或通过串联质谱(MS/MS)(其中将上述类型中的两个或更多个串联或正交地组合)进行离子迁移分离之后，分析分离的离子化分子。在一个实施方案中，本公开包括在使用串联质谱(MS/MS)进行离子迁移分离之后，分析分离的离子化分子。
在另一个实施方案中，本公开包括分析样品，其包括使样品中的一种或多种组分与具有两个或更多个离子化位点和附加官能团(诸如荧光部分或在IR或UV-Vis谱中可见的部分)的化学标记选择性反应，使用离子迁移谱或毛细管电泳分离组分，并且在多个不同位置处分析样品并鉴定取样位置中包含的组分。在该实施方案中，空间定位将通过化学标记的附加特性来增强，这将允许将标记的组分可视化，但不需要MS或附加的分析方法。
在一个实施方案中，本公开的方法可通过将离子迁移分离并入WatersTechnologies Corporation MSE方法中来进行(例如，能够使用 GS-XSQTof、 G2-Si MS、 IMS QTof的方法，其全部可从Waters TechnologiesCorporation(Milford，MA)商购获得)。将该方法用于本发明方法中允许获得一种采集模式、高分辨率MS(HDMSE)，其中共洗脱的脂质前体离子可在片段化之前通过离子迁移分离，从而导致更清晰的MS/MS产物-离子谱。在该实施方案的方面，所述方法包括计算离子化分子的CCS值。在该实施方案的另一个方面，在本发明方法中计算的CCS值用于帮助鉴定样品的组分。相比于现有技术，根据本公开的方法、工艺和技术提供了关于所得信息的技术进步。
在另一个实施方案中，本公开涉及基于离子化分子的电荷状态，从生物样品中分离同量异位组分，其通过首先根据离子化组分的IM或CE来分离所述离子化组分，并且然后使用分析技术诸如质谱来分析所述离子化组分来进行。在该实施方案的一个方面，生物样品包括一种或多种同量异位组分，其中一种与本发明的化学标记选择性反应，其可使用不同的电荷状态来分离，这是指一种同量异位物质可与具有两个或更多个可能的离子化位点的化学标记反应，然而另一种同量异位物质具有不同数量的可能的离子化位点，诸如一个，并且离子分离步骤能够基于电荷状态将同量异位物质分离出来。
本发明方法的优点包括能够获得对生物样品如干血斑、生物流体和组织活检的实时、高通量分析，但不进行大量(如果有的话)的样品制备。本发明所公开的方法可用于以优于当前分离技术的改善的选择性、灵敏度、特异性和/或质量准确性测定样品中的各个组分，同时保持快速分析样品的能力。
本发明的化合物
本公开的化合物可用于基于能够与本文所述的化学标记反应的任何分析物的电荷状态进行分析和分离。
在一个实施方案中，本公开涉及化学标记的用途，所述化学标记根据式(I)、(II)或(III)中的一种所述：
或其盐，其中：
每个Y独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-、
每个Y’独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-、
每个Y”独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、或-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-；
每个Y1独立地为：-(CH2)nW(CH2)n-、-OC(O)-(CH2)1-4-、-OC(O)-(CH2)1-4W-或不存在；
每个X独立地为：-N+(C1-C6烷基)3、-S(O)2(OH)、-OS(O)2(OH)、-NH-C(＝NH)NH2、-OP(O)(OH)2、-P(O)(OH)2、-C(O)N(C1-C6烷基)2、-N(C1-C6烷基)2、-NHC(O)(OC1-C6烷基)、-CO2H、-C(O)NH2、-C(O)NH(C1-C6烷基)、或-C(O)(OC1-C6烷基)；
每个RG独立地为异氰酸酯、硫代异氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯、琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯、羧酸、胺或醛；
每个W独立地为N(C1-C6烷基)NH、O、S、或不存在；
每个Z独立地为CH或N；
每个R独立地为卤素、-OH、-CN、C1-C3烷基、C3-C6环烷基、C1-C3烷氧基、C1-C3卤代烷基或C1-C3卤代烷氧基；
每个n独立地为0-4；
每个p独立地为0-6；
每个k独立地为0-6；并且
m为0-3；
并且其中Y、Y’和Y”的每个(CH2)或(CH2CH2)片段可任选地且独立地被1或2个基团取代，所述基团选自甲基、乙基、-OH、卤素或羰基，并且其中每个Y、Y’和Y”附接到X基团；前提条件是当Y、Y’或Y”为-(CH2W)n(CH2)k-或-(CH2CH2W)n(CH2)k-时，n和k两者不同时为0。
化学标记
化学标记用于本发明中以选择性标记复杂样品中的特定化合物，这潜在地增加了同量异位物质的分离，改善信噪比，从而减少假阳性分配，这继而增加了结果的测量准确性。
在一个实施方案中，本公开涉及具有两个或更多个可能的离子化位点的化学标记的用途。在该实施方案的一个方面，所述化学标记还可包含荧光或紫外(UV)活性部分。在该实施方案的另一个方面，所述化学标记可包含在可见(VIS)光谱或红外(IR)光谱中吸收的部分。
在另一个实施方案中，本公开涉及具有两个或更多个可能的离子化位点的化学标记的用途。在该实施方案的一个方面，具有离子化潜力的基团包括但不限于胺、三烷基铵、胍、羧酸、酯(理想地在水解之后)、酰胺(理想地在水解之后)、硫酸根、磺酸根、磷酸根和/或膦酸根。在该实施方案的一个方面，所述可离子化基团为羧酸。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为胺。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为膦酸根。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为磷酸根。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为磺酸根。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为胍基。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为三烷基铵基团。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为硫酸根。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为酯，其可被水解成其对应的羧酸。在该实施方案的另一个方面，所述可离子化基团为酰胺，所述酰胺可被水解成其对应的羧酸。
在另一个实施方案中，本公开涉及化学标记的用途，所述化学标记根据式(Ia)、(Ib)、(IIa)、(IIb)、(IIIa)或(IIIb)中的一种：
或其盐，其中所述变量如上文对于式(I)、(II)和(III)所述。
在实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个Y、Y’和Y”独立地选自：-[(CH2)1-2OC(O)(CH2)1-2]1-2-、-[(CH2)1-2C(O)O(CH2)1-2]1-2-、-[(CH2)1-2O(CH2)1-3]1-2-、-[(CH2)1-2C(O)NH(CH2)1-2]1-2-和-[(CH2)1-2NHC(O)(CH2)1-2]1-2-，其中每个CH2基团的一个或两个氢可任选地且独立地被选自-CH3和-OH的基团取代；每个Y1为-(CH2)1-3NH-、-OC(O)(CH2)1-3-、-NHC(O)(CH2)1-3-、-C(O)O(CH2)1-3-、-C(O)NH(CH2)1-3-、-(CH2)1-3-、或不存在；每个X独立地为-N+(C1-C6烷基)3、-S(O)2(OH)、-OS(O)2(OH)、-NHC(＝NH)NH2、-OP(O)(OH)2、P(O)(OH)2、-N(C1-C6烷基)2、或-CO2H；并且每个RG为异氰酸酯、硫代异氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯或琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个n为0至4的整数。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，n为0。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，n为1。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，n为2。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，n为3。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，n为4。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个p为0至6的整数。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，p为0。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，p为1。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，p为2。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，p为3。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，p为4。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，p为5。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，p为6。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个k为0至6的整数。在该实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，k为0。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，k为1。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，k为2。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，k为3。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，k为4。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，k为5。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，k为6。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个m为0至3的整数。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，m为0。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，m为1。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，m为2。在该实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，m为3。
在上述实施方案的另一方面，对于式(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个R独立地为卤素、-OH、-CN、C1-C3烷基、C3-C6环烷基、C1-C3烷氧基、C1-C3卤代烷基或C1-C3卤代烷氧基。在上述实施方案的另一方面，对于式(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，R独立地为-F或-Cl。在上述实施方案的另一方面，对于式(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，R独立地为甲基。在上述实施方案的另一方面，对于式(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，R独立地为甲氧基。在上述实施方案的另一方面，对于式(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，R独立地为-CF3。在上述实施方案的另一方面，对于式(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，R独立地为-OCF3。在上述实施方案的另一方面，对于式(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，R独立地为环丙基。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y1独立地为-(CH2)nW(CH2)n-、-OC(O)-(CH2)1-4-、-OC(O)-(CH2)1-4W-或不存在。在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y1为不存在。在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y1为-OC(O)-(CH2)1-4-。在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y1为-OC(O)-(CH2)1-4W-。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个W独立地为N(C1-C6烷基)、NH、S或O。在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个W独立地为N(C1-C6烷基)。在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个W独立地为NH。在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个W独立地为O。在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中任一个，每个W独立地为S。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个Y、Y’和Y”独立地选自-[(CH2)OC(O)(CH2)2]2-、-[(CH2)2OC(O)(CH2)]2-、-(CH2)OC(O)(CH2)2-、-(CH2)2OC(O)(CH2)-、-[(CH2)C(O)O(CH2)2]2-、-[(CH2)2C(O)O(CH2)]2-、-(CH2)C(O)O(CH2)2-、-(CH2)2C(O)O(CH2)-、-[(CH2)O(CH2)3]2-、-(CH2)O(CH2)3-、-[(CH2)2O(CH2)3]2-、-(CH2)2O(CH2)3-、-[(CH2)2O(CH2)2]2-、-(CH2)2O(CH2)2-、-[(CH2)NHC(O)(CH2)2]2-、-[(CH2)2NHC(O)(CH2)]2-、-(CH2)NHC(O)(CH2)2-、-(CH2)2NHC(O)(CH2)-、-[(CH2)C(O)NH(CH2)2]2-、-[(CH2)2C(O)NH(CH2)]2-、-(CH2)C(O)NH(CH2)2-和-(CH2)2C(O)NH(CH2)-，并且其中每个CH2基团的一个或两个氢可任选地且独立地被选自-CH3和-OH的基团取代。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为不存在。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-NH-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为C1-C6烷基。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-N(C1-C6烷基)-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)OC(O)(CH2)2]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)2OC(O)(CH2)]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)OC(O)(CH2)2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)2OC(O)(CH2)-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)C(O)O(CH2)2]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)2C(O)O(CH2)]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’或Y”为-(CH2)C(O)O(CH2)2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)2C(O)O(CH2)-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)O(CH2)3]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)O(CH2)3-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)2O(CH2)3]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)2O(CH2)3-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)2O(CH2)2]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)2O(CH2)2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)NHC(O)(CH2)2]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)2NHC(O)(CH2)]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)NHC(O)(CH2)2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)2NHC(O)(CH2)-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)C(O)NH(CH2)2]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-[(CH2)2C(O)NH(CH2)]2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)C(O)NH(CH2)2-。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，Y、Y’和Y”独立地为-(CH2)2C(O)NH(CH2)-。
在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，X的每一种情况全部均相同。在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-N(C1-C6烷基)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-N+(C1-C6烷基)3。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-N(CH3)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-N(CH2CH3)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-CO2H。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-CO2CH3或-CO2(CH2CH3)。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-S(O)(OH)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-OS(O)(OH)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-NHC(＝NH)NH2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-OP(O)(OH)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-P(O)(OH)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-C(O)N(C1-C6烷基)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-C(O)NH2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-C(O)NH(C1-C6烷基)。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-NHC(O)(C1-C6烷基)。在上述实施方案的另一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，每个X为-C(O)(OC1-C6烷基)。
在另一个实施方案中，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，RG为琥珀酰亚胺基酯基团。在一个实施方案中，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，RG为琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯基团。在另一个实施方案中，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，RG为异氰酸酯基团。在另一个实施方案中，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，RG为硫代异氰酸酯基团。在另一个实施方案中，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，RG为羧酸基团。在另一个实施方案中，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，RG为胺基团。在另一个实施方案中，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)或(IIIb)中的任一个，RG为醛基团。
在另一个实施方案中，本公开涉及化学标记的用途，所述化学标记根据式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中的一种：
或其盐；其中每个Q为N(C1-C3烷基)、NH或O；每个T为H、甲基或-OH；每个Y1为-(CH2)1-3NH-、-OC(O)(CH2)1-3-、-NHC(O)(CH2)1-3-、-C(O)O(CH2)1-3-、-C(O)NH(CH2)1-3-、-(CH2)1-3-、或不存在；每个X独立地为-N+(C1-C6烷基)3、-S(O)(OH)2、-OS(O)(OH)2、-NHC(＝NH)NH2、-OP(O)(OH)2、-P(O)(OH)2、-N(C1-C6烷基)2、或-CO2H；并且每个RG为异氰酸酯、硫代异氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯或琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯。
在上述实施方案的一个方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(III)、(IIIa)、(IIIb)、(VII)或(VIII)中的任一个，Z为N。在上述实施方案的另一方面，对于式(I)、(Ia)、(Ib)、(III)、(IIIa)、(IIIb)、(VII)或(VIII)中的任一个，Z为CH。
在上述实施方案的另一方面，对于式(VI)，每个T为-H。在上述实施方案的一个方面，对于式(VI)，每个T为-OH。在上述实施方案的一个方面，对于式(VI)，每个T为-CH3。
在上述实施方案的另一方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中的任一个，X的每一种情况全部均相同。在上述实施方案的方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中的任一个，每个X为-N(C1-C6烷基)2。在上述实施方案的另一方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中的任一个，每个X为-N+(C1-C6烷基)3。在上述实施方案的另一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，每个X为-N(CH3)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，每个X为-N(CH2CH3)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，每个X为-CO2H。在上述实施方案的另一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，每个X为-S(O)(OH)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，每个X为-OS(O)(OH)2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，每个X为-NHC(＝NH)NH2。在上述实施方案的另一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，每个X为-OP(O)(OH)2。在上述实施方案的另一方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，每个x为-P(O)(OH)2。
在另一个实施方案中，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，RG为琥珀酰亚胺酯基团。在一个实施方案中，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，RG为琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯基团。在另一个实施方案中，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，RG为异氰酸酯基团。在另一个实施方案中，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，RG为硫代异氰酸酯基团。
在上述实施方案的另一方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中的任一个，每个Y1独立地为-(CH2)1-3NH-、-OC(O)(CH2)1-3-、-NHC(O)(CH2)1-3-、-C(O)O(CH2)1-3-、-C(O)NH(CH2)1-3-、-(CH2)1-3-或不存在。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为不存在。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-CH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-CH2CH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-(CH2)3-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-CH2NH-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-CH2CH2NH-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-(CH2)3NH-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-OC(O)CH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-OC(O)CH2CH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-OC(O)(CH2)3-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-NHC(O)CH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-NHC(O)CH2CH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-NHC(O)(CH2)3-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-C(O)OCH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-C(O)OCH2CH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-C(O)O(CH2)3-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-C(O)NHCH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-C(O)NHCH2CH2-。在上述实施方案的一个方面，对于式(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)或(IX)中任一个，Y1为-C(O)NH(CH2)3-。
本公开包括根据式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)、(IIIb)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)和(IX)中任一种的化合物作为本发明所公开的方法中的化学标记的用途，其中变量Y、Y’、Y”、Y1、X、W、RG、Z、R、n、p、k、m、Q和T中任一个的特定值，在存在的情况下，可与如上文所述的剩余变量的任何其它特定值组合。
本公开还包括根据式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)、(IIIb)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)和(IX)中任一种的化合物。
在一个实施方案中，其中化学标记为树枝状类型分子，所述树枝状物为聚酰氨基胺(PAMAM)、聚丙烯亚胺(PPI)、聚谷氨酸和/或聚酯树枝状物。
在本发明的另一个实施方案中，所述化学标记选自：
或其盐。
在另一个实施方案中，所述化学标记选自：
或其盐；其中，每个R3独立地为C1-C6烷基；并且每个R4独立地为-H或C1-C6烷基。在该实施方案的一个方面，每个R3为甲基，并且每个R4为H或甲基。在该实施方案的另一个方面，每个R3为甲基，并且每个R4为H。
式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)、(IIIb)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)和(IX)的树枝状化合物可根据本领域中已知的方法制备。参见，例如，Tomalia等人，A New Class of Polymers：Starburst-Dendritic Macromolecules，Polymer Journal(1985)，17：117-132；Tomalia等人，Poly(amidoamine)(PAMAM)Dendrimers：from biomimicry to drug delivery and biomedical applications，DrugDiscovery Today(2001)，15：427-436；Newkome等人，Micelles，Part I.CascadeMolecules：a new approach to micelles，J.Org.Chem.(1985)，50(11)：2003-2004；以及Hawker等人，Preparation of Polymers with Controlled Molecular Architecture，J.Am.Chem.Soc.(1990)，112(21)：7638-7647；Klajnert、Barbara和Bryszewska，Maria；Dendrimers：Properties and Applications，Acta Biochimica Polonica，(2001)48(1)：199-208。
式(I)、(Ia)、(Ib)、(II)、(IIa)、(IIb)、(III)、(IIIa)、(IIIb)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)和(IX)的附加化合物可使用标准有机方法合成，根据需要，使用标准保护/脱保护技术。参见Nicolaou，K.C.；Sorensen，E.J.(1996)，Classics in TotalSynthesis.New York：VCH；March，J.；Smith，D，(2001)，Advanced Organic Chemistry，第5版，New York：Wiley；Clayden，Jonathan；Greeves，Nick；Warren，Stuart；Wothers，Peter(2000)，Organic Chemistry，Oxford University Press。
脂质离子的分离
离子迁移(IM)和毛细管电泳(CE)
IM是能够在利用缓冲气体(诸如氮气)加压的室中分离气相脂质离子的气相电泳技术。毛细管电泳是在亚微米毛细管和微流体及纳米流体通道中进行的电动分离方法。
在一个实施方案中，本公开包括使用离子迁移(IM)基于电荷状态来分离样品的组分。
在IM期间，脂质离子穿过离子迁移分离室所需的时间(漂移时间)主要取决于离子与缓冲气体之间的碰撞频率。因此，漂移时间与组分离子的形状、尺寸和电荷以及缓冲气体的性质直接相关。由组分离子穿过离子迁移分离室花费的特征时间(漂移时间)，可计算旋转平均碰撞截面(CCS)，其表示单个离子与其运行通过的中性气体之间的有效相互作用面积。CCS，化合物的重要物理化学特性，与化学结构和三维构象相关。改变化学标记的尺寸将更改样品中任何标记组分的CCS值。因此，本公开允许通过使用更大的化学标记来选择性增加样品中组分的CCS值。通过控制化学标记的电荷和尺寸，可显著影响样品组分的分离，以便更好地量化和表征所述组分。换句话讲，IM允许通过其电荷状态分离多重带电分子，将其与样品中的剩余分子分离，并且使用利用CCS数据的进一步分析可改善其鉴定、量化和/或空间定位。参见图1，其示出了由包含大量单一带电离子物质的样品具体描述的双重和三重带电脂质离子。
样品中的组分可在其表面上以不同组成和浓度定位。样品的成像(使用本文所公开的技术进行分析)可允许对样品(例如，细胞培养物和组织切片)中的不同组分进行形貌特征作图(即，空间定位)。例如，在典型的IM-MS成像实验中，将聚焦激发束(例如，激光或带电溶剂液滴流)引导到生物样品上以沿用户定义的二维阵列扫描表面。在激发束的影响下，生物分子离子从样品表面解吸并离子化，并被引导到质谱仪中。将IM添加到典型的MS成像实验中允许在MS检测之前将感兴趣的组分与干扰背景分离，从而导致更大的信噪比以及对其更准确定位。在一个实施方案中，在IM之后，使用紫外光谱、火焰离子检测、拉曼光谱或核四极共振来鉴定样品的组分。
在另一个实施方案中，本公开包括分析样品，其包括使样品中的一种或多种组分与具有两个或更多个离子化位点的化学标记选择性反应，使用离子迁移谱或毛细管电泳分离组分，并且在多个不同位置处分析样品并鉴定取样位置中包含的组分。在该实施方案的一个方面，首先使用IM分离组分，并且然后使用MS进行分析。在该实施方案的另一方面，使用由所述方法对每个位置收集的数据来确定样品中分子的空间定位。在这些实施方案的一个方面，生物样品是组织切片或细胞培养物。
毛细管电泳(CE)可指毛细管区电泳(CZE)、毛细管凝胶电泳(CGE)、毛细管等电聚焦(CIEF)和/或毛细管等速电泳以及胶束电动色谱(MEKC)。离子化物质的分离由于其电泳迁移而发生。在一个实施方案中，本公开涉及毛细管电泳用于基于电荷状态分离样品组分的用途。在该实施方案的一个方面，CE为CZE。在该实施方案的另一方面，CE为CGE。在该实施方案的另一方面，CE为CIEF。在该实施方案的最终方面，CE为MEKC。在这些实施方案的任一个中，CE可以在毛细管阵列电泳仪上进行。
在一个实施方案中，当使用IM进行离子化组分的分离时，本公开涉及漂移时间离子迁移谱(DT-IMS)、行波离子迁移谱(TW-IMS)或差分式迁移谱法(DMS)(其也被称为场不对称离子迁移谱(FAIMS))用于根据离子化分子的离子迁移来分离样品的离子化分子的用途。在该实施方案的一个方面，离子化分子根据离子迁移，基于离子化分子的电荷状态来分离。
在一个实施方案中，本发明方法包括在将样品的离子化分子根据其电荷状态分离之前，将待分析的生物样品中的组分离子化的附加步骤。在该实施方案的一个方面，离子化步骤必须导致样品中经化学标记组分上的至少两个或更多个潜在离子化位点的离子化。在该实施方案的一个方面，离子化可使用电喷雾离子化(ESI)或解吸电喷雾离子化(DESI)来实现。在该实施方案的一个方面，离子化步骤包括电喷雾离子化。在一个实施方案中，离子化步骤在样品中的组分与具有两个或更多个离子化位点的化学标记选择性反应之后进行。
样品组分的鉴定
在一个实施方案中，本发明方法包括使用分析技术，诸如紫外光谱、火焰离子检测、拉曼光谱，核四极共振(NQR)或质谱(MS)鉴定样品的组分。在另一个实施方案中，使用MS分析所述样品以确定其中组分的特性。
在一个实施方案中，本发明方法包括使用离子迁移谱(IM)进行样品中组分的分离，并且使用MS进行样品组分的分析。
质谱(MS)
质谱(MS)是测量由样品形成的带电分子或分子片段的质荷比的分析技术。MS用于分析感兴趣的样品中组分的质量、化学组成和/或化学结构。一般来讲，MS包括三个步骤：将样品离子化以形成带电分子或分子片段(即，离子)；基于其质荷比率分离所述离子；以及检测分离的离子以形成质荷信号(即，光谱)。
能够具有高质量准确性、高灵敏度和高分辨率的各种质谱系统是本领域已知的，并且可用于本发明的方法中。此类质谱仪的质量分析仪包括但不限于四极(Q)、渡越时间(TOF)、离子阱、磁扇区或FT-ICR或它们的组合。质谱仪的离子源应当主要产生样品分子离子、或假分子离子、以及某些可表征的片段离子。此类离子源的示例包括大气压离子化源，例如，电喷雾离子化(ESI)和基质辅助激光解吸离子化(MALDI)。ESI和MALDI是将蛋白质离子化以用于质谱分析的两种最常用方法。ESI和APC1是LC/MS的最常用的离子源技术(Lee，M.“LC/MS Applications in Drug Development”(2002)J.Wiley&Sons，New York)。
已将各种解吸离子化技术与IM和MS组合以用于对复杂分子诸如脂质进行成像，诸如基质辅助激光解吸离子化(MALDI)、解析电喷雾离子化(DESI)、快速蒸发离子化MS、和激光烧蚀电喷雾离子化(LAESI)。当使用质谱(MS)分析和鉴定样品的组分时，可将这些技术中的任一种用于本发明方法。当使用质谱(MS)分析和鉴定样品的组分时，可将这些技术中的任一种用于本发明方法。在一个实施方案中，本公开包括在将样品的离子化分子根据其电荷状态分离之前，将待分析的生物样品中的分子离子化的附加步骤，其中所述离子化步骤使用解吸电喷雾离子化或激光烧蚀电喷雾离子化进行。在一个实施方案中，使用LAESI进行所述方法。
在一个实施方案中，使用LAESI进行所述方法。在另一实施方案中，使用DWSI进行所述方法。在另一个实施方案中，使用快速蒸发离子化MS进行所述方法。在另一个实施方案中，不使用MALDI执行所述方法。
可商购获得的质谱仪可同时取样和记录整个质谱，并且具有允许对混合物中的多个组分采集足够的光谱的频率以确保质谱信号强度或峰面积具有定量地代表性。这也将确保对所有物质观察到的洗脱时间将不被质量分析仪修改或扭曲，并且其将有助于确保定量测量不受对瞬时信号的测量丰度的需要而受损。
在另一个实施方案中，本公开包括在将样品的离子化分子根据其电荷状态分离之前，将待分析的生物样品中的分子离子化的附加步骤，其中所述离子化步骤使用解吸电喷雾离子化或激光烧蚀电喷雾离子化进行。
碰撞截面(CCS)
碰撞截面(CCS)值来源于离子迁移测量。所有控制离子迁移的一阶方程均在低电场下实施。均匀场漂移管设计通常在低电场下操作，从而导致非常可预测且准确的迁移测量值。常规的均匀场漂移管离子迁移提供使用下文给出的Mason-Schamp公式来计算碰撞截面(W)的直接方法：
其中Ω为旋转平均碰撞截面，kb为玻尔兹曼常数，T为缓冲气体的温度，ml为分析物离子的质量，mB为缓冲气体分子的质量，td为经校正的漂移时间，ze为分析物离子的电荷状态，E为电场，L为漂移室的长度，P是漂移室中的压力，并且N为漂移室中的数密度。重要的是应当注意，td可由总离子漂移时间来确定。一旦计算td值，就可将其用于直接生成CCS测量值。
可计算的碰撞截面的准确性由在迁移实验期间实验参数(压力、温度和电场)被保持的程度来确定。离子在限定的漂移区外花费的任何时间均产生“末端效应”，这造成测量准确性的损失。可使用均匀场漂移管常规地实现在2％准确性或更低范围内的CCS测量。在一个实施方案中，本公开涉及计算离子化组分的碰撞截面(CCS)值，其中分配给每个分子的CCS值有助于鉴定样品的组分。除了准确的质量之外，可针对CCS数据库搜索每个经检测组分离子的实验CCS，以支持鉴定。在一个实施方案中，具有化学标记的组分可具有通过使其与具有所选重量的化学标记反应而选择性增加的CCS值。在该实施方案的一个方面，CCS值通过使组分与尺寸和重量增加的化学标记反应来选择性增加。因此可使用本发明的方法来增强样品组分的鉴定和表征。
紫外光谱
紫外光谱是指紫外-可见区域中的吸收光谱或反射光谱。其采用在可见、近紫外和近红外范围内的光，以激发暴露于所述光的组分。可见范围内的吸收或反射直接影响所涉及化学品的感知颜色。该技术类似于荧光光谱，不同的是荧光涉及从激发态到基态的跃迁，并且吸收测量从基态到激发态的跃迁。在本发明方法的一个实施方案中，在通过离子迁移谱或毛细管电泳分离之后，使用紫外光谱分析样品，以鉴定并可能定量样品的各个组分。
火焰离子化检测(FID)
火焰离子化检测器是测量气体流中有机物质的浓度的分析仪器。其经常用作气相色谱中的检测器。在本发明方法的一个实施方案中，在通过离子迁移谱或毛细管电泳分离之后，使用火焰离子检测分析样品，以鉴定并可能定量样品的各个组分。
拉曼光谱
拉曼光谱是用于通过其特征振动、旋转和其它低频模式来鉴定分子的光谱技术。适用于本发明方法的拉曼光谱包括表面增强的拉曼、共振拉曼、尖端增强拉曼、偏振拉曼、受激拉曼、透射拉曼、空间偏移拉曼和超拉曼。在本发明方法的一个实施方案中，在通过离子迁移谱或毛细管电泳分离之后，使用拉曼光谱分析样品，以鉴定并可能定量样品的单独组分。
核四极共振(NQR)
核四极共振(NQR)是与NMR相似的分析技术，不同的是核由电场梯度与核电荷分布的四极矩的相互作用而激发。每个分子具有独特的NQR信号，并且因此所述方法可用于特异性地鉴定样品的组分。在本发明方法的一个实施方案中，在通过离子迁移谱或毛细管电泳分离之后，使用核四极共振分析样品，以鉴定并可能定量样品的各个组分。
生物样品
生物样品可包括来源于受试者身体的任何样品。在这种情况下，受试者可以为动物，例如哺乳动物，例如人。其它示例性受试者包括小鼠、大鼠、豚鼠、兔子、猫、狗、山羊、绵羊、猪、牛或马。个体可以为患者，例如患有疾病或怀疑患有疾病的个体。生物样品可以为例如出于科学或医学测试的目的，诸如用于研究或诊断疾病(例如，通过检测和/或鉴定病原体或生物标记物的存在)而采集的体液或组织。生物样品还可包括细胞，例如单个生物样品的病原体或细胞(例如，肿瘤细胞)。此类生物样品可通过已知的方法获得，包括组织活检(例如，钻取活组织检查)，和通过采集血液、支气管抽吸、痰液、尿液、粪便或其它体液获得。示例性生物样品包括体液、全血、血浆、血清、脐带血(具体地讲，通过经皮脐带血取样(PUBS)获得的血液)、脑脊液(CSF)、唾液、羊水、母乳、分泌物、脓水、尿液、粪便、胎粪、皮肤、指甲，毛发、脐、胃内容物、胎盘、骨髓、外周血淋巴细胞(PBL)和实体器官组织提取物。
在一个实施方案中，所述样品为血液样品，诸如干血斑。在另一个实施方案中，所述样品为来源于血液的样品，诸如血浆或血清。
在另一个实施方案中，所述样品为细胞样品。所述细胞样品可包含从受试者获得或来源于受试者的材料。在其它实施方案中，细胞样品可包含来自体外或离体细胞培养物的细胞。在其它实施方案中，所述样品为细胞上清液样品。
实施例
实施例1
基于电喷雾的离子化源(ESI)，包括DESI和LAESI，产生多重带电离子。电荷分离提供了基于电荷状态将样品中的组分与所有其它类似物质的分离。图1示出了如何能够有效地利用电荷状态以仅基于电荷状态将特异性脂质从复杂样品中分离出来。
为了开发多个带电离子的CCS信息用于改善MS成像应用的用途，使用连接到IM-MS仪的LAESI来分析人脑样品。(参见图1)。使用CCS信息允许将脂质与代谢物、多重带电蛋白质和肽分离，并且将脂质与大气离子化相关的背景离子分离。使用质量和CCS测量的组合确认93种脂质物质的特性。(图1，顶部)。
对于存在于灰质和白质中的所选质量和CCS值，形成代表脂质离子在人脑子区域中的分布的形貌特征图。使用离子迁移允许对具有不同CCS值的同量异位脂质物质进行空间分离，从而改善信噪比的质量。值得注意的是，只有通过使用这种方法，才可能确定灰质相对于白质中的神经节苷脂的选择性空间定位。这些结果指示多个带电离子的CCS信息可能是支持MS成像研究中的脂质鉴定和定位的重要工具。参见图1底部，其清楚地示出使用本公开的IM-MS方法导致测量组织截面中组分的空间定位的极大增强的准确度和精度。
实施例2
图2示出通过DESI直接分析来自干血斑(DBS)的神经节苷脂。成像使用配备有2D-DESI源的SYNAPT G2-Si HDMS来进行。图2还示出使用组合技术IM-MS从样品中清楚地分离多重带电离子，然而各个组分的表征在没有离子迁移分离的情况下完全没有效果。
数据使用高清成像软件(HDI)1.35生成并分析。喷雾条件如下：流量为1μL/min，98％甲醇在水混合物中的溶液，在100psi N2气体压力下，并且两极的电压为5kV。扫描时间为1秒。神经节苷脂和心磷脂(未示出)作为双带电离子物质分离出来，这使得其能够使用针对干扰离子的离子迁移进行分离。

Claims (53)

1.一种鉴定样品的组分的方法，包括：
a)使样品中的组分与具有两个或更多个离子化位点的化学标记选择性地反应；
b)使用离子迁移谱或毛细管电泳分离所述组分；以及
分析所述样品以鉴定其中的所述组分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中根据离子迁移谱的分离基于所述组分分子的电荷状态来分离组分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述基于离子迁移的分离包括漂移时间离子迁移谱、行波离子迁移谱或差分式迁移谱。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括离子化步骤，其中所述离子化包括电喷雾离子化(ESI)或解吸离子化技术。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述离子化步骤使用ESI执行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述ESI是激光烧蚀电喷雾离子化(LAESI)或解吸电喷雾离子化(DESI)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用电泳技术分析所述样品。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述电泳技术为离子迁移或毛细管电泳。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中使用紫外光谱、火焰离子检测、拉曼光谱、核四极共振(NQR)或质谱(MS)分析所述样品以确定其中组分的特性。
10.根据权利要求9所述的方法，其中使用MS分析所述样品以确定其中组分的特性。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)中的组分分离使用离子迁移谱(IM)进行，并且所述步骤c)中的样品的分析使用MS进行。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述IM和MS步骤在单个IM-MS系统中进行，所述系统利用基质辅助激光解吸离子化(MALDI)、解吸电喷雾离子化(DESI)、快速蒸发离子化MS(REIMS)或激光烧蚀电喷雾离子化(LAESI)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述化学标记包含紫外(UV)活性或荧光部分。
14.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述化学标记包含可见(VIS)光谱或红外(IR)光谱中吸收的部分。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述样品为生物样品。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述生物样品包含肽和/或脂质。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的方法，其中所述样品包含一种或多种小分子化合物。
18.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)中的分析包括对所述样品上的多个不同位置取样并获得对应于每个位置的表征数据。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述样品为组织切片或细胞培养物。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述样品为血浆。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述样品为干血斑。
22.根据权利要求18或19所述的方法，其中在多个不同位置处的所述取样提供样品中组分的空间定位信息。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在将化学标记加入其组分之前使用色谱法分离所述样品的组分的步骤。
24.根据权利要求1-23中任一项所述的方法，还包括在将化学标记加入其组分之后使用色谱法分离所述样品的组分的步骤。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述分离通过液相色谱或气相色谱(GC)进行。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述液相色谱为反相超高效液相色谱(UHPLC)、正相高效液相色谱(HPLC)、亲水作用色谱(HILIC)或反相HPLC。
27.根据权利要求10所述的方法，其中所述质谱包括串联质谱(MS/MS)。
28.根据权利要求1所述的方法，还包括计算离子化分子的碰撞截面(CCS)值，其中所述碰撞截面值有助于鉴定样品中的组分。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述样品直接注入用于基于离子迁移的分离的仪器中。
30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述化学标记包含易于离子化的两个或更多个官能团，其各自独立地选自氨基、羧酸、酯、氨基甲酸酯和/或膦酸酯。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述化学标记还包含反应性基团(RG)，所述反应性基团允许其与所述样品的组分快速反应。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述化学标记被包括在离子迁移谱期间所用的溶剂喷雾中或用于毛细管电泳的溶剂中。
33.根据权利要求30所述的方法，其中离子化步骤使用MALDI执行并且所述化学标记被包括在所述基质上。
34.根据权利要求30所述的方法，其中所述化学标记为包含两个或更多个可离子化基团的树枝状类型分子。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述树枝状类型分子为聚酰氨基胺(PAMAM)、聚丙烯亚胺(PPI)、聚谷氨酸和/或聚酯树枝状物。
36.根据权利要求30所述的方法，其中所述化学标记选自根据式(I)、(II)和(III)所述的化合物：
或其盐，其中：
每个Y独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-、
每个Y’独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-、
每个Y”独立地为-(CH2CH2)nW-、-(CH2)nW-、(CH2CH2W)n、-(CH2W)n(CH2)k-、-(CH2CH2W)n(CH2)k-、或-(CH2)p-W-C(O)-W-(CH2)p-；
每个Y1独立地为：-(CH2)nW(CH2)n-、-OC(O)-(CH2)1-4-、-OC(O)-(CH2)1-4W-或不存在；
每个X独立地为：-N+(C1-C6烷基)3、-S(O)2(OH)、-OS(O)2(OH)、-NH-C(＝NH)NH2、-OP(O)(OH)2、-P(O)(OH)2、-C(O)N(C1-C6烷基)2、-N(C1-C6烷基)2、-NHC(O)(OC1-C6烷基)、-CO2H、-C(O)NH2、-C(O)NH(C1-C6烷基)、或-C(O)(OC1-C6烷基)；
每个RG独立地为异氰酸酯、硫代异氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯、琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯、羧酸、胺或醛；
每个W独立地为N(C1-C6烷基)NH、O、S、或不存在；
每个Z独立地为CH或N；
每个R独立地为卤素、-OH、-CN、C1-C3烷基、C3-C6环烷基、C1-C3烷氧基、C1-C3卤代烷基或C1-C3卤代烷氧基；
每个n独立地为0-4；
每个p独立地为0-6；
每个k独立地为0-6；并且
m为0-3；
并且其中Y、Y’和Y”的每个(CH2)或(CH2CH2)片段可任选地并且独立地被1或2个基团取代，所述基团选自甲基、乙基、-OH、卤素或羰基，并且其中每个Y、Y’和Y”附接到X基团；前提条件是当Y、Y’或Y”为-(CH2W)n(CH2)k-或-(CH2CH2W)n(CH2)k-时，n和k两者不同时为0。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述化学标记根据式(Ia)：
或其盐。
38.根据权利要求36所述的方法，其中所述化学标记根据式(IIa)：
或其盐。
39.根据权利要求36所述的方法，其中所述化学标记根据式(IIIa)：
或其盐。
40.根据权利要求37所述的方法，其中所述化学标记根据式(Ib)：
或其盐。
41.根据权利要求38所述的方法，其中所述化学标记根据式(IIb)：
或其盐。
42.根据权利要求39所述的方法，其中所述化学标记根据式(IIIb)：
或其盐。
43.根据权利要求36-42中任一项所述的方法，其中：
每个Y、Y’和Y”独立地选自：-[(CH2)1-2OC(O)(CH2)1-2]1-2-、-[(CH2)1-2C(O)O(CH2)1-2]1-2-、-[(CH2)1-2O(CH2)1-3]1-2-、-[(CH2)1-2C(O)NH(CH2)1-2]1-2-和-[(CH2)1-2NHC(O)(CH2)1-2]1-2-，其中每个CH2基团的一个或两个氢可任选地且独立地被选自-CH3和-OH的基团取代；
每个Y1为-(CH2)1-3NH-、-OC(O)(CH2)1-3-、-NHC(O)(CH2)1-3-、-C(O)O(CH2)1-3-、-C(O)NH(CH2)1-3-、-(CH2)1-3-、或不存在；
每个X独立地为-N+(C1-C6烷基)3、-S(O)2(OH)、-OS(O)2(OH)、-NHC(＝NH)NH2、-OP(O)(OH)2、P(O)(OH)2、-N(C1-C6烷基)2、或-CO2H；并且
每个RG为异氰酸酯、硫代异氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯或琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯。
44.根据权利要求43所述的方法，其中每个Y、Y’和Y”独立地选自-[(CH2)OC(O)(CH2)2]2-、-[(CH2)2OC(O)(CH2)]2-、-(CH2)OC(O)(CH2)2-、-(CH2)2OC(O)(CH2)-、-[(CH2)C(O)O(CH2)2]2-、-[(CH2)2C(O)O(CH2)]2-、-(CH2)C(O)O(CH2)2-、-(CH2)2C(O)O(CH2)-、-[(CH2)O(CH2)3]2-、-(CH2)O(CH2)3-、-[(CH2)2O(CH2)3]2-、-(CH2)2O(CH2)3-、-[(CH2)2O(CH2)2]2-、-(CH2)2O(CH2)2-、-[(CH2)NHC(O)(CH2)2]2-、-[(CH2)2NHC(O)(CH2)]2-、-(CH2)NHC(O)(CH2)2-、-(CH2)2NHC(O)(CH2)-、-[(CH2)C(O)NH(CH2)2]2-、-[(CH2)2C(O)NH(CH2)]2-、-(CH2)C(O)NH(CH2)2-和-(CH2)2C(O)NH(CH2)-，并且其中每个CH2基团的一个或两个氢可任选地且独立地被选自-CH3和-OH的基团取代。
45.根据权利要求36所述的方法，其中所述化学标记选自下式中的一种：
或其盐；其中
如果存在的话，每个Q为N(C1-C3烷基)、NH或O；
如果存在的话，每个T为H、甲基或-OH；
每个Y1为-(CH2)1-3NH-、-OC(O)(CH2)1-3-、-NHC(O)(CH2)1-3-、-C(O)O(CH2)1-3-、-C(O)NH(CH2)1-3-、-(CH2)1-3-、或不存在；
每个X独立地为-N+(C1-C6烷基)3、-S(O)2(OH)、-OS(O)2(OH)、-NHC(＝NH)NH2、-OP(O)(OH)2、P(O)(OH)2、-N(C1-C6烷基)2、或-CO2H；并且
每个RG为异氰酸酯、硫代异氰酸酯、琥珀酰亚胺基酯或琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯。
46.根据权利要求36、37、39、42或45中任一项所述的方法，其中如果存在的话，每个Z为N。
47.根据权利要求36、37、39、42或45中任一项所述的方法，其中如果存在的话，每个Z为CH。
48.根据权利要求45所述的方法，其中如果存在的话，每个Q为O。
49.根据权利要求45所述的方法，其中如果存在的话，每个Q为NH。
50.根据权利要求30所述的方法，其中所述化学标记选自：
或其盐。
51.一种化合物，选自：
或其盐；其中
每个R3独立地为C1-C6烷基；并且
每个R4独立地为-H或C1-C6烷基。
52.根据权利要求51所述的化合物或其盐，其中每个R3为甲基，并且每个R4为H或甲基。
53.根据权利要求30所述的方法，其中所述化学标记为根据权利要求51或52所述的化合物，或其盐。
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