CN111108375A - 激光解吸电离法和质量分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光解吸电离法，其包括：准备包括形成有多个贯通孔的基板(2)和设置在基板的第1表面(2a)的导电层的试样支承体(1)的第1工序；在冰点以下的氛围中，在载置部(6)的载置面(6a)载置冷冻的试样(S)，使第2表面(2b)与冷冻的试样接触的状态下，对载置部固定试样支承体的第2工序；使试样解冻，解冻的试样的成分因毛细管现象而通过多个贯通孔移动至第1表面侧的第3工序；和通过向导电层施加电压并同时对第1表面照射激光(L)，电离移动至第1表面侧的成分的第4工序。

Description

激光解吸电离法和质量分析方法
技术领域
本发明涉及激光解吸电离法和质量分析方法。
背景技术
历来，作为为了进行质量分析等而将生物试样等试样电离的方法，已知有基质辅助激光解吸电离法(MALDI：Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization)。MALDI是通过将吸收激光的称为基质的低分子量的有机化合物加入试样，并对其照射激光，从而对试样进行电离的方法。根据该方法，能够将于热不稳定的物质和高分子量物质无损地电离(所谓的软电离)。
另一方面，作为不使用基质进行电离的方法，已知有表面辅助激光解吸电离法(SALDI：Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization)(例如，参照专利文献1和2)。SALDI是通过在表面具有细微的凹凸结构的电离基板滴下试样，并对其照射激光，从而将试样电离的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5129628号公报
专利文献2：美国专利第6288390号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在上述的激光解吸电离法中，难以维持原来的试样的位置信息(构成试样的分子的二维分布信息)地将试样电离，进而，难以将构成试样的分子的二维分布图像化。
本发明的目的在于，提供能够在维持试样的位置信息将试样的成分电离的激光解吸电离法和质量分析方法。
用于解决问题的方式
本发明的一个方面的激光解吸电离法包括：第1工序，准备试样支承体，该试样支承体包括形成有在彼此相对的第1表面和第2表面开口的多个贯通孔的基板和至少在第1表面设置的导电层；第2工序，在冰点以下的氛围中，在载置部的载置面载置冷冻的试样，在第2表面与冷冻的试样接触的状态下，对载置部固定试样支承体；第3工序，在试样配置在载置部与试样支承体之间的状态下，使试样解冻，解冻的试样的成分因毛细管现象而通过多个贯通孔向第1表面侧移动；和第4工序，通过在试样配置在载置部与试样支承体之间的状态下，向导电层施加电压并同时对第1表面照射激光，电离移动至第1表面侧的成分。
在该激光解吸电离法中，在试样支承体的基板，解冻后的试样的成分因毛细管现象而通过多个贯通孔向第1表面侧移动。由此，在移动至基板的第1表面侧的试样的成分中，维持了试样的位置信息(构成试样的分子的二维分布信息)。在该状态下对导电层施加电压并同时对基板的第1表面照射激光，因此维持试样的位置信息并同时电离试样的成分。而且，作为准备阶段，在冰点以下的氛围中，在载置部的载置面载置冷冻的试样，在基板的第2表面与冷冻的试样接触的状态下，对载置部固定试样支承体。由此抑制解冻试样时试样收缩。这对试样的位置信息的维持也有较大作用。进一步，由于存在试样越厚解冻时试样越大幅收缩的趋势，还能够将试样加厚与抑制试样的收缩相应的厚度。这有助于检测电离出的成分时的信号强度的确保。通过以上说明，根据该激光解吸电离法，能够在维持试样的位置信息的同时将试样的成分电离。
在本发明的一个方面的激光解吸电离法中，试样也可以为含水试样。在试样为含水试样的情况下，以试样已冷冻的状态在载置部与试样支承体之间配置试样，之后解冻试样，这在抑制试样收缩而维持试样的位置信息上特别有效。
在本发明的一个方面的激光解吸电离法中，试样也可以为生物试样。在试样为生物试样的情况下，以试样已冷冻的状态在载置部与试样支承体之间配置试样，之后解冻试样，这在抑制试样收缩而维持试样的位置信息上特别有效。
在本发明的一个方面的激光解吸电离法中，也可以在第3工序中，通过载置部、试样支承体和试样以试样配置在载置部与试样支承体之间的状态放置在常温氛围中，解冻试样。由此，能够在更可靠地抑制试样收缩的同时解冻试样，因此能够更高精度地维持试样的位置信息。
在本发明的一个方面的激光解吸电离法中，也可以在第3工序中，以试样配置载置部与试样支承体之间且相对于载置部、试样支承体配置在下侧的状态，解冻试样。由此，由于重力作用于冷冻的试样，所以能够可靠地使冷冻的试样接触基板的第2表面。进一步，由于不仅存在毛细管现象而且重力也进行作用，因此能够效率更高地使解冻的试样的成分向基板的第1表面侧移动。
本发明的一个方面的激光解吸电离法包括：第1工序，准备试样支承体，该试样支承体包括具有导电性、形成有在彼此相对的第1表面和第2表面开口的多个贯通孔的基板；第2工序，在冰点以下的氛围中，在载置部的载置面载置冷冻的试样，在第2表面与冷冻的试样接触的状态下，对载置部固定试样支承体；第3工序，在试样配置在载置部与试样支承体之间的状态下，解冻试样，解冻的试样的成分因毛细管现象而通过多个贯通孔向第1表面侧移动；和第4工序，通过在试样配置在载置部与试样支承体之间的状态下，向基板施加电压并同时对第1表面照射激光，电离移动至第1表面侧的成分。
根据该激光解吸电离法，能够在试样支承体省略导电层，并且能够得到与如上述那样使用包括导电层的试样支承体的情况下相同的效果。
本发明的一个方面的质量分析方法包括上述的激光解吸电离法的各工序和检测在第4工序电离出的成分的第5工序。
根据该质量分析方法，能够在维持试样的位置信息的同时电离试样的成分，因此能够高精度地将构成试样的分子的二维分布图像化。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够在维持试样的位置信息的同时将试样的成分电离的激光解吸电离法和质量分析方法。
附图说明
图1是一个实施方式的激光解吸电离法和质量分析方法中使用的试样支承体的平面图。
图2是沿图1所示的II-II线的试样支承体的截面图。
图3是表示图1所示的试样支承体的基板的放大像的图。
图4是表示一个实施方式的质量分析方法的工序的图。
图5是表示一个实施方式的质量分析方法的工序的图。
图6是表示一个实施方式的质量分析方法的工序的图。
图7是表示一个实施方式的质量分析方法的工序的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对各图中相同或相当部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。
首先，说明一个实施方式的激光解吸电离法和质量分析方法中使用的试样支承体。如图1和图2所示，试样支承体1包括基板2、框3和导电层4。基板2具有彼此相对的第1表面2a和第2表面2b。在基板2，同样地(以均匀的分布)形成有多个贯通孔2c。各贯通孔2c沿基板2的厚度方向(与第1表面2a和第2表面2b垂直的方向)延伸，在第1表面2a和第2表面2b形成有开口。
基板2例如使用绝缘性材料呈长方形板状形成。从基板2的厚度方向看时的基板2的一个边的长度例如为几cm左右，基板2的厚度例如为1μm～50μm左右。从基板2的厚度方向看时的贯通孔2c的形状例如为大致圆形。贯通孔2c的宽度例如为1nm～700nm左右。贯通孔2c的宽度在从基板2的厚度方向看时的贯通孔2c的形状为大致圆形的情况下是指贯通孔2c的直径，在该形状为大致圆形以外的情况下是指贯通孔2c中容纳的假想的最大圆柱的直径(有效直径)。
框3设置在基板2的第1表面2a。具体而言，框3通过粘接层5固定在基板2的第1表面2a。作为粘接层5的材料，优选使用排放气体少的粘接材料(例如低熔点玻璃、真空用粘接剂等)。框3具有从基板2的厚度方向看时与基板2大致相同的外形。在框3形成有开口3a。基板2中与开口3a对应的部分作为用于通过后述的毛细管现象使试样的成分向第1表面2a侧移动的有效区域R发挥作用。
框3例如利用绝缘性材料呈长方形板状形成。从基板2的厚度方向看时的框3的一个边的长度例如为几cm左右，框3的厚度例如为1mm以下。从基板2的厚度方向看时的开口3a的形状例如为圆形，这种情况下的开口3a的直径例如为几mm～几十mm左右。通过这样的框3，使得试样支承体1的操作变得容易，并且能够抑制起因于温度变化等的基板2的变形。
导电层4设置在基板2的第1表面2a。具体而言，导电层4在基板2的第1表面2a中与框3的开口3a对应的区域(即，与有效区域R对应的区域)、开口3a的内面和框3的与基板2相反侧的表面3b连续地(一体地)形成。导电层4在有效区域R覆盖基板2的第1表面2a中未形成贯通孔2c的部分。即，在有效区域R，各贯通孔2c向开口3a露出。
导电层4由导电性材料形成。不过，作为导电层4的材料，基于以下所述的理由，优选使用与试样的亲和性(反应性)低且导电性高的金属。
例如，当使用与蛋白质等试样亲和性高的Cu(铜)等金属形成导电层4时，存在如下问题：在后述的试样的电离的过程中，以在试样分子附着有Cu原子的状态电离试样，与附着Cu原子的量相应地，在后述的质量分析法中检测结果发生偏离。因此，作为导电层4的材料，优选使用与试样的亲和性低的金属。
另一方面，越是导电性高的金属越易于容易且稳定地施加固定的电压。因此，当使用导电性高的金属形成导电层4时，能够在有效区域R向基板2的第1表面2a均匀地施加电压。此外，存在越是导电性高的金属热传导性也高的趋势。因此，当使用导电性高的金属形成导电层4时，能够将照射至基板2的激光的能量通过导电层4有效率地传导至试样。因此，作为导电层4的材料，优选使用导电性高的金属。
从以上的观点出发，例如优选使用Au(金)、Pt(铂)等作为导电层4的材料。导电层4例如利用电镀法、原子层沉积法(ALD：Atomic Layer Deposition)、蒸镀法、溅射法等，按1nm～350nm左右的厚度形成。另外，作为导电层4的材料，例如也可以使用Cr(铬)，Ni(镍)，Ti(钛)等。
图3是表示从基板2的厚度方向看时的基板2的放大像的图。在图3中，黑色的部分为贯通孔2c，白色的部分为贯通孔2c间的间隔壁部。如图3所示，基板2同样地形成有具有大致固定的宽度的多个贯通孔2c。有效区域R的贯通孔2c的开口率(在从基板2的厚度方向看的情况下相对于有效区域R全部贯通孔2c所占的比例)在实用上为10～80％，特别优选为60～80％。多个贯通孔2c的大小也可以相互不一致，还可以多个贯通孔2c部分地彼此相互连结。
图3所示的基板2是通过将Al(铝)阳极氧化而形成的氧化铝多孔涂层。具体而言，能够通过对Al基板实施阳极氧化处理，将氧化的表面部分从Al基板剥离，能够得到基板2。另外，基板2也可以通过将Ta(钽)、Nb(铌)、Ti(钛)、Hf(铪)、Zr(锆)、Zn(锌)、W(钨)、Bi(铋)、Sb(锑)等Al以外的阀金属阳极氧化而形成，还可以通过将Si(硅)阳极氧化而形成。
接着，说明使用试样支承体1的激光解吸电离法和质量分析方法。在图4～图7中，省略试样支承体1的贯通孔2c、导电层4和粘接层5的图示。此外，在图1和图2所示的试样支承体1和图4～图7所示的试样支承体1中，为了便于图示，尺寸的比例等不同。
首先，准备上述的试样支承体1(第1工序)。试样支承体1既可以通过由实施激光解吸电离法和质量分析方法的人制造而准备，也可以从试样支承体1的制造者或售卖者等取得而准备。
接着，如图4(a)所示那样，在冰点以下的氛围中，在载玻片(载置部)6的载置面6a载置冷冻的试样S(第2工序)。载玻片6是形成有ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)膜等透明导电膜的玻璃基板，透明导电膜的表面为载置面6a。另外，并不限定于载玻片6，也能够使用能够确保导电性的部件(例如由不锈钢等金属材料等构成的基板等)作为载置部。接着，如图4(b)所示那样，使基板2的第2表面2b与冷冻的试样S接触，在该状态下，如图5(a)所示那样，对载玻片6固定试样支承体1(第2工序)。此时，冷冻的试样S在从基板2的厚度方向看的情况下配置在有效区域R内。此外，试样支承体1由具有导电性的胶带7(例如，碳胶带等)固定于载玻片6。具体而言，胶带7通过与基板2的第1表面2a上的导电层4接触且与载玻片6的载置面6a接触而将试样支承体1固定于载玻片6。胶带7既可以为试样支承体1的一部分，也可以与试样支承体1分别准备。在胶带7为试样支承体1的一部分的情况下(即，试样支承体1包括胶带7的情况下)，例如，胶带7也可以预先在基板2的周缘部固定在第1表面2a侧。更具体而言，胶带7也可以在基板2的周缘部固定在导电层4上。此处，试样S例如为组织切片等薄膜状的生物试样(含水试样)，处于冷冻的状态。该第2工序例如在低温恒温器装置内的冰点以下的氛围中实施。另外，冰点以下的氛围是指能够维持试样S的冷冻状态的温度的空间，例如是-5℃～-80℃的空间。
接着，如图5(b)所示那样，在试样S配置在载玻片6与试样支承体1之间的状态下，解冻试样S，解冻后的试样S的成分S1因毛细管现象而多通过个贯通孔2c(参照图2)向基板2的第1表面2a侧移动(第3工序)。移动至基板2的第1表面2a侧的成分S1因表面张力而留在第1表面2a侧。此处，通过在试样S配置在载玻片6与试样支承体1之间的状态下，载玻片6、试样支承体1和试样S放置在常温氛围中，解冻试样S(第3工序)。另外，常温氛围是指并不特别热或冷的自然的温度的空间，例如是3℃～35℃的空间。
然后，如图6所示那样，在试样S配置在载玻片6与试样支承体1之间的状态下，在质量分析装置10的支承部12(例如，载置台)上载置载玻片6、试样支承体1和试样S。然后，由质量分析装置10的电压施加部14通过载玻片6的载置面6a和胶带7向试样支承体1的导电层4(参照图2)施加电压(第4工序)。接着，由质量分析装置10的激光照射部13通过框3的开口3a对基板2的第1表面2a照射激光L(第4工序)。即，激光L对基板2的第1表面2a中与框3的开口3a对应的区域(即，与有效区域R对应的区域)照射。此处，激光照射部13对与有效区域R对应的区域扫描激光L。另外，激光L对与有效区域R对应的区域的扫描能够通过使支承部12和激光照射部13的至少1部件进行动作而实施。
这样，通过向导电层4施加电压并同时对基板2的第1表面2a照射激光L，移动至基板2的第1表面2a侧的成分S1被电离，释放试样离子S2(电离出的成分S1)(第4工序)。具体而言，能量从吸收了激光L的能量的导电层4(参照图2)传达到移动至基板2的第1表面2a侧的成分S1，获得能量的成分S1气化并且获得电荷，成为试样离子S2。以上的第1工序～第4工序属于使用试样支承体1的激光解吸电离法。
所释放的试样离子S2向设置在试样支承体1与离子检测部15之间的接地电极(省略图示)加速移动。即，试样离子S2因在被施加电压的导电层4与接地电极之间产生的电位差而向接地电极加速移动。然后，由质量分析装置10的离子检测部15检测试样离子S2(第5工序)。此处，离子检测部15以与激光L的扫描位置对应的方式检测试样离子S2。由此，能够将构成试样S的分子的二维分布图像化。另外，此处的质量分析装置10是利用飞行时间型质量分析法(TOF-MS：Time-of-Flight Mass Spectrometry)的扫描型质量分析装置。以上的第1工序～第5工序属于试样支承体1的质量分析方法。
如以上说明的那样，在使用试样支承体1的激光解吸电离法中，在试样支承体1的基板2，解冻的试样S的成分因毛细管现象而通过多个贯通孔2c向第1表面2a侧移动。由此，在移动至基板2的第1表面2a侧的试样S的成分S1中，维持了试样S的位置信息(构成试样S的分子的二维分布信息)。在该状态下对导电层4施加电压并同时对基板2的第1表面2a照射激光L，因此维持试样S的位置信息并同时电离试样S的成分S1。而且，作为准备阶段，在冰点以下的氛围中，在载置玻璃6的载置面6a载置冷冻的试样S，在基板2的第2表面2b与冷冻的试样S接触的状态下，对载置玻璃6固定支承体试样1。由此抑制解冻试样S时试样S收缩。这对试样S的位置信息的维持也有较大作用。进一步，由于存在试样S越厚解冻时试样S越大幅收缩的趋势，还能够将试样S加厚与抑制试样S的收缩相应的厚度。这有助于检测试样离子S2时的信号强度的确保。通过以上说明，根据使用试样支承体1的激光解吸电离法，能够在维持试样S的位置信息的同时将试样S的成分S1电离。
此外，试样S既是含水试样也是生物试样，因此以试样S已冷冻的状态在载置玻璃6与试样支承体1之间配置试样S、之后解冻试样S在抑制试样S收缩而维持试样S的位置信息上特别有效。
此外，在第3工序中，通过载置玻璃6、试样支承体1和试样S以试样S配置在载置玻璃6与试样支承体1之间的状态放置在常温氛围中，解冻试样S。由此，能够在更可靠地抑制试样S收缩的同时解冻试样S，因此能够更高精度地维持试样S的位置信息。
根据使用试样支承体1的质量分析方法，能够维持试样S的位置信息并同时电离试样S的成分，因此能够将构成试样S的分子的二维分布高精度地图像化。
另外，也可以在基板2的第2表面2b与冷冻的试样S接触的状态下，如图7(a)所示那样，对载玻片6固定试样支承体1后，如图7(b)所示那样，在试样S配置在载玻片6与试样支承体1之间且试样支承体1相对于载玻片6配置在下侧的状态下，解冻试样S。由此，由于重力对冷冻的试样S进行作用，所以能够使冷冻的试样S可靠地与基板2的第2表面2b接触。进一步，由于不仅毛细管现象而且重力也进行作用，所以能够更有效率地使解冻的试样S的成分向基板2的第1表面2a侧移动。
本发明并不限定于上述的实施方式。例如，导电层4只要至少在基板2的第1表面2a设置即可，既可以不设置在基板2的第2表面2b和贯通孔2c的内面，也可以设置在基板2的第2表面2b和贯通孔2c的内面。此外，在第2工序中，也可以使用胶带7以外的方式(例如，使用粘接剂、固定件等的方式)，对载玻片6固定试样支承体1。
此外，在第4工序中，也可以不通过载玻片6的载置面6a和胶带7向导电层4施加电压。在这种情况下，载玻片6和胶带7也可以不具有导电性。此外，既可以基板2具有导电性，也可以在第4工序中向基板2施加电压。在这种情况下，能够在试样支承体1省略导电层4，并且能够得到与如上述那样使用包括导电层4的试样支承体1的情况下相同的效果。
此外，在质量分析装置10中，激光照射部13对与有效区域R对应的区域统一照射激光L，不过离子检测部15也可以在维持该区域的二维信息的同时检测试样离子S2。即，质量分析装置10为投影型质量分析装置。
此外，上述的激光解吸电离法不仅能够用于将构成试样S的分子的二维分布图像化的成像质量分析中，也能够用于离子迁移率测量等其它测量·实验中。
此外，试样支承体1的用途并不限定于利用激光L的照射的试样S的电离。试样支承体1也可以在利用激光L以外的能量线(例如，离子束、电子束等)的照射的试样S的电离中使用。
附图标记的说明
1 试样支承体
2 基板
2a 第1表面
2b 第2表面
2c 贯通孔
4 导电层
6 载玻片(载置部)
6a 载置面
L 激光
S 试样。

Claims (7)

1.一种激光解吸电离法，其特征在于，包括：
第1工序，准备试样支承体，该试样支承体包括形成有在彼此相对的第1表面和第2表面开口的多个贯通孔的基板和至少在所述第1表面设置的导电层；
第2工序，在冰点以下的氛围中，在载置部的载置面载置冷冻的试样，在所述第2表面与冷冻的所述试样接触的状态下，对所述载置部固定所述试样支承体；
第3工序，在所述试样配置在所述载置部与所述试样支承体之间的状态下，解冻所述试样，解冻的所述试样的成分因毛细管现象而通过所述多个贯通孔向所述第1表面侧移动；和
第4工序，通过在所述试样配置在所述载置部与所述试样支承体之间的状态下，向所述导电层施加电压并同时对所述第1表面照射激光，电离移动至所述第1表面侧的所述成分。
2.如权利要求1所述的激光解吸电离法，其特征在于：
所述试样为含水试样。
3.如权利要求1或2所述的激光解吸电离法，其特征在于：
所述试样为生物试样。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的激光解吸电离法，其特征在于：
在所述第3工序中，通过在所述试样配置在所述载置部与所述试样支承体之间的状态下，将所述载置部、所述试样支承体和所述试样放置常温氛围中，解冻所述试样。
5.如权利要求1～4中的任一项所述的激光解吸电离法，其特征在于：
在所述第3工序中，在所述试样配置在所述载置部与所述试样支承体之间且所述试样支承体相对于所述载置部配置在下侧的状态下，解冻所述试样。
6.一种激光解吸电离法，其特征在于，包括：
第1工序，准备试样支承体，该试样支承体包括具有导电性、形成有在彼此相对的第1表面和第2表面开口的多个贯通孔的基板；
第2工序，在冰点以下的氛围中，在载置部的载置面载置冷冻的试样，在所述第2表面与冷冻的所述试样接触的状态下，对所述载置部固定所述试样支承体；
第3工序，在所述试样配置在所述载置部与所述试样支承体之间的状态下，解冻所述试样，解冻的所述试样的成分因毛细管现象而通过所述多个贯通孔向所述第1表面侧移动；和
第4工序，通过在所述试样配置在所述载置部与所述试样支承体之间的状态下，向所述基板施加电压并同时对所述第1表面照射激光，电离移动至所述第1表面侧的所述成分。
7.一种质量分析方法，其特征在于，包括：
权利要求1～6中的任一项所述的激光解吸电离法的各工序；和
在所述第4工序检测电离出的所述成分的第5工序。
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