JP2004184137A

JP2004184137A - Chip for mass spectrometric analysis, laser desorption ionization time-of-flight type mass spectroscope using the same, and mass spectrometric system

Info

Publication number: JP2004184137A
Application number: JP2002349258A
Authority: JP
Inventors: Wataru Hattori; 渉服部; Masakazu Baba; 雅和馬場; Toru Sano; 亨佐野; Kazuhiro Iida; 一浩飯田; Hisao Kawaura; 久雄川浦; Noriyuki Iguchi; 憲幸井口; Hiroko Someya; 浩子染谷; Minoru Asogawa; 稔麻生川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP3915677B2; WO2004051253A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chip for mass spectrometry for an LDI-TOFMS (laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry) for concentrating and drying efficiently a sample, in particular, a micro sample, and a chip for mass spectrometry used as a substrate for LDI-TOFMS measurement, after drying the sample. <P>SOLUTION: Holes 103 are formed in the substrate 101 by etching or the like. A sample solution is dropped in the each hole 103 to provide the dried sample. The obtained dry sample is supplied to the LDI-TOFMS together with the substrate 101. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質量分析用チップおよびこれを用いたレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置、質量分析システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子化合物を効率よくイオン化し、質量分析を行う方法として、ＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ（ＬａｓｅｒＤｅｓｏｒｐｔｉｏｎＩｏｎｉｚａｔｉｏｎ−ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置）等の質量分析装置が提案されている。ＬＤＩ−ＴＯＦＭＳの測定試料調製は、マトリックスとよばれるイオン発生促進材料を用いる場合、試料溶液とマトリックス溶液とを混合し、金属板の表面にマイクロピペット等を用いて滴下する。また、マトリックスを用いない場合、試料溶液を同様に平板上に滴下する。
【０００３】
図１は、従来の質量分析用試料調製方法を説明するための図である。図１（ａ）は、乾燥用基板１３３の表面に試料溶液１３１を滴下した様子を示す断面図であり、図１（ｂ）はその上面図である。図１（ｂ）に示すように、滴下された試料溶液１３１の最大幅は、レーザー光の最大スポットサイズ１３５に比べて著しく大きくなってしまう。このため、単位面積あたりの試料濃度が小さく、比較的多量の試料が必要であり、生体成分等微量の試料の分析には必ずしも適した試料調製方法ではなかった。
【０００４】
【非許文献１】
ＳｉｍｏｎＥｋｓｔｒｏｍら、「ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ」、アメリカ化学会、２００１年、第７３巻、ｐ．２１４−２１９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑み、本発明の目的は、試料、特に微量の試料を効率よく濃縮し、乾燥するためのＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ用質量分析用チップを提供することにある。また、本発明の別の目的は、試料を乾燥した後、ＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ測定の基板として用いるための質量分析用チップを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、液体試料を乾燥させレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析用試料を調製するためのチップであって、基板と、該基板の表面に凹状に形成された試料乾燥部とを有し、前記試料乾燥部の少なくとも一部に金属層を有することを特徴とする質量分析用チップが提供される。
【０００７】
本発明に係る質量分析用チップは、試料乾燥部が凹状に形成されているため、試料溶液を滴下した際に溶液が広がることなく、試料乾燥部の底面形状に対応する乾燥試料を得ることができる。このため、試料乾燥部の底面形状を小さくすることにより乾燥試料の底面積を小さくすることが可能となる。従って、質量分析用の試料を作製する際に、質量分析時に照射されるレーザー光のスポットサイズ程度の大きさの乾燥試料を得ることができる。よって、レーザー光照射部位における試料濃度を増加させることができる。また、微量な液体試料であっても凹状の試料乾燥部内で効率よく乾燥し、精度よい分析を行うことが可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る質量分析用チップは、試料乾燥部の少なくとも一部に金属層が形成されているため、質量分析装置の試料保持部として質量分析用チップごと用いることができる。金属層を電極として用いることにより、蒸発した乾燥試料を効率よく飛行させることができるからである。
【０００９】
また、本発明の質量分析用チップはチップであるため、使い捨てにすることが可能になり、その場合にはチップの洗浄操作が不要である。したがって、作業効率が向上し、また、試料の汚染も防止される。
【００１０】
本発明の質量分析用チップにおいて、前記基板が有機材料により形成された構成とすることができる。こうすることにより、試料乾燥部の形成が容易となる。したがって、製造プロセスを簡略化し、また製造安定性も向上させることができる。
【００１１】
本発明によれば、液体試料を乾燥させレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析用試料を調製するためのチップであって、基板と、該基板の表面に凹状に形成された試料乾燥部とを有し、前記試料乾燥部に、試料のレーザー脱離イオン化を促進する物質が配置されていることを特徴とする質量分析用チップが提供される。
【００１２】
本発明に係る質量分析用チップにおいては、試料乾燥部に試料のレーザー脱離イオン化を促進する物質が配置されているため、試料乾燥部に液体試料を導入した際に、この促進物質の一部が溶解し、試料と混合される。このため、乾燥試料中にも促進物質が混合される。したがって、従来のように乾燥促進物質を試料に添加し、乾燥させる操作が不要となり、さらに簡便に質量分析用の乾燥試料を調製することができる。
【００１３】
本発明によれば、液体試料を乾燥させレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析用試料を調製するためのチップであって、基板と、該基板の表面に凹状に形成された試料乾燥部とを有し、前記基板の表面に、レーザー脱離イオン化を行う際の試料の位置合わせに用いられる位置合わせマークを備えることを特徴とする質量分析用チップが提供される。
【００１４】
本発明に係る質量分析用チップによれば、試料乾燥部の位置を検知するためのマークが形成されているため、液体試料を乾燥後、質量分析に供する際に、試料乾燥部の位置を確実に決定し、確実に分析を行うことができる。さらに、位置合わせ精度の向上に伴って試料乾燥部の底面積を小さくすることができ、レーザー光のスポットサイズに基板の位置ずれに対する補償を加えた大きさに試料乾燥部の底面形状を設定できる。
【００１５】
本発明に係る質量分析用チップにおいて、前記試料乾燥部は底面および側面を有し、前記液体試料が前記底面に選択的に付着されるように構成することができる。
【００１６】
本発明に係る質量分析用チップにおいては、液体試料が底面に選択的に付着するため、乾燥試料を底面に選択的に堆積させることが可能となる。このため、側面への乾燥試料の付着が抑制され、レーザー光照射部位における試料濃度を増加させることができる。
【００１７】
本発明の質量分析用チップにおいて、前記試料乾燥部の底面に複数の突起部が形成された構成とすることができる。こうすることにより、試料乾燥部に導入された試料液体が毛細管現象により突起部に誘導される。そして、突起部の上面まで液面が上昇して止まり、乾燥する。したがって、単一の試料乾燥部内において、あるいは同一チップ上に配置された複数個の試料乾燥部間においても、乾燥試料の上面の高さが一定となるように液体試料を乾燥させることが可能となる。このため、レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析における試料の飛行時間の誤差を減少させ、測定精度を向上させることができる。
【００１８】
本発明の質量分析用チップにおいて、前記底面が親液表面を有し、前記側面が撥液表面または疎液表面を有する構成とすることができる。こうすることにより、試料乾燥部に充填された液体試料が乾燥する過程において、撥液表面または疎液表面を有する側面から親液表面を有する底面へと順次液体試料が誘導される。したがって乾燥試料を底面積に選択的に堆積させることができる。
【００１９】
本発明の質量分析用チップにおいて、前記試料乾燥部が、前記基板表面にアレイ状に複数個形成された構成とすることができる。こうすることにより、複数の液体試料を同時に乾燥させ、乾燥試料の質量分析を各試料乾燥部について順次実施することができる。したがって、試料の乾燥および分析操作を効率よく行うことができる。
【００２０】
本発明によれば、前記いずれかに記載の質量分析用チップに形成された試料乾燥部を試料保持部として含むレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置であって、試料にレーザー光を照射する光源と、前記質量分析用チップを支持する支持部と、前記質量分析用チップにおける前記試料乾燥部の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報取得部で取得された前記位置情報に基づいて前記質量分析用チップを移動させる移動手段とを備え、前記質量分析用チップは前記試料乾燥部の位置を検知するためのマークを有し、前記位置情報取得部は前記マークの位置に対応して前記試料乾燥部の位置情報を取得することを特徴とするレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置が提供される。
【００２１】
本発明に係るレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置においては、前記試料乾燥部にて乾燥試料の作製が可能であり、また分析の際には乾燥試料の試料保持部として用いることができる。このため、したがって、乾燥試料を質量分析装置の試料保持部に移動する操作が不要となり、効率よく試料作製および分析を行うことができる。
【００２２】
また、質量分析用チップに設けられたマークの位置から試料乾燥部の位置を確実に取得し、レーザー光が試料乾燥部に照射されるように質量分析用チップの位置を調節することができる。このため、分析時の位置合わせ精度を向上させることができる。複数の試料乾燥部が設けられた質量分析用チップについて、試料乾燥部ごとに順次測定を行う場合でも、試料乾燥部ごとに精度良くレーザー光の照射位置を調節することが可能である。
【００２３】
本発明のレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置において、前記試料保持部は底面および側面を有し、前記底面の幅が前記底面に照射される前記レーザー光のスポットサイズに略等しくなるように構成することができる。底面の幅をレーザー光のスポットサイズに略等しくなるよう構成することにより、レーザー光の照射部位における乾燥試料濃度を増加させることができる。このため、分析感度が向上される。なお、「レーザー光のスポットサイズに略等しくなるように構成する」例として、たとえばレーザー光のスポットサイズに基板の位置ずれに対する補償を加えた大きさになるように構成することが挙げられる。
【００２４】
本発明によれば、生体試料を分子サイズまたは性状に応じて分離する分離手段と、前記分離手段により分離された試料に対し、酵素消化処理を含む前処理を行う前処理手段と、前処理された試料を乾燥させる乾燥手段と、乾燥後の試料を質量分析する質量分析手段と、を備え、前記乾燥手段は、前記質量分析用チップを含むことを特徴とする質量分析システムが提供される。ここで生体試料は、生体から抽出したものであってもよく、合成したものであってもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、試料を簡便に効率よく濃縮または乾燥するための小型の質量分析用チップを例に挙げて説明する。この質量分析用チップは、ＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ等の質量分析装置の試料保持部として用いることができる。
【００２６】
（第一の実施形態）
図２は、本実施形態に係る質量分析用チップ１００の構成を示す図である。質量分析用チップ１００において、基板１０１には孔１０３およびマーク１０５が形成されている。
【００２７】
基板１０１の材料として、プラスチック材料を用いる。また、石英等のガラスや、シリコン等を用いてもよい。プラスチック材料として、たとえばシリコン樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂等が挙げられる。このような材料は成形加工が容易なため、質量分析用チップの製造コストを抑えることができる。
【００２８】
また、これらの材料を用いた場合、少なくとも孔１０３の全面に金属膜を形成してもよい。表面に金属膜を形成することにより、導電性が付与される。よって、試料を乾燥後、質量分析用チップ１００ごとＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ等の質量分析に供する場合、孔１０３を質量分析装置の電極として、電位を印可することが可能となるため、質量分析装置を簡易化することができる。また、質量分析の際に基板１０１の構成材料が試料とともにレーザー照射により気化することを抑制することができるため、測定精度、感度を向上させることができる。
【００２９】
また、マーク１０５は、試料の位置に確実にレーザー光を照射するための位置合わせとして設けられており、たとえば図２に示されるような十字型とすることができる。図２では、マーク１０５は、孔１０３の底面中心から一定距離の位置に設けられている。
【００３０】
質量分析装置の際には、基板１０１上面をモニタし、マーク１０５の位置を検知する。得られたマーク１０５の位置情報に基づき基板１０１またはレーザー光の照射位置を設定することにより、レーザー光の照射部位と試料の位置との位置合わせの精度が向上される。マーク１０５は、たとえば基板の四隅等数箇所に設け、それぞれのマーク１０５を用いて基板全体の位置あわせを行ってもよい。マーク１０５を基板１０１上に１箇所設ける態様としてもよいが、複数箇所とすることにより位置あわせの精度が向上し、また、基板回転角度の補正等にも有効に用いることができる。また図２に示されるように、それぞれの孔に対応したマーク１０５を設け、各スポットの位置あわせを行ってもよい。
【００３１】
次に、質量分析用チップ１００の作製方法について説明する。基板１０１にプラスチック材料を用いる場合、エッチングやエンボス成形等の金型を用いたプレス成形、射出成形、光硬化による形成等、基板１０１の材料の種類に適した公知の方法で行うことができる。
【００３２】
孔１０３の幅は、レーザー光のスポットサイズに基板の位置ずれに対する補償を加えた程度の大きさとすることが好ましく、レーザー光のスポットサイズに応じて設定されるが、たとえば５０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。なお、本実施形態において、「スポットサイズ」は、レーザー光のスポットが円形または楕円形である場合は最大径を指し、スポットが矩形である場合には最大幅を指す。また、孔１０３の深さは、たとえば１０μｍ以上１０００μｍ以下とすることができる。
【００３３】
なお、基板１０１として表面の面方位が（１１０）のシリコン基板を用いた場合、たとえばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液、または水酸化カリウム水溶液等を用いたウェットエッチングにより孔１０３を形成することができる。孔１０３を劈開面である（１−１１）面または（−１１１）面に沿って形成することにより、基板１０１に実質的に垂直な側壁および基板１０１に実質的に平行な底面を有する孔１０３を形成することができる。ウェットエッチングを用いることにより、迅速に孔１０３を形成することができ、質量分析用チップ１００の製造を効率よく行うことができる。
【００３４】
このようにして得られた質量分析用チップ１００を用いると、たとえば乾燥した試料を、質量分析用チップ１００ごとＬＤＩ−ＴＯＦＭＳに供することができる。この場合、孔１０３を形成した後、孔１０３の表面に、金属膜（不図示）を設けることが好ましい。金属膜の材料は、たとえばＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどとすることができる。また、これらは蒸着またはスパッタ等の成膜法、あるいは無電解めっき等のめっき技術により形成することができる。
【００３５】
孔１０３の表面に金属膜を形成することにより、導電性が付与される。よって、試料を乾燥後、質量分析用チップ１００ごと質量分析に供する場合、孔１０３を質量分析装置の電極として、電位を印可することが可能となるため、質量分析装置を簡易化することができる。また、質量分析の際に基板１０１の構成材料が試料とともにレーザー照射により気化することが抑制されるため、測定精度、感度を向上させることができる。また、製造コストが低減されるため、質量分析用チップ１００を試料毎に使い捨てにすることもできる。使い捨てとした場合、電極板を試料毎に洗浄するステップが不要となり、作業が簡便になるとともに、測定精度の向上も可能である。
【００３６】
質量分析用チップ１００を質量分析の試料保持部とする場合、質量分析用チップ１００に試料および必要に応じてマトリックスの溶液をマイクロピペット等を用いて滴下する。試料量は孔１０３の形状に応じて適宜設定することができるが、たとえば１μｌとすることができる。
【００３７】
乾燥後の試料は、質量分析用チップ１００ごと質量分析装置にセットし、質量分析を行う。本実施形態においては、以下質量分析がＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ（Ｍａｔｒｉｘ−ＡｓｓｉｓｔｅｄＬａｓｅｒＤｅｓｏｒｐｔｉｏｎＩｏｎｉｚａｔｉｏｎ−ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置）である場合を例に説明する。図８は、質量分析装置の構成を示す概略図である。図８において、試料台上に質量分析用チップ１００が設置される。マーク１０５の位置情報を位置情報取得部（不図示）において検知することにより、試料台上の孔１０３の位置が取得される。そして、取得された位置情報に基づいて、測定対象の孔１０３がレーザー光の照射位置に設置されるように試料台が移動される。分析の際には、真空下で乾燥試料に波長３３７ｎｍの窒素ガスレーザーが照射される。すると、乾燥試料はマトリックスとともに気化する。質量分析用チップ１００に形成された金属膜を電圧付与手段（不図示）に接続し、電圧を印可することにより、気化した試料は真空中を飛行し、リフレクター検知器、リフレクター、およびリニアー検知器を含む検出部において検出される。
【００３８】
したがって、質量分析用チップ１００中の液体を完全に乾燥させた後、質量分析用チップ１００をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ装置の真空槽に設置し、これを試料保持部としてＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳを行うことが可能である。
【００３９】
ここで、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ用のマトリックスは、測定対象物質に応じて適宜選択されるが、たとえば、シナピン酸、α−ＣＨＣＡ（α−シアノ−４−ヒドロキシ桂皮酸）、２，５−ＤＨＢ（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，５−ＤＨＢおよびＤＨＢｓ（５−メトキシサリチル酸）の混合物、ＨＡＢＡ（２−（４−ヒドロキシフェニルアゾ）安息香酸）、３−ＨＰＡ（３−ヒドロキシピコリン酸）、ジスラノール、ＴＨＡＰ（２，４，６−トリヒドロキシアセトフェノン）、ＩＡＡ（トランス−３−インドールアクリル酸）、ピコリン酸、ニコチン酸等を用いることができる。
【００４０】
なお、図９は本実施形態の質量分析用チップを含む質量分析システムのブロック図である。このシステムは、この図９に示すように、試料１００１について、夾雑物をある程度除去する精製１００２、不要成分１００４を除去する分離１００３、分離した試料の前処理１００５、前処理後の試料の乾燥１００６、質量分析による同定１００７、の各ステップを実行する手段を備えている。
【００４１】
ここで、本実施形態の質量分析用チップによる乾燥は、乾燥１００６および質量分析による同定１００７のステップに対応している。また、精製１００２のステップにはたとえば血球等の巨大成分のみを除去するための分離装置等を用いる。分離１００３には、二次元電気泳動やキャピラリー電気泳動、アフィニティークロマトグラフィー等の手法を用いる。前処理１００５では、上述のトリプシン等を用いた低分子化等を行う。精製１００２から前処理１００５までのステップのうち、適宜選択したステップまたはすべてのステップは、一枚のマイクロチップ１００８上で行うこともできる。試料をマイクロチップ１００８上で連続的に処理し、その後、前処理１００５まで行った試料を本件の質量分析用チップにより乾燥から質量分析までのステップを行うことで、微量の成分についても損出が少ない方法で効率よく確実に同定を行うことが可能となる。
【００４２】
（第二の実施形態）
図３（ａ）は、本実施形態に係る質量分析用チップ１０９の構成を示す図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ’方向の断面を拡大した図である。質量分析用チップ１０９においては、第一の実施形態と同様に基板１０１に孔１０７およびマーク１０５が設けられているが、図３（ｂ）に示されるように、孔１０７の断面は角錐台形であり、表面に金属膜１１１および撥水膜１１３がこの順で形成されている。
【００４３】
孔１０７の上面の幅は、試料を滴下するピペットの大きさ等に応じて適宜設定される。また、質量分析用チップ１０９を質量分析装置における試料台として、乾燥試料の質量分析を行う場合、孔１０７の底面の幅は、質量分析において照射されるレーザー光のスポットサイズに応じて適宜設定される。
【００４４】
質量分析用チップ１０９は、孔１０７の側面がテーパー状となっているため、試料の滴下が容易である。また孔１０７に滴下された試料は、滴下直後の液面１１５であるが、速やかに乾燥されて乾燥試料１１７となる。この際、試料乾燥部が凹状に形成されているため、液面１１５の滴下された液滴が基板１０１表面を転がって移動することなく、所望の場所で安定する。
【００４５】
質量分析用チップ１０９は、面方位が（１００）のシリコン基板に第一の実施形態と同様にしてウェットエッチングを施すことにより得られる。このとき、断面が略Ｖ字型の孔１０７が形成される。このように、本実施形態の質量分析用チップ１０９では、孔１０７の底面と上面の径が異なるため、それぞれの大きさを最適化した設計とすることができる。このとき、孔１０７の上面の径をピペット径と同程度とし、底面の径をレーザー光のスポットサイズと同程度とすることにより、試料の滴下、質量分析時のレーザー光照射のそれぞれの条件に最適化することが可能となる。
【００４６】
そして、第一の実施形態と同様にして、基板１０１の前面に金属膜１１１を形成する。さらに、孔１０７の底面を除く領域に、撥水膜１１３を形成する。撥水膜１１３の材料としては、たとえばテフロン（登録商標）等のフルオロカーボン系材料や、ヘキサメチルジシラザン等を用いることができる。また、その形成方法として、たとえば塗布法を採用することができる。
【００４７】
孔１０７の側面に撥水膜１１３を形成することにより、試料液体をより効率よく孔１０７の底面に誘導し、乾燥させることができるため、試料の濃縮効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
なお、本実施形態においては撥水膜１１３を形成するかわりに、孔１０７の底面に親水膜を形成しても、試料液体が孔１０７の底部に効率よく誘導され、濃縮効率を向上させることができる。なお、孔１０７の底部が金属膜１１１である場合も、底面が比較的親水性であるため、乾燥効率に優れる構成である。
【００４９】
（第三の実施形態）
図４は本実施形態に係る質量分析用チップの構成を示す図である。本実施形態の質量分析用チップは、第二の実施形態に記載の質量分析用チップにおいて、孔１０７の底面から突出した、親液表面をその側面に有する突起構造のアレイにより構成される、ナノスポンジ１１９が形成された構成となっている。基板１０１前面に金属膜１１１が形成され、孔１０７の側面には撥水膜１１３が形成されている。本実施形態では突起構造の上部にも撥水膜１１３が形成されているが、ナノスポンジ１１９の構成によっては形成しない場合もある。図４（ａ）は孔１０７近傍の拡大斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’方向の断面図である。
【００５０】
孔１０７の底面にナノスポンジ１１９を設けた場合、毛細管現象によって孔１０７に充填された試料液体は突起部の上面まで液面が上昇して止まり、乾燥する。乾燥とともに、ナノスポンジ１１９の上面に乾燥試料１１７が堆積する。したがって、試料が膜状に乾燥しやすく、試料の結晶化に伴う試料表面の平坦性の劣化を抑制できる。たとえば、試料表面の算術平均粗さを０．１μｍ以下とすることができる。このように乾燥後の試料表面が平坦となり、単一の試料乾燥部内で試料表面の高さを一定に制御することが可能となるため、ＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ測定において飛行時間に起因する誤差を減少させることが可能となる。さらに同一チップ上に形成された複数個ある試料乾燥部間においても、乾燥後の試料表面の高さを一定にできる。
【００５１】
ナノスポンジ１１９の構成としては、たとえば、多数の柱状体を形成することができる。このとき、柱状体の形状は、たとえば円柱、三角柱、四角柱等断面が多角形の柱状体等とすることができる。柱状体が擬円形断面以外の断面を有する形状とした場合、柱状体の側面に凹凸が付与されるため、側面の表面積をより一層大きくすることができる。また毛細管現象による液体吸収力をより一層向上させることができる。また、使用するレーザーの波長を考慮して柱状体の周期や柱状体間の間隙を設計することにより、レーザーの吸収効率を向上させることができる。また、柱状体ではなく、円錐、角錐等の錐体としてもよい。錐体を用いた場合には、対応するレーザー波長に幅を持たせることができる。
【００５２】
なお、図４の質量分析用チップにおいては、柱状体を形成することによりナノスポンジ１１９構造を設けていたが、柱状体を配設する構成にかわり、多孔質シリコン、ポーラスアルミナ、等の多孔質物質を孔１０７の底面に充填した構造としてもよい。図６は、図１の質量分析用チップにおける孔１０３の内部が多孔質構造１２３となっている例である。
【００５３】
図７は、図６の質量分析用チップに試料が充填される様子を説明するための図である。図７（ａ）に示されるように、多孔質構造１２３の上面に試料液体１２５が滴下されると、毛細管現象により、図７（ｂ）に示されるように多孔質構造１２３の内部に速やかに試料液体１２５は浸透する。
【００５４】
さらに、ナノスポンジ１１９としてビーズ等を充填した構造を採用してもよい。図５は、孔１０３の内部にビーズ１２１が充填された質量分析用チップの例である。ビーズ１２１となる材料は、表面が比較的親水性であれば特に制限がない。疎水性の高い材料の場合、表面を親水化してもよい。たとえば、ガラス等の無機材料や、各種有機・無機ポリマー等が用いられる。また、充填した際に水の流路が確保されればビーズの形状に特に制限はなく、粒子状や針状、板状等とすることができる。
【００５５】
このように、ナノスポンジ１１９の態様として種々の構成が挙げられるが、乾燥試料の表面の高さを一定にするという観点では、図４に示される柱状体が形成された構成が好ましい。前述のように柱状体を形成することにより質量分析においてレーザー光照射により気化したイオンの飛行時間の誤差を低減することが可能となる。
【００５６】
以上、本発明を実施形態に基づき説明した。これら実施形態は例示であり、各構成要素や各製造工程の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５７】
たとえば、本実施形態に係るいずれかの質量分析用チップにおいて、孔の底面にマトリックス溶液があらかじめ塗布された構成とすることができる。こうすることにより、試料溶液を孔に滴下し、乾燥すればマトリックスと混合された乾燥試料が簡便に得られ、操作がより簡便になる。マトリックス溶液を塗布する方法としては、撥水膜１１３を設けることにより、基板１０１をマトリックス溶液に浸漬し、引き上げ、乾燥させるという簡単なステップで可能となる。
【００５８】
さらに、基板自体にマトリックス材料を混合しておき、孔の側面等に金属層を有しない露出部を設けておき、試料溶液を直接滴下して乾燥させる構成とすることもできる。
【００５９】
また、孔の形状は質量分析において照射されるレーザー光の強度分布に基づいてより詳細に測定精度を高めるための設計とすることができる。たとえば、レーザー光の強度が高い部分ほど孔の深さを深くし、強度が比較的弱い部分は孔の深さを浅くすれば、気化した試料のうちの同一の成分、たとえばタンパク質の加水分解物の場合同一フラグメント、の検出器までの飛行時間をレーザー光の照射領域内で一定とすることができる。このとき、前述のように基板にマークを形成しておけば、各孔にレーザー光を照射する際の位置あわせを確実にすることができる。マークは、たとえば基板の四隅等の数カ所に設けてもよいし、それぞれの孔に対応して設けてもよい。
【００６０】
また、孔の形状に加え、さらに電極すなわち金属膜の形状や構造を最適化することにより、質量分析においてイオンの引き出し強度を強めたり、イオンの飛行経路を基板に平行な向きに収束することが可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板の表面に形成された凹部からなる試料乾燥部とを有し、凹部の少なくとも一部に金属層が設けられているとにより、試料、特に微量の試料を効率よく濃縮し、乾燥するためのＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ用質量分析用チップが実現される。また、本発明によれば、試料を乾燥した後、ＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ測定の基板として用いるための質量分析用質量分析用チップが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の質量分析用試料調製方法を説明するための図である。
【図２】本実施形態に係る質量分析用チップの構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係る質量分析用チップの構成を示す図である。
【図４】本実施形態に係る質量分析用チップの構成を示す図である。
【図５】本実施形態に係る質量分析用チップの構成を示す図である。
【図６】本実施形態に係る質量分析用チップの構成を示す図である。
【図７】図７は、図６の質量分析用チップに試料が充填される様子を説明するための図である。
【図８】質量分析装置の構成を示す概略図である。
【図９】本実施形態の質量分析用チップを含む質量分析システムのブロック図である。
【符号の説明】
１００質量分析用チップ
１０１基板
１０３孔
１０５マーク
１０７孔
１０９質量分析用チップ
１１１金属膜
１１３撥水膜
１１５滴下直後の液面
１１７乾燥試料
１１９ナノスポンジ
１２１ビーズ
１２３多孔質構造
１２５試料液体
１００１試料
１００２精製
１００３分離
１００４不要成分
１００５前処理
１００６乾燥
１００７質量分析による同定
１００８マイクロチップ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass spectrometry chip, a laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer using the same, and a mass spectrometry system.
[0002]
[Prior art]
Mass spectrometers such as LDI-TOFMS (Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometer) have been proposed as a method for efficiently ionizing a polymer compound and performing mass spectrometry. I have. When preparing an LDI-TOFMS measurement sample, when an ion generation promoting material called a matrix is used, the sample solution and the matrix solution are mixed, and the mixture is dropped on the surface of a metal plate using a micropipette or the like. When a matrix is not used, the sample solution is similarly dropped on a flat plate.
[0003]
FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional method for preparing a sample for mass spectrometry. FIG. 1A is a cross-sectional view showing a state where the sample solution 131 is dropped on the surface of the drying substrate 133, and FIG. 1B is a top view thereof. As shown in FIG. 1B, the maximum width of the dropped sample solution 131 is significantly larger than the maximum spot size 135 of the laser beam. For this reason, the sample concentration per unit area is small and a relatively large amount of sample is required, and the sample preparation method is not always suitable for analyzing a small amount of sample such as a biological component.
[0004]
[Unlicensed Document 1]
Simon Ekstrom et al., "Analytical Chemistry", American Chemical Society, 2001, Vol. 73, p. 214-219
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a chip for mass spectrometry for LDI-TOFMS for efficiently concentrating and drying a sample, particularly a trace amount of sample. Another object of the present invention is to provide a mass spectrometry chip to be used as a substrate for LDI-TOFMS measurement after drying a sample.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a chip for drying a liquid sample to prepare a sample for laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry, comprising a substrate and a sample drying unit formed in a concave shape on the surface of the substrate. A mass spectrometry chip having a metal layer on at least a part of the sample drying unit.
[0007]
In the chip for mass spectrometry according to the present invention, since the sample drying portion is formed in a concave shape, the solution does not spread when the sample solution is dropped, and a dried sample corresponding to the bottom shape of the sample drying portion can be obtained. it can. Therefore, the bottom area of the dried sample can be reduced by reducing the shape of the bottom surface of the sample drying unit. Therefore, when preparing a sample for mass spectrometry, it is possible to obtain a dry sample having a size approximately equal to the spot size of the laser beam irradiated at the time of mass spectrometry. Therefore, it is possible to increase the sample concentration at the laser beam irradiation site. Further, even a small amount of liquid sample can be efficiently dried in the concave sample drying section, and accurate analysis can be performed.
[0008]
In addition, the chip for mass spectrometry according to the present invention has a metal layer formed on at least a part of the sample drying unit, and thus can be used together with the chip for mass spectrometry as a sample holding unit of a mass spectrometer. By using the metal layer as the electrode, the evaporated dry sample can be efficiently flown.
[0009]
Further, since the chip for mass spectrometry of the present invention is a chip, it can be disposable, in which case a washing operation of the chip is not required. Therefore, work efficiency is improved and contamination of the sample is prevented.
[0010]
In the chip for mass spectrometry of the present invention, the substrate may be formed of an organic material. This facilitates the formation of the sample drying section. Therefore, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing stability can be improved.
[0011]
According to the present invention, a chip for drying a liquid sample to prepare a sample for laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry, comprising a substrate and a sample drying unit formed in a concave shape on the surface of the substrate. A mass spectrometry chip is provided, wherein a substance for promoting laser desorption ionization of the sample is disposed in the sample drying section.
[0012]
In the chip for mass spectrometry according to the present invention, since a substance that promotes laser desorption ionization of the sample is disposed in the sample drying section, when the liquid sample is introduced into the sample drying section, a part of this promoting substance is used. Is dissolved and mixed with the sample. For this reason, the accelerating substance is also mixed in the dried sample. Therefore, it is not necessary to add a drying accelerating substance to a sample and dry the sample as in the related art, and it is possible to more easily prepare a dry sample for mass spectrometry.
[0013]
According to the present invention, a chip for drying a liquid sample to prepare a sample for laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry, comprising a substrate and a sample drying unit formed in a concave shape on the surface of the substrate. A chip for mass spectrometry, comprising: a positioning mark used for positioning a sample when performing laser desorption ionization on the surface of the substrate.
[0014]
According to the chip for mass spectrometry according to the present invention, since the mark for detecting the position of the sample drying unit is formed, when the liquid sample is dried and subjected to mass spectrometry, the position of the sample drying unit is securely determined. And the analysis can be reliably performed. Furthermore, the bottom area of the sample drying section can be reduced with the improvement of the positioning accuracy, and the bottom shape of the sample drying section can be set to a size obtained by adding compensation for the displacement of the substrate to the spot size of the laser beam. .
[0015]
In the chip for mass spectrometry according to the present invention, the sample drying section may have a bottom surface and side surfaces, and the liquid sample may be selectively attached to the bottom surface.
[0016]
In the chip for mass spectrometry according to the present invention, the liquid sample selectively adheres to the bottom surface, so that the dry sample can be selectively deposited on the bottom surface. For this reason, adhesion of the dried sample to the side surface is suppressed, and the sample concentration at the laser beam irradiation site can be increased.
[0017]
The chip for mass spectrometry of the present invention may be configured such that a plurality of protrusions are formed on the bottom surface of the sample drying unit. By doing so, the sample liquid introduced into the sample drying section is guided to the projection by capillary action. Then, the liquid surface rises to the upper surface of the protrusion, stops, and dries. Therefore, it is possible to dry the liquid sample so that the height of the upper surface of the dried sample is constant within a single sample drying unit or between a plurality of sample drying units arranged on the same chip. Become. For this reason, the error of the flight time of the sample in the laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry can be reduced, and the measurement accuracy can be improved.
[0018]
In the chip for mass spectrometry of the present invention, the bottom surface may have a lyophilic surface and the side surface may have a lyophobic surface or a lyophobic surface. Thus, in the process of drying the liquid sample filled in the sample drying unit, the liquid sample is sequentially guided from the side having the lyophobic surface or the lyophobic surface to the bottom having the lyophilic surface. Therefore, the dried sample can be selectively deposited on the bottom area.
[0019]
In the chip for mass spectrometry of the present invention, a plurality of the sample drying units may be formed in an array on the surface of the substrate. By doing so, a plurality of liquid samples can be dried at the same time, and mass analysis of the dried samples can be sequentially performed for each sample drying unit. Therefore, the sample can be efficiently dried and analyzed.
[0020]
According to the present invention, there is provided a laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer including a sample drying unit formed on the mass spectrometry chip according to any one of the above as a sample holding unit, and irradiating the sample with laser light. A light source, a support unit that supports the mass spectrometry chip, a position information acquisition unit that acquires position information of the sample drying unit in the mass analysis chip, and the position information acquired by the position information acquisition unit. Moving means for moving the chip for mass spectrometry based on the mark, the chip for mass spectrometry has a mark for detecting the position of the sample drying unit, and the position information acquisition unit corresponds to the position of the mark And a laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometer characterized by acquiring position information of the sample drying section.
[0021]
In the laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer according to the present invention, a dried sample can be prepared in the sample drying section, and can be used as a sample holding section for the dried sample during analysis. Therefore, there is no need to move the dried sample to the sample holding unit of the mass spectrometer, and the sample can be efficiently prepared and analyzed.
[0022]
Further, the position of the sample drying unit can be reliably obtained from the position of the mark provided on the chip for mass spectrometry, and the position of the chip for mass spectrometry can be adjusted so that the laser beam is irradiated on the sample drying unit. For this reason, the alignment accuracy at the time of analysis can be improved. Even when a mass spectrometry chip provided with a plurality of sample drying sections is sequentially measured for each sample drying section, the irradiation position of the laser beam can be adjusted with high accuracy for each sample drying section.
[0023]
In the laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer of the present invention, the sample holding unit has a bottom surface and a side surface, and the width of the bottom surface is approximately equal to the spot size of the laser light applied to the bottom surface. Can be configured. By configuring the width of the bottom surface to be substantially equal to the spot size of the laser light, the dry sample concentration at the laser light irradiation site can be increased. Therefore, the analysis sensitivity is improved. As an example of “configured to be approximately equal to the spot size of the laser light”, for example, a configuration in which the size is obtained by adding compensation for the displacement of the substrate to the spot size of the laser light can be cited.
[0024]
According to the present invention, separation means for separating a biological sample according to molecular size or properties, pretreatment means for performing pretreatment including enzyme digestion treatment on the sample separated by the separation means, And a mass spectrometer for mass-specifying the dried sample, wherein the drying unit includes the mass spectrometry chip. Here, the biological sample may be extracted from a living body or synthesized.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a small-sized chip for mass spectrometry for easily and efficiently concentrating or drying a sample will be described. This chip for mass spectrometry can be used as a sample holder of a mass spectrometer such as LDI-TOFMS.
[0026]
(First embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the mass spectrometry chip 100 according to the present embodiment. In the chip for mass spectrometry 100, a hole 103 and a mark 105 are formed in a substrate 101.
[0027]
As a material of the substrate 101, a plastic material is used. Further, glass such as quartz, silicon, or the like may be used. Examples of the plastic material include a thermoplastic resin such as silicone resin, PMMA (polymethyl methacrylate), PET (polyethylene terephthalate), and PC (polycarbonate), and a thermosetting resin such as an epoxy resin. Since such a material is easily formed, the manufacturing cost of the chip for mass spectrometry can be reduced.
[0028]
When these materials are used, a metal film may be formed on at least the entire surface of the hole 103. By forming a metal film on the surface, conductivity is imparted. Therefore, when the sample is dried and subjected to mass spectrometry such as LDI-TOFMS together with the mass spectrometry chip 100, the potential can be applied using the hole 103 as an electrode of the mass spectrometer. Can be In addition, since the constituent material of the substrate 101 can be prevented from being vaporized by laser irradiation together with the sample during mass analysis, measurement accuracy and sensitivity can be improved.
[0029]
Further, the mark 105 is provided as an alignment for surely irradiating the position of the sample with the laser beam, and may be, for example, a cross shape as shown in FIG. In FIG. 2, the mark 105 is provided at a position at a fixed distance from the center of the bottom surface of the hole 103.
[0030]
In the case of the mass spectrometer, the upper surface of the substrate 101 is monitored, and the position of the mark 105 is detected. By setting the irradiation position of the substrate 101 or the laser light based on the obtained position information of the mark 105, the accuracy of the alignment between the irradiation part of the laser light and the position of the sample is improved. For example, the marks 105 may be provided at several places such as the four corners of the substrate, and the position of the entire substrate may be adjusted using the respective marks 105. The mark 105 may be provided at one place on the substrate 101, but by providing a plurality of places, the accuracy of alignment is improved, and the mark 105 can be effectively used for correcting the rotation angle of the substrate. Further, as shown in FIG. 2, marks 105 corresponding to the respective holes may be provided, and the respective spots may be aligned.
[0031]
Next, a method for manufacturing the chip for mass spectrometry 100 will be described. When a plastic material is used for the substrate 101, a known method suitable for the type of the material of the substrate 101, such as press molding using a mold such as etching or embossing, injection molding, or photocuring, can be used.
[0032]
The width of the hole 103 is preferably set to a size obtained by adding compensation for the displacement of the substrate to the spot size of the laser beam, and is set according to the spot size of the laser beam. be able to. In the present embodiment, the “spot size” indicates the maximum diameter when the spot of the laser beam is circular or elliptical, and indicates the maximum width when the spot is rectangular. Further, the depth of hole 103 can be, for example, not less than 10 μm and not more than 1000 μm.
[0033]
When a silicon substrate having a surface orientation of (110) is used as the substrate 101, the holes 103 are formed by wet etching using, for example, a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution or a potassium hydroxide aqueous solution. Can be. By forming the hole 103 along the (1-11) plane or the (-111) plane, which is a cleavage plane, the hole 103 having a side wall substantially perpendicular to the substrate 101 and a bottom surface substantially parallel to the substrate 101. Can be formed. By using wet etching, the holes 103 can be formed quickly, and the mass spectrometry chip 100 can be manufactured efficiently.
[0034]
When the mass spectrometry chip 100 thus obtained is used, for example, a dried sample together with the mass spectrometry chip 100 can be subjected to LDI-TOFMS. In this case, it is preferable to provide a metal film (not shown) on the surface of the hole 103 after the hole 103 is formed. The material of the metal film can be, for example, Pt, Au, Ag, Al, or the like. Further, these can be formed by a film forming method such as vapor deposition or sputtering, or a plating technique such as electroless plating.
[0035]
By forming a metal film on the surface of the hole 103, conductivity is imparted. Therefore, when the sample is dried and subjected to mass spectrometry with the mass spectrometry chip 100, the potential can be applied using the hole 103 as an electrode of the mass spectrometer, so that the mass spectrometer can be simplified. . In addition, since the constituent material of the substrate 101 is prevented from being vaporized by laser irradiation together with the sample during mass analysis, measurement accuracy and sensitivity can be improved. Further, since the manufacturing cost is reduced, the mass spectrometry chip 100 can be disposable for each sample. In the case of disposable, the step of washing the electrode plate for each sample is not required, so that the operation is simplified and the measurement accuracy can be improved.
[0036]
When the mass spectrometry chip 100 is used as a sample holder for mass spectrometry, a sample and, if necessary, a matrix solution are dropped on the mass spectrometry chip 100 using a micropipette or the like. The amount of the sample can be appropriately set according to the shape of the hole 103, and can be, for example, 1 μl.
[0037]
The dried sample is set on a mass spectrometer together with the mass spectrometry chip 100, and mass spectrometry is performed. In the present embodiment, an example in which the mass spectrometry is MALDI-TOFMS (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Mass Spectrometer: matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer) will be described as an example. FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the mass spectrometer. In FIG. 8, a mass spectrometry chip 100 is set on a sample stage. By detecting the position information of the mark 105 by a position information obtaining unit (not shown), the position of the hole 103 on the sample table is obtained. Then, based on the acquired position information, the sample stage is moved so that the hole 103 to be measured is set at the irradiation position of the laser beam. At the time of analysis, the dried sample is irradiated with a nitrogen gas laser having a wavelength of 337 nm under vacuum. Then, the dried sample is vaporized together with the matrix. By connecting the metal film formed on the mass spectrometry chip 100 to a voltage applying means (not shown) and applying a voltage, the vaporized sample flies in a vacuum, and the reflector detector, the reflector, and the linear detector Are detected by the detection unit including.
[0038]
Therefore, after the liquid in the chip for mass spectrometry 100 is completely dried, the chip for mass spectrometry 100 is set in a vacuum tank of a MALDI-TOFMS apparatus, and the MALDI-TOFMS can be performed using the chip as a sample holder. is there.
[0039]
Here, the matrix for MALDI-TOFMS is appropriately selected depending on the substance to be measured. For example, sinapinic acid, α-CHCA (α-cyano-4-hydroxycinnamic acid), 2,5-DHB (2 , 5-Dihydroxybenzoic acid), a mixture of 2,5-DHB and DHBs (5-methoxysalicylic acid), HABA (2- (4-hydroxyphenylazo) benzoic acid), 3-HPA (3-hydroxypicolinic acid), Disulanol, THAP (2,4,6-trihydroxyacetophenone), IAA (trans-3-indoleacrylic acid), picolinic acid, nicotinic acid and the like can be used.
[0040]
FIG. 9 is a block diagram of a mass spectrometry system including the mass spectrometry chip of the present embodiment. As shown in FIG. 9, the system comprises a purification 1002 for removing some impurities, a separation 1003 for removing unnecessary components 1004, a pretreatment 1005 for the separated sample, and a drying 1006 for the sample after the pretreatment. , Identification 1007 by mass spectrometry.
[0041]
Here, the drying by the chip for mass spectrometry of the present embodiment corresponds to the steps of drying 1006 and identification 1007 by mass spectrometry. In the step of purification 1002, for example, a separation device for removing only giant components such as blood cells is used. For the separation 1003, a technique such as two-dimensional electrophoresis, capillary electrophoresis, or affinity chromatography is used. In the pretreatment 1005, the molecular weight is reduced using trypsin or the like. Of the steps from the purification 1002 to the pretreatment 1005, appropriately selected steps or all steps can be performed on one microchip 1008. The sample is continuously processed on the microchip 1008, and then the sample that has been subjected to the pretreatment 1005 is subjected to the steps from drying to mass analysis using the mass spectrometry chip of the present case, so that even a small amount of components can be lost. Identification can be performed efficiently and reliably with a small number of methods.
[0042]
(Second embodiment)
FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration of the mass spectrometry chip 109 according to the present embodiment. FIG. 3B is an enlarged view of a section taken along the line AA ′ in FIG. In the chip for mass spectrometry 109, a hole 107 and a mark 105 are provided in the substrate 101 as in the first embodiment, but as shown in FIG. 3B, the cross section of the hole 107 is a truncated pyramid. In addition, a metal film 111 and a water-repellent film 113 are formed on the surface in this order.
[0043]
The width of the upper surface of the hole 107 is appropriately set according to the size of the pipette into which the sample is dropped. When the mass spectrometry chip 109 is used as a sample stage in a mass spectrometer to perform mass spectrometry of a dry sample, the width of the bottom surface of the hole 107 is appropriately set according to the spot size of the laser beam irradiated in the mass spectrometry. You.
[0044]
Since the side surface of the hole 107 is tapered in the mass spectrometry chip 109, the sample can be easily dropped. The sample dropped into the hole 107 is the liquid surface 115 immediately after the drop, but is quickly dried to become the dried sample 117. At this time, since the sample drying section is formed in a concave shape, the droplet dropped on the liquid surface 115 does not roll over the surface of the substrate 101 and stabilizes at a desired place.
[0045]
The mass analysis chip 109 is obtained by performing wet etching on a silicon substrate having a plane orientation of (100) in the same manner as in the first embodiment. At this time, a hole 107 having a substantially V-shaped cross section is formed. As described above, in the chip for mass spectrometry 109 of the present embodiment, since the diameter of the bottom surface and the diameter of the top surface of the hole 107 are different, it is possible to design each size to be optimized. At this time, by making the diameter of the upper surface of the hole 107 approximately the same as the diameter of the pipette and making the diameter of the bottom approximately the same as the spot size of the laser beam, the conditions for dropping the sample and irradiating the laser beam during mass spectrometry can be satisfied. It is possible to optimize.
[0046]
Then, similarly to the first embodiment, a metal film 111 is formed on the front surface of the substrate 101. Further, a water-repellent film 113 is formed in a region excluding the bottom surface of the hole 107. As a material of the water-repellent film 113, for example, a fluorocarbon-based material such as Teflon (registered trademark), hexamethyldisilazane, or the like can be used. Further, as a forming method, for example, a coating method can be adopted.
[0047]
By forming the water-repellent film 113 on the side surface of the hole 107, the sample liquid can be more efficiently guided to the bottom surface of the hole 107 and dried, so that the concentration efficiency of the sample can be improved.
[0048]
In the present embodiment, even if a hydrophilic film is formed on the bottom surface of the hole 107 instead of forming the water-repellent film 113, the sample liquid can be efficiently guided to the bottom of the hole 107 to improve the concentration efficiency. it can. Note that, even when the bottom of the hole 107 is the metal film 111, the bottom is relatively hydrophilic, so that the configuration is excellent in drying efficiency.
[0049]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a view showing the configuration of the chip for mass spectrometry according to the present embodiment. The chip for mass spectrometry of the present embodiment is the same as the chip for mass spectrometry described in the second embodiment, except that the nanometer is constituted by an array of protrusions projecting from the bottom surface of the hole 107 and having a lyophilic surface on its side surface. It has a configuration in which a sponge 119 is formed. A metal film 111 is formed on the front surface of the substrate 101, and a water-repellent film 113 is formed on a side surface of the hole 107. In this embodiment, the water-repellent film 113 is formed also on the upper part of the projection structure, but may not be formed depending on the configuration of the nano sponge 119. 4A is an enlarged perspective view of the vicinity of the hole 107, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB 'of FIG. 4A.
[0050]
When the nano sponge 119 is provided on the bottom surface of the hole 107, the liquid level of the sample liquid filled in the hole 107 rises to the upper surface of the protrusion due to the capillary phenomenon and stops, and the sample liquid is dried. Upon drying, the dried sample 117 is deposited on the upper surface of the nano sponge 119. Therefore, the sample is easily dried in a film form, and the deterioration of the flatness of the sample surface due to the crystallization of the sample can be suppressed. For example, the arithmetic average roughness of the sample surface can be set to 0.1 μm or less. As described above, the sample surface after drying becomes flat, and the height of the sample surface can be controlled to be constant within a single sample drying unit, so that errors caused by flight time in the LDI-TOFMS measurement are reduced. It becomes possible. Further, even between a plurality of sample drying sections formed on the same chip, the height of the dried sample surface can be kept constant.
[0051]
As a configuration of the nano sponge 119, for example, a large number of columnar bodies can be formed. At this time, the shape of the columnar body may be, for example, a columnar body having a polygonal cross section such as a circular column, a triangular column, or a quadrangular column. When the column has a shape having a cross section other than the pseudo-circular cross section, irregularities are provided on the side surface of the column, so that the surface area of the side surface can be further increased. Further, the liquid absorbing power due to the capillary phenomenon can be further improved. Further, by designing the period of the pillars and the gap between the pillars in consideration of the wavelength of the laser to be used, the absorption efficiency of the laser can be improved. Also, instead of a columnar body, a cone such as a cone or a pyramid may be used. When a cone is used, the corresponding laser wavelength can have a certain width.
[0052]
In the chip for mass spectrometry of FIG. 4, the nano-sponge 119 structure is provided by forming a column. However, instead of disposing the column, a porous silicon, porous alumina, etc. A structure in which a substance is filled in the bottom surface of the hole 107 may be employed. FIG. 6 is an example in which the inside of the hole 103 in the chip for mass spectrometry of FIG.
[0053]
FIG. 7 is a diagram for explaining how the sample is filled in the chip for mass spectrometry of FIG. 6. As shown in FIG. 7A, when the sample liquid 125 is dropped on the upper surface of the porous structure 123, it quickly enters into the porous structure 123 as shown in FIG. The sample liquid 125 permeates.
[0054]
Further, a structure filled with beads or the like may be adopted as the nano sponge 119. FIG. 5 shows an example of a mass spectrometry chip in which beads 121 are filled in holes 103. The material for the beads 121 is not particularly limited as long as the surface is relatively hydrophilic. In the case of a highly hydrophobic material, the surface may be made hydrophilic. For example, inorganic materials such as glass, and various organic and inorganic polymers are used. In addition, the shape of the beads is not particularly limited as long as the flow path of water is ensured at the time of filling.
[0055]
As described above, the nano sponge 119 may have various configurations. From the viewpoint of keeping the height of the surface of the dried sample constant, the configuration in which the columnar body illustrated in FIG. 4 is formed is preferable. By forming the columnar body as described above, it is possible to reduce the error in the flight time of ions vaporized by laser light irradiation in mass spectrometry.
[0056]
The present invention has been described based on the embodiments. It should be understood by those skilled in the art that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to the combination of each component and each manufacturing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention.
[0057]
For example, in any of the mass spectrometry chips according to the present embodiment, the matrix solution may be applied to the bottom surface of the hole in advance. By doing so, if the sample solution is dropped into the holes and dried, a dried sample mixed with the matrix can be easily obtained, and the operation becomes more simple. As a method of applying the matrix solution, the provision of the water-repellent film 113 enables the substrate 101 to be immersed in the matrix solution, pulled up, and dried in a simple step.
[0058]
Further, it is also possible to adopt a configuration in which a matrix material is mixed in the substrate itself, an exposed portion having no metal layer is provided on the side surface of the hole or the like, and the sample solution is directly dropped and dried.
[0059]
Further, the shape of the hole can be designed in more detail based on the intensity distribution of the laser beam irradiated in the mass spectrometry to improve the measurement accuracy. For example, if the intensity of the laser beam is higher, the depth of the hole is made deeper, and if the intensity of the laser light is relatively low, the depth of the hole is made smaller. In this case, the flight time to the detector of the same fragment can be kept constant within the laser light irradiation area. At this time, if the mark is formed on the substrate as described above, it is possible to ensure the alignment when irradiating each hole with the laser beam. The marks may be provided at several places, for example, at the four corners of the substrate, or may be provided corresponding to each hole.
[0060]
In addition to optimizing the shape and structure of the electrode or metal film in addition to the shape of the holes, it is possible to increase the extraction strength of ions in mass spectrometry and to converge the flight path of ions in a direction parallel to the substrate. It becomes possible.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a sample drying unit including a concave portion formed on the surface of the substrate, and the metal layer is provided on at least a part of the concave portion, the sample, especially a trace amount A chip for mass spectrometry for LDI-TOFMS for efficiently concentrating and drying a sample is realized. Further, according to the present invention, a chip for mass spectrometry for mass spectrometry to be used as a substrate for LDI-TOFMS measurement after drying a sample is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional method for preparing a sample for mass spectrometry.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a chip for mass spectrometry according to the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a chip for mass spectrometry according to the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a chip for mass spectrometry according to the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a chip for mass spectrometry according to the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a chip for mass spectrometry according to the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining how a sample is filled in the chip for mass spectrometry of FIG. 6;
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of a mass spectrometer.
FIG. 9 is a block diagram of a mass spectrometry system including the mass spectrometry chip of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
100 Chip for mass spectrometry
101 substrate
103 holes
105 mark
107 holes
109 Mass Spectrometry Chip
111 metal film
113 Water repellent film
115 Liquid level immediately after dropping
117 dried sample
119 Nano sponge
121 beads
123 porous structure
125 Sample liquid
1001 samples
1002 Purification
1003 separation
1004 Unnecessary ingredients
1005 Pre-processing
1006 drying
1007 Identification by mass spectrometry
1008 microchip

Claims

A chip for drying a liquid sample to prepare a sample for laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry, comprising: a substrate; and a sample drying unit formed in a concave shape on the surface of the substrate. A chip for mass spectrometry, comprising a metal layer on at least a part of the portion.

The mass spectrometry chip according to claim 1, wherein the substrate is formed of an organic material.

A chip for drying a liquid sample to prepare a sample for laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry, comprising: a substrate; and a sample drying unit formed in a concave shape on the surface of the substrate. A chip for mass spectrometry, wherein a substance that promotes laser desorption ionization of a sample is disposed in a portion.

A chip for drying a liquid sample to prepare a sample for laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry, comprising: a substrate; and a sample drying unit formed in a concave shape on the surface of the substrate. What is claimed is: 1. A mass spectrometry chip comprising a surface provided with an alignment mark used for aligning a sample when performing laser desorption ionization.

The chip for mass spectrometry according to any one of claims 1 to 4, wherein the sample drying unit has a bottom surface and side surfaces, and the liquid sample is configured to be selectively attached to the bottom surface. Mass spectrometry chip.

The chip for mass spectrometry according to claim 5, wherein a plurality of protrusions are formed on a bottom surface of the sample drying unit.

The chip for mass spectrometry according to claim 5, wherein the bottom surface has a lyophilic surface, and the side surface has a lyophobic surface or a lyophobic surface.

The mass spectrometry chip according to any one of claims 1 to 7, wherein a plurality of the sample drying units are formed in an array on the substrate surface.

A laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer including a sample drying unit formed on the mass spectrometry chip according to claim 1 as a sample holding unit,
A light source for irradiating the sample with laser light,
A support portion for supporting the chip for mass spectrometry,
A position information acquisition unit for acquiring position information of the sample drying unit in the chip for mass spectrometry,
Moving means for moving the chip for mass spectrometry based on the position information acquired by the position information acquisition unit,
The mass spectrometry chip has a mark for detecting a position of the sample drying unit, and the position information acquisition unit acquires position information of the sample drying unit corresponding to the position of the mark. Laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometer.

The laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer according to claim 9, wherein the sample holder has a bottom surface and side surfaces, and a width of the bottom surface is substantially equal to a spot size of the laser light applied to the bottom surface. A laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer characterized by being constituted as follows.

Separation means for separating a biological sample according to molecular size or properties,
Pretreatment means for performing pretreatment including enzyme digestion treatment on the sample separated by the separation means,
Drying means for drying the pretreated sample;
Mass spectrometry means for mass spectrometry of the dried sample,
With
9. A mass spectrometry system, wherein the drying unit includes the mass spectrometry chip according to claim 1.