JP2020076645A - サンプル中の元素の質量分析方法、該質量分析方法に用いる分析用デバイス、および、サンプル捕捉用キット - Google Patents
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Abstract
Description
サンプルを分析用デバイスに捕捉するサンプル捕捉工程と、
分析用デバイスに予め設けられており、所定量の元素が含まれる検量用元素を測定する検量用元素測定工程と、
前記サンプル捕捉工程で捕捉したサンプル中に含まれる元素を測定するサンプル中元素測定工程と、
前記検量用元素測定工程の測定結果、および、前記サンプル中元素測定工程の測定結果から、前記サンプル中に含まれる元素の量を分析するサンプル中元素分析工程と、
を含む、質量分析方法。
(2)前記サンプル捕捉工程の後に、捕捉したサンプルを洗浄するサンプル洗浄工程を含む、
上記(1)に記載の質量分析方法。
(3)前記サンプル洗浄工程の後に、捕捉したサンプルを乾燥するサンプル乾燥工程を含む、
上記(2)に記載の質量分析方法。
(4)前記分析用デバイスは、
第1基板、
または、
前記第1基板及び該第1基板とは分離可能な第2基板、
を含み、
前記所定量の元素が含まれる検量用元素は、前記第1基板の第1面に形成され、
前記第1基板または前記第2基板の第1面には、分析対象サンプルを捕捉するサンプル捕捉領域が形成されている、
上記(1)〜(3)の何れか一つに記載の質量分析方法。
(5)前記サンプル捕捉領域には、サンプルを捕捉するサンプル捕捉孔が形成されている、
上記(4)に記載の質量分析方法。
(6)サンプル中の元素の分析に用いる分析用デバイスであって、該分析用デバイスは、
第1基板と、
該第1基板の第1面に設けられ、サンプル中に含まれる元素の分析に用いるための所定量の元素が含まれる検量用元素ドットと、
を含む、分析用デバイス。
(7)前記第1基板の第1面には、分析対象サンプルを捕捉するサンプル捕捉領域が形成されている、
上記(6)に記載の分析用デバイス。
(8)前記第1基板とは分離可能な第2基板を更に含み、
前記第2基板の第1面には、分析対象サンプルを捕捉するサンプル捕捉領域が形成されている、
上記(6)に記載の分析用デバイス。
(9)前記サンプル捕捉領域には、サンプルを捕捉するためのサンプル捕捉孔が形成されている、
上記(7)または(8)に記載の分析用デバイス。
(10)前記検量用元素ドットが、前記第1基板の第1面に設けられた検量用元素ドット孔に設けられている、
上記(6)〜(9)の何れか一つに記載の分析用デバイス。
(11)上記(7)〜(10)の何れか一つに記載の分析用デバイス、および、
サンプルが含まれるサンプル液を、前記分析用デバイスのサンプル捕捉領域に流すためのカバー部材を更に含み、
前記カバー部材は、
サンプル液を投入するためのサンプル投入流路と、
投入したサンプル液を回収するためのサンプル回収流路と、
投入したサンプル液が前記検量用元素ドットに流れ込むことを防止するための検量用元素ドット保護領域と、
前記サンプル投入流路と前記サンプル回収流路とに接続し、前記サンプル捕捉領域にサンプル液を供給・接触させるためのサンプル接触流路と、
を含む、
分析用デバイスのサンプル捕捉領域にサンプルを捕捉するためのサンプル捕捉用キット。
図1A及び図1Bを参照して、第1の実施形態に係るデバイス1aについて説明する。図1Aはデバイス1aの上面図、図1Bは図1AのX−X’断面図である。図1A及び図1Bに示す例では、デバイス1aは、第1基板2a、検量用元素ドット3を少なくとも含んでいる。なお、本明細書において「検量用元素ドット」とは、検量用として測定される元素の集合体を意味する。検量用元素ドット3は、第1基板2aの第1面21に形成され、後述する分析方法の際に、サンプル中に含まれる元素量の分析に用いられる。そのため、検量用元素ドット3には、予め設定した量(所定量)の元素が含まれている。図1Bに示す例では、例えば、同一種類の元素を3a〜3dの順に元素量が異なるように第1基板2aに設けている。
図2A及び図2Bを参照して、第2の実施形態に係るデバイス1bについて説明する。図2Aはデバイス1bの上面図、図2Bは図2AのY−Y’断面図である。図2A及び図2Bに示す例では、デバイス1bの第1面21に設けられた検量用元素ドット孔22に、検量用元素ドット3が設けられている点で、第1の実施形態と異なる。第2の実施形態に係るデバイス1bは、検量用元素ドット孔22に検量用元素ドット3が設けられていることから、(1)隣接する含有量が異なる検量用元素ドット3同士が接触する可能性が、第1の実施形態に係るデバイス1aと比較してより少なくなる、(2)検量用元素ドット3は検量用元素ドット孔22の中に配置されることから、取扱中に検量用元素ドット3が第1基板2aから脱落する可能性が、第1の実施形態に係るデバイス1aより小さくなる、という効果を奏する。
図3A及び図3Bを参照して、第3の実施形態に係るデバイス1cについて説明する。図3Aはデバイス1cの上面図、図3Bは図3AのX−X’断面図である。図3A及び図3Bに示す例では、第1基板2aの第1面21に、分析対象サンプルを捕捉するサンプル捕捉領域23が形成されている点で、第1の実施形態に係るデバイス1aと異なり、その他の点はデバイス1aと同じである。デバイス1cは、検量用元素を準備する手順が不要であり、直ちにデバイス1cを用いて捕捉したサンプルを分析できるという効果を奏する。
図4A及び図4Bを参照して、第4の実施形態に係るデバイス1dについて説明する。図4Aはデバイス1dの上面図、図4Bは図4AのY−Y’断面図である。図4A及び図4Bに示す例では、第1基板2aの第1面21に、分析対象サンプルを捕捉するサンプル捕捉領域23が形成され、更に、サンプル捕捉領域23にサンプルを捕捉するためのサンプル捕捉孔24が形成されている点で、第2の実施形態に係るデバイス1bと異なり、その他の点はデバイス1bと同じである。
図5A乃至図5Cを参照して、サンプル捕捉用キットについて説明する。図5Aはサンプル捕捉用キットの概略を示す図、図5Bは第2カバー部材を取り除いた状態のデバイス1dの上面図、図5Cはサンプル捕捉用キットの作用を説明するための図である。第5の実施形態に係るサンプル捕捉用キットは、サンプル捕捉領域23が形成されている第3の実施形態に係るデバイス1cおよび第4の実施形態に係るデバイス1dにおいて、サンプルが含まれるサンプル液を、サンプル捕捉領域23に流すためのカバー部材4、を更に含むことが特徴である。なお、図5A乃至図5Cでは、デバイス1dを用いた例で説明する。
次に、図6および図7を参照して、分析方法の実施形態の概略について説明する。図6は、LA−ICP−MSを用いた分析方法の概略を示す図で、図7は分析方法の実施形態のフローチャートである。
以下の手順により、実施例1のデバイス1を作製した。
(1)第1基板への検量用元素ドット孔およびサンプル捕捉孔の作製
第1基板として3インチn型シリコン(100)ウエハ(Advantech Co.,Ltd.)を用い、第1基板の表面に、ポジ型フォトレジスト(OFPR8600;東京応化工業(株)製)を、500rpmで5sec、3000rpmで120secの条件でスピンコータによって回転塗布した。その後、ホットプレート上にて90℃、12min加熱することで溶媒を蒸発させ、レジストを第1基板上に固定させた。
イオン交換樹脂として東ソー株式会社製、TSKgel SP−3PWを用いた。鉄元素(Fe)として、鉄標準液(Fe 1000)(関東化学社製、ICP分析用元素標準液)を用い、銅元素として銅標準液(Cu 1000)(関東化学社製、ICP分析用元素標準液)を用いた。Feの元素数が5×109、20×109となるようにイオン交換樹脂に吸着させた。また、Cuも同様に、元素数が5×109、20×109となるようにイオン交換樹脂に吸着させた。Fe、Cuが吸着したイオン交換樹脂を、(1)で作製した検量用元素ドット孔22内に配置した。
カバー部材は、図5Aおよび図5Bに示すように、第1カバー部材および第2カバー部材を組合わせることで作製した。第1カバー部材にはシリコンシート(信越ポリマー社製、シリコーンゴムシート)を用い、図8Aのサンプル捕捉孔24が形成されている3つのブロックにサンプル液を投入できるように、サンプル投入流路、サンプル接触流路、および、サンプル回収流路を形成した。また、検量用元素ドット孔22を形成したブロックには、第1カバー部材が密着するように検量用元素ドット保護領域を形成した。サンプル投入流路、サンプル接触流路、サンプル回収流路、および、検量用元素ドット保護領域は、シリコンシートを通常ナイフによる切り出し加工により作製した。また、第2カバー部材にはアクリル板(アクリサンデー社製)を用いた。サンプル投入孔およびサンプル回収孔は、ドリルを用いて、アクリル板を貫通するように形成した。
(4)上記(1)で作製した第1基板に上記(3)で作製したカバー部材を密着させることで、実施例1のデバイスを作製した。
実施例1で作製したデバイスを用い、以下の手順で単一細胞中の元素の分析を行った。
(1)細胞培養
細胞には緑藻(ヘマトコッカス、Haematococcus lacustris NIES−144)を用いた。細胞は、国立研究開発法人国立環境研究所から入手した。培地には、オートクレーブ滅菌したC培地(Ichimura,T., 1971,“Sexual cell division and conjugation−papilla formation in sexual reproduction of Closterium stigosum”, In Proceedings of the Seventh International Seaweed Symposium, University of Tokyo Press, Tokyo,p.208−214.)を用いた。培養は、インキュベーター(FLI−300N、東京理科器械株式会社製)を用いて、温度(25℃)、光強度20−50μmol photons/m2・s、振とう速度100rpmの条件下で1ヶ月培養した。図9に培養した細胞の写真を示す。図9から明らかなように、サイズにはややばらつきがあり、平均粒子径は約25μmであった。
実施例1で作製したデバイスのサンプル投入孔から、上記「(1)細胞培養」で培養した細胞培養液を投入することで、デバイスのサンプル捕捉孔24に細胞を捕捉した。サンプル捕捉孔24に細胞を捕捉した後は、超純水でリンスした。捕捉後のデバイスの第1面の画像を解析した結果、作製したサンプル捕捉孔24の約98%に細胞が捕捉されたことを確認した。
測定には、LA−ICP−MSシステムを用いた。LAは、ESI社製のYAGレーザーを搭載したNEW WAVE Research 213 LA装置を用いた。また、ICP−MSは、アジレントテクノロジー社製の三連四重極型ICP−MS(8900)を用いた。LAとICP−MSをオンラインで接続することで、LA−ICP−MSシステムを構築した。測定は、以下の条件で行った。
<LA照射条件>
(1)レーザーパワー:15%
(2)周波数:4Hz
(3)照射径:50μm
(4)照射時間:1 sec
<LA−IPC−MS測定条件>
(5)ICPトーチへのガス流量
・LA装置キャリアガス流量:He 0.8L/min
・IPC−MSのネブライザーガス流量:Ar 0.6L/min
(6)コリジョンセルガス流量:He 5mL/min
上記(3)と同様の<LA照射条件>および<LA−IPC−MS測定条件>により、デバイスに捕捉した細胞中に含まれるFeの分析を行った。図11は、Feの測定結果を表す。図11中の黒色三角は、捕捉した単一の細胞のシグナル、白抜き三角は細胞が捕捉されていないサンプル捕捉孔24をLAした時の結果である。図11に示すように、単一細胞をLA照射した際に、Feがカウントされた。
上記(3)で作製した検量線、上記(4)の測定結果を対比することで、ヘマトコッカスの単一細胞中に、Feが100億から150億個存在していることを確認した。
Claims (11)
- サンプル中の元素の質量分析方法であって、該質量分析方法は、
サンプルを分析用デバイスに捕捉するサンプル捕捉工程と、
分析用デバイスに予め設けられており、所定量の元素が含まれる検量用元素を測定する検量用元素測定工程と、
前記サンプル捕捉工程で捕捉したサンプル中に含まれる元素を測定するサンプル中元素測定工程と、
前記検量用元素測定工程の測定結果、および、前記サンプル中元素測定工程の測定結果から、前記サンプル中に含まれる元素の量を分析するサンプル中元素分析工程と、
を含む、質量分析方法。 - 前記サンプル捕捉工程の後に、捕捉したサンプルを洗浄するサンプル洗浄工程を含む、
請求項1に記載の質量分析方法。 - 前記サンプル洗浄工程の後に、捕捉したサンプルを乾燥するサンプル乾燥工程を含む、
請求項2に記載の質量分析方法。 - 前記分析用デバイスは、
第1基板、
または、
前記第1基板及び該第1基板とは分離可能な第2基板、
を含み、
前記所定量の元素が含まれる検量用元素は、前記第1基板の第1面に形成され、
前記第1基板または前記第2基板の第1面には、分析対象サンプルを捕捉するサンプル捕捉領域が形成されている、
請求項1〜3の何れか一項に記載の質量分析方法。 - 前記サンプル捕捉領域には、サンプルを捕捉するサンプル捕捉孔が形成されている、
請求項4に記載の質量分析方法。 - サンプル中の元素の分析に用いる分析用デバイスであって、該分析用デバイスは、
第1基板と、
該第1基板の第1面に設けられ、サンプル中に含まれる元素の分析に用いるための所定量の元素が含まれる検量用元素ドットと、
を含む、分析用デバイス。 - 前記第1基板の第1面には、分析対象サンプルを捕捉するサンプル捕捉領域が形成されている、
請求項6に記載の分析用デバイス。 - 前記第1基板とは分離可能な第2基板を更に含み、
前記第2基板の第1面には、分析対象サンプルを捕捉するサンプル捕捉領域が形成されている、
請求項6に記載の分析用デバイス。 - 前記サンプル捕捉領域には、サンプルを捕捉するためのサンプル捕捉孔が形成されている、
請求項7または8に記載の分析用デバイス。 - 前記検量用元素ドットが、前記第1基板の第1面に設けられた検量用元素ドット孔に設けられている、
請求項6〜9の何れか一項に記載の分析用デバイス。 - 請求項7〜10の何れか一項に記載の分析用デバイス、および、
サンプルが含まれるサンプル液を、前記分析用デバイスのサンプル捕捉領域に流すためのカバー部材を更に含み、
前記カバー部材は、
サンプル液を投入するためのサンプル投入流路と、
投入したサンプル液を回収するためのサンプル回収流路と、
投入したサンプル液が前記検量用元素ドットに流れ込むことを防止するための検量用元素ドット保護領域と、
前記サンプル投入流路と前記サンプル回収流路とに接続し、前記サンプル捕捉領域にサンプル液を供給・接触させるためのサンプル接触流路と、
を含む、
分析用デバイスのサンプル捕捉領域にサンプルを捕捉するためのサンプル捕捉用キット。
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