JP2021043093A

JP2021043093A - 試料前処理装置

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Publication number: JP2021043093A
Application number: JP2019166069A
Authority: JP
Inventors: 和輝高橋; Kazuki Takahashi; 健太寺島; Kenta Terajima
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2039-09-12
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Abstract

【課題】マトリックス物質の結晶の析出によるノズルの詰まりを的確に且つ効率的に解消する。【解決手段】本発明に係る試料前処理装置の一態様は、試料の表面に所定の物質が溶解した又は分散した溶液を塗布する試料前処理装置であって、前記溶液が流通する溶液管（３２）、噴霧ガスが流通するガス管（３３）、及び、前記ガス管を経た噴霧ガスの吹き出しにより前記溶液管の末端に達した前記溶液を噴霧するノズル部（３０）、を含むスプレー部（３）と、前記スプレー部の外側から前記ノズル部の開口に洗浄液を掛ける洗浄液供給部（４，４１）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、試料の表面に所定の溶液を塗布したり所定の物質の膜を形成したりすることで、該試料を分析する際の前処理を行う試料前処理装置に関する。

近年、イオン化法としてマトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ＝Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization）法を用いたイメージング質量分析装置が開発されている。イメージング質量分析装置では、例えば生体組織切片などの試料上の２次元領域内の複数の測定点に対しそれぞれ質量分析を行った結果に基づき、特定の質量を有する物質の分布を調べることができる。

こうした装置を用いて試料に対する質量分析を行うには、その分析に先立って、試料の表面にＭＡＬＤＩ用マトリックス（以下、単に「マトリックス」という）を薄く付着させる試料前処理を行う必要がある。或る程度広い面積を有する試料に対してマトリクスを付着させる方法として最も一般的であるのは、エアブラシを用いたマトリックス溶液吹き付け法（以下、単に「スプレー法」という）である。例えば非特許文献１には、スプレー法によるマトリックス塗布を自動的に行うマトリックス自動スプレー装置が開示されている。

図６は、特許文献１に開示されているスプレー装置の要部の概略構成図である。この装置は、試料ステージ２１とスプレー部３とを備え、試料ステージ２１に試料１００が取り付けられる。試料ステージ２１は図中に示すＸ軸及びＹ軸方向に移動自在である。スプレー部３は、噴霧ガスが流通するガス管３３と、マトリックス溶液が流通する溶液管３２と、先端が略円錐形状に絞られたノズル３０と、を含む。ノズル３０の内部では、溶液管３２の周りをガス管３３が取り囲むように両管３２、３３は二重管構造となっており、それら両管３２、３３の末端はいずれも開口している。ノズル３０の中心でもある溶液管３２の中心にはニードル３１が挿入されており、ニードル３１の先端は溶液管３２の末端の開口３２１よりもＺ軸上で僅かに突出している。カバー３４はノズル３０全体を覆っており、このカバー３４にあってニードル３１の先端の前方には、所定のサイズの噴霧口３４１が形成されている。

マトリックス溶液を試料１００の表面に付着させる際には、溶液管３２にマトリックス溶液を供給して該管路内を満たすとともに、ガス管３３に或る程度の高い圧力のガスを供給する。すると、ノズル３０内のガス管３３の先端の開口から高圧の噴霧ガスが噴出し、溶液管３２の先端の開口３２１付近がベンチュリ効果により減圧される。それにより、溶液管３２内のマトリックス溶液がニードル３１を伝いつつ開口３２１の外側に引き出される。この引き出されたマトリックス溶液は噴霧ガスの強い流れによって剪断されて微小液滴となり、該噴霧ガスの流れに乗って噴霧口３４１からＺ軸方向（図６では右方）に噴出する。こうしてスプレー部３から噴射されたマトリックス溶液は、試料ステージ２１上の試料１００の表面に付着する。試料ステージ２１がＸ−Ｙ面内で適宜移動されることで、試料１００上の広い面積の領域に対してマトリックス溶液を薄く付着させることができる。

なお、ニードル３１は無くてもよいが、マトリックス溶液がニードル３１に沿って流れることでマトリックス溶液の剪断効率が向上し、該溶液の微細化に有効である。

国際公開第2019/106799号パンフレット

「HTX M5 SprayerTM Features Overview」、［online］、米国HTX Technologies, LLC. ［2019年8月21日検索］、インターネット＜URL: http://www.htximaging.com/htx-m5-sprayer＞

上記スプレー装置においてマトリックス溶液を試料表面に満遍なく且つ均一な厚さで付着させるには、噴霧液滴をできるだけ小さくすることが望ましい。噴霧液滴を小さくするために、溶液管３２の末端の開口３２１の縁部とニードル３１との隙間はかなり狭くされ、しかもノズル３０の先端部では噴霧ガスの流れによってマトリックス溶液の乾燥が促進される。そのため、ノズル３０の先端付近にはマトリックス物質の結晶塊が形成され易く、それによってノズル３０が詰まり易いという問題がある。

この問題に対し特許文献１に記載のスプレー装置では、マトリックス溶液を加圧して溶液管３２に送液する構成が採られている。こうした構成では、マトリックス溶液の噴霧時に溶液管３２にマトリックス溶液を加圧送液することにより、ノズル３０先端部でのマトリックス物質の結晶の形成自体が抑制される。また、マトリックス溶液の噴霧中以外のときに、噴霧ガスを供給せずに溶液管３２にマトリックス溶液を加圧送液することによって、ノズル３０の先端部に形成されているマトリックス物質の結晶にマトリックス溶液を流し掛け該結晶を溶かす効果も期待される。

しかしながら、溶液管３２の先端の開口３２１の縁部とニードル３１との隙間にマトリックス物質の結晶が詰まっている場合、加圧送液されたマトリックス溶液の作用により結晶を溶かして除去することも可能である場合があるものの、マトリックス物質が既に溶け込んでいるマトリックス溶液は既に結晶化したマトリックス物質を溶かす効果に乏しいため、結晶の詰まり具合によっては結晶を除去できないことも多い。また、開口３２１の外側のニードル３１の周囲、或いは、ニードル３１と噴霧口３４１との間の隙間などに形成されたマトリックス物質の結晶塊には圧送されたマトリックス溶液が届きにくいため、これらの結晶を除去することはさらに困難である。

また、マトリックス溶液に代えて有機溶媒を溶液管３２に供給することで、結晶化したマトリックス物質を溶かす方法もあるが、結晶によって開口３２１が塞がってしまっている場合、開口３２１より外側には十分な溶媒が供給されないため、開口３２１より外側にある結晶を溶かす効果は薄い。また、洗浄のために溶液管３２にマトリックス溶液に代えて有機溶媒を流す必要があるため、その切替えに時間を要し、マトリックス溶液の噴霧作業中にノズル詰まりを解消しようとすると作業時間が大幅に延びることになる。

また、同様の問題は、マトリックス溶液を試料表面に塗布する場合のみならず、生体試料中のペプチドの分析などを目的として試料に消化酵素を噴霧する場合や、蛍光試薬等の各種の誘導体化試薬、或いは他の種類の試薬を噴霧する場合などにも生じ得る。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、ノズルの先端部に形成されたマトリクス物質等の結晶を的確に且つ効率的に除去してノズルの詰まりを解消することができる試料前処理装置を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様による試料前処理装置は、試料の表面に所定の物質が溶解した又は分散した溶液を塗布する試料前処理装置であって、
前記溶液が流通する溶液管、噴霧ガスが流通するガス管、及び、前記ガス管を経た噴霧ガスの吹き出しにより前記溶液管の末端に達した前記溶液を噴霧するノズル部、を含むスプレー部と、
前記スプレー部の外側から前記ノズル部の開口に洗浄液を掛ける洗浄液供給部と、
を備えるものである。

一例として、上記所定の溶液はＭＡＬＤＩ用のマトリックス物質を含む溶液である。また、洗浄液は一般的には有機溶媒であり、通常は上記所定の溶液に使用されている溶媒である。

また、上記スプレー部の外側は、スプレー部の前方（噴霧方向の前方）、上方、下方、又は側方を含む。

本発明の上記態様の試料前処理装置において、洗浄液供給部は、所定の溶液、例えばマトリックス溶液が噴霧されるノズル部の開口の外側に対して洗浄液を掛ける。洗浄液は噴霧される溶液に比べて該溶液中の物質を溶かす能力が高い。また、結晶塊のでき方や位置にも依るが、スプレー部の先端前方から洗浄液が掛けられるため、結晶塊と洗浄液との接触面積が大きくなり易い。さらにまた、結晶塊に接触して該結晶の物質を溶かした洗浄液は流下し、次々に新たな、つまり物質を溶かす能力が高い洗浄液が供給される。

したがって本発明の上記態様の試料前処理装置によれば、ノズル部の先端に形成された結晶塊を従来装置よりも確実に且つ効率的に除去し、ノズル部の詰まりを解消することができる。特に、ノズル部の開口の外側に形成されている結晶塊も効率良く溶かして除去することが可能となる。それによって、ノズル部の詰まりによる溶液の流量変化を軽減し、安定した溶液の噴霧によって、例えば均一で分析再現性の高いマトリックス塗布を実現することができる。また、溶液管とは別の経路で洗浄液をノズル部先端に供給できるので、噴霧の作業に与える影響を最小限に抑えつつ、ノズル部の詰まりの解消が可能である。

本発明の一実施形態であるマトリックススプレー装置のスプレー部の概略構成図。本実施形態のマトリックススプレー装置の全体の概略構成図。本実施形態のマトリックススプレー装置におけるマトリックス塗布動作の一例のフローチャート。変形例であるマトリックススプレー装置の全体の概略構成図。変形例であるマトリックススプレー装置におけるマトリックス塗布動作の一例のフローチャート。従来のスプレー装置の要部の概略構成図。

以下、本発明に係る試料前処理装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

［本実施形態の装置の構成］
図２は本実施形態であるマトリックススプレー装置の全体の概略構成図、図１は図２中のスプレー部の概略構成図である。なお、既に説明した図６中の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。

図２に示すように、本実施形態のマトリックススプレー装置は、試料１００が収容されるチャンバ１と、試料１００の表面にマトリックス溶液を噴霧するためのスプレー部３と、スプレー部３のノズル３０先端部を洗浄するための洗浄部４と、を有している。

より詳しく説明すると、チャンバ１の内部には、試料１００が装着される試料ステージ２１と、該試料ステージ２１をＸ−Ｙ面内で移動させるＸＹ移動機構２０と、洗浄液噴射ノズル４１を含む洗浄部４と、が備えられている。また、試料ステージ２１と対向するチャンバ１の壁面には、スプレー部３が取り付けられている。さらに、チャンバ１のいずれかの壁面（図２の例では天面）には排気口１１が形成されており、排気口１１は図示しないドラフトチャンバに接続されている。

スプレー部３は、その先端が略円錐状に絞られたノズル３０と、該ノズル３０全体を被覆するカバー３４と、を有し、ノズル３０の内部は、溶液管３２と、該溶液管３２と同軸であって外筒として溶液管３２を取り囲むように配設されたガス管３３と、の二重管構造となっている。溶液管３２の末端には開口３２１が形成され、その中心には噴霧時に溶液を導くためのニードル３１が挿入されている。溶液管３２及びガス管３３の先端の開口の位置はＺ軸上でほぼ同一の位置であり、ニードル３１の先端は開口３２１から僅かに突出している。このニードル３１の先端の突出量は適宜に調整可能であり、噴霧される液滴のサイズはその突出量に依存する。

スプレー部３における溶液管３２の基端には、溶液供給管５１の一端が接続され、該溶液供給管５１の他端は、マトリックス溶液が貯留されている密閉された溶液容器５０内（溶液容器５０内の溶液面よりも下、通常は該容器５０の底面付近）に浸漬されている。また、この溶液供給管５１の途中には抵抗管５２が設けられている。抵抗管５２としては、ノズル３０内の溶液管３２の先端部における流路抵抗に比べて十分大きな流路抵抗を持つもの、例えば適宜の内径及び長さのキャピラリ管などを使用すればよい。

スプレー部３におけるガス管３３の基端には、噴霧用ガス配管５５の一端が接続されており、該噴霧用ガス配管５５の他端は、マニホールド（多分岐管）６１及び共通配管６４を介してガス供給源６５に接続されている。ガス供給源６５は例えば、ガスボンベ、ガス発生装置等であり、大気圧よりも高い圧力の不活性ガス（例えば窒素ガス）を共通配管６４に送出する。マニホールド６１は一つの入口端と四つの出口端を有しており、唯一の入口端には上記共通配管６４が接続され、四つの出口端のうちの一つには上記噴霧用ガス配管５５が接続されている。マニホールド６１の残り三つの出口端のうちの一つには置換用ガス配管５７の一端が接続され、他の一つには第１加圧用ガス配管５３の一端が接続され、残りの一つには第２加圧用ガス配管４４の一端が接続されている。

置換用ガス配管５７の他端はチャンバ１の内部に開口しており、第１加圧用ガス配管５３の他端は溶液容器５０内の上方空間（溶液容器５０内の溶液面よりも上方）に開口しており、第２加圧用ガス配管４４の他端は洗浄部４を構成する洗浄液容器４２内の上方空間（洗浄液容器４２内の溶液面よりも上方）に開口している。マニホールド６１の四つの出口端にはそれぞれ電磁バルブが搭載されている。ここでは、置換用ガス配管５７が接続されている出口端に設けられているものをガス置換用バルブ６１ａと呼び、第１加圧用ガス配管５３が接続された出口端に設けられているものを第１加圧用バルブ６１ｂと呼び、噴霧用ガス配管５５が接続されている出口端に設けられているものを噴霧用バルブ６１ｃと呼び、第２加圧用ガス配管４４が接続されている出口端に設けられているものを第２加圧用バルブ６１ｄと呼ぶ。

噴霧用ガス配管５５、第１加圧用ガス配管５３、及び第２加圧用ガス配管４４には、それぞれ手動式の圧力調整バルブ５６、５４、４５が設けられている。また、共通配管６４には、流量計６３及び手動式の圧力調整バルブ６２が設けられている。また、置換用ガス配管５７には、圧力計６０、流量計５９、及び手動式の圧力調整バルブ５８が設けられている。

洗浄部４は、上述した第２加圧用ガス配管４４、洗浄液容器４２、及び洗浄液射出ノズル４１のほか、洗浄液容器４２内に貯留されている洗浄液中に一端が浸漬されている洗浄液供給管４３を含む。洗浄液射出ノズル４１は、洗浄液供給管４３の他端に接続され、その出口がチャンバ１内においてスプレー部３の噴霧口３４１、つまりはニードル３１の先端部に指向している。洗浄液はマトリックス溶液の溶媒である。

さらに、本実施形態のマトリックススプレー装置は、ＸＹ移動機構２０、及び各電磁バルブ６１ａ〜６１ｄの動作を制御するための電気回路である制御部７と、ユーザが各種の設定や指示を入力するための入力部８と、を備える。制御部７は例えば、ハードウェア資源として汎用のパーソナルコンピュータを含み、該コンピュータにインストールされた専用のソフトウェア（コンピュータプログラム）を該コンピュータで実行することにより、後述する各機能が実行されるものとすることができる。もちろん、制御部７はマイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサなどで構成することもできる。

［本実施形態の装置におけるマトリックス塗布動作］
次に、本実施形態に係るマトリックススプレー装置において、試料１００の表面にマトリックス溶液を塗布する際の、装置の動作を概略的に説明する。試料１００は例えばイメージング質量分析の対象である生体組織切片等のサンプルをサンプルプレートに貼り付けたものである。

ユーザ（作業者）は、前処理対象の試料１００を試料ステージ２１に装着し、チャンバ１のドア（図示せず）を閉鎖する。続いてユーザは、必要に応じて、圧力調整バルブ６２、５４、５６の開度をそれぞれ手作業で調節した上で、入力部８により作業開始を指示する。

この指示を受けて制御部７は、まずガス置換用バルブ６１ａに制御信号を送出して該バルブ６１ａを開放させる。これにより、ガス供給源６５から供給される不活性ガスがマニホールド６１及び置換用ガス配管５７を経てチャンバ１に流入し、チャンバ１内の空気が不活性ガスによって置換される。

チャンバ１内の空気が不活性ガスで置換されるのに十分な所定の時間が経過すると、制御部７は第１加圧用バルブ６１ｂに制御信号を送出して該バルブ６１ｂを開放させる。これにより、ガス供給源６５からマニホールド６１に供給された不活性ガスが第１加圧用ガス配管５３にも流入する。すると、第１加圧用ガス配管５３の末端から溶液容器５０の上部空間に不活性ガスが導入され、該ガスによって溶液容器５０内のマトリックス溶液の液面が加圧される。これにより、該マトリックス溶液は溶液供給管５１に導入され、抵抗管５２を経て、スプレー部３の溶液管３２の開口３２１から吐出される。

一方、制御部７は噴霧用バルブ６１ｃにも制御信号を送出し、該バルブ６１ｃを開放させる。すると、ガス供給源６５からマニホールド６１に供給された不活性ガスは、噴霧用ガス配管５５に流入する。これによって、スプレー部３のガス管３３の先端の開口から不活性ガスが噴出する。上述したように、溶液管３２の先端の開口３２１から流出するマトリックス溶液は、噴出する不活性ガスによって剪断されて微小液滴となり、該ガスと混じってノズル３０の先端から噴出し噴霧口３４１を経て広がりながら試料１００へと向かう。

上述したようにしてマトリックス溶液の噴霧が開始されると、制御部７はＸＹ移動機構２０に制御信号を送出する。これにより、試料ステージ２１は、試料１００の全面に均等にマトリックス溶液が噴霧されるようにＸ−Ｙ面内で移動される。

以上のようにして本実施形態のマトリックススプレー装置では、試料１００の全面に均等にマトリックス溶液を付着させることができる。この装置では、上述したように、マトリックス溶液をノズル３０内の溶液管３２に加圧送液しているため、該溶液管３２の先端付近においてマトリックス溶液は滞留しにくい。それによって、マトリックス物質の結晶塊の形成によるノズル３０の詰まりを軽減することができる。

［本実施形態の装置におけるノズル洗浄動作］
しかしながら、溶液管３２の開口３２１から流出したマトリックス溶液はニードル３１に沿って流れるため、開口３２１の外側のニードル３１の先端付近にマトリックス物質の結晶塊が形成され易く、溶液管３２にマトリックス溶液を圧送してもこうした結晶塊を溶かして除去することは困難である。そこで、本実施形態のマトリックススプレー装置では、スプレー部３からの溶液の噴霧方向の前方（厳密には斜め前上方）からノズル３０の先端部に向かって洗浄液を射出するように、洗浄液射出ノズル４１を含む洗浄部４が備えられている。
なお、ここでは、ノズル３０がカバー３４で覆われ、カバー３４に形成された噴霧口３４１を通してノズル３０に洗浄液を掛けるために洗浄液射出ノズル４１がスプレー部３の前方に配置されているが、洗浄液射出ノズル４１の位置はこれに限らない。例えば、カバー３４が設けられていなければ、スプレー部３の上方、下方、側方などに洗浄液射出ノズル４１を設けても構わない。即ち、スプレー部３の外側からノズル３０の先端部に洗浄液を掛けることができる位置であれば、洗浄液射出ノズル４１の位置は特に限定されない。

洗浄部４における、洗浄液容器４２、洗浄液供給管４３、第２加圧用ガス配管４４、及び圧力調整バルブ４５は、マトリックス溶液を圧送するための、溶液容器５０、溶液供給管５１、第１加圧用ガス配管５３、及び圧力調整バルブ５４と基本的に同じ構成である。即ち、ノズル３０の先端部を洗浄する（マトリックス物質の結晶塊を除去する）際に、制御部７は、第２加圧用バルブ６１ｄに制御信号を送出して該バルブ６１ｄを開放させる。これにより、ガス供給源６５からマニホールド６１に供給された不活性ガスが第２加圧用ガス配管４４に流入する。すると、第２加圧用ガス配管４４の末端から洗浄液容器４２の上部空間に不活性ガスが導入され、該ガスによって洗浄液容器４２内の洗浄液の液面が加圧される。これによって、該洗浄液は洗浄液供給管４３に導入され、その末端に取り付けられている洗浄液射出ノズル４１から図１中の点線矢印のように洗浄液が吐出される。

射出された洗浄液は噴霧口３４１を経てニードル３１の先端部、つまりは析出しているマトリックス結晶塊に直接降り掛かる。また、洗浄液は溶液管３２やガス管３３の出口にも掛かる。洗浄液はマトリックス溶液の溶媒であり、マトリックス物質を含まないので、マトリックス物質を溶かす能力が高い。また、マトリックス結晶を溶かした（つまりはマトリックス物質が溶け込んだ）洗浄液は直ぐに流下し、溶解力の高い新たな洗浄液が次々にマトリックス結晶塊に掛かる。また、開口３２１の外側にあってニードル３１に析出しているマトリックス結晶塊と洗浄液との接触面積は比較的大きい場合が多い。そのため、マトリックス結晶塊は比較的短い時間で溶け、ニードル３１の先端部から除去される。また、溶液管３２の末端部に形成されているマトリックス結晶にも溶解力の高い洗浄液が掛かるので、そうした結晶も溶かされて除去される。

［マトリックス塗布作業時におけるノズル洗浄動作］
洗浄液射出ノズル４１から洗浄液を射出することによりノズル３０の先端部を洗浄する際には、マトリックス溶液の噴霧を実行していても構わないが、溶液の液滴や噴霧ガスの流れによって洗浄液がニードル３１の先端部等に掛かりにくくなり、洗浄効率が低下する可能性がある。そのため、洗浄液射出ノズル４１から洗浄液を射出する際には、マトリックス溶液の噴霧を一旦停止したほうがよい。

通常、スプレー法を用いて試料の表面にマトリックスを塗布する際には、その試料表面全体へマトリックス溶液を噴霧する工程と、噴霧されたマトリックス溶液を乾固させる工程と、を複数回繰り返す。後者の乾固の工程の際には、スプレー部３からのマトリックス溶液の噴霧を停止するから、このときにノズル３０の洗浄を行うようにすることができる。そこで、本実施形態のマトリックススプレー装置では、以下のようにしてマトリックス塗布動作中に定期的にノズルの洗浄を実施するようにしている。

図３は、本実施形態のマトリックススプレー装置におけるマトリックス塗布動作の一例のフローチャートである。
制御部７は上述したように、第１加圧用バルブ６１ｂ及び噴霧用バルブ６１ｃをそれぞれ開放することでスプレー部３からのマトリックス溶液の噴霧を開始する（ステップＳ１）。制御部７は、噴霧開始後にＸＹ移動機構２０を動作させ、試料ステージ２１をＸ−Ｙ面内で適宜移動させ、試料１００上でマトリックス溶液が噴霧される部位を順次移動させる。試料１００の全面に一通りマトリックス溶液が噴霧されるに要する時間ｔaが経過したならば（ステップＳ２でＹｅｓ）、制御部７は第１加圧用バルブ６１ｂ及び噴霧用バルブ６１ｃを一旦閉鎖し、マトリックス溶液の噴霧を停止する（ステップＳ３）。

そのあと制御部７は、第２加圧用バルブ６１ｄを開放することで洗浄液射出ノズル４１から射出させた洗浄液をノズル３０の先端部に掛ける（ステップＳ４）。そして、所定の洗浄液供給時間ｔbが経過するまで洗浄を継続し、洗浄液供給時間ｔbが経過したならば（ステップＳ５でＹｅｓ）、制御部７は第２加圧用バルブ６１ｄを閉鎖して洗浄を停止する（ステップＳ６）。

制御部７は、さらに先に試料１００に噴霧されたマトリックス溶液が乾固するための所定の乾燥時間ｔcが経過するまで待ち、その乾燥時間ｔcが経過したならば（ステップＳ７でＹｅｓ）、予め決められているマトリックス溶液の噴霧動作が終了したか否かを判定する（ステップＳ８）。例えば、上述したように噴霧工程と乾固工程とを所定回数繰り返す場合には、この回数だけ繰り返しが実行されたか否かを判定すればよい。そして、ステップＳ８でＹｅｓと判定された場合には、試料１００に対する前処理動作を終了する。一方、ステップＳ８でＮｏと判定された場合には、ステップＳ１と同様にマトリックス溶液の噴霧を開始（再開）し（ステップＳ９）ステップＳ２へと戻る。

上記処理では、試料１００に噴霧したマトリックス溶液を乾燥させている時間を利用して、ノズル３０の先端に析出したマトリックス結晶を除去することができる。また、所定時間だけ試料１００に対してマトリックス溶液を噴霧する毎に、自動的にノズル３０の先端部の洗浄を行うようにすることができる。したがって、マトリックス溶液の噴霧作業の途中でノズル３０が詰まることを防止することができ、且つ、ノズル３０の先端部の洗浄のためにマトリックス溶液の噴霧を停止して特別に時間を確保する必要がないので、効率的なマトリックス塗布が可能である。なお、上記時間ｔa、ｔb、ｔcは、試料１００の大きさ、マトリックスの種類や濃度、等の様々な要素に応じて、適宜に決めることができる。

試料１００の全面に満遍なくマトリックス溶液を噴霧するのに要する時間は、該試料１００の大きさに依存し、その時間が長いと、試料１００の全面に満遍なくマトリックス溶液を噴霧するまでにノズル３０の詰まりが発生する、或いは除去しにくいほど詰まりがひどくなる可能性がある。そうした可能性がある場合には、試料１００の表面にマトリックス溶液を噴霧している途中で該噴霧を一旦停止させ、所定時間だけ洗浄液をノズル３０に掛ける動作を実行してもよい。このように、洗浄部４によるノズル３０の洗浄動作は、試料１００の全面に一通りマトリックス溶液を噴霧する前であっても、適宜の時点で行うことができる。

なお、上述した一連の動作は、予め入力部８でユーザがプログラムできるようにしておき、そのプログラムに従って制御部７が各部を制御するとよい。

［変形例］
上記実施形態のマトリックススプレー装置では、マトリックス塗布作業中に、ノズル３０の詰まりの有無に拘わらず、ノズル３０の洗浄動作が実行されることになる。また、場合によっては、洗浄が実施される前にノズル３０が完全に詰まってしまう可能性もある。これに対し、次のように構成及び動作を変更することで、実際にノズル３０の詰まりが発生する状況になったとき又はなりそうなときに、ノズル３０の洗浄動作が実行されるようにすることができる。

図４は、変形例のマトリックススプレー装置の全体の概略構成図である。図２に示した装置とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付している。図２に示した装置と異なる点は、スプレー部３の溶液管３２にマトリックス溶液を供給する溶液供給管５１に流量センサ６６が設けられ、この流量センサ６６により検出された流量値が制御部７０に入力されている点である。また、この制御部７０は図２に示した装置における制御部７とは異なる制御を実行する。

図５は、図４に示した変形例によるマトリックススプレー装置におけるマトリックス塗布動作の一例のフローチャートである。
制御部７０は、スプレー部３からのマトリックス溶液の噴霧実行中（ステップＳ１１）に流量センサ６６による検出値に基づき、そのときの送液流量が所定の閾値以下に低下しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２においてＮｏである場合には、ノズル３０に詰まりはない又はその兆候はないと判断できるので、そのままマトリックス溶液の噴霧を続行し（ステップＳ１３）、噴霧動作が終了していなければステップＳ１４からＳ１１に戻る。

マトリックス溶液の送液流量が低下していてステップＳ１２でＹｅｓと判定されると、制御部７０は第１加圧用バルブ６１ｂ及び噴霧用バルブ６１ｃを一旦閉鎖し、マトリックス溶液の噴霧を停止する（ステップＳ１５）。そのあと制御部７０は、第２加圧用バルブ６１ｄを開放することで洗浄液射出ノズル４１から射出させた洗浄液をノズル３０の先端部に掛け、これを所定の洗浄液供給時間だけ実施する（ステップＳ１６）。マトリックス溶液の送液流量が低下している場合、通常は、ノズル３０の先端部にマトリックス物質の結晶塊が形成され、詰まりが生じ始めている。これに対し、洗浄液射出ノズル４１から射出させた洗浄液が掛かるので、結晶が溶かされ除去される。

制御部７０は洗浄液の供給を停止したあと、第１加圧用バルブ６１ｂ及び噴霧用バルブ６１ｃをそれぞれ開放することでスプレー部３からのマトリックス溶液の噴霧を実行し（ステップＳ１７）、流量センサ６６による検出値に基づき、送液流量が回復しているか否かを判定する（ステップＳ１８）。送液流量が回復していれば、マトリックス結晶塊が溶けてノズル３０の詰まりが解消したことを意味するから、そのままマトリックス溶液の噴霧を再開し（ステップＳ１９）Ｓ１１へ戻る。一方、ステップＳ１８で送液流量が回復していないと判定されると、ステップＳ１５へと戻り、マトリックス溶液の噴霧を再び停止して、洗浄液の射出による洗浄を実行する。

このようにして、この変形例によるマトリックススプレー装置では、定期的にノズル３０の洗浄を実行するのではなく、ノズル３０が詰まった又はその可能性が高いときにノズル３０の洗浄が実行される。したがって、例えば詰まり易いマトリックスを使用する場合、マトリックスの濃度を高くする場合、或いは、噴霧液滴のサイズをできるだけ小さくするために溶液管３２の開口３２１の開口面積を小さくする（例えばニードル３１の径を大きくする）場合等、ノズル３０がかなり詰まり易い状況であっても、ノズル３０が詰まる前に又は詰まりがひどくなる前に、確実にノズル３０の洗浄を実行することができる。

また、上記実施形態及び変形例のマトリックススプレー装置では、ユーザによる指示に基づいてノズル３０の洗浄を実施できるようにしてもよい。即ち、ユーザが入力部８から洗浄指示を行い、これに応じて制御部７、７０がノズル３０の洗浄を実行するようにしてもよい。また、マトリックス溶液の噴霧開始前、及び／又は、噴霧終了時点で必ずノズル３０の洗浄を実施するようにしてもよい。

また、上記実施形態及び変形例のマトリックススプレー装置では、ガス管３３への噴霧ガスの供給を停止する一方、溶液管３２にマトリックス溶液を圧送することにより、ノズル３０の主として開口３２１に詰まったマトリックス結晶の溶解を促進させることができる。そこで、洗浄液射出ノズル４１からの洗浄液の射出によるノズル３０外側からの結晶の除去と、溶液管３２へのマトリックス溶液の圧送によるノズル３０内側からの結晶の除去と、を組み合わせることもできる。この組み合わせは、両方の動作を同時に実行してもよいし、両方の動作を交互に繰り返すようにしてもよい。

［実験例］
次に、上記マトリックススプレー装置で用いた、洗浄部４によるノズル３０の洗浄効果を確認するために行った実験例について説明する。
本装置におけるマトリックス溶液の噴霧のメカニズムから、スプレー部３においてニードル３１の先端部にはマトリックス溶液が必ず付着し、該溶液中の溶媒が気化することによって、ニードル３１の表面にはマトリックス物質が析出することが避けられない。この現象は、マトリックス溶液中のマトリックス物質の濃度が高いほど顕著である。また、マトリックス物質によって詰まりの程度にも差異が見られる。そこで、この実験例では、比較的詰まり易いマトリックスである9-Aminoacridine（以下「9-AA」と略す）を用い、高濃度のマトリックス溶液を調製し、これを噴霧することで意図的にニードル３０の先端にマトリックスを析出させた。そして、ニードル３１の先端に析出したマトリックス物質の除去に必要な洗浄液の量を実験的に評価した。

＜実験条件＞
・マトリックス：9-AA（A2905：東京化成）
・マトリックス溶媒：８０％メタノール
・マトリックス溶液濃度：２０mg/mL
・洗浄液：１００％メタノール（マトリックス溶液の溶媒）
・ノズル３０先端の開口面積（先端開口面積０．０１２mm²）

＜実験手順＞
（１）ニードル３１の先端にマトリックスが析出しノズル３０が詰まる状態となるまでマトリックス溶液を噴霧する。ここでいう、ノズル３０が詰まった状態とは、ノズル３０先端からの噴霧流に約３秒間近づけた紙製ワイピングウエス（日本製紙クレシア株式会社製のキムワイプ（登録商標））に、目視で確認できる量のマトリックス溶液が付着しなくなった状態である。
（２）ノズル３０からのマトリックス溶液の噴霧を停止した状態で、ニードル３１の先端部に付着しているマトリックスの結晶塊が溶けて見えなくなるまで洗浄液を射出し、結晶塊が溶けるまでの時間（洗浄液供給時間）を計測する。

（３）マトリックス溶液を再度噴霧し、噴霧流に紙製ワイピングウエスを近づけて、ノズル３０の詰まりが解消され、マトリックス溶液が確実に噴霧されていることを確認する。
（４）上記（１）〜（３）を５回繰り返し実行する。
（５）洗浄液の単位時間当たりの射出量を測定する。これには、１mLのエッペンチューブ中に洗浄液を射出し、１mLの容量が溜まるまでの時間を計測する方法を用いる。但し、３回の計測の平均を採用する。

＜実験結果＞
上記（１）において、ニードル３１の先端にマトリックス物質が析出してノズル３０が詰まるまでに要する時間は凡そ４０秒であった。これは、４０秒連続してマトリックス溶液の噴霧を継続すると、ノズル３０が詰まって噴霧を続行できなくなることを意味する。こうして析出したマトリックスについての洗浄液供給時間を測定した結果は、次の表１に示す通りである。

平均の洗浄液供給時間は４．４秒である。なお、洗浄の際には、ニードル３１の先端部に洗浄液が掛かるように、洗浄液射出ノズル４１の位置や向き等を適宜調整した。また、洗浄液の単位時間当たりの射出量は、計測の結果、０．１２５mL/secであった。これら結果から、今回の実験では、ニードル３１の先端部に析出したマトリックス（9-AA）を除去して噴霧が再度行えるようにするために必要である洗浄液（メタノール）の総量は、０．５mL〜０．６２５mLであることが分かった。

もちろん、これは上記実験条件及び実験手順の下での結果であり、例えばマトリックスの種類、その濃度、ニードル３１に析出しているマトリックス結晶塊の大きさ等、様々な要素によって変動する。こうしたことを考慮しても、最大で３mL程度の洗浄液総量で以て、また洗浄液供給時間で言えば最大で１５〜２０秒程度で以て、ニードル３１の先端部に付着したマトリックス結晶塊を除去することができると想定される。一方、洗浄液総量は結晶塊が小さければ少なくて済むが、その場合でも上記射出量であれば１秒程度は流すことが望ましいと考えられる。したがって、洗浄液総量の最小量は０．１mL程度と想定される。

［さらなる変形例］
また、上記実施形態及び変形例は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲でさらに適宜修正、変更、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

例えば上記実施形態の装置では、洗浄液容器４２内の洗浄液の液面を、ガス供給源６５から供給されたガスで加圧することによって送液を行う構成としたが、その他の方法、例えばシリンジポンプによって洗浄液を送出する構成としてもよい。

また、上記実施形態では本発明に係る試料前処理装置を、スプレー法によるマトリックス物質の噴霧を行うものとしたが、本発明は、これに限らず、エレクトロスプレーデポジション（ＥＳＤ）法によるマトリックス物質の噴霧を行う装置などにも適用可能である。なお、ＥＳＤ法は、溶液管に直流電圧を印加し、これによって形成される電場によって溶液管内のマトリックス溶液を帯電させた上でガスによる噴射を行うものであるが、スプレー法と同様に、溶液管及び溶液管に並行しその先端が溶液管の先端近傍に位置するガス管を備えた噴霧ノズルを使用するものであるから、上記と同様に、本発明を適用することができる。

さらにまた、本発明に係る試料前処理装置は、ＭＡＬＤＩ用のマトリックスを噴霧する装置に限らず、それ以外の様々な、分析用の前処理に用いられる試薬等を噴霧する用途に用いることができる。具体的には、例えば蛍光試薬等の様々な誘導体化試薬、消化酵素等の生化学作用を生じる試薬などの噴霧に利用することができる。

［種々の態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。

（第１項）本発明に係る試料前処理装置の一態様は、試料の表面に所定の物質が溶解した又は分散した溶液を塗布する試料前処理装置であって、
前記溶液が流通する溶液管、噴霧ガスが流通するガス管、及び、前記ガス管を経た噴霧ガスの吹き出しにより前記溶液管の末端に達した前記溶液を噴霧するノズル部、を含むスプレー部と、
前記スプレー部の外側から前記ノズル部の開口に洗浄液を掛ける洗浄液供給部と、
を備えるものである。

第１項に記載の試料前処理装置によれば、ノズル部の先端に形成された結晶塊を従来装置よりも確実に且つ効率的に除去し、ノズル部の詰まりを解消することができる。特に、ノズル部の開口の外側に形成されている結晶塊も効率良く溶かして除去することが可能となる。それによって、ノズル部の詰まりによる溶液の流量変化を軽減し、安定した溶液の噴霧によって、例えば均一で分析再現性の高いマトリックス塗布を実現することができる。また、溶液管とは別の経路で洗浄液をノズル部先端に供給できるので、噴霧の作業に与える影響を最小限に抑えつつ、ノズル部の詰まりの解消が可能である。

（第２項）第１項に記載の試料前処理装置において、前記スプレー部は、前記溶液管の開口から所定長さ突出するニードルをさらに備え、前記洗浄液供給部は該ニードルの先端部に洗浄液を掛けるものとすることができる。

第２項に記載の試料前処理装置によれば、溶液管の末端に達した溶液はニードルに沿って開口の外側に流出し、噴霧ガスの作用で微細に剪断される。したがって、噴霧する溶液の液滴のサイズを微細化することができる。また、この場合、ニードルの先端に溶液中の物質が析出して結晶塊を形成し易いが、そこに洗浄液を掛けることで的確に結晶を溶かして除去することができる。

（第３項）第１又は第２項に記載の試料前処理装置において、
前記スプレー部により溶液の噴霧を所定時間実行する毎に、前記洗浄液供給部からの洗浄液の放出を実施するように、該スプレー部による噴霧の動作と該洗浄液供給部による洗浄液の供給の動作とを制御する制御部、をさらに備えるものとすることができる。

第３項に記載の試料前処理装置によれば、上記所定時間を適宜に定めることで、溶液中の物質の結晶によりノズル部の詰まりが発生するより前に、洗浄液によって結晶を除去し、詰まりの発生を軽減することができる。

（第４項）第１又は第２項に記載の試料前処理装置において、
前記溶液管に供給される溶液の流量を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に応じて、前記洗浄液供給部からの洗浄液の放出を実施する制御部と、をさらに備えるものとすることができる。

ノズル部で詰まりが生じると溶液管に供給される溶液の流量は低下する。そこで、第４項に記載の試料前処理装置では、検出部による検出結果に基づいて溶液の流量が低下したと判断すると、制御部は洗浄液供給部から洗浄液を放出してノズル部の先端に掛けるように該洗浄液供給部を制御する。これにより、第４項に記載の試料前処理装置によれば、溶液中の物質の結晶によりノズル部の詰まりが発生したときに、洗浄液によって結晶を除去し、詰まりの発生を軽減することができる。また、ノズル部の詰まりが発生していない状況で、無駄に洗浄動作を行うことを回避することができる。

（第５項）第１〜第４項のいずれか１項に記載の試料前処理装置において、
前記洗浄液供給部による前記ノズル部の洗浄１回当たりの洗浄液の供給量は、０．１〜３mL程度の範囲であるものとすることができる。

ノズル部の先端に形成された溶液中物質の結晶塊を除去するための洗浄液の必要量は、結晶塊の大きさ、付着状況、物質の種類、洗浄液の種類など、様々な要因によって相違するが、上述したような、一般的に使用されるマトリックス溶液を噴霧する装置の場合、洗浄１回当たりの洗浄液供給量が０．１〜３mL程度の範囲であれば、通常、マトリックス結晶塊を溶かして除去するのに十分である。

（第６項）第１〜第５項のいずれか１項に記載の試料前処理装置において、
前記溶液は、マトリックス支援レーザ脱離イオン化質量分析用のマトリックス溶液であり、前記洗浄液は該溶液の溶媒であるものとすることができる。

第６項に記載の試料前処理装置によれば、試料表面に均一に且つ満遍なくマトリックス溶液を塗布し、試料上のいずれの位置においても良好なイオン化を行うことができる。

１…チャンバ
１１…排気口
２０…ＸＹ移動機構
２１…試料ステージ
３…スプレー部
３０…ノズル
３１…ニードル
３２…溶液管
３２１…開口
３３…ガス管
３４…カバー
３４１…噴霧口
４…洗浄部
４１…洗浄液射出ノズル
４２…洗浄液容器
４３…洗浄液供給管
４４…第２加圧用ガス配管
４５…手動式圧力調整バルブ
５０…溶液容器
５１…溶液供給管
５２…抵抗管
５３…第１加圧用ガス配管
５４、５６、５８、６２…圧力調整バルブ
５５…噴霧用ガス配管
５７…置換用ガス配管
５９、６３…流量計
６０…圧力計
６１…マニホールド
６１ａ…ガス置換用バルブ
６１ｂ…第１加圧用バルブ
６１ｃ…噴霧用バルブ
６１ｄ…第２加圧用バルブ
６４…共通配管
６５…ガス供給源
６６…流量センサ
７、７０…制御部
８…入力部
１００…試料

Claims

試料の表面に所定の物質が溶解した又は分散した溶液を塗布する試料前処理装置であって、
前記溶液が流通する溶液管、噴霧ガスが流通するガス管、及び、前記ガス管を経た噴霧ガスの吹き出しにより前記溶液管の末端に達した前記溶液を噴霧するノズル部、を含むスプレー部と、
前記スプレー部の外側から前記ノズル部の開口に洗浄液を掛ける洗浄液供給部と、
を備える試料前処理装置。
前記スプレー部は、前記溶液管の開口から所定長さ突出するニードルをさらに備え、前記洗浄液供給部は該ニードルの先端部に洗浄液を掛ける、請求項１に記載の試料前処理装置。
前記スプレー部により溶液の噴霧を所定時間実行する毎に、前記洗浄液供給部からの洗浄液の放出を実施するように、該スプレー部による噴霧の動作と該洗浄液供給部による洗浄液の供給の動作とを制御する制御部、をさらに備える、請求項１又は２に記載の試料前処理装置。
前記溶液管に供給される溶液の流量を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に応じて、前記洗浄液供給部からの洗浄液の放出を実施する制御部と、をさらに備える、請求項１又は２に記載の試料前処理装置。
前記洗浄液供給部による前記ノズル部の洗浄１回当たりの洗浄液の供給量は、０．１〜３mL程度の範囲である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の試料前処理装置。
前記溶液は、マトリックス支援レーザ脱離イオン化質量分析用のマトリックス溶液であり、前記洗浄液は該溶液の溶媒である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の試料前処理装置。