JP3122331U - Sample plate and mass spectrometer equipped with the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 MALDIとSALDIとを同時測定可能なサンプルプレートを提供する。
【解決手段】 サンプルプレート2にはMALDI用ウェル4が深さD1で穿孔され、SALDI用ウェル3が底面開口の状態で開孔されている。ウェルの開孔深さD2は、D1=D2となるように、裏面からの凹部7にて調整される。凹部7には、表面が多孔質化されイオン化能を備えた機能性プレート11がウェル3の底面を塞ぐように固定され、SALDI用機能性ウェル3を形成する。機能性ウェル3にはサンプル分散液S1が、MALDI用ウェル4にはマトリックスとサンプル分散液S2が、夫々滴下乾固されて、レーザによりイオン化される。MALDI用ウェル4とSALDI用機能性ウェル3の底面は同一平面上にあるため、レーザの焦点距離は双方で一致し、両測定が同じRUNで実行可能となり、MALDIとSALDIとの同時測定が可能で、低分子物質と高分子物質との同時分析が可能となる。
【選択図】 図5
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample plate capable of simultaneously measuring MALDI and SALDI.
A The sample plate 2 is perforated by MALDI wells 4 depth D 1, SALDI wells 3 are openings in the form of the bottom opening. Opening depth D 2 of the wells, so that the D 1 = D 2, is adjusted by the recess 7 from the back side. A functional plate 11 having a porous surface and ionization ability is fixed to the recess 7 so as to block the bottom surface of the well 3 to form a functional well 3 for SALDI. The sample dispersion S1 is dropped into the functional well 3, and the matrix and the sample dispersion S2 are dropped into the MALDI well 4 and are ionized by a laser. Since the bottom surfaces of the MALDI well 4 and the SALDI functional well 3 are on the same plane, the focal lengths of the lasers coincide with each other, both measurements can be performed with the same RUN, and MALDI and SALDI can be measured simultaneously. Thus, simultaneous analysis of low-molecular substances and high-molecular substances becomes possible.
[Selection] Figure 5
Description
本考案は、サンプル(被分析試料)を保持するためのサンプルプレート及びこれを備えた質量分析装置に関し、特にサンプルプレートの構成に特徴を有するものである。このサンプルプレートは、保持された試料にエネルギーを与えることによりこれをイオン化して雰囲気中に放出するものとして用いられ、質量分析装置、特にシリコン上脱離イオン化法(DIOS:Desorption/Ionization on (porous)Silicon)や表面支援レーザ脱離イオン化法(SALDI:Surface Assisted Laser Desorption/Ionization)に用いられるサンプルプレートとして好適に利用される。 The present invention relates to a sample plate for holding a sample (sample to be analyzed) and a mass spectrometer equipped with the sample plate, and particularly has a feature in the configuration of the sample plate. This sample plate is used to ionize and release the held sample into the atmosphere by applying energy, and is used for mass spectrometry, particularly desorption / ionization on silicon (DIOS). (Silicon) and surface assisted laser desorption / ionization (SALDI).
臨床、生化学などの分野において、タンパク質などのサンプルに対して定性あるいは定量分析を行うために、質量分析装置が多用されている。これは、サンプルにエネルギーを与えることによって生ずるイオンの質量(m)と電荷数(z)を利用して物理的なフィルタリングを行って得た質量スペクトルから分析を行うもので、例えば、生成イオンがイオン発生部から検出器に到達するまでの時間を利用して定性・定量分析を行う飛行時間型質量分析装置(TOFMS:Time of Flight Mass Spectrometry)等が知られている。 In the fields of clinical and biochemistry, mass spectrometers are frequently used to perform qualitative or quantitative analysis on samples such as proteins. This is an analysis from a mass spectrum obtained by performing physical filtering using the mass (m) of ions and the number of charges (z) generated by applying energy to a sample. A time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) that performs qualitative / quantitative analysis using the time from the ion generator to the detector is known.
図1に飛行時間型質量分析装置の一般的な構成例を示す。
装置は、大別してイオン発生部5、ドリフト部6、検出部(検出器)10とから構成されており、これらの部屋は10-4〜10-5Pa程度の真空度に保たれている。分析されるサンプルは、サンプルプレート2上に保持されており、これに光源8からレーザ光等のエネルギービームを照射するなどの適当な方法でエネルギーを与えると、サンプルはイオン化すると同時にアブレーション現象により気相中に放出される。サンプルプレート2とリペラー電極9間に適当な電圧を印加すると、生成した様々な質量数を有するイオンは、同一のエネルギーを与えられた上でドリフト部6内に引き出される。このとき、サンプルプレート2とリペラー電極9との間の電位差をEとすると、電荷qに与えるエネルギーはqEであるから、これが全て運動エネルギーに変換されると次式の関係が成り立つ。
FIG. 1 shows a general configuration example of a time-of-flight mass spectrometer.
The apparatus is roughly composed of an
qE=1/2・m・v2 ・・・式(1) qE = 1/2 · m · v 2 Formula (1)
従って、図2に示すように、分子量mの小さいイオンほど速度vは高速になるので、mの大きいイオンより短時間で検出器10に到達することになる。飛行時間型質量分析装置ではこの到達時間差を利用して、サンプルの定性・定量分析を行う。
Therefore, as shown in FIG. 2, the ion having a smaller molecular weight m has a higher velocity v, so that it reaches the
こうした分析手法において、特にタンパク質などの生体物質やポリマーのような分子量が大きいサンプルを分析する場合などにおいては、サンプルをマトリックスと称する有機化合物と混合した上でサンプルプレート上に滴下・乾固して保持させ、これにエネルギービームを照射することにより試料を脱離およびイオン化して質量分析を行うMALDI(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization)法が一般に知られている。図3に示すように、サンプルプレート2にはサンプルを滴下するためのウェル4が複数設けられており、サンプル滴下の位置決めを行うと共に、該ウェル4をターゲットエリアとして自動的に位置決めしてレーザ照射を行うことにより分析自動化の一助とされている。
In such an analysis method, particularly when analyzing a biological material such as a protein or a sample having a large molecular weight such as a polymer, the sample is mixed with an organic compound called a matrix and then dropped onto a sample plate and dried. A MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization) method is generally known in which a sample is desorbed and ionized by irradiating it with an energy beam to perform mass spectrometry. As shown in FIG. 3, the
一方で、サンプルをマトリックス添加することなくイオン化する手法も考案され、実用化されつつある。その代表的なものにDIOS法(Desorption/Ionization on (porous)Silicon:特許文献1)がある。このイオン化法では、サンプルのイオン化能をサンプルプレート自体に付加する手法であって、図4に示すように、Si基板21の表面にスポット状にアノーダイジング処理(Anodizing Treatment:電気化学的陽極酸化法の一種)を行うことにより、サブミクロンオーダーの多孔質部からなる機能性ウェル22を形成したものをサンプルプレートとして用いる。図4左図は機能性ウェル1個分の拡大断面図である。この様なプレートを用いて、適当な分散剤に分散させたサンプルを機能性ウェル22に滴下・乾固させた後、機能性ウェル22をターゲットエリアとして位置決めしてレーザ照射を行うことによりサンプルをイオン化している(非特許文献1)。また、DIOSの名前の由来はSiを基材とすることにあるが、Si以外の材質を基材とするSALDI法などのその他のマトリックスフリーイオン化法でも同様の効果が得られることが報告されている(非特許文献2、3、4)。
On the other hand, a method for ionizing a sample without adding a matrix has been devised and put into practical use. A typical example is the DIOS method (Desorption / Ionization on (porous) Silicon: Patent Document 1). In this ionization method, the ionization ability of a sample is added to the sample plate itself, and as shown in FIG. 4, anodizing treatment (electrochemical anodic oxidation) is performed on the surface of the
ところで、MALDI法は、分析手法としては高感度ではあるものの、マトリックス自体も分解・イオン化されるため、これらが低分子量のバックグラウンドノイズとなり、低分子化合物のサンプル分析には不適である。一方で、マトリックスを使用しないSALDI等のマトリックスフリー法は、感度には劣るが低分子化合物の分析に使用できる。 By the way, although the MALDI method is highly sensitive as an analytical method, the matrix itself is also decomposed and ionized, so that these become low-molecular-weight background noises and are not suitable for analyzing samples of low-molecular compounds. On the other hand, a matrix-free method such as SALDI that does not use a matrix is inferior in sensitivity, but can be used for analysis of low-molecular compounds.
このため、低分子量と高分子量の物質が混在するサンプルを分析するためには、MALDI法とマトリックスフリー法の両方で分析を行う必要があるが、上述したように、MALDI法とマトリックスフリー法とでは、用いるサンプルプレートが異なるため、都度サンプルプレートを交換する必要があるという煩わしさがあった。 For this reason, in order to analyze a sample in which a low molecular weight substance and a high molecular weight substance are mixed, it is necessary to perform analysis by both the MALDI method and the matrix free method. Then, since the sample plate to be used is different, there is a problem that it is necessary to replace the sample plate each time.
交換の手間に加えて、サンプルへのレーザ照射は、サンプルプレートの分析前の位置決めによってレーザ照射位置の位置決めを自動制御にて行い、自動分析可能に構成されているが、サンプルプレートを交換した場合には、都度、自動制御装置との相対的な位置決めが必要になるという煩わしさがあった。 In addition to the hassle of exchanging, laser irradiation to the sample is configured so that automatic analysis is possible by positioning the laser irradiation position by automatic control by positioning the sample plate before analysis, but when the sample plate is replaced In this case, there is a problem that relative positioning with the automatic control device is required each time.
双方のサンプルプレートを並べて設置することも考えられるが、この場合にはプレート設置面積が倍になることから、プレート設置台やその駆動機構も大型化するという新たな問題が生じてしまう。 Although it is conceivable to install both sample plates side by side, in this case, the plate installation area doubles, which causes a new problem that the plate installation table and its drive mechanism are also enlarged.
本考案はこうした技術的課題や要求仕様を鑑みて為されたものであり、サンプルプレートの交換や、交換に伴う再度の位置決めを要することなく、低分子量から高分子量までのサンプルを一度に分析可能とするサンプルプレート及びこれを用いた質量分析装置を提供するものである。
The present invention has been made in view of these technical issues and required specifications, and it is possible to analyze samples from low molecular weight to high molecular weight at one time without the need to replace the sample plate or reposition the sample. And a mass spectrometer using the sample plate.
上記の目的を達成するため、本考案では次の構成を採る。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.
(請求項1)
サンプルを保持するための複数のウェルを備えたサンプルプレートであって、
前記複数のウェルの一部は、その内底面がサンプルにエネルギーを与えることによりイオン化させる機能を有する機能性プレートで構成されている機能性ウェルであることを特徴とするサンプルプレート。
(Claim 1)
A sample plate with a plurality of wells for holding samples,
A part of the plurality of wells is a functional well composed of a functional plate whose inner bottom surface has a function of ionizing by applying energy to the sample.
(効果)
一つのサンプルプレートにてMALDI法とマトリックスフリー法とを実施することができ、サンプルプレートを交換することなく低分子量から高分子量まで広範囲な分析を一度に行うことができる。また、交換の必要がないので、レーザ照射のための位置決めもし直す必要がない。
(effect)
The MALDI method and the matrix-free method can be performed on one sample plate, and a wide range of analysis from low molecular weight to high molecular weight can be performed at once without exchanging the sample plate. In addition, since there is no need for replacement, there is no need to re-position for laser irradiation.
(請求項2)
複数のウェルの一部は、底面が開口とされており、該開口部に機能性プレートを固定することにより前記機能性ウェルを形成したことを特徴とする請求項1記載のサンプルプレート。
(Claim 2)
2. The sample plate according to
(効果)
一つのサンプルプレートにおいて、複数のウェルのうちの幾つかのみを機能性ウェルとして作製するためには、非機能性ウェル以外の部分のマスキングなどの作業工程が必要となり、作業手間、作業時間、製作コストの面で問題となるが、ウェル底面を開口とし、別途作製した機能性プレートを一部のウェルに固定することにより、製作工程や製作時間を大幅に低減することができる。
(effect)
In order to produce only some of the multiple wells as functional wells in one sample plate, work steps such as masking of parts other than the non-functional wells are required. Although this is a problem in terms of cost, the manufacturing process and the manufacturing time can be greatly reduced by fixing the separately prepared functional plate to a part of the well with the well bottom surface as an opening.
(請求項3)
機能性ウェルは、底面開口部よりも面積の大きな機能性プレートを裏面側から固定することにより形成したものであることを特徴とする請求項2記載のサンプルプレート。
(Claim 3)
3. The sample plate according to
(効果)
底面を開口したウェルの底部に機能性プレートを嵌め込むよりも、裏面(レーザ照射側と反対側)から底面開口部よりも面積の大きな機能性プレートを固定する方が作業が簡易で効率が良い。
(effect)
It is easier and more efficient to fix a functional plate with a larger area than the bottom opening from the back (opposite the laser irradiation side) rather than fitting the functional plate into the bottom of the well with the bottom open. .
(請求項4)
機能性ウェルとそれ以外のウェルとは、底面が同一平面上にあるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のサンプルプレート。
(Claim 4)
The sample plate according to any one of
(効果)
サンプルをイオン化させる際には、レーザなどのエネルギービームを照射するが、この時、ウェル底面に焦点がくるように調整されている。機能性ウェルとそれ以外のウェルとは、底面が同一平面上にあるように構成されていることによって、照射光焦点の再調整が不要になる。
(effect)
When the sample is ionized, an energy beam such as a laser beam is irradiated, and at this time, adjustment is made so that the focus is on the bottom surface of the well. Since the functional well and the other wells are configured so that the bottom surfaces are on the same plane, readjustment of the irradiation light focus becomes unnecessary.
(請求項5)
機能性ウェルは、DIOS又はSALDIの機能を有する請求項1乃至4のいずれかに記載のサンプルプレート。
(Claim 5)
The sample plate according to any one of
(効果)
マトリックスフリー法であるSALDI、DIOSに好適に利用できる。
(effect)
It can be suitably used for matrix-free methods such as SALDI and DIOS.
(請求項6)
サンプルプレート上のサンプルをイオン化するイオン化部、質量弁別部、イオン検出部を少なくとも備えてなる質量分析装置であって、前記サンプルプレートとして請求項1乃至5のいずれかに記載のサンプルプレートを備えてなる質量分析装置。
(Claim 6)
A mass spectrometer comprising at least an ionization unit for ionizing a sample on a sample plate, a mass discrimination unit, and an ion detection unit, wherein the sample plate includes the sample plate according to any one of
(効果)
質量分析装置用サンプルプレートとして利用した場合には、広範囲の質量数を一度に分析できる質量分析装置とすることができ好適である。
(effect)
When used as a sample plate for a mass spectrometer, a mass spectrometer capable of analyzing a wide range of mass numbers at once can be suitably used.
以下、図を参照して本考案の実施形態について説明する。
本考案に係る質量分析装置は、全体構成において従前のものと相違ない。例えば、図1に一例を示す飛行時間型質量分析装置1は、大別してイオン発生部(イオン化部)5とドリフト部(質量弁別部)6を備え、これらの部屋は10-4〜10-5Pa程度の真空度に保たれている。被分析物であるタンパク質などのサンプルはサンプルプレート2上に保持されており、これに光源8から赤外線レーザ光等のエネルギービームを照射するなどの適当な方法でエネルギーを与えると、サンプルはイオン化すると同時に気相中に放出される。サンプルプレート2とリペラー電極9間に適当な電圧を印加すると、生成した様々な質量数を有するイオンは、同一のエネルギーを与えられた上でドリフト部6内に引き出される。このとき、サンプルプレート2とリペラー電極9との間の電位差をEとすると、電荷qに与えるエネルギーはqEであるから、これが全て運動エネルギーに変換されると前述した式(1)の関係が成り立つ。従って、分子量mの小さいイオンほど速度vは高速になるので、mの小さいイオンほど短時間で検出器(イオン検出部)10に到達することになる。飛行時間型質量分析(TOF−MS)ではこの到達時間差を利用して、サンプルの定性・定量分析を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The mass spectrometer according to the present invention is not different from the conventional one in the overall configuration. For example, the time-of-
ここでは、質量弁別部が飛行時間型である質量分析装置を例に説明しているが、イオントラップ型などの時間分離型の質量分析装置であっても勿論構わない。また、顕微分析装置など質量分析以外の顕微観察などの機能を主目的とする複合機であっても構わない。サンプルプレートを利用する公知の技術への適用が可能である。 Here, a mass spectrometer in which the mass discriminating unit is a time-of-flight type is described as an example, but a time-separated mass spectrometer such as an ion trap type may of course be used. Further, it may be a multi-function machine whose main purpose is a function such as microscopic observation other than mass spectrometry, such as a microscopic analyzer. Application to a known technique using a sample plate is possible.
臨床等の分野で多用されるこの種の分析装置においては、一般に数μ〜ml程度の微量な試料を多数分析するケースが多いので、1枚のサンプルプレート上に多数の試料を保持させたいという要求がある。そのため、サンプルプレート上には、できるだけ多数の試料を保持させるスポット(ウェル)を設けると共に、どの位置にどの試料があるかを容易に把握できる必要がある。あるいは、サンプルプレート上の任意の座標のスポットを自動化装置によってレーザ照射位置まで移動させる機能を有する自動分析化が望まれており、そのためにも、サンプルプレート上のターゲットスポットが常に規則性を持って形成されていることが望ましい。 In this type of analyzer, which is frequently used in clinical fields, there are many cases in which a large number of samples of a few μ to ml are generally analyzed. Therefore, it is desired to hold a large number of samples on one sample plate. There is a request. Therefore, it is necessary to provide spots (wells) for holding as many samples as possible on the sample plate and to easily grasp which sample is located at which position. Alternatively, automatic analysis having a function of moving a spot at an arbitrary coordinate on the sample plate to the laser irradiation position by an automatic device is desired. For this reason, the target spot on the sample plate always has regularity. It is desirable that it be formed.
このような質量分析装置において用いられる本考案に係るサンプルプレートの構成として、MALDIとDIOSとを同時に実施できるサンプルプレートを例示する。DIOS以外にもSALDIなどその他の種類のマトリックスフリーイオン化にも適用できることは言うまでもない。 As a configuration of the sample plate according to the present invention used in such a mass spectrometer, a sample plate capable of performing MALDI and DIOS simultaneously is illustrated. Needless to say, the present invention can be applied to other types of matrix free ionization such as SALDI in addition to DIOS.
図6に示すように、サンプルプレート本体2は、例えばアルミニウム薄板などの金属平板であって、TOF−MS分析のための電気的コンタクトが可能とされている。薄板の厚さや材質には特にこだわらないが、真空中で使用される場合にはアウトガスの少ない金属が好適である。プレート表面側には複数のMALDI用ウェル4が深さD1で穿孔されている。また、同プレートには一部のウェルがDIOS用ウェル3として底面開口の状態で開孔されている。このとき、DIOS用ウェル3の開孔深さD2は、D1=D2となるように、プレート2裏面からの凹部7にて調整されている。
As shown in FIG. 6, the sample plate
ウェル3、4の形成には、パンチングや研削など、公知の加工手段が利用できる。また、ウェルの配列は、適用される質量分析装置のサンプルの自動位置決め座標に準じたものであることが望ましいが、形状や寸法は任意に選択が可能である。
Well-known processing means such as punching and grinding can be used to form the
凹部7には、表面が多孔質化されイオン化能を備えた機能性プレート11がウェル3の底面を塞ぐように固定され、機能性ウェルを形成する(図5、図10)。機能性プレート11の固定の際には、両方のプレートを完全に接合してしまっても良いし、密着性良く重ね合わせておくだけでも良い。重ね合わせの際には、ウェル3に滴下されるサンプルが漏洩しないよう液密であることが要求される。固定面が液密であれば固定方法には特に限定されない。例えば導電性カーボン両面テープ等で貼り付けたり、金属ペースト、接着剤で固定するようにしても良いが、機能性プレート11の交換の容易性を考慮すれば、図8に示すように金属や樹脂等のクリップ13で圧接固定したり、図9に示すように溶接またはボルト固定したイタバネ14等で機能性プレート11を抑えるようにすることが望ましい。
A
機能性プレート11としては、図7に示すように、例えば0.5mmのSi基板の片側表面に対してアノーダイジング処理を施し、基板の片側全面に多孔質層12を形成して機能性プレート11としたものを用いることができる。図4に示したような多孔質部をスポット形成した従前の機能性プレートであっても、本考案に適用することは可能であるが、スポット形成には、レジスト塗布→露光→開口部エッチング→アノーダイジング処理→レジスト除去などの工程が必要であるため、表面全面へのアノーダイジング処理1工程だけで済む図7のものの方が、作製工程や作業時間、製造コストの面で有利である。
As the
このようにして作製された図5に示す本考案に係るサンプルプレート2は、底面開口のウェル3の底面に機能性プレート表面が露出した機能性ウェルとなっており、DIOS用ウェルとして好適に使用される。同時にその余の有底ウェル4はMALDI用ウェルとして使用される。サンプルプレート2は、自動分析装置のX−Yステージ上に位置決めされて載置され、例えばウェル3、4のX−Y座標が認識される。MALDI等の自動分析装置は市販品であり公知公用であるのでここでは説明を割愛する。DIOS用機能性ウェル3にはサンプル分散液S1が、MALDI用ウェル4にはマトリックスとサンプル分散液S2が、それぞれ滴下乾固される。このようにしてサンプルは各ウェル底面に固定される。自動化装置の制御によってX−Yステージが駆動され、順次任意の座標のウェルがレーザ照射位置まで移動し、レーザが照射されてサンプルのイオン化が行われる。本考案に係るサンプルプレート2では、MALDI用ウェル4の底面とDIOS用機能性ウェル3の底面が同一平面上にあるように構成されているため、レーザの焦点距離はMALDIとDIOSとで一致し、両測定が同じRUNで実行可能であり、測定のスループットを向上させることができる。
The
このようにしてMALDIとDIOSとの同時測定が可能となり、低分子物質と高分子物質との同時分析が可能となる。上述した実施例構成に限らず、同効果を奏する範囲で構成を変形実施することが可能である。
In this way, simultaneous measurement of MALDI and DIOS becomes possible, and simultaneous analysis of low molecular weight substances and high molecular weight substances becomes possible. The configuration is not limited to the above-described embodiment, and the configuration can be modified within a range where the same effect can be achieved.
本考案に係るサンプルプレートは、質量分析装置用サンプルプレートとして好適に使用されるが、その他、サンプルのイオン化を要する装置にも適用可能である。
The sample plate according to the present invention is preferably used as a sample plate for a mass spectrometer, but can also be applied to an apparatus that requires ionization of a sample.
1・・・飛行時間型質量分析装置
2・・・サンプルプレート
3・・・機能性ウェル
4・・・MALDI用ウェル
5・・・イオン発生部
6・・・ドリフト部
8・・・レーザ光源
9・・・リペラー電極
10・・・検出器
11・・・機能性プレート
12・・・多孔質層
13・・・クリップ
14・・・イタバネ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数のウェルの一部は、その内底面がサンプルにエネルギーを与えることによりイオン化させる機能を有する機能性プレートで構成されている機能性ウェルであることを特徴とするサンプルプレート。
A sample plate with a plurality of wells for holding samples,
A part of the plurality of wells is a functional well composed of a functional plate whose inner bottom surface has a function of ionizing by applying energy to the sample.
2. The sample plate according to claim 1, wherein a part of the plurality of wells has an opening on a bottom surface, and the functional well is formed by fixing the functional plate in the opening.
3. The sample plate according to claim 2, wherein the functional well is formed by fixing a functional plate having a larger area than the bottom opening from the back side.
The sample plate according to any one of claims 1 to 3, wherein the functional well and the other wells are configured so that bottom surfaces thereof are on the same plane.
The sample plate according to claim 1, wherein the functional well has a function of DIOS or SALDI.
A mass spectrometer comprising at least an ionization unit for ionizing a sample on a sample plate, a mass discrimination unit, and an ion detection unit, wherein the sample plate includes the sample plate according to any one of claims 1 to 5. A mass spectrometer.
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