JP4900245B2 - マイクロチップおよびその使用方法、ならびに質量分析システム - Google Patents
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Description
E. Gelpi、Journal of Mass Spectrometry、37、241−253 M. L. Mok他4名、The Analyst、2004、129、109−110
質量分析のターゲット板として用いられるマイクロチップであって、
基板と、
前記基板に溝状に設けられ、質量分析の対象となる試料が配置される複数の試料配置部を備える試料配置流路と、
前記基板に溝状に設けられ、前記質量分析における標準物質が導入される標準物質導入流路と、
を有し、
前記複数の試料配置部が、前記標準物質導入流路の側方に、前記標準物質導入流路に沿って設けられており、
前記試料配置流路が、前記標準物質導入流路に沿って設けられ、
前記試料配置流路が、pH勾配の形成される等電点分離領域を含み、
前記等電点分離領域に電界を印加する一対の電極と、
前記等電点分離領域に記試料を導入する試料導入部と
をさらに備え、
前記試料中の成分が、前記試料配置流路中で等電点分離により分離されるように構成されており、
前記標準物質導入流路には、電極配置部が設けられていない、マイクロチップ
が提供される。
質量分析のターゲット板として用いられるマイクロチップであって、
基板と、
前記基板に設けられ、質量分析の対象となる試料が配置される複数の試料配置部と、
前記基板に溝状に設けられ、前記質量分析における標準物質が導入される標準物質導入流路と、
を含み、
前記複数の試料配置部が、前記標準物質導入流路の側方に、前記標準物質導入流路に沿って設けられており、
前記複数の試料配置部が、前記基板に互いに離隔して設けられた複数の孔であり、
前記複数の孔が、前記標準物質導入流路の側方に、前記標準物質導入流路に沿って設けられたマイクロチップ
が提供される。
前記試料配置部に、質量分析の対象となる試料を配置するステップと、
前記標準物質導入流路に、前記質量分析における標準物質を導入するステップと、
前記試料のレーザ脱離イオン化飛行時間型質量分析を行うステップと、
を含み、
レーザ脱離イオン化飛行時間型質量分析を行う前記ステップが、
前記標準物質導入流路の所定の領域にレーザ光を照射するステップと、
前記複数の試料配置部のうち、前記所定の領域に近接する前記試料配置部に前記レーザ光を照射するステップと、
を含むマイクロチップの使用方法が提供される。
前記標準物質導入流路の所定の領域にレーザ光を照射するとともに、前記複数の試料配置部のうち、前記所定の領域に近接する前記試料配置部にレーザ光を照射する光照射手段と、
前記標準物質導入流路への光照射により生じた前記標準物質のイオンを解析して前記標準物質の質量分析データを取得するとともに、前記所定の領域に近接する前記試料配置部への光照射により生じた前記試料のイオンを解析して前記試料の質量分析データを取得するデータ取得手段と、
前記標準物質の質量分析データに基づき、前記試料の質量分析のための較正データを取得し、前記較正データに基づき、前記試料の質量分析データを解析する解析手段と、
を備える質量分析システムが提供される。
図1は、本実施の形態におけるマイクロチップの構成を示す平面図である。図1に示したマイクロチップ100は、質量分析のターゲット板として用いられるマイクロチップであって、基板120と、基板120に設けられ、質量分析の対象となる試料が配置される複数の試料配置部と、基板120に設けられ、質量分析における標準物質が導入される標準物質導入流路(標準物質配置用微細流路102)と、を含む。
複数の試料配置部は、標準物質配置用微細流路102の近傍に設けられる。また、複数の試料配置部は、標準物質配置用微細流路102の側方に、標準物質配置用微細流路102に沿って設けられている。マイクロチップ100においては、複数の試料配置部が、基板120に設けられた試料配置流路(分離用流路101)に設けられている。
マイクロチップ100においては、分離用流路101が標準物質配置用微細流路102の延在方向に略平行に配置されている。これにより、分離用流路101と標準物質配置用微細流路102との距離を略一定とすることができるので、分離用流路101中に分離されて配置される複数の成分についての較正精度のばらつきを抑制することができる。また、質量分析におけるステージ移動をさらに簡便に行うことができる。
分離用流路101の少なくとも一部が試料分離領域となっており、試料中の成分が、分離用流路101中で分離されるように構成されている。分離用流路101に導入された試料中の成分は、分離用流路101中で所定の方法により分離されて、分離用流路101中の複数の箇所、つまり複数の試料配置部に配置される。試料中の成分は、たとえば複数のバンド状または複数のスポット状に分離され、分離用流路101中に互いに離隔して配置される。
また、標準物質配置用微細流路102は、標準物質が配置される流路であって、試料の分離には供されないため、標準物質配置用微細流路102に連通する液溜152および液溜153には、電極配置部が設けられていない。
基板120の標準物質配置用微細流路102の形成面において、少なくとも標準物質配置用微細流路102の形成領域の近傍が撥水処理されていてもよい。こうすれば、標準物質配置用微細流路102中の液体が標準物質配置用微細流路102から基板120上面にあふれ出ないようにすることができる。このため、標準物質配置用微細流路102中の物質が分離用流路101中の試料と混ざらないようにすることができるので、試料の汚染をさらに効果的に抑制できる。
マイクロチップ100は、所定の材料からなる基板120に対して、公知のドライエッチングまたはウエットエッチングの技術を用いて分離用流路101および標準物質配置用微細流路102を含む構造を形成することにより製造される。
図4においては、分離用流路101および標準物質配置用微細流路102の上部にそれぞれ第1シール121および第2シール123が設けられている。第1シール121および第2シール123は、それぞれ、分離用流路101および標準物質配置用微細流路102の上部を被覆している。
第1シール121および第2シール123は、フィルム状の部材とし、その平面形状は、たとえば矩形とする。また、これらのシールの一端を基板120に接着せずに遊離させた状態としてもよい。こうすれば、シールを基板120から容易に剥離させることができる。
図6(a)および図6(b)は、マイクロチップ100を用いた質量分析のフローチャートである。
マイクロチップ100は、質量分析のターゲット板として使用される。この使用方法は、図6(a)に示したように、以下のステップを含む。
ステップ101:試料配置部(分離用流路101中の複数の箇所)に、質量分析の対象となる試料を配置するステップ、
ステップ102:標準物質配置用微細流路102に、質量分析における標準物質を導入するステップ、および
ステップ105:試料のレーザ脱離イオン化飛行時間型質量分析を行うステップ。
ステップ101においては、分離用流路101中で試料を分離することにより、分離用流路101中の複数の箇所に試料を離隔して配置する。
ステップ103:分離用流路101および標準物質配置用微細流路102中の液体を凍結乾燥させるステップ、および
ステップ104:分離用流路101および標準物質配置用微細流路102にマトリックスを添加するステップ。
まず、ステップ105の質量分析以前のステップについて説明する。
具体的には、分離用流路101において、適当な物理的または化学的性質、たとえばサイズや等電点で電気泳動分離が行われる。このとき、電気泳動用試料溶液を用意し、分離用流路101に導入した後、液溜150および液溜151のそれぞれに電極(不図示)を挿入し、電極間に電圧を印加して、分離動作を行う。また、電圧を印加して分離する方法に代えて、圧力を印加する分離方法を用いてもよい。
ステップ105においてレーザ脱離イオン化飛行時間型質量分析を行うステップは、図6(b)に示したように、さらに、以下のステップを含む。
ステップ106:標準物質配置用微細流路102の所定の領域にレーザ光を照射するステップ、および
ステップ107:複数の試料配置部のうち、当該所定の領域に近接する試料配置部にレーザ光を照射するステップ。
図7に示した質量分析システム130は、マイクロチップ100と、標準物質配置用微細流路102の所定の領域にレーザ光を照射するとともに、分離用流路101の複数の試料配置部のうち、当該所定の領域に近接する試料配置部にレーザ光を照射する光照射手段(レーザ光源137)と、標準物質配置用微細流路102への光照射により生じた標準物質のイオンを解析して較正データを取得するとともに、当該所定の領域に近接する試料配置部への光照射により生じた試料のイオンを解析して試料の質量分析データを取得するデータ取得手段(検出部143)と、標準物質の質量分析データに基づき、試料の質量分析のための較正データを取得し、較正データに基づき、試料の質量分析データを解析する解析手段(解析部145)と、を備える。
レーザ光源137は、マイクロチップ100の表面に光を照射する。レーザ光源137は、光照射位置における光の照射角度が略一定となるようにマイクロチップ100の表面に光照射するように構成されている。
(i)標準物質の質量分析データを用いた較正曲線データの作成、および
(ii)較正曲線データを用いた試料の質量分析データの解析
を行う。
また、上記(ii)較正曲線データを用いた試料の質量分析データの解析においては、解析部145は、上記(i)で得られた較正曲線のデータに基づき、試料の比電荷(m/z)のデータに対応する質量のデータを取得する。
分離用流路101中に分離された被質量分析試料を連続的スキャンしていく場合、制御部141は、あらかじめ設定されてデータ記憶部149中に記憶されている標準物質配置用微細流路102の座標情報を参照し、ステージ133を面内方向に移動させて、標準物質配置用微細流路102の第1位置(N=1)へ移動する(S112、S113)。
また、ステップ114において、検出部143は、質量既知の数種の標準物質が検出する。検出結果をデータ記憶部149に格納してもよい。
つづいて(ステップ119のNo)、ステージ133の駆動部は、レーザ光源137から照射されるレーザ光の照射位置が標準物質配置用微細流路102上の第2位置となるように(S120)、ステージ133を移動させる。そして、標準物質配置用微細流路102の第2位置について、ステップ113以降の手順を繰り返す。
以後、分離用流路101中にN個に分離された試料の測定が終了する(ステップ119のYes)まで、ステップ113以降の各手順を繰り返す(ステップ119のNo)。
第一に、標準物質配置用微細流路102への一回の標準試料の導入で、簡便、迅速、そして確実に、多数の被質量分析試料に対する標準物質を各被質量分析試料の近傍に配置させることが可能となる。従来のターゲットプレートにおいては図12を参照して前述したように、標準物質を必要な数だけスポットする必要があったが、マイクロチップ100においては、標準物質配置用微細流路102の近傍に、標準物質配置用微細流路102に沿って分離用流路101が設けられているため、分離用流路101中の複数箇所の測定のいずれについても、標準物質配置用微細流路102を用いて較正することができる。
第1の実施の形態においては、分離用流路101および標準物質配置用微細流路102が互いに平行な直線状の流路である場合を例に説明したが、標準物質配置用微細流路102および分離用流路101の平面形状は、直線状には限られず、他の形状とすることもできる。本実施の形態では、このような構成について説明する。
図2に示したマイクロチップ103の基本構成は、第1の実施の形態において図1を参照して前述したマイクロチップ100と同様であるが、分離用流路101および標準物質配置用微細流路102の平面形状が異なる。
マイクロチップ103においては、標準物質配置用微細流路102および分離用流路101の平面形状がジグザグ状であり、約90度の角部を有する。標準物質配置用微細流路102は分離用流路101の近傍に配置されている。
また、マイクロチップ103においては、分離用流路101および標準物質配置用微細流路102の平面形状がジグザグ状であるため、長手方向の長さが同じマイクロチップで比較したときに、分離用流路101が直線状である場合よりも、分離用流路101の流路長を長くすることができる。具体的には、基板120が矩形である場合、その長辺の長さよりも分離用流路101の流路長を長くすることができる。このため、分離用流路101中での試料の分離能力をさらに向上させることができる。
以上の実施の形態においては、分離用流路101中で試料が分離されることにより、分離用流路101の複数の位置に試料中の成分が配置される場合を例に説明したが、試料配置部は、流路中に設けられる場合には限られない。たとえば、試料配置部は、被質量分析試料を隔離してスポット可能な点在形状であってもよい。
また、マイクロチップ104においては、複数の被質量分析試料配置用ウエル154が、標準物質配置用微細流路102の側方に、標準物質配置用微細流路102に沿って設けられている。このため、各被質量分析試料配置用ウエル154について、標準物質配置用微細流路102の近接する領域を用いて較正できる。よって、複数の被質量分析試料配置用ウエル154について測定を行う際にも、各孔について較正精度を向上させることができる。
(実施例)
本実施例においては、図1に示すマイクロチップ100を用いて、ペプチド試料の等電点分離と質量分析を行う。
質量電荷比(m/z)とを比較し、質量分析計の較正を行う(図9のS133)。
Claims (13)
- 質量分析のターゲット板として用いられるマイクロチップであって、
基板と、
前記基板に溝状に設けられ、質量分析の対象となる試料が配置される複数の試料配置部を備える試料配置流路と、
前記基板に溝状に設けられ、前記質量分析における標準物質が導入される標準物質導入流路と、
を有し、
前記複数の試料配置部が、前記標準物質導入流路の側方に、前記標準物質導入流路に沿って設けられており、
前記試料配置流路が、前記標準物質導入流路に沿って設けられ、
前記試料配置流路が、pH勾配の形成される等電点分離領域を含み、
前記等電点分離領域に電界を印加する一対の電極と、
前記等電点分離領域に記試料を導入する試料導入部と
をさらに備え、
前記試料中の成分が、前記試料配置流路中で等電点分離により分離されるように構成されており、
前記標準物質導入流路には、電極配置部が設けられていない、マイクロチップ。 - 請求項1に記載のマイクロチップにおいて、
前記試料配置流路が、前記標準物質導入流路の延在方向に略平行に配置されたマイクロチップ。 - 請求項1に記載のマイクロチップにおいて、
前記標準物質導入流路および前記試料配置流路の平面形状がジグザグ状であるマイクロチップ。 - 質量分析のターゲット板として用いられるマイクロチップであって、
基板と、
前記基板に設けられ、質量分析の対象となる試料が配置される複数の試料配置部と、
前記基板に溝状に設けられ、前記質量分析における標準物質が導入される標準物質導入流路と、
を含み、
前記複数の試料配置部が、前記標準物質導入流路の側方に、前記標準物質導入流路に沿って設けられており、
前記複数の試料配置部が、前記基板に互いに離隔して設けられた複数の孔であり、
前記複数の孔が、前記標準物質導入流路の側方に、前記標準物質導入流路に沿って設けられたマイクロチップ。 - 請求項4に記載のマイクロチップにおいて、
前記標準物質導入流路の平面形状がジグザグ状であるマイクロチップ。 - 請求項1乃至5いずれか1項に記載のマイクロチップにおいて、
基板面内における前記試料配置部と前記標準物質導入流路との距離が、0.5mm以上10mm以下であるマイクロチップ。 - 請求項1乃至6いずれか1項に記載のマイクロチップにおいて、
前記基板の材料が、シリコーン樹脂、シリコン、またはガラスであるマイクロチップ。 - 請求項1乃至7いずれか1項に記載のマイクロチップにおいて、
前記標準物質導入流路に複数の柱状体が設けられたマイクロチップ。 - 請求項1乃至8いずれか1項に記載のマイクロチップにおいて、
前記標準物質導入流路の表面が親水処理されたマイクロチップ。 - 請求項1乃至9いずれか1項に記載のマイクロチップにおいて、
前記基板の前記標準物質導入流路の形成面において、少なくとも前記標準物質導入流路の形成領域の近傍が撥水処理されたマイクロチップ。 - 請求項1乃至10いずれか1項に記載のマイクロチップと、
前記標準物質導入流路の所定の領域にレーザ光を照射するとともに、前記複数の試料配置部のうち、前記所定の領域に近接する前記試料配置部にレーザ光を照射する光照射手段と、
前記標準物質導入流路への光照射により生じた前記標準物質のイオンを解析して前記標準物質の質量分析データを取得するとともに、前記所定の領域に近接する前記試料配置部への光照射により生じた前記試料のイオンを解析して前記試料の質量分析データを取得するデータ取得手段と、
前記標準物質の質量分析データに基づき、前記試料の質量分析のための較正データを取得し、前記較正データに基づき、前記試料の質量分析データを解析する解析手段と、
を備える質量分析システム。 - 請求項11に記載の質量分析システムにおいて、
基板面内における前記試料配置部と前記標準物質導入流路との距離が、前記レーザ光のスポット径よりも大きい質量分析システム。 - 請求項1乃至10いずれか1項に記載のマイクロチップを質量分析のターゲット板として使用する方法であって、
前記試料配置部に、質量分析の対象となる試料を配置するステップと、
前記標準物質導入流路に、前記質量分析における標準物質を導入するステップと、
前記試料のレーザ脱離イオン化飛行時間型質量分析を行うステップと、
を含み、
レーザ脱離イオン化飛行時間型質量分析を行う前記ステップが、
前記標準物質導入流路の所定の領域にレーザ光を照射するステップと、
前記複数の試料配置部のうち、前記所定の領域に近接する前記試料配置部に前記レーザ光を照射するステップと、
を含むマイクロチップの使用方法。
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