JP7097374B2 - 質量分析装置及び質量分析方法 - Google Patents

Description

本開示は、質量分析装置及び質量分析方法に関する。

従来、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ：Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization）によってイオン化された試料の成分を検出することにより、試料を構成する分子の二次元分布を画像化するイメージング質量分析を実施する質量分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＭＡＬＤＩは、レーザ光を吸収するマトリックスと呼ばれる低分子量の有機化合物を試料に加え、これにレーザ光を照射することにより、試料をイオン化する手法である。ＭＡＬＤＩによるイメージング質量分析においては、試料のイオン像と共に試料の可視光像が取得される場合がある。

特許第４８６３６９２号公報

上述したような質量分析装置においては、例えば組織切片等の薄膜状の生体試料がイメージング質量分析の対象となるが、ＭＡＬＤＩでは、レーザ光が照射される試料の表面において導電性を確保する必要があるため、例えば試料の厚さが１０μｍ程度に制限される等、試料を厚くすることが困難である。その一方で、厚さが１０μｍ程度以下というように試料が薄いため、ＭＡＬＤＩによるイメージング質量分析においては、試料の可視光像として試料の透過光像が取得されるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、イオン化された試料の成分を検出する際における信号強度の確保という観点からは、厚い試料をイメージング質量分析の対象とし得ることが好ましい。

本開示は、厚い試料をイメージング質量分析の対象とすることができる質量分析装置及び質量分析方法を提供することを目的とする。

本開示の一側面の質量分析装置は、真空引きされる空間を形成するチャンバと、互いに対向する第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成された基板と、少なくとも第１表面に設けられた導電層と、を備える試料支持体の第２表面が試料に接触した状態で、チャンバ内の空間において、少なくとも試料及び試料支持体を支持する支持部と、第１表面に対してレーザ光を照射するレーザ光照射部と、導電層に電圧を印加する電圧印加部と、試料の成分が毛細管現象によって複数の貫通孔を介して第１表面側に移動した状態で、チャンバ内の空間において、導電層に電圧が印加されつつ第１表面に対してレーザ光が照射されることによりイオン化された成分を検出するイオン検出部と、試料に対して基板側から第１光を照射する第１光照射部と、第１光による試料の反射光像を取得する撮像部と、を備える。

この質量分析装置では、支持された試料支持体の基板において、試料の成分が毛細管現象によって複数の貫通孔を介して第１表面側に移動した状態にある。これにより、基板の第１表面側に移動した試料の成分においては、試料の位置情報（試料を構成する分子の二次元分布情報）が維持されている。この状態で、導電層に電圧が印加されつつ基板の第１表面に対してレーザ光が照射されるため、試料の位置情報が維持されつつ試料の成分がイオン化される。このように、試料の成分が基板の第１表面側に移動した状態で導電層に電圧が印加されるため、試料自体についての導電性を考慮せずに、試料を厚くすることができる。しかも、試料に対して基板側から第１光が照射され、第１光による試料の反射光像（導電層及び基板を透過し、試料で反射された第１光による試料の像）が取得されるため、試料における光透過性等を考慮せずに、試料を厚くすることができる。試料を厚くし得ることは、イオン化された成分を検出する際における信号強度を確保する上で有利である。以上により、この質量分析装置によれば、厚い試料をイメージング質量分析の対象とすることができる。

本開示の一側面の質量分析装置は、試料に対して基板とは反対側から第２光を照射する第２光照射部を更に備え、撮像部は、第２光による試料の透過光像を取得してもよい。これにより、試料の厚さ等によっては、試料の反射光像だけでなく、試料の透過光像（試料、基板及び導電層を透過した第２光による試料の像）を取得することができる。

本開示の一側面の質量分析装置は、第１光照射部による第１光の照射又は第２光照射部による第２光の照射を切り替える切替部を更に備えてもよい。これにより、試料の像として反射光像又は透過光像のいずれを取得するかを、試料の厚さ等に応じて選択することができる。

本開示の一側面の質量分析装置では、撮像部は、互いに異なる複数の撮像倍率での撮像が可能であってもよい。これにより、適切な撮像倍率で試料の像を取得することができる。

本開示の一側面の質量分析装置では、レーザ光照射部は、試料に対応する領域に対してレーザ光を走査し、イオン検出部は、レーザ光の走査位置に対応するように、イオン化された成分を検出してもよい。これにより、イメージング質量分析を適切に実施することができる。

本開示の一側面の質量分析装置では、レーザ光照射部は、試料に対応する領域に対してレーザ光を一括で照射し、イオン検出部は、領域の二次元情報を維持しながら、イオン化された成分を検出してもよい。これにより、イメージング質量分析を適切に実施することができる。

本開示の一側面の質量分析装置は、真空引きされる空間を形成するチャンバと、導電性を有し、互いに対向する第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成された基板を備える試料支持体の第２表面が試料に接触した状態で、チャンバ内の空間において、少なくとも試料及び試料支持体を支持する支持部と、第１表面に対してレーザ光を照射するレーザ光照射部と、基板に電圧を印加する電圧印加部と、試料の成分が毛細管現象によって複数の貫通孔を介して第１表面側に移動した状態で、チャンバ内の空間において、基板に電圧が印加されつつ第１表面に対してレーザ光が照射されることによりイオン化された成分を検出するイオン検出部と、試料に対して基板側から第１光を照射する第１光照射部と、第１光による試料の反射光像を取得する撮像部と、を備える。

この質量分析装置によれば、試料支持体において導電層を省略することができると共に、上述したように導電層を備える試料支持体を用いる場合と同様の効果を得ることができる。

本開示の一側面の質量分析方法は、互いに対向する第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成された基板と、少なくとも第１表面に設けられた導電層と、を備える試料支持体の第２表面が試料に接触した状態で、真空引きされた空間において、少なくとも試料及び試料支持体が支持される第１工程と、試料の成分が毛細管現象によって複数の貫通孔を介して第１表面側に移動した状態で、導電層に電圧が印加されつつ第１表面に対してレーザ光が照射される第２工程と、空間において、導電層に電圧が印加されつつ第１表面に対してレーザ光が照射されることによりイオン化された成分が検出される第３工程と、試料に対して基板側から第１光が照射され、第１光による試料の反射光像が取得される第４工程と、を備える。

この質量分析方法では、支持された試料支持体の基板において、試料の成分が毛細管現象によって複数の貫通孔を介して第１表面側に移動した状態にある。これにより、基板の第１表面側に移動した試料の成分においては、試料の位置情報（試料を構成する分子の二次元分布情報）が維持されている。この状態で、導電層に電圧が印加されつつ基板の第１表面に対してレーザ光が照射されるため、試料の位置情報が維持されつつ試料の成分がイオン化される。このように、試料の成分が基板の第１表面側に移動した状態で導電層に電圧が印加されるため、試料自体についての導電性を考慮せずに、試料を厚くすることができる。しかも、試料に対して基板側から第１光が照射され、第１光による試料の反射光像が取得されるため、試料における光透過性等を考慮せずに、試料を厚くすることができる。試料を厚くし得ることは、イオン化された成分を検出する際における信号強度を確保する上で有利である。以上により、この質量分析方法によれば、厚い試料をイメージング質量分析の対象とすることができる。

本開示の一側面の質量分析方法では、第４工程は、第３工程の前に実施されてもよい。これにより、レーザ光の照射によって試料が何らかの影響を受ける前における試料の状態を観察することができる。

本開示の一側面の質量分析方法では、第４工程は、第３工程の後に実施されてもよい。これにより、イメージング質量分析の結果に基づいて試料の状態を観察することができる。

本開示の一側面の質量分析方法は、試料に対して基板側から第１光が照射され、第４工程よりも高い撮像倍率で、第１光による試料の反射光像が取得される第５工程を更に備えてもよい。これにより、試料の状態をより詳細に観察することができる。

本開示の一側面の質量分析方法では、第２工程及び第３工程は、第５工程において取得された反射光像に基づいて試料に対応する領域から抽出された一部の領域に対して実施されてもよい。これにより、試料の特定の部分をイメージング質量分析の対象とすることができる。

本開示の一側面の質量分析方法は、試料に対して基板とは反対側から第２光が照射され、第２光による試料の透過光像が取得される第６工程を更に備えてもよい。これにより、試料の厚さ等によっては、試料の反射光像だけでなく、試料の透過光像を取得することができる。

本開示の一側面の質量分析方法は、導電性を有し、互いに対向する第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成された基板を備える試料支持体の第２表面が試料に接触した状態で、真空引きされた空間において、少なくとも試料及び試料支持体が支持される第１工程と、試料の成分が毛細管現象によって複数の貫通孔を介して第１表面側に移動した状態で、基板に電圧が印加されつつ第１表面に対してレーザ光が照射される第２工程と、空間において、基板に電圧が印加されつつ第１表面に対してレーザ光が照射されることによりイオン化された成分が検出される第３工程と、試料に対して基板側から第１光が照射され、第１光による試料の反射光像が取得される第４工程と、を備える。

この質量分析方法によれば、試料支持体において導電層を省略することができると共に、上述したように導電層を備える試料支持体を用いる場合と同様の効果を得ることができる。

本開示によれば、厚い試料をイメージング質量分析の対象とすることができる質量分析装置及び質量分析方法を提供することができる。

図１は、一実施形態の質量分析装置及び質量分析方法に用いられる試料支持体の平面図である。 図２は、図１に示されるII－II線に沿っての試料支持体の断面図である。 図３は、図１に示される試料支持体の基板の拡大像を示す図である。 図４は、一実施形態の質量分析方法の工程を示す図である。 図５は、一実施形態の質量分析方法の工程を示す図である。 図６は、一実施形態の質量分析方法の工程を示す図である。 図７は、一実施形態の質量分析装置の構成図である。 図８は、一実施形態の質量分析方法のフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

最初に、一実施形態の質量分析装置及び質量分析方法に用いられる試料支持体について説明する。図１及び図２に示されるように、試料支持体１は、基板２と、フレーム３と、導電層４と、を備えている。基板２は、互いに対向する第１表面２ａ及び第２表面２ｂを有している。基板２には、複数の貫通孔２ｃが一様に（均一な分布で）形成されている。各貫通孔２ｃは、基板２の厚さ方向（第１表面２ａ及び第２表面２ｂに垂直な方向）に沿って延在しており、第１表面２ａ及び第２表面２ｂに開口している。

基板２は、例えば、絶縁性材料によって長方形板状に形成されている。基板２の厚さ方向から見た場合における基板２の一辺の長さは、例えば数ｃｍ程度であり、基板２の厚さは、例えば１μｍ～５０μｍ程度である。基板２の厚さ方向から見た場合における貫通孔２ｃの形状は、例えば略円形である。貫通孔２ｃの幅は、例えば１ｎｍ～７００ｎｍ程度である。貫通孔２ｃの幅とは、基板２の厚さ方向から見た場合における貫通孔２ｃの形状が略円形である場合には、貫通孔２ｃの直径を意味し、当該形状が略円形以外である場合には、貫通孔２ｃに収まる仮想的な最大円柱の直径（有効径）を意味する。

フレーム３は、基板２の第１表面２ａに設けられている。具体的には、フレーム３は、接着層５によって基板２の第１表面２ａに固定されている。接着層５の材料としては、放出ガスの少ない接着材料（例えば、低融点ガラス、真空用接着剤等）が用いられることが好ましい。フレーム３は、基板２の厚さ方向から見た場合に基板２と略同一の外形を有している。フレーム３には、開口３ａが形成されている。基板２のうち開口３ａに対応する部分は、後述する毛細管現象によって試料の成分を第１表面２ａ側に移動させるための実効領域Ｒとして機能する。

フレーム３は、例えば、絶縁性材料によって長方形板状に形成されている。基板２の厚さ方向から見た場合におけるフレーム３の一辺の長さは、例えば数ｃｍ程度であり、フレーム３の厚さは、例えば１ｍｍ以下である。基板２の厚さ方向から見た場合における開口３ａの形状は、例えば円形であり、その場合における開口３ａの直径は、例えば数ｍｍ～数十ｍｍ程度である。このようなフレーム３によって、試料支持体１のハンドリングが容易化すると共に、温度変化等に起因する基板２の変形が抑制される。

導電層４は、基板２の第１表面２ａに設けられている。具体的には、導電層４は、基板２の第１表面２ａのうちフレーム３の開口３ａに対応する領域（すなわち、実効領域Ｒに対応する領域）、開口３ａの内面、及びフレーム３における基板２とは反対側の表面３ｂに一続きに（一体的に）形成されている。導電層４は、実効領域Ｒにおいて、基板２の第１表面２ａのうち貫通孔２ｃが形成されていない部分を覆っている。つまり、実効領域Ｒにおいては、各貫通孔２ｃが開口３ａに露出している。

導電層４は、導電性材料によって形成されている。ただし、導電層４の材料としては、以下に述べる理由により、試料との親和性（反応性）が低く且つ導電性が高い金属が用いられることが好ましい。

例えば、タンパク質等の試料と親和性が高いＣｕ（銅）等の金属によって導電層４が形成されていると、後述する試料のイオン化の過程において、試料分子にＣｕ原子が付着した状態で試料がイオン化され、Ｃｕ原子が付着した分だけ、後述する質量分析法において検出結果がずれるおそれがある。したがって、導電層４の材料としては、試料との親和性が低い金属が用いられることが好ましい。

一方、導電性の高い金属ほど一定の電圧を容易に且つ安定して印加し易くなる。そのため、導電性が高い金属によって導電層４が形成されていると、実効領域Ｒにおいて基板２の第１表面２ａに均一に電圧を印加することが可能となる。また、導電性の高い金属ほど熱伝導性も高い傾向にある。そのため、導電性が高い金属によって導電層４が形成されていると、基板２に照射されたレーザ光のエネルギーを、導電層４を介して試料に効率的に伝えることが可能となる。したがって、導電層４の材料としては、導電性の高い金属が用いられることが好ましい。

以上の観点から、導電層４の材料としては、例えば、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）等が用いられることが好ましい。導電層４は、例えば、メッキ法、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）、蒸着法、スパッタ法等によって、厚さ１ｎｍ～３５０ｎｍ程度に形成される。なお、導電層４の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）等が用いられてもよい。

図３は、基板２の厚さ方向から見た場合における基板２の拡大像を示す図である。図３において、黒色の部分は貫通孔２ｃであり、白色の部分は貫通孔２ｃ間の隔壁部である。図３に示されるように、基板２は、略一定の幅を有する複数の貫通孔２ｃが一様に形成されている。実効領域Ｒにおける貫通孔２ｃの開口率（基板２の厚さ方向から見た場合に実効領域Ｒに対して全ての貫通孔２ｃが占める割合）は、実用上は１０～８０％であり、特に６０～８０％であることが好ましい。複数の貫通孔２ｃの大きさは互いに不揃いであってもよいし、部分的に複数の貫通孔２ｃ同士が互いに連結していてもよい。

図３に示される基板２は、Ａｌ（アルミニウム）を陽極酸化することにより形成されたアルミナポーラス皮膜である。具体的には、Ａｌ基板に対して陽極酸化処理を施し、酸化された表面部分をＡｌ基板から剥離することにより、基板２を得ることができる。なお、基板２は、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｗ（タングステン）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｓｂ（アンチモン）等のＡｌ以外のバルブ金属を陽極酸化することにより形成されてもよいし、Ｓｉ（シリコン）を陽極酸化することにより形成されてもよい。

次に、試料支持体１を用いた質量分析方法の概要について説明する。図４～図６においては、試料支持体１における貫通孔２ｃ、導電層４及び接着層５の図示が省略されている。また、図１及び図２に示される試料支持体１と図４～図６に示される試料支持体１とでは、図示の便宜上、寸法の比率等が異なっている。

まず、上述した試料支持体１が用意される。試料支持体１は、質量分析方法を実施する者によって製造されることで用意されてもよいし、試料支持体１の製造者又は販売者等から取得されることで用意されてもよい。

続いて、図４の（ａ）に示されるように、試料Ｓがスライドガラス６の載置面６ａに載置される。スライドガラス６は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide)膜等の透明導電膜が形成されたガラス基板であり、透明導電膜の表面が載置面６ａとなっている。なお、スライドガラス６に限定されず、導電性を確保し得る部材（例えば、ステンレス等の金属材料等からなる基板等）を載置部として用いることができる。続いて、図４の（ｂ）に示されるように、試料Ｓに基板２の第２表面２ｂが接触させられ、この状態で、図５の（ａ）に示されるように、スライドガラス６に対して試料支持体１が固定される。このとき、試料Ｓは、基板２の厚さ方向から見た場合に実効領域Ｒ内に配置される。また、試料支持体１は、導電性を有するテープ７（例えば、カーボンテープ等）によって、スライドガラス６に対して固定される。具体的には、テープ７は、基板２の第１表面２ａ上の導電層４に接触し、且つ、スライドガラス６の載置面６ａに接触することにより、試料支持体１をスライドガラス６に対して固定する。テープ７は、試料支持体１の一部であってもよいし、試料支持体１とは別に用意されてもよい。テープ７が試料支持体１の一部である場合（すなわち、試料支持体１がテープ７を備える場合）には、例えば、テープ７は、予め、基板２の周縁部において第１表面２ａ側に固定されていてもよい。より具体的には、テープ７は、基板２の周縁部において導電層４上に固定されていてもよい。ここで、試料Ｓは、例えば組織切片等の薄膜状の生体試料（含水試料）である。

続いて、図５の（ｂ）に示されるように、スライドガラス６と試料支持体１との間に試料Ｓが配置された状態で、試料Ｓの成分Ｓ１が毛細管現象によって複数の貫通孔２ｃ（図２参照）を介して基板２の第１表面２ａ側に移動する。基板２の第１表面２ａ側に移動した成分Ｓ１は、表面張力によって第１表面２ａ側に留まる。なお、試料Ｓが乾燥試料である場合には、試料Ｓの粘性を低くするための溶液（例えばアセトニトリル混合液等）が試料Ｓに加えられる。これにより、毛細管現象によって複数の貫通孔２ｃを介して基板２の第１表面２ａ側に試料Ｓの成分Ｓ１を移動させることができる。

続いて、図６に示されるように、スライドガラス６と試料支持体１との間に試料Ｓが配置された状態で、スライドガラス６、試料支持体１及び試料Ｓが、質量分析装置１０の支持部１２（例えば、ステージ）上に載置される。続いて、質量分析装置１０の電圧印加部１４によって、スライドガラス６の載置面６ａ及びテープ７を介して試料支持体１の導電層４（図２参照）に電圧が印加される。続いて、質量分析装置１０のレーザ光照射部１３によって、フレーム３の開口３ａを介して、基板２の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射される。つまり、レーザ光Ｌは、基板２の第１表面２ａのうちフレーム３の開口３ａに対応する領域（すなわち、実効領域Ｒに対応する領域）に対して照射される。ここでは、レーザ光照射部１３は、実効領域Ｒに対応する領域に対してレーザ光Ｌを走査する。

このように、導電層４に電圧が印加されつつ基板２の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されることにより、基板２の第１表面２ａ側に移動した成分Ｓ１がイオン化され、試料イオンＳ２（イオン化された成分Ｓ１）が放出される。具体的には、レーザ光Ｌのエネルギーを吸収した導電層４（図２参照）から、基板２の第１表面２ａ側に移動した成分Ｓ１にエネルギーが伝達され、エネルギーを獲得した成分Ｓ１が気化すると共に電荷を獲得して、試料イオンＳ２となる。

放出された試料イオンＳ２は、支持部１２側とイオン検出部１５側との圧力差、及びイオンガイド１５１（図７参照）の電場によって、質量分離部１５２（図７参照）に引き込まれる。質量分離部１５２では、試料イオンＳ２が質量に応じて分離される。質量に応じて分離された試料イオンＳ２は、イオン検出器１５３（図７参照）によって検出される。ここでは、イオン検出器１５３は、レーザ光Ｌの走査位置に対応するように、試料イオンＳ２を検出する。これにより、試料Ｓを構成する分子の二次元分布を画像化することができる。なお、ここでの質量分析装置１０は、飛行時間型質量分析法（ＴＯＦ－ＭＳ：Time-of-Flight Mass Spectrometry）を利用する走査型質量分析装置である。

以上の試料支持体１の構成及び質量分析方法の概要の説明を踏まえて、一実施形態の質量分析装置について説明する。図７に示されるように、質量分析装置１０は、チャンバ１１と、支持部１２と、レーザ光照射部１３と、電圧印加部１４と、イオン検出部１５と、第１光照射部１６と、第２光照射部１７と、撮像部１８と、制御部（切替部）２０と、操作部２１と、表示部２２と、を備えている。なお、図７に示される質量分析装置１０の支持部１２周りの構成は、図６に示される質量分析装置１０の支持部１２周りの構成と同様であるため、以下、図７だけでなく図６も参照する。

チャンバ１１は、真空引きされる空間を形成する。支持部１２は、スライドガラス６と試料支持体１との間に試料Ｓが配置された状態で、チャンバ１１内の空間において、スライドガラス６、試料支持体１及び試料Ｓを支持する。支持部１２は、例えば、基板２の厚さ方向に垂直な平面に沿って動作可能なステージである。レーザ光照射部１３は、チャンバ１１に設けられた窓部１１ａを介して、支持部１２に支持された試料支持体１の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、例えば、紫外域の波長を有する光である。電圧印加部１４は、支持部１２に支持された試料支持体１の導電層４（図２参照）に、例えばスライドガラス６の載置面６ａ及びテープ７を介して、電圧を印加する。

イオン検出部１５は、チャンバ１１内の空間において、試料イオンＳ２（すなわち、導電層４に電圧が印加されつつ第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されることによりイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１）を検出する。導電層４に電圧が印加されつつ第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射される際には、試料Ｓの成分Ｓ１が毛細管現象によって複数の貫通孔２ｃを介して第１表面２ａ側に移動した状態にある。

質量分析装置１０では、制御部２０によって支持部１２が動作させられることにより、レーザ光照射部１３が、実効領域Ｒに対応する領域（試料Ｓに対応する領域）に対してレーザ光Ｌを走査し、イオン検出部１５が、レーザ光Ｌの走査位置に対応するように、試料イオンＳ２を検出する。つまり、質量分析装置１０は、走査型質量分析装置である。なお、実効領域Ｒに対応する領域に対するレーザ光Ｌの走査は、制御部２０によって支持部１２及びレーザ光照射部１３の少なくとも１つが動作させられることにより、実施可能である。

イオン検出部１５は、イオンガイド１５１と、質量分離部１５２と、イオン検出器１５３と、を有している。チャンバ１１内の空間に放出された試料イオンＳ２は、支持部１２側とイオン検出部１５側との圧力差、及びイオンガイド１５１の電場によって、質量分離部１５２に引き込まれる。質量分離部１５２では、試料イオンＳ２が質量に応じて分離される。質量に応じて分離された試料イオンＳ２は、イオン検出器１５３によって検出される。

第１光照射部１６は、窓部１１ａを介して、支持部１２に支持された試料Ｓに対して基板２側から第１光Ｌ１を照射する。第２光照射部１７は、支持部１２に設けられており、スライドガラス６を介して、支持部１２に支持された試料Ｓに対して基板２とは反対側から第２光Ｌ２を照射する。第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は、例えば可視光である。第１光照射部１６による第１光Ｌ１の照射又は第２光照射部１７による第２光Ｌ２の照射は、制御部２０によって切り替えられる。撮像部１８は、チャンバ１１に設けられた窓部１１ｂを介して、第１光Ｌ１による試料Ｓの反射光像（導電層４及び基板２を透過し、試料Ｓで反射された第１光Ｌ１による試料Ｓの像）又は第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像（試料Ｓ、基板２及び導電層４を透過した第２光Ｌ２による試料Ｓの像）を取得する。撮像部１８は、例えば複数のレンズユニットを切り替えることにより、互いに異なる複数の撮像倍率での撮像が可能である。なお、少なくとも、基板２の厚さが１μｍ～５０μｍ程度であり、導電層４の厚さが１ｎｍ～３５０ｎｍ程度であり、貫通孔２ｃの幅が１ｎｍ～７００ｎｍ程度であり、実効領域Ｒにおける貫通孔２ｃの開口率が１０～８０％であれば、第１光Ｌ１による試料Ｓの反射光像及び第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像を取得することが可能である。

制御部２０は、質量分析装置１０の各部の動作を制御すると共に、イオン検出部１５による試料イオンＳ２の検出結果に基づいて、試料Ｓを構成する分子の二次元分布を画像化するイメージング質量分析を実施する。制御部２０は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。操作部２１は、オペレータが指示等を入力するためのインタフェースである。表示部２２は、試料Ｓを構成する分子の二次元分布像、第１光Ｌ１による試料Ｓの反射光像、第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像等を表示するディスプレイである。

次に、上述した質量分析装置１０において実施される一実施形態の質量分析方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。まず、オペレータによって、スライドガラス６と試料支持体１との間に試料Ｓが配置された状態にあるスライドガラス６、試料支持体１及び試料Ｓが支持部１２に取り付けられる（ステップＳ０１）。その状態で、チャンバ１１内の空間が真空引きされ、当該空間が所定の真空度に維持される（ステップＳ０２）。つまり、試料支持体１の第２表面２ｂが試料Ｓに接触した状態で、真空引きされたチャンバ１１内の空間において、支持部１２によって試料Ｓ及び試料支持体１が支持される（第１工程）。

続いて、オペレータによって、試料イオンＳ２の検出を先に実施するか、試料Ｓの反射光像を先に取得するかが、操作部２１を介して選択される（ステップＳ０３）。試料イオンＳ２の検出を先に実施することが選択された場合、試料Ｓの成分Ｓ１が毛細管現象によって複数の貫通孔２ｃを介して第１表面２ａ側に移動した状態で、電圧印加部１４によって導電層４に電圧が印加されつつ、レーザ光照射部１３によって第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射される（ステップＳ０４、第２工程）。そして、真空引きされたチャンバ１１内の空間において、イオン検出部１５によって試料イオンＳ２（すなわち、導電層４に電圧が印加されつつ第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されることによりイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１）が検出され、制御部２０によって当該検出結果に基づいてイメージング質量分析が実施される（ステップＳ０５、第３工程）。

続いて、第１光照射部１６によって、試料Ｓに対して基板２側から第１光Ｌ１が照射され、撮像部１８によって、第１光Ｌ１による試料Ｓの反射光像が取得される（ステップＳ０６、第４工程）。続いて、オペレータによって、試料Ｓの透過光像を取得するか否かが、操作部２１を介して選択される（ステップＳ０７）。試料Ｓの透過光像を取得することが選択された場合、第２光照射部１７によって、試料Ｓに対して基板２とは反対側から第２光Ｌ２が照射され、撮像部１８によって、第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像が取得される（ステップＳ０８、第６工程）。ステップＳ０８において試料Ｓの透過光像が取得されると、或いは、ステップＳ０７において試料Ｓの透過光像を取得しないことが選択されると、ここでの質量分析方法が終了となる。

ステップＳ０３において、試料Ｓの反射光像を先に取得することが選択された場合、第１光照射部１６によって、試料Ｓに対して基板２側から第１光Ｌ１が照射され、撮像部１８によって、第１光Ｌ１による試料Ｓの反射光像が取得される（ステップＳ０９、第４工程）。続いて、オペレータによって、試料Ｓの透過光像を取得するか否かが、操作部２１を介して選択される（ステップＳ１０）。試料Ｓの透過光像を取得することが選択された場合、第２光照射部１７によって、試料Ｓに対して基板２とは反対側から第２光Ｌ２が照射され、撮像部１８によって、第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像が取得される（ステップＳ１１、第６工程）。

ステップＳ１１において試料Ｓの透過光像が取得されると、或いは、ステップＳ１０において試料Ｓの透過光像を取得しないことが選択されると、試料Ｓの成分Ｓ１が毛細管現象によって複数の貫通孔２ｃを介して第１表面２ａ側に移動した状態で、電圧印加部１４によって導電層４に電圧が印加されつつ、レーザ光照射部１３によって第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射される（ステップＳ１２、第２工程）。そして、真空引きされたチャンバ１１内の空間において、イオン検出部１５によって試料イオンＳ２が検出され、制御部２０によって当該検出結果に基づいてイメージング質量分析が実施される（ステップＳ１３、第３工程）。制御部２０によってイメージング質量分析が実施されると、ここでの質量分析方法が終了となる。

以上説明したように、質量分析装置１０、及び質量分析装置１０において実施される質量分析方法では、支持された試料支持体１の基板２において、試料Ｓの成分Ｓ１が毛細管現象によって複数の貫通孔２ｃを介して第１表面２ａ側に移動した状態にある。これにより、基板２の第１表面２ａ側に移動した試料Ｓの成分Ｓ１においては、試料Ｓの位置情報（試料Ｓを構成する分子の二次元分布情報）が維持されている。この状態で、導電層４に電圧が印加されつつ基板２の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されるため、試料Ｓの位置情報が維持されつつ試料Ｓの成分Ｓ１がイオン化される。このように、試料Ｓの成分Ｓ１が基板２の第１表面２ａ側に移動した状態で導電層４に電圧が印加されるため、試料Ｓ自体についての導電性を考慮せずに、試料Ｓを厚くすることができる。しかも、試料Ｓに対して基板２側から第１光Ｌ１が照射され、第１光Ｌ１による試料Ｓの反射光像が取得されるため、試料Ｓにおける光透過性等を考慮せずに、試料Ｓを厚くすることができる。本実施形態では、例えば１００μｍ程度にまで試料を厚くすることができる。試料Ｓを厚くし得ることは、試料イオンＳ２を検出する際における信号強度を確保する上で有利である。以上により、質量分析装置１０、及び質量分析装置１０において実施される質量分析方法によれば、厚い試料Ｓをイメージング質量分析の対象とすることができる。質量分析装置１０、及び質量分析装置１０において実施される質量分析方法によれば、既存の質量分析装置及び質量分析方法では測定が困難な厚い試料Ｓ（例えば、１０μｍよりも大きい厚さを有する試料Ｓ）のイオン像及び可視光像を取得することができる。質量分析装置１０、及び質量分析装置１０において実施される質量分析方法によれば、試料支持体１が破損しない限り、百μｍオーダーの厚さを有する試料Ｓ（好適には、ＭＡＬＤＩでの測定が難しい、厚さ２０μｍ～１００μｍの試料Ｓ）を測定対象とすることができる。

また、第２光照射部１７が、試料Ｓに対して基板２とは反対側から第２光Ｌ２を照射した場合、撮像部１８は、第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像を取得することが可能である。これにより、試料Ｓの厚さ等によっては、試料Ｓの反射光像だけでなく、試料Ｓの透過光像を取得することができる。

また、制御部２０は、第１光照射部１６による第１光Ｌ１の照射又は第２光照射部１７による第２光Ｌ２の照射を切り替えることが可能である。これにより、試料Ｓの像として反射光像又は透過光像のいずれを取得するかを、試料Ｓの厚さ等に応じて選択することができる。

また、撮像部１８は、互いに異なる複数の撮像倍率での撮像が可能である。これにより、適切な撮像倍率で試料Ｓの像を取得することができる。

また、レーザ光照射部１３は、試料Ｓに対応する領域に対してレーザ光Ｌを走査し、イオン検出部１５は、レーザ光Ｌの走査位置に対応するように、試料イオンＳ２を検出する。これにより、イメージング質量分析を適切に実施することができる。

また、試料Ｓの像の取得が、試料イオンＳ２の検出の前に実施された場合、レーザ光Ｌの照射によって試料Ｓが何らかの影響を受ける前における試料Ｓの状態を観察することができる。また、取得した試料Ｓの像に基づいて質量分析の対象領域を確実に指定することができる。また、チャンバ１１内の空間が真空引きされた際に試料Ｓが収縮したとしても、収縮後の試料Ｓの像を取得することにより、当該試料Ｓの像と、試料Ｓを構成する分子の二次元分布像との正確なマッチングをとることができる。なお、イオン化部が大気圧の装置（大気圧ＭＡＬＤＩ）においては、生きた微生物の動きをレーザ光Ｌの照射直前まで観察することができる。

また、試料Ｓの像の取得が、試料イオンＳ２の検出の後に実施された場合、イメージング質量分析の結果に基づいて試料Ｓの状態を観察することができる。また、更に詳細な分析を行いたい場合に、試料Ｓを質量分析装置１０から取り出すことなく、倍率を拡大しながら試料Ｓの像の取得し、取得した試料Ｓの像に基づいて質量分析の対象領域を容易に指定することができる。また、質量分析装置１０内の試料Ｓを観察しながら、得られた測定結果の考察を行うことができる（その間、質量分析装置１０内において試料Ｓの状態を維持することができる）。

なお、質量分析装置１０において実施される質量分析方法では、ステップＳ０６，Ｓ０８よりも高い撮像倍率で、第１光Ｌ１による試料Ｓの反射光像又は第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像が更に取得され（第５工程）、取得された反射光像又は透過光像に基づいて試料Ｓに対応する領域から抽出された一部の領域に対してステップＳ０４，Ｓ０５が再度実施されてもよい。また、ステップＳ０９，Ｓ１１よりも高い撮像倍率で、第１光Ｌ１による試料Ｓの反射光像又は第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像が更に取得され（第５工程）、取得された反射光像又は透過光像に基づいて試料Ｓに対応する領域から抽出された一部の領域に対してステップＳ１２，Ｓ１３が再度実施されてもよい。試料Ｓの反射光像又は透過光像を高い撮像倍率で取得することで、試料Ｓの状態をより詳細に観察することができる。また、試料Ｓに対応する領域から抽出された一部の領域に対して試料イオンＳ２の検出を実施することで、試料Ｓの特定の部分をイメージング質量分析の対象とすることができる。

本開示は、上述した実施形態に限定されない。例えば、導電層４は、少なくとも基板２の第１表面２ａに設けられていれば、基板２の第２表面２ｂ及び貫通孔２ｃの内面に設けられていなくてもよいし、基板２の第２表面２ｂ及び貫通孔２ｃの内面に設けられていてもよい。また、試料支持体１は、テープ７以外の手段（例えば、接着剤、固定具等を用いる手段）で、スライドガラス６に対して固定されてもよい。また、質量分析装置１０の支持部１２上に試料Ｓが直接載置され、試料支持体１が支持部１２に対して固定されてもよい。つまり、スライドガラス６は、省略されてもよい。

また、電圧印加部１４は、スライドガラス６の載置面６ａ及びテープ７を介さずに導電層４に電圧を印加してもよい。その場合、スライドガラス６及びテープ７は、導電性を有していなくてもよい。また、基板２が導電性を有していてもよく、電圧印加部１４が基板２に電圧を印加してもよい。そのような質量分析装置１０、及び質量分析装置１０において実施される質量分析方法によれば、試料支持体１において導電層４を省略することができると共に、上述したように導電層４を備える試料支持体１を用いる場合と同様の効果を得ることができる。

また、質量分析装置１０においては、試料Ｓの反射光像と試料Ｓの透過光像とが、別々に設けられた撮像部でそれぞれ取得されてもよい。また、質量分析装置１０は、第２光照射部１７を備えていなくてもよい。つまり、試料Ｓに対する第２光Ｌ２の照射、及び第２光Ｌ２による試料Ｓの透過光像の取得は、省略されてもよい。また、質量分析装置１０においては、レーザ光照射部１３が、実効領域Ｒに対応する領域に対してレーザ光Ｌを一括で照射し、イオン検出部１５が、当該領域の二次元情報を維持しながら、試料イオンＳ２を検出してもよい。つまり、質量分析装置１０は、投影型質量分析装置であってもよい。その場合にも、イメージング質量分析を適切に実施することができる。

なお、質量分析装置１０が投影型質量分析装置である場合、質量分析装置１０は、イオンガイド１５１及び質量分離部１５２の代わりに、静電レンズを有している。静電レンズは、試料イオンＳ２をイオン検出器１５３に結像させるためのレンズである。静電レンズによって試料イオンＳ２がイオン検出器１５３に結像されることにより、イオン検出器１５３において、試料イオンＳ２の位置情報（二次元分布）が把握される。

また、試料支持体１の用途は、レーザ光Ｌの照射による試料Ｓのイオン化に限定されない。試料支持体１は、レーザ光Ｌ以外のエネルギー線（例えば、イオンビーム、電子線等）の照射による試料Ｓのイオン化に用いられてもよい。

１…試料支持体、２…基板、２ａ…第１表面、２ｂ…第２表面、２ｃ…貫通孔、４…導電層、１０…質量分析装置、１１…チャンバ、１２…支持部、１３…レーザ光照射部、１４…電圧印加部、１５…イオン検出部、１６…第１光照射部、１７…第２光照射部、１８…撮像部、２０…制御部（切替部）、Ｌ１…第１光、Ｌ２…第２光、Ｓ…試料。

Claims (14)

1. 真空引きされる空間を形成するチャンバと、
   互いに対向する第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成された基板と、少なくとも前記第１表面に設けられた導電層と、を備える試料支持体の前記第２表面が試料に接触した状態で、前記チャンバ内の空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体を支持する支持部と、
   前記第１表面に対してレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
   前記導電層に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記試料の成分が毛細管現象によって前記複数の貫通孔を介して前記第１表面側に移動した状態で、前記チャンバ内の空間において、前記導電層に電圧が印加されつつ前記第１表面に対して前記レーザ光が照射されることによりイオン化された前記成分を検出するイオン検出部と、
   前記試料に対して前記基板側から第１光を照射する第１光照射部と、
   前記第１光による前記試料の反射光像を取得する撮像部と、
   真空引きされた前記チャンバ内の空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が前記支持部によって支持された状態で、前記第１光の照射を前記第１光照射部に実施させ、前記反射光像の取得を前記撮像部に実施させる制御部と、を備える、質量分析装置。
2. 前記試料に対して前記基板とは反対側から第２光を照射する第２光照射部を更に備え、
   前記撮像部は、前記第２光による前記試料の透過光像を取得し、
   前記制御部は、真空引きされた前記チャンバ内の空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が前記支持部によって支持された状態で、前記第２光の照射を前記第２光照射部に実施させ、前記透過光像の取得を前記撮像部に実施させる、請求項１に記載の質量分析装置。
3. 前記制御部は、前記第１光照射部による前記第１光の照射又は前記第２光照射部による前記第２光の照射を切り替える、請求項２に記載の質量分析装置。
4. 前記撮像部は、互いに異なる複数の撮像倍率での撮像が可能である、請求項１～３のいずれか一項に記載の質量分析装置。
5. 前記レーザ光照射部は、前記試料に対応する領域に対して前記レーザ光を走査し、
   前記イオン検出部は、前記レーザ光の走査位置に対応するように、イオン化された前記成分を検出する、請求項１～４のいずれか一項に記載の質量分析装置。
6. 前記レーザ光照射部は、前記試料に対応する領域に対して前記レーザ光を一括で照射し、
   前記イオン検出部は、前記領域の二次元情報を維持しながら、イオン化された前記成分を検出する、請求項１～４のいずれか一項に記載の質量分析装置。
7. 真空引きされる空間を形成するチャンバと、
   導電性を有し、互いに対向する第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成された基板を備える試料支持体の前記第２表面が試料に接触した状態で、前記チャンバ内の空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体を支持する支持部と、
   前記第１表面に対してレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
   前記基板に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記試料の成分が毛細管現象によって前記複数の貫通孔を介して前記第１表面側に移動した状態で、前記チャンバ内の空間において、前記基板に電圧が印加されつつ前記第１表面に対して前記レーザ光が照射されることによりイオン化された前記成分を検出するイオン検出部と、
   前記試料に対して前記基板側から第１光を照射する第１光照射部と、
   前記第１光による前記試料の反射光像を取得する撮像部と、
   真空引きされた前記チャンバ内の空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が前記支持部によって支持された状態で、前記第１光の照射を前記第１光照射部に実施させ、前記反射光像の取得を前記撮像部に実施させる制御部と、を備える、質量分析装置。
8. 互いに対向する第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成された基板と、少なくとも前記第１表面に設けられた導電層と、を備える試料支持体の前記第２表面が試料に接触した状態で、真空引きされた空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が支持される第１工程と、
   真空引きされた前記空間において、前記試料の成分が毛細管現象によって前記複数の貫通孔を介して前記第１表面側に移動した状態で、前記導電層に電圧が印加されつつ前記第１表面に対してレーザ光が照射される第２工程と、
   真空引きされた前記空間において、前記導電層に電圧が印加されつつ前記第１表面に対して前記レーザ光が照射されることによりイオン化された前記成分が検出される第３工程と、
   真空引きされた前記空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が支持された状態で、前記試料に対して前記基板側から第１光が照射され、前記第１光による前記試料の反射光像が取得される第４工程と、を備える、質量分析方法。
9. 前記第４工程は、前記第３工程の前に実施される、請求項８に記載の質量分析方法。
10. 前記第４工程は、前記第３工程の後に実施される、請求項８に記載の質量分析方法。
11. 真空引きされた前記空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が支持された状態で、前記試料に対して前記基板側から前記第１光が照射され、前記第４工程よりも高い撮像倍率で、前記第１光による前記試料の前記反射光像が取得される第５工程を更に備える、請求項８～１０のいずれか一項に記載の質量分析方法。
12. 前記第２工程及び前記第３工程は、前記第５工程において取得された前記反射光像に基づいて前記試料に対応する領域から抽出された一部の領域に対して実施される、請求項１１に記載の質量分析方法。
13. 真空引きされた前記空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が支持された状態で、前記試料に対して前記基板とは反対側から第２光が照射され、前記第２光による前記試料の透過光像が取得される第６工程を更に備える、請求項８～１２のいずれか一項に記載の質量分析方法。
14. 導電性を有し、互いに対向する第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成された基板を備える試料支持体の前記第２表面が試料に接触した状態で、真空引きされた空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が支持される第１工程と、
    真空引きされた前記空間において、前記試料の成分が毛細管現象によって前記複数の貫通孔を介して前記第１表面側に移動した状態で、前記基板に電圧が印加されつつ前記第１表面に対してレーザ光が照射される第２工程と、
    真空引きされた前記空間において、前記基板に電圧が印加されつつ前記第１表面に対して前記レーザ光が照射されることによりイオン化された前記成分が検出される第３工程と、
    真空引きされた前記空間において、少なくとも前記試料及び前記試料支持体が支持された状態で、前記試料に対して前記基板側から第１光が照射され、前記第１光による前記試料の反射光像が取得される第４工程と、を備える、質量分析方法。

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