JP7282324B2 - Ionization device, mass spectrometer and method for analyzing fluid sample - Google Patents
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Description
本発明は、流体試料のイオン化を行うイオン化装置、および、イオン化装置によってイオン化された流体試料の質量分析を行う質量分析装置および流体試料の分析方法に関する。 The present invention relates to an ionization device that ionizes a fluid sample, a mass spectrometer that performs mass analysis of the fluid sample ionized by the ionization device, and a fluid sample analysis method.
質量分析装置において、測定対象である試料中の成分はイオン化される。試料中の成分をイオン化する方法としてエレクトロスプレーイオン化(ESI:Electrospray ionization)法が知られている。また、ESI法を利用したイオン化法の一つとして探針エレクトロスプレーイオン化(PESI:Probe Electrospray ionization)法が注目を集めている。 In a mass spectrometer, components in a sample to be measured are ionized. Electrospray ionization (ESI) is known as a method for ionizing components in a sample. Also, as one of the ionization methods using the ESI method, a probe electrospray ionization (PESI) method is attracting attention.
下記特許文献1に開示されているように、PESI法によるイオン化を行うPESIイオン源は、先端の径が数百ナノメートル程度である導電性の探針と、探針に高電圧を印加する高電圧発生部とを備える。測定時には、探針又は試料の少なくとも一方を移動させることで探針の先端表面に微量の試料を付着させる。続いて、探針を試料から離脱させ、高電圧発生部を駆動し、探針に高電圧を印加する。これにより、探針先端に付着している試料に強い電場が作用し、エレクトロスプレー現象が生起されて試料中の成分分子が離脱しながらイオン化する。
As disclosed in
一般に、エレクトロスプレー現象を利用したイオン化は、他のイオン化法、例えばレーザ光の照射によるイオン化法などと比べてイオン化効率が高い。そのため、PESIイオン源では、微量な試料中の分子を効率良くイオン化することができる。PESI法を用いることにより、例えば被検体から採取したごく微量の生体組織に対して、溶解や分散化等を含めた何らかの前処理を行うことなく、そのままの状態で試料のイオン化が可能である。 In general, ionization using the electrospray phenomenon has higher ionization efficiency than other ionization methods, such as ionization methods using laser light irradiation. Therefore, the PESI ion source can efficiently ionize a very small amount of molecules in the sample. By using the PESI method, for example, a very small amount of biological tissue collected from a subject can be ionized as it is without any pretreatment including dissolution and dispersion.
このようにイオン化効率の高いPESIイオン源を用いることにより、例えば、下記非特許文献1に記載されているように、生体組織に直接、探針プローブを挿入し、TCA(TriCarboxylic Acid)回路構成成分や薬物代謝の変動をモニタリングすることが可能である。
By using a PESI ion source with such a high ionization efficiency, for example, as described in Non-Patent
実験動物の自由行動下で脳内の神経伝達物質の変動を観察する方法として、マイクロダイアリシス法が知られている。実験動物の脳内に埋め込まれたガイドカニューラ内に潅流液を潅流することで、細胞外の液を回収することができる。 A microdialysis method is known as a method for observing changes in neurotransmitters in the brain of experimental animals under free movement. Extracellular fluid can be collected by perfusing perfusate through a guide cannula implanted in the brain of an experimental animal.
細胞外液の成分の測定法としては、高速液体クロマトグラフィ(HPLC:High Performance Liquid Chromatography)や質量分析装置が用いられている。細胞外液を測定するこれらの方法においては、測定前に試料に対する前処理が必要なため、リアルタイム性のないオフラインでの測定が行われている。 High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and mass spectrometry are used as methods for measuring components of extracellular fluid. These methods for measuring extracellular fluid require pretreatment of the sample before measurement, so off-line measurement without real-time capability is performed.
上記特許文献1の技術により、試料を効率よくイオン化して、測定を行うことが可能である。PESI法を用いることにより、生体試料に対して前処理を経ることなく測定を実行することが可能であり、上記非特許文献1で示されるように生きた状態のままで、生体成分の変動をモニタリングすることが可能である。しかし、脳マイクロダイアリシスにより回収された流体試料(細胞外液)をPESI法で測定するためには、回収した流体試料を一旦何らかの手段で保存した後、PESIイオン源に供給する必要がある。このため、脳マイクロダイアリシス法により回収した流体試料をPESI法により測定する処理は、オフラインとなる。脳マイクロダイアリシス法で回収した流体試料の成分の変動を測定するためには、このような処理を繰り返し実行する必要があり、数分単位(数分間隔)の変動しかモニタリングすることができない。このため、脳マイクロダイアリシスにより回収した脳神経伝達物質などのリアルタイムな変動をとらえることは困難である。
The technique disclosed in
また、PESI法によりイオン化効率を上げるためには、溶媒(水、アルコール類の混合物)の濃度を一定に保つ必要がある。そのため、脳マイクロダイアリシス法により回収された流体試料をPESI法により長時間モニタリングするためには、溶媒の濃度を一定に保つことが難しいという問題もある。 Moreover, in order to increase the ionization efficiency by the PESI method, it is necessary to keep the concentration of the solvent (mixture of water and alcohols) constant. Therefore, in order to monitor a fluid sample collected by the brain microdialysis method for a long time by the PESI method, it is difficult to keep the concentration of the solvent constant.
本発明の目的は、生体から回収された流体試料の成分の変動をリアルタイムで分析することが可能なイオン化装置、質量分析装置および流体試料の分析方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an ionization apparatus, a mass spectrometer, and a method of analyzing a fluid sample that are capable of real-time analysis of fluctuations in components of a fluid sample collected from a living body.
(1)第1の発明に係るイオン化装置は、流体試料の成分をイオン化するイオン化装置であって、探針と、探針に電圧を印加する電圧印加部と、探針を移動させる探針駆動部と、溶媒を収容する溶媒収容部と、イオン化装置の外部から流体試料の供給を受ける試料供給路が接続された試料収容部とを備える。溶媒収容部は、互いに対向する第1および第2の開口を有し、第1の開口が第1の膜体で閉塞されることで溶媒を収容可能な容器部と、容器部の外部において、第1の膜体と試料収容部との間に配置される第2の膜体とを含む。探針駆動部は、容器部に溶媒が収容された状態で第2の開口を通して探針を容器部内に進入させ、さらに、探針を第1および第2の膜体を貫通させて試料収容部に供給された流体試料を採取するように移動させる。 (1) An ionization device according to a first aspect of the invention is an ionization device for ionizing a component of a fluid sample, comprising a probe, a voltage applying section for applying a voltage to the probe, and a probe drive for moving the probe. a solvent storage section for storing a solvent; and a sample storage section connected to a sample supply path for receiving a fluid sample supplied from the outside of the ionization device. The solvent storage part has first and second openings facing each other, and the first opening is closed by the first film body to store the solvent, and the outside of the container part, A second membrane disposed between the first membrane and the sample containing portion is included. The probe driving section causes the probe to enter the container through the second opening in a state in which the solvent is accommodated in the container, and the probe penetrates the first and second membranes to reach the sample accommodation section. move to pick up a fluid sample supplied to the .
このイオン化装置においては、試料収容部には試料供給路を介して流体試料が供給される。探針駆動部の制御により、探針は、溶媒が収容された容器部に進入し、さらに、第1および第2の膜体を貫通して試料収容部に供給された流体試料を採取する。電圧印加部の制御により探針に電圧を印加することにより、探針で採取された流体試料がイオン化する。この構成によれば、イオン化装置の外部から供給された流体試料に対して前処理を経ることなくリアルタイムでイオン化を行うことができる。流体試料が供給されている期間中、連続して流体試料のイオン化を行うことができる。 In this ionization device, a fluid sample is supplied to the sample storage section through the sample supply path. Under the control of the probe driver, the probe enters the container containing the solvent, penetrates the first and second membranes, and collects the fluid sample supplied to the sample container. By applying a voltage to the probe under the control of the voltage applying section, the fluid sample collected by the probe is ionized. According to this configuration, the fluid sample supplied from the outside of the ionization device can be ionized in real time without undergoing pretreatment. The ionization of the fluid sample can be performed continuously while the fluid sample is supplied.
(2)試料供給路から供給される流体試料には、マイクロダイアリシス法によって生体から回収された物質が含まれてもよい。この構成によれば、マイクロダイアリシス法によって生体から回収された物質をリアルタイムでイオン化することができる。マイクロダイアリシス法によって生体から物質を供給している期間中、高分解能(例えば数秒単位)で細胞外液中の成分の変動をリアルタイムにモニタリングすることができる。 (2) The fluid sample supplied from the sample supply channel may contain a substance recovered from the living body by the microdialysis method. According to this configuration, the substance recovered from the living body by the microdialysis method can be ionized in real time. Fluctuations in components in the extracellular fluid can be monitored in real time with high resolution (for example, on the order of several seconds) while the substance is being supplied from the living body by the microdialysis method.
(3)試料供給路から供給される流体試料には内部標準物質が含まれてもよい。この構成によれば、流体試料の定量性を向上させることができる。 (3) The fluid sample supplied from the sample supply channel may contain an internal standard substance. With this configuration, it is possible to improve the quantitativeness of the fluid sample.
(4)溶媒収容部は、イオン化装置の外部から溶媒の供給を受ける溶媒供給路が接続されていてもよい。この構成によれば、溶媒収容部内の溶媒の濃度を一定に保つことができる。これにより、試料収容部に連続的に流体試料が供給されている間も、溶媒の濃度を一定に保ちつつイオン化を行うことができる。 (4) The solvent storage unit may be connected to a solvent supply channel for receiving solvent supply from the outside of the ionization device. According to this configuration, the concentration of the solvent in the solvent container can be kept constant. As a result, ionization can be performed while the concentration of the solvent is kept constant even while the fluid sample is continuously supplied to the sample storage section.
(5)第2の発明に係る質量分析装置は、上記(1)~(4)のいずれかのイオン化装置と、イオン化装置により生成されたイオンに基づいて流体試料の成分を分析する質量分析部と、を備える。この構成によれば、試料収容部に供給される流体試料の質量分析をリアルタイムで実行することが可能である。 (5) A mass spectrometer according to a second aspect of the present invention comprises an ionization device according to any one of (1) to (4) above, and a mass spectrometer that analyzes components of a fluid sample based on ions generated by the ionization device. And prepare. According to this configuration, it is possible to perform mass spectrometry on the fluid sample supplied to the sample storage section in real time.
(6)第3の発明に係る流体試料の分析方法は、上記(1)のイオン化装置を用いた流体試料の分析方法であって、溶媒を溶媒収容部に収容するとともに、試料供給路を介して試料収容部に流体試料を連続的に供給する状態を準備するステップと、探針駆動部により探針を移動させることによって、探針を容器部に収容された溶媒内を通過させ、さらに、探針を第1および第2の膜体を貫通させて試料収容部に供給された流体試料に到達させることで流体試料を採取するステップと、探針駆動部により探針を移動させることで探針を流体試料から離脱させ、さらに、探針を容器部に収容された溶媒内に再び通過させて所定の位置まで移動させたあと、電圧印加部により探針に電圧を印加して探針の先端に付着した流体試料をイオン化するステップと、イオン化された流体試料を質量分析するステップとを含む。この方法によれば、試料収容部に連続的に流体試料を供給しながら、試料収容部に供給される流体試料をリアルタイムでイオン化することが可能である。これにより、試料収容部に供給される流体試料の質量分析をリアルタイムで実行することが可能である。 (6) A method for analyzing a fluid sample according to a third aspect of the invention is a method for analyzing a fluid sample using the ionization device according to (1) above, wherein the solvent is contained in the solvent container and the sample is supplied through the sample supply path. preparing a state in which the fluid sample is continuously supplied to the sample containing portion by using the probe driving portion to move the probe through the solvent contained in the container; collecting a fluid sample by penetrating the probe through the first and second membranes to reach the fluid sample supplied to the sample storage unit; After the needle is separated from the fluid sample, the probe is again passed through the solvent contained in the container section, and moved to a predetermined position, a voltage is applied to the probe by the voltage applying section to move the probe. The steps include ionizing a fluid sample attached to the tip and mass spectrometrically analyzing the ionized fluid sample. According to this method, it is possible to ionize the fluid sample supplied to the sample storage section in real time while continuously supplying the fluid sample to the sample storage section. This makes it possible to perform real-time mass spectrometry on the fluid sample supplied to the sample container.
本発明によれば、生体から回収された流体試料の成分の変動をリアルタイムで分析することができる。 According to the present invention, fluctuations in the components of fluid samples collected from living organisms can be analyzed in real time.
以下、本発明の実施の形態に係るイオン化装置、およびそれを備えた質量分析装置の構成、流体試料の分析方法について図面を参照しながら詳細に説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An ionization apparatus according to an embodiment of the present invention, a configuration of a mass spectrometer equipped with the ionization apparatus, and a method for analyzing a fluid sample will now be described in detail with reference to the drawings.
(1)質量分析装置の構成
図1は、本発明の実施の形態に係る質量分析装置1の構成を示す全体図である。実施の形態に係る質量分析装置1は、探針エレクトロスプレーイオン化(Probe ElectroSpray Ionization(PESI))を利用したPESIイオン化質量分析装置である。質量分析装置1は、図に示すように、イオン化室4、第1中間真空室6、第2中間真空室7、分析室8およびコンピュータ9を備えている。
(1) Configuration of Mass Spectrometer FIG. 1 is an overall view showing the configuration of a
イオン化室4には、大気圧の下で試料中の成分のイオン化を行うイオン化装置3が収容されている。分析室8は、高真空雰囲気中でイオンの質量分離および検出を行う。イオン化室4と分析室8との間には、多段差動排気系を構成する第1中間真空室6および第2中間真空室7が設けられている。第1中間真空室6および第2中間真空室7によって、質量分析装置1内は、段階的に真空度が高められる。図1では記載を省略しているが、一般に、第1中間真空室6内はロータリーポンプにより真空排気され、第2中間真空室7および分析室8内はロータリーポンプに加えターボ分子ポンプにより真空排気される。
The
イオン化装置3は、探針ホルダ21および金属製の探針22を備えている。略大気圧雰囲気であるイオン化室4の上部空間において探針22は、探針ホルダ21に保持されている。探針ホルダ21はモータ、減速機構あるいはアクチュエータなどを含む探針駆動部101により、上下方向(図1におけるZ軸方向)に移動可能となっている。これにより、探針22が、イオン化室4内において上下方向に進退可能となっている。探針22には高電圧発生部102から最大で数kV程度の高電圧が印加される。なお、本実施の形態においては、金属製の探針22を用いたが、探針22は金属製に限らず、その他の導電性材料を用いることができる。
The
イオン化装置3は、溶媒収容部3Aおよび試料収容部3Bを備えている。溶媒収容部3Aおよび試料収容部3Bは、探針22の下方位置に配置される。イオン化室4には図示せぬ扉が設けられており、扉を開放した状態で、ユーザーが溶媒収容部3Aおよび試料収容部3Bの設置や調整を行うことができる。溶媒収容部3Aおよび試料収容部3Bの構成については後で詳しく説明する。
The
イオン化室4と第1中間真空室6とは細径のキャピラリである脱溶媒管51を介して接続されている。脱溶媒管51の両端開口の圧力差によって、イオン化室4内のガスは脱溶媒管51を通して第1中間真空室6へと引き込まれる。
The
第1中間真空室6には、イオン光軸Cの周りに四つの仮想的ロッド電極が配置されたQアレイと呼ばれるイオンガイド61が設置されている。仮想的ロッド電極は、イオン光軸Cに沿って配列された複数枚の円板状の電極板で構成される。第1中間真空室6と第2中間真空室7とはスキマー52の頂部に形成された小径のオリフィスを介して接続されている。第2中間真空室7には、イオン光軸Cの周りに8本のロッド電極が配置されたオクタポール型のイオンガイド71が設置されている。
The first
分析室8内には、コリジョンセル82を挟んでその前後に、前段四重極マスフィルタ81と後段四重極マスフィルタ84が配置されている。前段四重極マスフィルタ81と後段四重極マスフィルタ84は、いずれもイオン光軸Cの周りに4本のロッド電極が配置される構成となっている。
In the analysis chamber 8, a front-stage quadrupole
コリジョンセル82の内部には四重極又はそれ以上の多重極型のイオンガイド83が配置されている。後段四重極マスフィルタ84の下流には、到達したイオンの量に応じた信号を出力するイオン検出器85が配置されている。それぞれの信号線の記載は省略してあるが、脱溶媒管51をはじめ各部には電圧発生部103よりそれぞれ所定の電圧が印加される。
A quadrupole or more
質量分析装置1はコンピュータ9を備えている。コンピュータ9は、制御部100、データ処理部105、入力部106および表示部107を備えている。制御部100は試料収容部3Bに供給された流体試料に対する質量分析を実行するために、探針駆動部101、高電圧発生部102および電圧発生部103などを制御する。イオン検出器85において検出された信号はデータ処理部105に入力される。検出信号はデータ処理部105においてデジタル変換されたあと、マススペクトルやクロマトグラムなどの作成処理が実行される。探針駆動部101、高電圧発生部102および電圧発生部103などは、イオン化室4や分析室8を収容する装置筐体のいずれかの場所に配置されている。
The
制御部100及びデータ処理部105の機能の少なくとも一部は、コンピュータ9が備えるCPU、メモリ等をハードウエア資源とし、コンピュータ9にインストールされた制御ソフトウエアをコンピュータ9上で動作させることで実現させることができる。コンピュータ9は、パーソナルコンピュータを利用してもよい。あるいは、コンピュータ9は、イオン化室4や分析室8を収容する装置筐体に組み込まれていてもよい。
At least some of the functions of the
(2)溶媒収容部および試料収容部の構成
図2は、本発明の実施の形態に係るイオン化装置3にマイクロダイアリシス法を適用させた装置の構成を示す図である。図に示すように、イオン化装置3は、溶媒収容部3Aおよび試料収容部3Bを備えている。
(2) Configuration of Solvent Storage Unit and Sample Storage Unit FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an
溶媒収容部3Aには、溶媒タンク311に貯蔵されている溶媒が連続的に供給される。本実施の形態においては、溶媒タンク311には、50%のエタノール水溶液100μLに、血液の凝固を防止するための抗凝固薬であるヘパリン(0.5mg/mL)を添加した溶媒200が貯蔵されている。溶媒200としては、一般に、水、アルコール類、又はそれらの混合物などが用いられる。溶媒の成分は供給する流体試料によって適宜選択することができる。流体試料によっては、抗凝固薬であるヘパリンを添加しなくてもよい。
The solvent stored in the
溶媒タンク311は、チューブ313および接続パイプ314を介して溶媒収容部3Aに接続されている。チューブ313には送液ポンプ312が設けられている。溶媒タンク311に貯蔵されている溶媒200は、送液ポンプ312のポンプ作用によりチューブ313および接続パイプ314を介して溶媒収容部3Aに供給される。チューブ313および接続パイプ314は、本発明における「溶媒供給路」に相当する。送液ポンプ312の構成は特に限定されないが、例えば、ペリスタポンプ(登録商標)を利用することができる。
図3は溶媒収容部3Aを示す側面断面図である。図4は、溶媒収容部3Aを示す斜視図である。溶媒収容部3Aは、円筒部材31、上部膜体32、下部膜体33およびスペーサ34を備えている。円筒部材31は、上部および下部が開口した合成樹脂製の筒体である。円筒部材31の下部には、円筒部材31の下部の開口を閉塞するようにポリ塩化ビニリデン製の上部膜体32が貼り付けられている。円筒部材31と上部膜体32により溶媒200を収容する容器が形成されている。
FIG. 3 is a side cross-sectional view showing the
上部膜体32の下部には、スペーサ34を挟んで上部膜体32と略平行にポリ塩化ビニリデン製の下部膜体33が配置されている。上部膜体32が本発明における「第1の膜体」に相当し、下部膜体33が本発明における「第2の膜体」に相当する。また、円筒部材31と上部膜体32で構成される溶媒200を収容可能な容器は、本発明における「容器部」に相当する。
Below the
本実施の形態においては、容器部の構成要素として上部および下部の全体が開口している円筒部材31が用いられているが、これに限定されるものではない。容器部を構成する部材として、上部および下部の一部が開口している部材を利用し、その一方の開口を第1の膜体で閉塞するようにしてもよい。円筒部材31は上部膜体32とともに溶媒200を収容可能な容器部を構成することができればよく、その形状、材質は特に限定されるものではない。円筒部材31の下部の開口は、本発明における「第1の開口」に相当し、円筒部材31の上部の開口は、本発明における「第2の開口」に相当している。
In the present embodiment, the
上部膜体32と下部膜体33との間隔はスペーサ34の厚さdに対応している。スペーサ34は例えば円筒部材31と同心円の円筒形状であって、その壁面の適宜の位置に液体が通過可能な開口が設けられている。上部膜体32および下部膜体33はいずれも遮液性を有するものであり、さらに適度な弾性を有することが望ましい。
The distance between the
本実施の形態では上部膜体32と下部膜体33としてポリ塩化ビニリデンを用いたが、これに限るものではなく、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルペンテンなどの樹脂材料あるいはこれら材料を組み合わせた複合樹脂材料などを用いることができる。本実施の形態においては、円筒部材31の内径は9.4mm、高さは5.0mmである。上部膜体32及び下部膜体33の膜厚は11μmである。上部膜体32と下部膜体33との離間距離dは1.0mmである。
In the present embodiment, polyvinylidene chloride is used as the
円筒部材31の壁面には接続パイプ314を挿入可能な開口が設けられている。溶媒タンク311から送られた溶媒200は、接続パイプ314を介して円筒部材31および上部膜体32とで構成される容器部に供給される。また、円筒部材31の壁面には接続パイプ315を挿入可能な別の開口が設けられている。図2に示すように、接続パイプ315は、チューブ316に接続されている。チューブ316は、排出タンク317に接続されている。容器部内の溶媒200は、接続パイプ315およびチューブ316を介して排出タンク317に排出される。
The wall surface of the
本実施の形態においては、図3に示すように、接続パイプ314が接続される位置よりも、接続パイプ315が接続される位置が高くなっている。これにより、接続パイプ314を介して供給される溶媒200の液面が上昇し、接続パイプ315の位置まで上昇した時点で、溶媒200が排出タンク317へと排出される。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the position where the
このように、本実施の形態においては、溶媒収容部3Aに溶媒を供給する構成を備える。これにより、溶媒収容部3A内の溶媒の濃度を一定に保つことができる。試料収容部3Bに連続的に流体試料が供給されている間も、溶媒の濃度を一定に保ちつつ、イオン化装置3において生体試料のイオン化を行うことができる。
In this manner, the present embodiment has a configuration for supplying the solvent to the
図2および図5を参照しながら試料収容部3Bの構成について説明する。本実施の形態においては、試料収容部3Bは、マイクロダイアリシス法を用いた流体試料の回収装置から連続的に流体試料の供給を受ける。試料収容部3Bは、図5に示すように、流体試料を収容する試料収容台35と試料収容台35内に埋め込まれる試料供給パイプ325とを備えている。試料供給パイプ325には、イオン化装置3の外部から連続的に流体試料が供給される。試料収容台35の上部には、溶媒収容部3Aの下部膜体33が取り付けられる。これにより、試料収容台35の上部に溶媒収容部3Aが載置される構成となっている。
The configuration of the
図2に示すように、試料収容台35の中央付近には上下方向に延びる採取孔351が設けられている。採取孔351の上端は試料収容台35の上面に開口している。採取孔351の下端は試料供給パイプ325に接続されている。試料供給パイプ325には採取孔351の下端に対応する位置に開口が設けられており、この開口が採取孔351の下端と接続されている。採取孔351には、下降してきた探針22の先端が挿入される。これにより、探針22の先端が、試料供給パイプ325内を流れる流体試料を採取することが可能となっている。
As shown in FIG. 2, a
続いて、試料収容部3Bに接続されたマイクロダイアリシス法を用いた流体試料の回収装置の構成について説明する。図2に示すように、流体試料の回収装置は、潅流液タンク321、送液ポンプ322、チューブ323、マイクロダイアリシスプローブ328およびチューブ324を備えている。
Next, the configuration of the fluid sample recovery device using the microdialysis method connected to the
潅流液タンク321には潅流液201が貯蔵されている。潅流液201としては、例えば、脳脊髄液(Cerebrospinal Fluid)、生理食塩水、リンゲル液などが用いられる。潅流液タンク321にはチューブ323が接続されている。チューブ323の他端は、マイクロダイアリシスプローブ328に接続されている。チューブ323には、潅流液タンク321とマイクロダイアリシスプローブ328との間の位置において、送液ポンプ322が設けられている。潅流液タンク321に貯蔵されている潅流液201は、送液ポンプ322のポンプ作用によりチューブ323を介してマイクロダイアリシスプローブ328に送られる。送液ポンプ322の構成は特に限定されないが、例えば、ペリスタポンプ(登録商標)を利用することができる。
The
マイクロダイアリシスプローブ328の先端に装着される透析膜は、マウスMの脳組織内に留置される。これにより、マウスMの脳組織の細胞外液を透析膜により回収することができる。透析膜により回収した細胞外液は、流体試料として潅流液201とともにチューブ324を介して試料収容部3Bに送られる。チューブ324の端部には試料供給パイプ325が接続されている。
A dialysis membrane attached to the tip of the
試料供給パイプ325は、試料収容台35の内部に埋め込まれている。本実施の形態においては、図5に示すように、試料供給パイプ325は、試料収容台35の内部を直線状に延びているが、試料供給パイプ325の形状は特に限定されるものではない。上述したように、試料収容台35の中央付近には上下方向に延び、試料供給パイプ325に接続される採取孔351が設けられている。これにより、下降してきた探針22の先端が、試料供給パイプ325内を流れる流体試料(細胞外液)を採取する。チューブ324および試料供給パイプ325は、本発明における「試料供給路」に相当する。
The
試料収容台35に埋め込まれている試料供給パイプ325には、チューブ324が接続される端部とは反対側の端部にチューブ326が接続されている。チューブ326は、排出タンク327に接続されている。試料収容部3Bを経由した潅流液201および流体試料(細胞外液)は、チューブ326を介して排出タンク327に排出される。
A
(3)分析処理の手順および動作
次に、本実施の形態に係る質量分析装置1を用いて、生きたままのマウスMの脳内の神経伝達物質のリアルタイム分析を行う手順及び動作について説明する。
(3) Analysis Processing Procedures and Operations Next, procedures and operations for real-time analysis of neurotransmitters in the brain of a living mouse M using the
図2に示すように、ユーザーは自由行動下のマウスMの脳組織にマイクロダイアリシスプローブ328を埋め込む。潅流液タンク321に潅流液201を貯蔵するとともに、送液ポンプ322、チューブ323、チューブ324、試料供給パイプ325、チューブ326および排出タンク327を所定の位置に配置させる。溶媒タンク311に溶媒200を貯蔵するとともに、送液ポンプ312、チューブ313、接続パイプ314、接続パイプ315、チューブ316および排出タンク317を所定の位置に配置する。
As shown in FIG. 2, the user implants a
なお、本実施の形態においては、溶媒タンク311、潅流液タンク321、送液ポンプ312、322、チューブ323、マイクロダイアリシスプローブ328、マウスM、排出タンク317および排出タンク327は、イオン化室4の外部に配置される。したがって、チューブ313、316、324および326は、イオン化室4に設けられたチューブ挿入孔を介して外部に延び、イオン化室4の外部において上記各部品に接続される。もちろん、この構成は一例である。イオン化室4にスペースを確保できるのであれば、マイクロダイアリシス法を実施する装置も含めイオン化室4内に配置するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
各部品、装置の準備が終了したあと、ユーザーが入力部106を操作して分析の開始を指示する。分析の開始指示を受けた制御部100は分析を実行するために各部に制御信号を送る。分析が開始されると、制御部100の制御の下で探針駆動部101が探針22を駆動する。探針駆動部101は、探針22を試料収容台35の採取孔351内に進入させ、その先端が試料供給パイプ325内に位置するまで降下させる。続いて、探針駆動部101は、探針22を所定位置まで上昇させる。
After the preparation of each part and apparatus is completed, the user operates the
探針22が降下するとき、探針22の尖った先端は溶媒収容部3Aに収容されている溶媒200中を通過し、さらに上部膜体32および下部膜体33をそれぞれ突き破って試料供給パイプ325内の流体試料(細胞外液)に達する。したがって、流体試料(細胞外液)に達する前に探針22の先端表面には溶媒200が付着し、溶媒200で濡れた状態となる。そして、探針22の先端が試料供給パイプ325内に進入すると、探針22の先端に流体試料(細胞外液)が付着する。
When the
探針22が引き上げられるときには、探針22の先端は再び溶媒200を通過するので、探針22の先端に付着している流体試料(細胞外液)にも溶媒200が付着する。これによって、探針22の先端に付着している流体試料(細胞外液)は溶媒200に包み込まれた状態となるので、イオン化効率を向上させることができる。
When the
探針22が所定位置まで引き上げられたあと、高電圧発生部102は探針22に所定の高電圧を印加する。探針22に印加される高電圧の極性は、測定対象であるイオンの極性に依存する。高電圧発生部102は、本発明における「電圧印加部」に相当する。探針22の先端に高電圧が印加されると、探針22の先端に付着している流体試料(細胞外液)に大きな電場が作用し、クーロン斥力等により試料中の成分は片寄った電荷を有しながら脱離する。つまり、流体試料中の成分がイオン化された上でエレクトロスプレーされる。エレクトロスプレーにより発生したイオンは、上述したように圧力差によって生じているガスの流れに乗って脱溶媒管51中に吸い込まれ、第1中間真空室6に送られる。
After the
前述のように、上部膜体32及び下部膜体33はいずれも適度な弾性を有しているため、探針22の先端が貫通して開いた孔は探針22が引き上げられるとある程度縮小する。ただし、この孔は完全にはふさがれないため、探針22が進退することで試料供給パイプ325から染み出した流体試料等の液体はこの微小な孔を通して下部膜体33の上に漏れ出す。
As described above, since both the
上部膜体32と下部膜体33との間には適度な間隙の空間があり、この空間を短時間で満たすほど多量の液体は漏れ出して来ない。そのため、この空間に漏れ出して来た流体試料等の液体は下部膜体33上で周囲に広がり、さらにスペーサ34に形成されている開口を通してスペーサ34の外側へと排出される。これにより、試料供給パイプ325から染み出した流体試料や血液等の液体が溶媒収容部3Aの容器部中の溶媒200に混入することを防止することができる。
There is a moderate gap space between the
探針22に流体試料中に混ざっている血液が付着する場合がある。本実施の形態においては、溶媒200に抗凝固薬であるヘパリンが添加されている。これにより、探針22が溶媒200を通過することで血液の凝固を防止することができる。探針22に付着した血液の凝固を防止することで、高いイオン化効率を維持することができる。
Blood mixed in the fluid sample may adhere to the
第1中間真空室6に送り込まれたイオンはイオンガイド61により形成される高周波電場で収束されつつ輸送され、スキマー52の頂部に設けられたオリフィスを経て第2中間真空室7へ送られる。さらに、イオンはイオンガイド71により形成される高周波電場で収束されつつ分析室8へ送られる。
The ions sent into the first
前段四重極マスフィルタ81には電圧発生部103から直流電圧に高周波電圧を重畳した電圧が印加される。印加された電圧に応じた質量電荷比m/zを有するイオンのみが前段四重極マスフィルタ81の長軸方向の空間を通り抜けコリジョンセル82に入射する。コリジョンセル82内にはコリジョンガスとしてアルゴンガスなどが導入されており、コリジョンセル82に入射したイオンはこれらのガスと接触して解離する。解離により生成されたプロダクトイオンはイオンガイド83により形成される高周波電場で収束され、コリジョンセル82を出て後段四重極マスフィルタ84に導入される。
A voltage obtained by superimposing a high-frequency voltage on a DC voltage is applied from the
後段四重極マスフィルタ84にも電圧発生部103から直流電圧に高周波電圧を重畳した電圧が印加される。印加された電圧に応じた質量電荷比m/zを有するプロダクトイオンのみが後段四重極マスフィルタ84の長軸方向の空間を通り抜けてイオン検出器85に到達する。
A voltage obtained by superimposing a high-frequency voltage on a DC voltage is also applied from the
例えば前段四重極マスフィルタ81では特定の質量電荷比を有するイオンのみを通過させ、後段四重極マスフィルタ84では所定の質量電荷比範囲に亘る質量走査を行うようにする。これにより、データ処理部105では、試料由来の特定の質量電荷比を有するイオンを解離させることで得られた各種プロダクトイオンが反映されたプロダクトイオンスペクトルを得ることができる。もちろん、プロダクトイオンスキャン測定以外に、プリカーサイオンスキャン測定やニュートラルロススキャン測定、多重反応モニタリング(MRM:Multiple Reaction Monitoring)測定を行ってもよい。コリジョンセル82でイオンを解離させずに通常のスキャン測定や選択イオンモニタリング(SIM:Selected Ion Monitoring)測定を実行してもよい。
For example, the front-stage quadrupole
以上説明したように、本実施の形態に係るイオン化装置3を利用することで、イオン化装置3の外部から供給された流体試料に対して前処理を経ることなくリアルタイムでイオン化を行うことができる。流体試料が供給されている期間中、連続して流体試料のイオン化を行うことができる。そして、本実施の形態に係る質量分析装置1を利用することで、試料収容部3Bに供給される流体試料の質量分析をリアルタイムで実行することが可能である。
As described above, by using the
また、本実施の形態のイオン化装置3にマイクロダイアリシス法を適用することが可能である。これにより、マイクロダイアリシス法によって生体から回収された物質をリアルタイムでイオン化することができる。マイクロダイアリシス法によって生体から物質を供給している期間中、高分解能(例えば数秒単位)で細胞外液中の成分の変動をリアルタイムにモニタリングすることができる。例えば、脳マイクロダイアリシス法により採取したセロトニン、ドーパミンなどの神経伝達物質の変動をリアルタイムでモニタリングすることが可能である。
Further, it is possible to apply the microdialysis method to the
(4)変形例
図6は、本発明の変形例を示す図である。変形例においては、試料収容部3Bに供給される流体試料に、内部標準物質が混ぜ合わされる。内部標準物質を添加する添加部329Aは、図に示すように、例えば、潅流液タンク321に設けられる。添加部329Aは、潅流液タンク321内に貯蔵された潅流液の量に応じて適宜の量の内部標準物質を添加する。
(4) Modification FIG. 6 is a diagram showing a modification of the present invention. In a modified example, an internal standard substance is mixed with the fluid sample supplied to the
また、別の変形例として、添加部329Bが、チューブ324の中途部分において内部標準物質を添加するようにしてもよい。添加部329Bは、潅流液の流量に応じて適宜の流量で内部標準物質をチューブ324に供給する。このように、流体試料に内部標準物質を添加することで、質量分析装置1においては、内部標準物質の物質量に基づいて生体試料の定量性を向上させることができる。
Moreover, as another modified example, the adding
上記の実施の形態においては、本発明の質量分析装置1にマイクロダイアリシス法を適用した。本発明のイオン化装置3および質量分析装置1に流体試料を供給する方法は、マイクロダイアリシス法に限るものではない。本発明のイオン化装置3および質量分析装置1に対して、連続的に流体試料を供給できる方法であればどのような方法であってもよい。
In the above embodiment, the microdialysis method is applied to the
上記の実施の形態においては、流体試料が排出タンク327で回収される。排出タンク327で回収された流体試料は破棄してもよいが、別の分析用に流用することも可能である。
In the above embodiments, fluid samples are collected in
なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。例えば、上記実施の形態の質量分析装置1はタンデム四重極型の構成であるが、上述したように質量分離器等の構成はこれに限るものでない。
The specific configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and modifications are possible without departing from the gist of the invention. For example, the
3…イオン化装置、3A…溶媒収容部、3B…試料収容部、4…イオン化室、6…第1中間真空室、7…第2中間真空室、8…分析室、21…探針ホルダ、22…探針、31…円筒部材、32…上部膜体、33…下部膜体、34…スペーサ、200…溶媒、201…潅流液、311…溶媒タンク、317…排出タンク、321…潅流液タンク、327…排出タンク、328…マイクロダイアリシスプローブ、M…マウス 3... Ionization device, 3A... Solvent storage part, 3B... Sample storage part, 4... Ionization chamber, 6... First intermediate vacuum chamber, 7... Second intermediate vacuum chamber, 8... Analysis chamber, 21... Probe holder, 22 ... probe, 31 ... cylindrical member, 32 ... upper membrane body, 33 ... lower membrane body, 34 ... spacer, 200 ... solvent, 201 ... perfusate, 311 ... solvent tank, 317 ... discharge tank, 321 ... perfusate tank, 327... discharge tank, 328... microdialysis probe, M... mouse
Claims (5)
探針と、
前記探針に電圧を印加する電圧印加部と、
前記探針を移動させる探針駆動部と、
溶媒を収容する溶媒収容部と、
前記溶媒を貯蔵する溶媒タンクと、
前記溶媒タンクと前記溶媒収容部とを接続する溶媒供給路と、
前記溶媒タンクに貯蔵された前記溶媒を前記溶媒供給路を介して前記溶媒収容部に供給する送液ポンプと、
前記溶媒を収容する排出タンクと、
前記溶媒収容部と前記排出タンクとを接続する排出流路と、
前記イオン化装置の外部から前記流体試料の供給を受ける試料供給パイプと、
を備え、
前記溶媒収容部は、
互いに対向する第1および第2の開口を有し、前記第1の開口が第1の膜体で閉塞されることで前記溶媒を収容可能な容器部と、
前記容器部の外部において、前記第1の膜体と前記試料供給パイプとの間に配置される第2の膜体と、を含み、
前記探針駆動部は、前記容器部に前記溶媒が収容された状態で前記第2の開口を通して前記探針を前記容器部内に進入させ、さらに、前記探針を前記第1および第2の膜体を貫通させて前記試料供給パイプ内を流れる前記流体試料を採取するように移動させ、
前記送液ポンプを駆動することで、前記溶媒タンクから前記溶媒収容部に連続的に前記溶媒を供給し、前記溶媒収容部内の前記溶媒が所定量を超えた場合、前記溶媒を前記溶媒収容部から前記排出タンクへ排出することで、前記溶媒収容部内の溶媒濃度を一定に保持する、イオン化装置。 An ionization device for ionizing components of a fluid sample, comprising:
a probe;
a voltage applying unit that applies a voltage to the probe;
a probe drive unit for moving the probe;
a solvent storage unit that stores a solvent;
a solvent tank for storing the solvent;
a solvent supply path connecting the solvent tank and the solvent container;
a liquid feed pump that supplies the solvent stored in the solvent tank to the solvent storage unit through the solvent supply channel;
a drain tank containing the solvent;
a discharge channel connecting the solvent storage unit and the discharge tank;
a sample supply pipe for receiving the fluid sample from the outside of the ionization device;
with
The solvent storage unit is
a container part having first and second openings facing each other and capable of containing the solvent by closing the first opening with a first membrane;
a second membrane disposed between the first membrane and the sample supply pipe outside the container;
The probe drive unit causes the probe to enter the container through the second opening while the solvent is contained in the container, and moves the probe through the first and second films. moving through the body to collect the fluid sample flowing through the sample supply pipe ;
By driving the liquid feed pump, the solvent is continuously supplied from the solvent tank to the solvent storage unit, and when the solvent in the solvent storage unit exceeds a predetermined amount, the solvent is supplied to the solvent storage unit. to the discharge tank, thereby maintaining a constant concentration of the solvent in the solvent container .
前記イオン化装置により生成されたイオンに基づいて前記流体試料の成分を分析する質量分析部と、を備える質量分析装置。 an ionization device according to any one of claims 1 to 3 ;
and a mass spectrometer that analyzes the components of the fluid sample based on the ions generated by the ionization device.
前記溶媒を前記溶媒収容部に収容するとともに、前記試料供給パイプに前記流体試料を連続的に供給する状態を準備するステップと、
前記探針駆動部により前記探針を移動させることによって、前記探針を前記容器部に収容された前記溶媒内を通過させ、さらに、前記探針を前記第1および第2の膜体を貫通させて前記試料供給パイプ内を流れる前記流体試料に到達させることで前記流体試料を採取するステップと、
前記探針駆動部により前記探針を移動させることで前記探針を前記流体試料から離脱させ、さらに、前記探針を前記容器部に収容された前記溶媒内に再び通過させて所定の位置まで移動させたあと、前記電圧印加部により前記探針に電圧を印加して前記探針の先端に付着した前記流体試料をイオン化するステップと、
イオン化された前記流体試料を質量分析するステップと、を含む流体試料の分析方法。 A method for analyzing a fluid sample using the ionization device according to claim 1,
preparing a state in which the solvent is stored in the solvent storage unit and the fluid sample is continuously supplied to the sample supply pipe;
By moving the probe by the probe driving section, the probe is caused to pass through the solvent contained in the container section, and the probe penetrates the first and second membranes. obtaining the fluid sample by causing the fluid sample to reach the fluid sample flowing in the sample supply pipe;
The probe is separated from the fluid sample by moving the probe by the probe drive unit, and the probe is passed again through the solvent contained in the container unit until it reaches a predetermined position. After the movement, the voltage applying unit applies a voltage to the probe to ionize the fluid sample adhering to the tip of the probe;
and mass spectrometry of said ionized fluid sample.
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