JP7471174B2 - 試料支持体 - Google Patents
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Description
本発明は、試料支持体に関する。
従来、試料の質量分析において、試料の成分をイオン化するための試料支持体が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような試料支持体は、第１表面、第１表面とは反対側の第２表面、並びに第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔を有する基板を備えている。
上述したような質量分析においては、イオン化された試料（試料イオン）が検出され、その検出結果に基づいて試料の質量分析が実施される。このような質量分析においては、感度（信号強度）の向上が望まれている。
そこで、本発明の一側面は、高感度な質量分析を可能にする試料支持体を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る試料支持体は、試料の成分のイオン化に用いられる試料支持体であって、第１表面及び第１表面に開口する複数の孔を有する基板と、第１表面上において孔を塞がないように設けられた導電層と、を備え、導電層は、複数のナノ粒子によって構成され、３０ｎｍ以上の厚みを有している。
この試料支持体は、第１表面及び第１表面に開口する複数の孔を有する基板を備えている。これにより、複数の孔に試料の成分が導入されると、成分が第１表面側に留まる。さらに、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等のエネルギー線が照射されると、第１表面側における成分にエネルギーが伝達される。このエネルギーによって、成分がイオン化されることで、試料イオンが生じる。ここで、導電層は、複数のナノ粒子によって構成され、３０ｎｍ以上の厚みを有している。これにより、導電層の表面にナノ粒子としての性質を持たせることで、導電層の表面を試料の成分のイオン化に適した状態にすることができる。したがって、この試料支持体によれば、試料イオンの信号強度を向上させることができ、高感度な質量分析が可能となる。
ナノ粒子は、第１表面、及び孔の内壁面における第１表面側の一部に堆積していてもよい。この場合、複数の孔に導入された試料の成分がナノ粒子と接触しやすくなるため、試料の成分がよりイオン化されやすくなる。
ナノ粒子の平均粒径は、１００ｎｍ以下であってもよい。この場合、導電層のナノ粒子としての性質を適切に確保することができる。
導電層は、３００ｎｍ以下の厚みを有していてもよい。導電層の厚みが比較的大きくなると、導電層のナノ粒子としての性質を確保しにくい場合がある。導電層の厚みを３００ｎｍ以下にすることで、導電層のナノ粒子としての性質をより適切に確保することができる。
複数の孔のそれぞれの幅は、５０ｎｍ～４００ｎｍであってもよい。この場合、複数の孔に導入された試料の成分を基板の第１表面側に適切に留まらせることができる。
複数の孔は、基板の厚み方向に沿って規則的に延在していてもよい。この場合、複数の孔に導入された試料の成分をそれぞれの孔ごとに基板の第１表面に留まらせることができる。これにより、試料の成分を適切にイオン化させることができる。
基板は、第１表面とは反対側の第２表面を有していてもよく、複数の孔のそれぞれは、第１表面から第２表面にかけて基板を貫通していてもよい。この場合、試料支持体の第２表面が試料に対向するように、試料支持体を試料上に配置することで、毛細管現象を利用して、基板の第２表面側から複数の孔を介して第１表面側に向けて試料の成分を移動させることができる。これにより、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行うことができる。
導電層の厚みの孔間のピッチに対する比は、０．５～１であってもよい。この場合、孔間のピッチに基づいて導電層の厚みを設定することで、導電層のナノ粒子としての性質を適切に確保することができる。
導電層の材料は、白金又は金であってもよい。この場合、ナノ粒子としての性質を確保するのに適した導電層を容易に得ることができる。
本発明の一側面によれば、高感度な質量分析を可能にする試料支持体を提供することができる。
以下、本発明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。
［試料支持体の構成］
図１の（ａ）、図１の（ｂ）及び図２に示されるように、試料の成分のイオン化に用いられる試料支持体１は、基板２と、フレーム３と、導電層５と、を備えている。基板２は、例えば長方形板状を呈している。基板２の一辺の長さは、例えば数ｃｍ程度である。基板２の厚みは、例えば１μｍ～５０μｍである。
図１の（ａ）、図１の（ｂ）及び図２に示されるように、試料の成分のイオン化に用いられる試料支持体１は、基板２と、フレーム３と、導電層５と、を備えている。基板２は、例えば長方形板状を呈している。基板２の一辺の長さは、例えば数ｃｍ程度である。基板２の厚みは、例えば１μｍ～５０μｍである。
基板２は、第１表面２ａ及び第２表面２ｂ並びに複数の孔２ｃを有している。第２表面２ｂは、第１表面２ａとは反対側の表面である。複数の孔２ｃのそれぞれは、基板２の厚み方向（第１表面２ａ及び第２表面２ｂに垂直な方向）に沿って規則的に延在している。具体的には、複数の孔２ｃのそれぞれの軸線は、厚み方向に沿って延在しており、互いに略平行である。複数の孔２ｃのそれぞれの軸線は、互いに交差していない。本実施形態では、複数の孔２ｃのそれぞれは、基板２に一様に（均一な分布で）形成されている。複数の孔２ｃのそれぞれは、第１表面２ａから第２表面２ｂにかけて基板２を貫通している。つまり、複数の孔２ｃのそれぞれは、第１表面２ａ及び第２表面２ｂのそれぞれに開口している。
基板２の厚み方向から見た場合における孔２ｃの形状は、例えば略円形である。孔２ｃの幅は、５０ｎｍ～４００ｎｍである。本実施形態では、孔２ｃの幅は、２００ｎｍ程度である。孔２ｃの幅とは、厚み方向から見た場合における孔２ｃの形状が略円形である場合には、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、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。本実施形態では、各孔２ｃ間のピッチは、２６０ｎｍ程度である。各孔２ｃ間のピッチとは、厚み方向から見た場合における孔２ｃの形状が略円形である場合には、当該各円の中心間距離を意味し、当該形状が略円形以外である場合には、孔２ｃに収まる仮想的な最大円柱の中心軸間距離を意味する。
孔２ｃの幅は、以下のようにして取得される値である。まず、基板２の第１表面２ａ及び第２表面２ｂのそれぞれの画像を取得する。図３は、基板２の第１表面２ａの一部の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）画像の一例を示している。当該ＳＥＭ画像において、黒色の部分は孔２ｃであり、白色の部分は孔２ｃ間の隔壁部である。続いて、取得した第１表面２ａの画像に対して例えば二値化処理を施すことで、測定領域Ｒ内の複数の第１開口（孔２ｃの第１表面２ａ側の開口）に対応する複数の画素群を抽出し、１画素当たりの大きさに基づいて、第１開口の平均面積を有する円の直径を取得する。同様に、取得した第２表面２ｂの画像に対して例えば二値化処理を施すことで、測定領域Ｒ内の複数の第２開口（孔２ｃの第２表面２ｂ側の開口）に対応する複数の画素群を抽出し、１画素当たりの大きさに基づいて、第２開口の平均面積を有する円の直径を取得する。そして、第１表面２ａについて取得した円の直径と第２表面２ｂについて取得した円の直径との平均値を孔２ｃの幅として取得する。
各孔２ｃ間のピッチは、以下のようにして取得される値である。まず、上述したように、測定領域Ｒ内の複数の第１開口に対応する複数の画素群を抽出し、互いに隣り合う第１開口の中心位置間の平均距離を取得する。同様に、測定領域Ｒ内の複数の第２開口に対応する複数の画素群を抽出し、互いに隣り合う第２開口の中心位置間の平均距離を取得する。そして、第１表面２ａについて取得した平均距離と第２表面２ｂについて取得した平均距離との平均値を各孔２ｃ間のピッチとして取得する。
図３に示されるように、基板２には、略一定の幅を有する複数の孔２ｃが一様に形成されている。測定領域Ｒにおける孔２ｃの開口率（基板２の厚み方向から見た場合に測定領域Ｒに対して全ての孔２ｃが占める割合）は、実用上は１０～８０％であり、特に２０～４０％であることが好ましい。複数の孔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。
図１及び図２に示されるように、フレーム３は、基板２の厚み方向から見た場合に基板２とほぼ同じ外形を有している。フレーム３は、第３表面３ａ及び第４表面３ｂ並びに複数の開口３ｃを有している。第４表面３ｂは、第３表面３ａとは反対側の表面であり、基板２側の表面である。開口３ｃは、第３表面３ａ及び第４表面３ｂのそれぞれに開口している。複数の開口３ｃのそれぞれは、フレーム３の厚み方向から見た場合に、マトリクス状に配置されている。複数の開口３ｃのそれぞれは、複数の測定領域Ｒを画定している。つまり、基板２には、複数の測定領域Ｒが形成されている。それぞれの測定領域Ｒには、試料が配置される。フレーム３は、基板２に取り付けられている。本実施形態では、基板２の第１表面２ａと、フレーム３の第４表面３ｂのうち複数の開口３ｃ以外の領域とが、接着層４によって互いに固定されている。
接着層４の材料は、例えば、放出ガスの少ない接着材料（低融点ガラス、真空用接着剤等）である。試料支持体１では、基板２のうちフレーム３の開口３ｃに対応する部分が、複数の孔２ｃを介して第２表面２ｂ側から第１表面２ａ側に試料の成分を移動させるための測定領域Ｒとして機能する。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。
図２に示されるように、導電層５は、基板２の第１表面２ａ側に設けられている。導電層５は、第１表面２ａに直接的に（すなわち、別の膜等を介さずに）設けられている。具体的には、導電層５は、基板２の第１表面２ａのうちフレーム３の複数の開口３ｃに対応する領域（すなわち、複数の測定領域Ｒに対応する領域）、複数の開口３ｃの内面、及びフレーム３の第３表面３ａに一続きに（一体的に）形成されている。導電層５は、測定領域Ｒにおいて、基板２の第１表面２ａのうち孔２ｃが形成されていない部分を覆っている。つまり、測定領域Ｒにおいては、各孔２ｃが開口３ｃに露出している。導電層５は、第１表面２ａ上において各孔２ｃを塞がないように設けられている。なお、導電層５は、第１表面２ａに間接的に（すなわち、別の膜等を介して）設けられていてもよい。
導電層５は、導電性材料によって形成されている。ただし、導電層５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５が形成されていると、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た結果、イオン化された試料がＣｕ付加分子として検出されるため、検出結果がずれるおそれがある。したがって、導電層５の材料としては、試料との親和性が低い貴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５が形成されていると、測定領域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、導電層５の材料としては、基板２に照射されたレーザ光のエネルギーを、導電層５を介して試料に効率的に伝えることが可能な金属であることが好ましい。例えば、ＭＡＬＤＩ（Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization）等で使用される標準的なレーザ光（例えば波長が３５５ｎｍ程度の三倍高調波Ｎｄ、ＹＡＧレーザ又は波長が３３７ｎｍ程度の窒素レーザ等）が照射される場合には、導電層５の材料としては、紫外域における吸収性の高いＡｌ、Ａｕ（金）又はＰｔ（白金）等であることが好ましい。
以上の観点から、導電層５の材料としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ等が用いられることが好ましい。本実施形態では、導電層５の材料は、Ｐｔである。導電層５の厚みは、３０ｎｍ～３００ｎｍであり、特に好ましくは５０ｎｍ～１５０ｎｍである。本実施形態では、導電層５の厚みは、１００ｎｍ程度である。導電層５の厚みの孔２ｃ間のピッチに対する比（すなわち、「導電層５の厚み／孔２ｃ間のピッチ」）は、０．５～１であり、特に好ましくは０．８～１である。
導電層５は、例えば、蒸着膜、スパッタ膜又は原子堆積膜等である。つまり、導電層５は、蒸着法、スパッタ法又は原子堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）等によって形成され得る。或いは、導電層５は、例えばメッキ法によって形成されてもよい。本実施形態では、導電層５は、蒸着膜であり、電子ビーム蒸着法によって形成されている。導電層の蒸着は、一般的には、導電層の平坦性を確保するため、加熱された基板に対して行われる。これに対して、導電層５の蒸着は、常温の（加熱されていない）基板２及びフレーム３に対して行われ得る。これにより、効果的に導電層５にナノ粒子としての性質を持たせることができる。また、導電層の蒸着は、一般的には、真空度が１０－４Ｐａ程度の条件下において行われる。これに対して、導電層５の蒸着は、一般的な場合に比べ、より高い圧力状態（低真空状態）において行われ得る。具体的には、導電層５の蒸着は、好ましくは真空度が１０－４Ｐａ以上、特に好ましくは真空度が１０－３Ｐａ～１０－２Ｐａ程度の条件下において行われ得る。これにより、効果的に導電層５にナノ粒子としての性質を持たせることができる。本実施形態では、導電層５の蒸着は、真空度が１０－３Ｐａ～１０－２Ｐａ程度の条件下において、且つ常温（加熱されていない）の基板２及びフレーム３に対して行われている。このように好適な真空度及び温度の条件下で導電層５の蒸着を行うことにより、一層効果的に導電層５にナノ粒子としての性質を持たせることができる。
導電層５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。また、導電層５の材料としては、例えばＳｉ（シリコン）等の半導体が用いられてもよい。なお、図１においては、導電層５の図示が省略されている。
導電層５の厚みは、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ：X-Ray Fluorescence）による膜厚測定によって取得されてもよい。また、導電層５の厚みは、ＳＥＭによる断面観察及び膜厚算出によって取得されてもよい。この場合、導電層５の断面は、例えば、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focus Ion Beam）、クロスセクションポリシャ（ＣＰ：Cross section Polisher）又は破断によって形成することができる。また、導電層５の厚みは、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）による透過像観察及び膜厚算出によって取得されてもよい。また、導電層５の厚みは、共焦点レーザ顕微鏡による膜厚算出によって取得されてもよい。また、導電層５の厚みは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）による高さ測定及び膜厚算出によって取得されてもよい。また、導電層５の厚みは、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）、オージェ電子分光（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）、又は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）による深さ（depth）プロファイルの測定によって取得されてもよい。
次に、各孔２ｃ及び導電層５について詳細に説明する。図４の（ａ）に示されるように、基板２の各孔２ｃは、筒部２１ｃと、テーパー部２２ｃと、を含んでいる。筒部２１ｃは、基板２の厚み方向に沿って延在している。テーパー部２２ｃは、筒部２１ｃの軸方向における両端に形成されている。筒部２１ｃの両端に形成されているテーパー部２２ｃのそれぞれは、同じ構成を有しているため、筒部２１ｃの一端に形成されているテーパー部２２ｃのみについて説明し、筒部２１ｃの他端に形成されているテーパー部２２ｃの説明については、省略する。テーパー部２２ｃは、筒部２１ｃの一端と第１表面２ａとを接続している。テーパー部２２ｃは、例えば円錐台状を呈している。テーパー部２２ｃは、第１表面２ａに近づくに従って広がっている。つまり、テーパー部２２ｃの幅は、第１表面２ａに近づくに従って大きくなっている。
図４の（ｂ）に示されるように、導電層５は、複数のナノ粒子５１によって構成されている。ナノ粒子とは、粒径が所定値よりも小さい粒子のことを意味する。本実施形態では、ナノ粒子５１の平均粒径は、１００ｎｍ以下である。複数のナノ粒子５１は、第１表面２ａ、各孔２ｃの内壁面における第１表面２ａ側の一部に堆積している。具体的には、複数のナノ粒子５１は、第１表面２ａ、テーパー部２２ｃ及び筒部２１ｃにおけるテーパー部２２ｃ側の一部において一続きとなるように、堆積している。なお、図４は、ナノ粒子５１が第１表面２ａ、テーパー部２２ｃ及び筒部２１ｃにおけるテーパー部２２ｃ側の一部の上に一段のみ形成された状態を概略的に示しているが、実際には、複数のナノ粒子５１が、多段に積層され得る。
ナノ粒子５１の平均粒径は、ＳＥＭによって取得される値である。具体的には、まず、導電層５のＳＥＭ画像を取得する。続いて、取得した導電層５の画像に対して例えば二値化処理を施すことで、導電層５の複数のナノ粒子５１に対応する複数の画素群を抽出し、１画素当たりの大きさに基づいて、複数のナノ粒子５１の平均面積を有する円の直径を複数のナノ粒子５１の平均粒径として取得する。
導電層５の表面５ａは、複数のナノ粒子５１の表面によって構成されている。具体的には、表面５ａは、複数のナノ粒子５１が堆積することによって形成された複数の微細な凹凸を含んでいる。表面５ａには、ナノ粒子５１間に形成された微細な溝が形成されている。表面５ａの表面積は、表面５ａが平坦面である場合に比べて大きい。表面５ａは、ナノ粒子としての性質を有している。
図５は、蒸着法によって形成された導電層５の拡大像を示す図である。図５の（ａ）に示される導電層５の厚みは、５０ｎｍ程度である。図５の（ｂ）に示される導電層５の厚みは、１００ｎｍ程度である。図５の（ｃ）に示される導電層５の厚みは、１５０ｎｍ程度である。図５の（ａ）～（ｃ）に示されるように、導電層５は、複数のナノ粒子５１によって構成さており、導電層５の厚みが大きくなるに従って、ナノ粒子５１の堆積量が増えると共にそれぞれのナノ粒子５１が際立つようになる。また、導電層５の厚みが大きくなるに従って、ナノ粒子５１の粒径が大きくなる傾向にある。なお、図５の（ａ）～（ｃ）の各拡大像においては、五角形又は六角形の筋状の構造が視認されるが、これは、基板２の第１表面２ａが当該筋状の凸部を有しているためである。
図６は、試料支持体１の厚み方向に交差する方向から見た図５の（ｂ）に示される導電層５の拡大像を示す図である。図６に示されるように、導電層５の複数のナノ粒子５１は、基板２の孔２ｃ間の隔壁部における第１表面２ａ側の一部を覆うように第１表面２ａ上に堆積しており、導電層５の表面５ａは、第１表面２ａに沿って広がる複数の凹凸によって構成されている。図７は、図５の（ｂ）に示される導電層５のナノ粒子５１の粒径分布の一例を示す図である。図７の例では、ナノ粒子５１の粒径は、数ｎｍ～３５ｎｍ程度の範囲に分布している。なお、図７に示されるナノ粒子５１の粒径は、ＳＥＭ画像を目視することによって測定された値である。
［イオン化方法及び質量分析方法］
次に、試料支持体１を用いたイオン化方法及び質量分析方法について説明する。まず、図８の（ａ）に示されるように、試料支持体１を用意する。試料支持体１は、イオン化方法及び質量分析方法の実施者によって製造されることにより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譲渡されることにより用意されてもよい。なお、図８に示される試料支持体１は、図１に示される試料支持体１とは異なる数の測定領域Ｒを有しているが、図１～図７を用いて説明した構造と同様の構造を有している。
次に、試料支持体１を用いたイオン化方法及び質量分析方法について説明する。まず、図８の（ａ）に示されるように、試料支持体１を用意する。試料支持体１は、イオン化方法及び質量分析方法の実施者によって製造されることにより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譲渡されることにより用意されてもよい。なお、図８に示される試料支持体１は、図１に示される試料支持体１とは異なる数の測定領域Ｒを有しているが、図１～図７を用いて説明した構造と同様の構造を有している。
続いて、試料Ｓの成分を試料支持体１の複数の孔２ｃ（図２参照）に導入する。具体的には、試料支持体１の各測定領域Ｒに試料Ｓを配置する。本実施形態では、例えばピペット８によって、試料Ｓを含む溶液を各測定領域Ｒに滴下する。これにより、試料Ｓの成分は、複数の孔２ｃを介して基板２の第１表面２ａ側から第２表面２ｂ側に移動する。試料Ｓの成分は、例えば表面張力によって第１表面２ａ側に留まる。続いて、図８の（ｂ）に示されるように、試料Ｓの成分が導入された試料支持体１をスライドグラス７の載置面７ａ上に配置する。スライドグラス７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、載置面７ａは、透明導電膜の表面である。なお、スライドグラス７に代えて、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てもよい。
続いて、導電性を有するテープ（例えば、カーボンテープ等）を用いて、スライドグラス７に試料支持体１を固定する。続いて、試料Ｓの成分をイオン化させる。具体的には、試料支持体１が配置されたスライドグラス７を質量分析装置の支持部（例えば、ステージ）上に配置する。続いて、質量分析装置の電圧印加部を動作させて、スライドグラス７の載置面７ａ及びテープを介して試料支持体１の導電層５に電圧を印加しつつ、質量分析装置のレーザ光照射部を動作させて、基板２の第１表面２ａのうち測定領域Ｒに対応する領域に対してレーザ光（エネルギー線）Ｌを照射する。
以上のように導電層５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が照射されると、第１表面２ａ側に留まっている試料Ｓの成分にエネルギーが伝達されて、試料Ｓの成分がイオン化されることで、試料イオンＳ２（イオン化された成分）が生じる。具体的には、第１表面２ａ側に留まっている試料Ｓの成分にエネルギーが伝達されると、試料Ｓの成分が気化し、試料イオンＳ２が生じる。以上の工程が、試料支持体１を用いたイオン化方法（本実施形態では、レーザ脱離イオン化方法）に相当する。
続いて、放出された試料イオンＳ２を質量分析装置のイオン検出部において検出する。具体的には、放出された試料イオンＳ２が、電圧が印加された導電層５とグランド電極との間に生じる電位差によって、試料支持体１とイオン検出部との間に設けられた当該グランド電極に向かって加速しながら移動し、イオン検出部によって検出される。本実施形態では、導電層５の電位は、グランド電極の電位よりも高く、正イオンをイオン検出部へ移動させている。つまり、試料イオンＳ２は、ポジティブイオンモードによって検出される。そして、イオン検出部が、試料イオンＳ２を検出することにより、試料Ｓを構成する分子のマススペクトルを取得する。質量分析装置は、例えば、飛行時間型質量分析方法（ＴＯＦ－ＭＳ：Time-of-Flight Mass Spectrometry）を利用する走査型質量分析装置である。以上の工程が、試料支持体１を用いた質量分析方法に相当する。
以上説明したように、試料支持体１は、第１表面２ａ及び第１表面２ａに開口する複数の孔２ｃを有する基板２を備えている。これにより、複数の孔２ｃに試料Ｓの成分が導入されると、成分が第１表面２ａ側に留まる。さらに、導電層５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等のエネルギー線が照射されると、第１表面２ａ側における成分にエネルギーが伝達される。このエネルギーによって、成分がイオン化されることで、試料イオンＳ２が生じる。ここで、導電層５は、複数のナノ粒子５１によって構成され、３０ｎｍ以上の厚みを有している。これにより、導電層５の表面５ａにナノ粒子としての性質を持たせることで、導電層５の表面５ａを試料Ｓの成分のイオン化に適した状態にすることができる。したがって、試料支持体１によれば、試料イオンＳ２の信号強度を向上させることができ、高感度な質量分析が可能となる。試料支持体１によれば、例えば、従来の表面支援レーザ脱離イオン化法（ＳＡＬＤＩ：Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization）では検出が困難であった高分子又は低濃度の試料の高感度な質量分析が可能となる。
質量分析においては、感度（信号強度）の向上が望まれている。本発明者らは、信号強度は、導電層５の表面状態に影響されることを見出した。すなわち、本発明者らは、導電層５の表面５ａがナノ粒子としての性質を有していると、信号強度が向上することを見出した。更に、本発明者らは、導電層５の表面状態は、導電層５の厚みに相関があることを見出した。すなわち、本発明者らは、導電層５の厚みが所定値よりも大きくなると、導電層５の表面５ａがナノ粒子としての性質を有することになることを見出した。このように、本発明者らは、質量分析における信号強度の向上の観点から、導電層５の表面状態及び導電層５の厚みに着目することで、試料支持体１の発明に至った。
図９は、試料支持体を用いた質量分析方法において導電層の厚みによる信号強度への影響を示す図である。図９の例では、それぞれの導電層の厚みが２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ及び１５０ｎｍ程度である複数の試料支持体を用いて、ｍ／ｚ１０４６程度のＡｎｇｉｏｔｅｎｓｉｎII（アンジオテンシンII）の信号を複数回検出した。図９に示されるように、導電層の厚みが５０ｎｍ以上である場合には、導電層の厚みが２０ｎｍである場合に比べて、信号強度が向上した。特に、導電層の厚みが１００ｎｍである場合には、導電層の厚みが２０ｎｍである場合の３０倍以上の信号強度が得られた。このように、導電層５の厚みが大きくなると導電層５の表面５ａがナノ粒子としての性質を有することになり、その結果、信号強度も向上することが確認された。これは、導電層５の表面５ａがナノ粒子としての性質を有すると、表面５ａの表面積が増加し、その結果、レーザ光Ｌ等のエネルギー線のエネルギーが表面５ａを介して第１表面２ａ側に留まっている試料Ｓの成分に伝わりやすくなることで、レーザ光Ｌのエネルギーの吸収の向上によって試料Ｓの成分が急速に加熱されるためであると推測される。また、これは、導電層５の表面５ａがナノ粒子としての性質を有すると、導電層５の表面プラズモン効果等が向上するためであると推測される。
ナノ粒子５１は、第１表面２ａ、及び孔２ｃの内壁面における第１表面２ａ側の一部に堆積している。これにより、複数の孔２ｃに導入された試料Ｓの成分がナノ粒子５１と接触しやすくなるため、試料Ｓの成分がよりイオン化されやすくなる。
ナノ粒子５１の平均粒径は、１００ｎｍ以下である。これにより、導電層５のナノ粒子としての性質を適切に確保することができる。
導電層５は、３００ｎｍ以下の厚みを有している。導電層５の厚みが比較的大きくなると、導電層５のナノ粒子としての性質を確保しにくい場合がある。導電層５の厚みを３００ｎｍ以下にすることで、導電層５のナノ粒子としての性質をより適切に確保することができる。
複数の孔２ｃのそれぞれの幅は、５０ｎｍ～４００ｎｍである。これにより、複数の孔２ｃに導入された試料Ｓの成分を基板２の第１表面２ａ側に適切に留まらせることができる。
複数の孔２ｃは、基板２の厚み方向に沿って規則的に延在している。これにより、複数の孔２ｃに導入された試料Ｓの成分をそれぞれの孔２ｃごとに基板２の第１表面２ａに留まらせることができる。そのため、試料Ｓの成分を適切にイオン化させることができる。
複数の孔２ｃのそれぞれは、基板２の第１表面２ａから第１表面２ａとは反対側の第２表面２ｂにかけて基板２を貫通している。これにより、試料支持体１の第２表面２ｂが試料Ｓに対向するように、試料支持体１を試料Ｓ上に配置することで、毛細管現象を利用して、基板２の第２表面２ｂ側から複数の孔２ｃを介して第１表面２ａ側に向けて試料Ｓの成分を移動させることができる。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イメージング質量分析を行うことができる。
導電層５の厚みの孔２ｃ間のピッチに対する比（すなわち、「導電層５の厚み／孔２ｃ間のピッチ」）は、０．５～１である。これにより、孔２ｃ間のピッチに基づいて導電層５の厚みを設定することで、導電層５のナノ粒子としての性質を適切に確保することができる。
導電層５の材料は、白金又は金である。これにより、ナノ粒子としての性質を確保するのに適した導電層５を容易に得ることができる。
導電層５は、蒸着膜である。これにより、導電層５のナノ粒子としての性質を適切に確保することができる。
孔２ｃは、テーパー部２２ｃを含んでいる。これにより、ナノ粒子５１が孔２ｃの内壁面における第１表面２ａ側の一部に堆積しやすくなるため、導電層５のナノ粒子としての性質を確保しやすくなる。
［変形例］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。
また、上記実施形態では、複数の孔２ｃのそれぞれが基板２を貫通しているが、複数の孔は、基板を貫通しなくてもよい。具体的には、試料支持体１は、基板２に代えて、図１０に示される基板２Ａを備えてもよい。図１０に示されるように、基板２Ａは、複数の孔２ｃに代えて、複数の孔２ｄを有している点で、基板２と相違している。複数の孔２ｄのそれぞれは、基板２Ａを貫通していない。つまり、複数の孔２ｄのそれぞれは、第１表面２ａに開口しており、第２表面２ｂには開口していない。基板２Ａは、例えば、ＳＡＬＤＩに用いられる陽極酸化アルミナポーラス皮膜等であってもよい。
また、上記実施形態では、複数の孔２ｃのそれぞれが、基板２に一様に形成されている例を示したが、基板２は、例えば不規則な多孔質構造を有する基板（例えばガラスビーズの焼結体等）であってもよい。
また、孔２ｃが筒部２１ｃ及びテーパー部２２ｃを含んでいる例を示したが、孔２ｃは、テーパー部２２ｃを含んでいなくてもよい。この場合、筒部２１ｃの両端のそれぞれが、第１表面２ａ及び第２表面２ｂに接続されている。
また、上記実施形態では、フレーム３に設けられた複数の開口３ｃによって複数の測定領域Ｒが画定されていたが、試料支持体には１つの測定領域Ｒのみが設けられていてもよい。また、上記実施形態では、試料Ｓの成分のマススペクトルを取得したが、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行ってもよい。
また、導電層５は、少なくとも基板２の第１表面２ａ上に設けられていれば、基板２の第２表面２ｂ上及び各孔２ｃの内壁面に設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。
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、イオンビーム、電子線等のエネルギー線の照射による試料Ｓのイオン化に用いることができる。
１…試料支持体、２，２Ａ…基板、２ａ…第１表面、２ｂ…第２表面、２ｃ，２ｄ…孔、５…導電層、５１…ナノ粒子、Ｓ…試料。
Claims (9)
- 試料の成分のイオン化に用いられる試料支持体であって、
第１表面及び前記第１表面に開口する複数の孔を有する基板と、
前記第１表面上において前記孔を塞がないように設けられた導電層と、を備え、
前記導電層は、複数のナノ粒子によって構成され、３０ｎｍ以上の厚みを有しており、
前記複数の孔のそれぞれは、前記基板の厚み方向に沿って延在している筒部と、前記筒部と前記第１表面とを接続し且つ前記第１表面に近づくほど広がるテーパー部と、を含み、
前記ナノ粒子は、前記第１表面及び前記テーパー部に堆積している、試料支持体。 - 前記ナノ粒子は、前記第１表面、及び前記孔の内壁面における前記第１表面側の一部に堆積している、請求項１に記載の試料支持体。
- 前記ナノ粒子の平均粒径は、１００ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の試料支持体。
- 前記導電層は、３００ｎｍ以下の厚みを有している、請求項１～３のいずれか一項に記載の試料支持体。
- 前記複数の孔のそれぞれの幅は、５０ｎｍ～４００ｎｍである、請求項１～４のいずれか一項に記載の試料支持体。
- 前記複数の孔は、前記基板の厚み方向に沿って規則的に延在している、請求項１～５のいずれか一項に記載の試料支持体。
- 前記基板は、前記第１表面とは反対側の第２表面を有し、
前記複数の孔のそれぞれは、前記第１表面から前記第２表面にかけて前記基板を貫通している、請求項１～６のいずれか一項に記載の試料支持体。 - 前記導電層の厚みの前記孔間のピッチに対する比は、０．５～１である、請求項６又は７に記載の試料支持体。
- 前記導電層の材料は、白金又は金である、請求項１～８のいずれか一項に記載の試料支持体。
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