JPWO2019106800A1 - マトリックス膜形成装置 - Google Patents

Abstract

試料が貼り付けられたサンプルプレートＰにマトリックス溶液を噴霧してマトリックス膜を形成する装置において、サンプルプレートが取り付けられるサンプルステージ１１を収容したチャンバ１０と、サンプルステージにマトリックス溶液を噴霧する噴霧ノズル２０と、チャンバに形成されたガス導入口１４と、ガス導入口に置換ガスを供給する置換ガス供給手段４０、４１、４２、４３、４７と、チャンバ内における置換ガスの流れを拡散させる置換ガス拡散手段１５、１７とを設ける。このような構成によれば、置換ガスの気流による湿度勾配の形成を防止しつつチャンバ内のガス置換を行うことができる。その結果、チャンバ内の湿度が一定且つ均一に維持され、サンプルプレート上に形成される結晶粒の大きさ及びマトリックス溶液による試料成分の抽出効率を安定させることができる。

Description

本発明は、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ＝Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization）法を用いた質量分析イメージングを行う際に使用されるサンプルプレートに、マトリックス物質の膜を形成するためのマトリックス膜形成装置に関する。

ＭＡＬＤＩ法は、レーザ光を吸収しにくい試料やタンパク質などレーザ光で損傷を受けやすい試料を分析するために、レーザ光を吸収し易く且つイオン化し易いマトリックス物質を測定対象である試料に予め混合しておき、これにレーザ光を照射することで試料をイオン化する手法である。一般的には、マトリックス物質は溶液として試料に添加され、このマトリックス溶液が試料に含まれる測定対象物質を取り込む。そして、乾燥によって溶液中の溶媒が気化し、測定対象物質を含んだマトリックス物質の結晶から成る粒子が形成される。これにレーザ光を照射すると、測定対象物質、マトリックス物質、及びレーザ光の相互作用によって、測定対象物質をイオン化することができる。ＭＡＬＤＩ法を用いることで分子量の大きな高分子化合物をあまり解離させることなく分析することが可能であり、しかも感度が高く微量分析にも好適であることから、生命科学などの分野で広く利用されている。

更に、近年、ＭＡＬＤＩ質量分析装置を用いて、生体組織切片上の生体分子や代謝物などの２次元分布状況を直接的に可視化する質量分析イメージング（ＭＳイメージング）法が注目されている。質量分析イメージング法では、生体組織切片などの試料上で、特定の質量電荷比を持つイオンの強度分布を表す２次元画像を得ることができる。そこで例えば、癌等の病理組織に特異的な物質の分布状況を調べることで、疾病の拡がり状況を把握する、投薬等の治療効果を確認する、といった、医療分野、創薬分野、生命科学分野などでの様々な応用が期待されている。

質量分析イメージング法における試料調製、すなわち試料へのマトリックス物質の添加を行うための一般的手法として、生体組織切片などの試料が貼り付けられたプレートにマトリックス溶液を吹き付けて塗布する方法（以下、これをスプレー法とよぶ）がある（例えば特許文献１を参照）。スプレー法による試料調製を行うためのマトリックス膜形成装置の概略構成を図７に示す。このマトリックス膜形成装置は、サンプルプレートＰが取り付けられるサンプルステージ８１が収容されたチャンバ８０と、サンプルプレートＰにマトリックス物質を吹き付けるための噴霧ノズル７０とを備えている。噴霧ノズル７０は、噴霧ガスが流通するガス管７２と、マトリックス溶液が流通する溶液管７１とを備えている。これらは、ガス管７２の内部に溶液管７１が挿入された二重管構造となっており、溶液管７１の先端はガス管７２の先端によって囲まれている。更に、溶液管７１の中心にはニードル７３が挿入されており、ニードル７３の先端は溶液管７１の先端から僅かに突出している。溶液管７１の内部はマトリックス溶液で満たされており、その基端側は、マトリックス溶液が収容された溶液容器７５に挿入されている。また、ガス管７２の基端側はガスボンベなどのガス源７４に接続されている。なお、ガス管７２の先端からチャンバ８０内に噴出するガスを外部に逃がすため、噴霧の実行中において、チャンバ８０は密閉状態ではなく大気開放された状態となっている。

上述のように溶液管７１の先端はガス管７２の先端部によって囲まれているため、ガス源７４から供給される高圧の噴霧ガスがガス管７２の先端から噴出すると、溶液管７１の先端付近が減圧され（ベンチュリー効果）、該先端からマトリックス溶液が引き出される。溶液管７１の先端から引き出されたマトリックス溶液は、噴霧ガスによってせん断されて微小液滴となり、該微小液滴が噴霧ガスの流れに乗ってノズル７０から噴出する。このとき、マトリックス溶液がニードル７３に沿って流れることにより、噴霧ガスによるマトリックス溶液のせん断効率が向上し、前記微小液滴をより微細化することができる。以上により噴霧ノズル７０から噴射されたマトリックス溶液は、噴霧ノズル７０に対向配置されたサンプルステージ８１上のサンプルプレートＰに付着する。

予め生体組織切片などの試料が貼り付けられたサンプルプレートＰに、上記のようにして噴霧されたマトリックス溶液が付着すると、試料に含まれる成分（試料成分）がマトリックス溶液によって抽出され、その後、溶液中の溶媒が気化することで試料成分とマトリックス物質を含んだ結晶から成る粒子がサンプルプレートＰ上に多数形成される。

特開2016-114400号公報（[0004]）

質量分析イメージング法において目的とする物質の分布状況を正確に反映した質量分析イメージング画像を得るには、高い空間分解能が要求される。ＭＡＬＤＩを利用した質量分析イメージングにおける空間分解能を決める大きな要素の一つは、調製された試料中のマトリックス物質の粒径であり、粒径が小さいほど高い空間分解能が得られる。

しかしながら、上述のスプレー法では、噴霧を行うタイミングによってサンプルプレート上に形成される結晶から成る粒子の大きさに差異が生じることがあるため、常に一定の空間分解能で質量分析イメージングを行うことが難しいという問題があった。

また、スプレー法による試料調製では、噴霧を行うタイミングによって試料成分の検出感度にばらつきが出る場合もあった。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、質量分析イメージングを行う際に安定した空間分解能及び検出感度を実現できるＭＡＬＤＩ用のマトリックス膜形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、噴霧時におけるチャンバ内の湿度が、サンプルプレート上に形成される結晶から成る粒子の大きさ及び形状、並びにマトリックス溶液による試料成分の抽出効率に影響を及ぼすことを見出し、本願発明に至った。

すなわち、上記課題を解決するために成された本発明に係るマトリックス膜形成装置は、
a) サンプルプレートが取り付けられるサンプルステージを収容したチャンバと、
b) 前記サンプルステージに向けて、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法に用いるマトリックス物質を含む溶液を噴霧する噴霧ノズルと、
c) 前記チャンバに形成されたガス導入口と、
d) 前記ガス導入口に置換ガスを供給する置換ガス供給手段と、
e) 前記チャンバ内における前記置換ガスの流れを拡散させる置換ガス拡散手段と、
を有することを特徴としている。

上記構成によれば、置換ガス供給手段が供給する置換ガスによってチャンバ内の空気が置換されるため、噴霧時の外気の湿度に拘わらず、チャンバ内の湿度を常に一定に維持することができる。そのため、従来のように噴霧を行うタイミングによってサンプルプレート上に形成される結晶から成る粒子の大きさにばらつきが生じることがなく、質量分析イメージングにおいて安定した空間分解能を達成することが可能となる。また、単に、チャンバ内に置換ガスを供給するだけでは、置換ガスの気流によって湿度勾配が形成されてチャンバ内の湿度均一性が損なわれたり、置換ガスの気流によって噴霧流が乱されて、サンプルプレート上へのマトリックス塗布の均一性が損なわれたりするおそれがあるが、上記本発明では、置換ガス拡散手段によって置換ガスの流れを拡散させることにより、こうした問題の発生を防止することができる。また、質量分析イメージングにおいて、目的とする物質を高い感度で検出するためには、試料調製時にマトリックス溶液によって試料中の成分が効率よく抽出される必要があるが、本発明によれば、上記のように一定且つ均質な湿度下で噴霧を行うことによって、サンプルプレート上に噴霧されたマトリックス溶液による試料成分の抽出効率を一定の水準に維持できるため、質量分析イメージングにおける目的成分の検出感度を安定させることも可能となる。

本発明に係るマトリックス膜形成装置は、前記置換ガス拡散手段が、前記ガス導入口と前記サンプルステージの間に配置された、複数の孔が形成された板である置換ガス拡散板を有することが望ましい。

また、本発明に係るマトリックス膜形成装置は、前記置換ガス拡散手段が、前記チャンバ内に配置された管であって、一端が前記ガス導入口に接続され、周面に複数の開口が形成された置換ガス拡散管を有するものであってもよい。

本発明に係るマトリックス膜形成装置は、更に、
f) 前記チャンバに形成されたガス排出口、
を有し、
前記置換ガス拡散手段が、前記サンプルプレートと前記ガス排出口の間に配置された、前記ガス排出口に向かうガスの流れを迂回させる迂回板を有することが望ましい。

また、本発明に係るマトリックス膜形成装置は、更に、
g) 前記チャンバに形成されたガス排出口、
を有し、
前記チャンバが、前記噴霧ノズルによる噴霧の実行中において前記ガス導入口及びガス排出口以外が密閉されるものとすることが望ましい。

また、本発明に係るマトリックス膜形成装置は、更に、
h) 前記噴霧ノズルによる前記溶液の噴霧の実行中において、前記ガス導入口に前記置換ガスを供給するよう前記置換ガス供給手段を制御する制御手段、
を有するものとすることが望ましい。

また、本発明に係るマトリックス膜形成装置は、
前記置換ガス供給手段が、前記噴霧ノズルから噴出する噴霧ガスの流量よりも大きい流量で、前記ガス導入口に前記置換ガスを供給するものであることが望ましい。

また、本発明に係るマトリックス膜形成装置は、
前記置換ガス供給手段が、前記ガス導入口に前記置換ガスを供給することにより、前記噴霧ノズルから噴出する噴霧ガスの前記チャンバ内の線速度よりも小さい線速度で、前記ガス導入口から前記置換ガスを噴出させるものであることが望ましい。

また、本発明に係るマトリックス膜形成装置は、更に、
i) ガス源と、該ガス源から供給される不活性ガスを前記噴霧ノズルに供給する噴霧ガス供給手段、
を有し、
前記置換ガス供給手段が、前記噴霧ガス供給手段に設けられた前記ガス源から供給される不活性ガスを前記置換ガスとして前記ガス導入口に供給するものであることが望ましい。

以上の通り、本発明に係るマトリックス膜形成装置によれば、チャンバ内の湿度を一定に維持することにより、サンプルプレート上に形成される結晶から成る粒子の大きさ及びマトリックス溶液による試料成分の抽出効率を安定させることができ、その結果、質量分析イメージングにおいて安定した空間分解能及び検出感度を達成することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るマトリックス膜形成装置の要部構成を示す模式図。 同実施形態のマトリックス膜形成装置による成膜時における制御部の動作を示すフローチャート。 拡散板の開口率を100％とした場合におけるチャンバ内の気流のシミュレーション結果を示す図。 図５(a)のような拡散板（開口率9.7%）を用いた場合におけるチャンバ内の気流のシミュレーション結果を示す図。 本発明における拡散板の構成例を示す図であって、(a)は全面に円形の開口を備えた構成を示し、(b)は一部領域に円形の開口を備えた構成を示し、(c)は角形の線状開口を備えた構成を示す。 本発明における拡散管の構成例を示す図であって、(a)は拡散管の斜視図であり、(b)はチャンバにおける拡散管の取り付け位置を示す斜視図である。 従来のスプレー式のマトリックス膜形成装置の概略構成を示す模式図。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置の要部構成を示す模式図である。本実施形態に係るマトリックス膜形成装置は、サンプルプレートＰが収容されるチャンバ１０と、サンプルプレートＰにマトリックス溶液（マトリックス物質を含む溶液）をスプレーするための噴霧ノズル２０とを有している。

チャンバ１０の内部にはサンプルプレートＰが取り付けられるサンプルステージ１１と、サンプルステージ１１を移動させるためのＸＹステージ１２が収容されている。サンプルステージ１１と対向するチャンバ１０の壁面には、噴霧ノズル２０が取り付けられると共に、貫通孔であるガス導入口１４が形成されている。なお、噴霧ノズル２０及びガス導入口１４は、いずれも前記壁面の中央付近に配置することが望ましい。これにより、噴霧流及び置換ガス流を上下左右で軸対称にして、均一かつ効率よく噴霧及びガス置換を行うことができる。一方、サンプルステージ１１の後方側のチャンバ１０の壁面には、貫通孔であるガス排出口１３が形成されている。また、噴霧ノズル２０が取り付けられた壁面と直交するチャンバ１０の壁面には、サンプルプレートＰを出し入れするためのドア（図示略）が設けられている。なお、チャンバ１０は、ドアを閉じるとガス導入口１４及びガス排出口１３以外が密閉される構成となっている。

噴霧ノズル２０は、溶液管２１と、溶液管２１と同軸であって外筒として溶液管２１を取り囲むように配設されたガス管２２とを有する二重管構造となっている。溶液管２１は先端部の内径が0.3mm程度であって、その中心には噴霧時に溶液を導くためのニードル２３が挿入されている。溶液管２１及びガス管２２の先端はこれらの管２１、２２の長さ方向においてほぼ同一位置にあり、ニードル２３の先端は溶液管２１の先端から僅かに突出している。

溶液管２１の基端には、溶液供給管３１の一端が接続され、溶液供給管３１の他端は、マトリックス溶液を収容した密閉容器である溶液容器３０の下部（溶液容器３０の高さ方向の中心よりも下方、望ましくは底面付近）に配置されている。また、溶液供給管３１の中間部には抵抗管３２が介挿されている。抵抗管３２としては、噴霧ノズル２０の溶液管２１の先端部における抵抗値に比べて十分大きな抵抗値を持つもの、例えば、内径0.075mm長さ20mmのキャピラリ管などを使用する。なお、抵抗管３２としては、シリカから成るキャピラリやＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂から成るキャピラリ等を用いることができるが、耐久性を考慮するとＰＥＥＫキャピラリを用いることが望ましい。

ガス管２２の基端には、噴霧ガス配管４６の一端が接続されており、噴霧ガス配管４６の他端は、マニホールド（多分岐管）４２及び共通配管４１を介してガス源４０に接続されている。ガス源４０は、例えば、ガスボンベ又はガス発生装置等から成り、湿度が一定且つ低湿度（２０％以下、望ましくは１５％以下）であって、絶対圧で大気圧よりも高圧の不活性ガスを共通配管４１に送出する。こうしたガス源４０としては、液化窒素ガスボンベや窒素ガス発生装置を用いることが望ましい。マニホールド４２は、１つの入口端と３つの出口端を有しており、入口端には先述の共通配管４１が接続され、３つ出口端の一つには先述の噴霧ガス配管４６が接続されている。マニホールド４２の残り２つの出口端のうちの１つには、加圧用ガス配管４８の一端が接続され、この加圧用ガス配管４８の他端は、溶液容器３０内部の天井付近（少なくとも溶液容器３０の高さ方向の中心よりも上方）に配置されている。マニホールド４２の残り１つの出口端には、置換ガス配管４７の一端が接続され、この置換ガス配管４７の他端はチャンバ１０のガス導入口１４に接続されている。なお、チャンバ１０に設けられたガス排出口１３には、図示しないドラフトチャンバに至る排気管４９が接続されている。

上記のマニホールド４２の３つの出口端にはそれぞれ電磁弁が搭載されている。以下、これらの電磁弁のうち、置換ガス配管４７が接続された出口端に設けられているものをガス置換用バルブ４３とよび、噴霧ガス配管４６が接続された出口端に設けられているものを噴霧用バルブ４４とよび、加圧用ガス配管４８が接続された出口端に設けられているものを加圧用バルブ４５とよぶ。なお、本実施形態において、ガス源４０、共通配管４１、マニホールド４２、ガス置換用バルブ４３、及び置換ガス配管４７が本発明における置換ガス供給手段に相当し、ガス源４０、共通配管４１、マニホールド４２、噴霧用バルブ４４、及び噴霧ガス配管４６が本発明における噴霧ガス供給手段に相当する。

共通配管４１、噴霧ガス配管４６、及び加圧用ガス配管４８には、それぞれ手動式の圧力調整バルブ５１、５２、５３が設けられている。また、共通配管４１には、更に流量計５７が設けられ、置換ガス配管４７には、圧力計５４、流量計５５、及び手動式の流量調整バルブ５６が設けられている。なお、以下では置換ガス配管４７、噴霧ガス配管４６、及び加圧用ガス配管４８を流れるガスをそれぞれ置換ガス、噴霧ガス、及び加圧用ガスとよぶことがある。

更に、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置は、ＸＹステージ１２及び電磁弁４３、４４、４５の動作を制御するための制御部６０を有しており、制御部６０にはユーザが設定や指示を入力するための入力部６１が接続されている。制御部６０の機能は、ＣＰＵやメモリを有するコンピュータに所定の制御プログラムを実行させることによって実現される。

本実施形態に係るマトリックス膜形成装置は、チャンバ１０の内部にガス導入口１４から導入された置換ガスを拡散させる拡散板１５や、ガス排出口１３に向かうガス（空気又は置換ガス）の流れを迂回させることで該ガス流れを拡散させる迂回板１７という二つの置換ガス拡散手段を備えている。拡散板１５は複数の開口１６が形成された板であり、例えばパンチングメタルなどを使用することができる。図１に示すマトリックス膜形成装置では、この拡散板１５によってチャンバ１０の内部空間が二つに仕切られており、ガス導入口１４から一方の空間に導入された置換ガスは、拡散板１５に設けられた複数の開口１６のいずれかを通過して他方の空間（サンプルステージ１１が配置された空間）に流入する。一方、迂回板１７は、その面積がガス排出口１３の開口面積よりも大きく、噴霧流の中心軸に直交する平面におけるチャンバ１０の断面積よりも小さい板であり、ガス排出口１３の前方に、ガス排出口１３が設けられた壁面と平行且つ該壁面から数センチ離間させた状態で配設される。

以下、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置による試料調製を行う際の手順について図２のフローチャートを参照しつつ説明する。本実施形態に係るマトリックス膜形成装置による成膜を行う際には、まず、作業担当者（以下、ユーザとよぶ）がチャンバ１０のドアを開き、組織切片などの試料を貼り付けたサンプルプレートＰをサンプルステージ１１に取り付ける。続いて、ユーザが、チャンバ１０のドアを閉じ、必要に応じて圧力調整バルブ５１、５２、５３の開度及び流量調整バルブ５６の開度を手作業で調節した上で、入力部６１を操作して成膜開始の指示を入力する。なお、上記の圧力調整バルブ５２及び流量調整バルブ５６は、噴霧の実行時において、置換ガスの流量が噴霧ガスの流量よりも大きくなるように調整する。これにより、チャンバ内のガスの置換速度を高めてマトリックス溶液の噴霧によるチャンバ内の湿度変化を抑えることができる。但し、置換ガスによる噴霧流の乱れを低減するため、チャンバ１０内における置換ガスの噴出線速度は、噴霧ガスの噴出線速度よりも十分に小さくなるようにすることが望ましい。これは、例えば、ガス管２２の開口面積に対してガス導入口１４の開口面積を十分に大きくすることにより実現することができる。なお、本実施形態では、圧力調整バルブ５１、５２、５３及び流量調整バルブ５６を手動式のものとしたが、これらをモータによって駆動されるものとし、予めユーザが入力部６１を介して入力した設定値に基づいて、制御部６０が圧力調整バルブ５１、５２、５３及び流量調整バルブ５６の開度を調整する構成としてもよい。

入力部６１から成膜開始の指示が入力されると（ステップＳ１１でＹｅｓ）、制御部６０は、まずガス置換用バルブ４３に制御信号を送出して該バルブ４３を開放させる（ステップＳ１２）。これにより、ガス源４０から供給される不活性ガスがマニホールド４２及び置換ガス配管４７を経てチャンバ１０内部の拡散板１５で仕切られた一方の空間に流入する。そして、該不活性ガスは拡散板１５に形成された開口１６を通ることにより拡散され小さい流速でチャンバ１０内の他方の空間（サンプルプレートＰが配置された空間）に流入する。サンプルプレートＰが配置された空間に流入した不活性ガスは、ガス排出口１３の前方に配置された迂回板１７に衝突して迂回することによりさらに拡散した後、ガス排出口１３から排出されていく。

その後、予め定められた時間ｔが経過した時点（ステップＳ１３でＹｅｓ）で、制御部６０は加圧用バルブ４５に制御信号を送出して該バルブ４５を開放させる（ステップＳ１４）。なお、上記の時間ｔは、チャンバ１０内の空気が不活性ガス（置換ガス）で完全に置き換えられるのに十分な時間を、チャンバ１０の容積及び置換ガスの流量などに基づいて予めユーザが決定し、制御部６０に記憶させておく。上記のように加圧用バルブ４５が開放されることにより、ガス源４０からマニホールド４２に供給された不活性ガスが加圧用ガス配管４８にも流入するようになる。その結果、加圧用ガス配管４８の先端から溶液容器３０の上部空間に不活性ガス（加圧用ガス）が導入され、該加圧用ガスによって溶液容器３０内のマトリックス溶液の液面が加圧される。これにより、該マトリックス溶液が溶液供給管３１に導入され、抵抗管３２を経て噴霧ノズル２０の溶液管２１から吐出されるようになる。

続いて、制御部６０は噴霧用バルブ４４に制御信号を送出して該バルブ４４を開放させる（ステップＳ１５）。これにより、ガス源４０からマニホールド４２に供給された不活性ガスが、更に噴霧ガス配管４６にも流入するようになる。なお、ここでは加圧用バルブ４５→噴霧用バルブ４４の順に開放するものとしたが、これらのバルブ４４、４５は逆の順で開放してもよく、同時に開放してもよい。

以上により、噴霧ノズル２０のガス管２２の先端から不活性ガス（噴霧ガス）が噴出されると共に、溶液管２１の先端から流出するマトリックス溶液が該噴霧ガスによってせん断されて微小液滴となり、噴霧ガスと共に噴霧ノズル２０から噴射される。

マトリックス物質の噴霧が開始されると、続いて制御部６０はＸＹステージ１２に制御信号を送出する（ステップＳ１６）。これにより、ＸＹステージ１２は、サンプルプレートＰの全面に均等にマトリックス溶液が噴霧されるようにサンプルステージ１１を移動させる。

なお、以上のようにしてサンプルプレートＰへのマトリックス溶液の噴霧を行っている間も、ガス置換用バルブ４３は開放状態に維持され、ガス導入口１４からの置換ガスの導入が継続される。

その後、サンプルプレートＰの全面にマトリックス溶液が噴霧された時点（ステップＳ１７でＹｅｓ）で、制御部６０は、ＸＹステージ１２を停止させ（ステップＳ１８）、更に、ガス置換用バルブ４３、噴霧用バルブ４４、及び加圧用バルブ４５を閉鎖させて不活性ガスによるチャンバ１０内のガス置換と、サンプルプレートＰへのマトリックス物質の噴霧を停止させる（ステップＳ１９）。以上により、サンプルプレートＰへのマトリックス膜の成膜が完了すると、ユーザはチャンバ１０のドアを開けてサンプルプレートＰを取り出す。その後、引き続き別のサンプルプレートＰへの成膜を行う場合には、新たなサンプルプレートＰをサンプルステージ１１にセットして上記の作業を繰り返し実行する。

なお、ここではガス置換用バルブ４３を開放してから予め定められた時間ｔが経過した時点で加圧用バルブ４５及び噴霧用バルブ４４を開放する（すなわち噴霧を開始する）ものとしたが、これに代えて、例えば、ユーザがマトリックス溶液の噴霧開始を指示した時点（すなわち、入力部６１から制御部６０に噴霧開始指示が入力された時点）で加圧用バルブ４５及び噴霧用バルブ４４を開放するものとしてもよい。また、ガス置換を開始してから予め定められた量の置換ガスをチャンバ１０に供給した時点でマトリックス溶液の噴霧を開始するものとしてもよい。この場合は、例えば、流量計５５又は流量計５７による計測結果を制御部６０に入力し、該入力に基づいて制御部６０がガス置換開始時点からの置換ガスの供給量を算出する構成とする。

上記のように、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置では、ガス源４０から供給される不活性ガスによってチャンバ１０内の空気が置換されるため、外気の湿度に拘わらず、チャンバ１０内の湿度を常に一定に維持することが可能となる。そのため、従来のように噴霧を行うタイミングによってサンプルプレートＰ上に形成される結晶から成る粒子の大きさにばらつきが生じることがなく、常に安定した空間分解での質量分析イメージングを行うことが可能となる。また、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置では、チャンバ１０内に供給された不活性ガスが、拡散板１５によって拡散されたのちに小さい流速でチャンバ１０内のサンプルプレートＰが配置された空間に流入するため、不活性ガスによる該空間内での湿度勾配の形成が抑制される。更に、チャンバ１０内部において、排出口１３に向かう不活性ガスの流れが迂回板１７を迂回することによって拡散されるため、チャンバ１０内の湿度勾配の形成をより効果的に抑制することができる。したがって、これら拡散板１５及び迂回板１７を設けることにより、前記湿度勾配の影響によってサンプルプレートＰ上におけるマトリックス結晶のサイズが不均一になるのを防ぐことができる。また、拡散板１５によって不活性ガス（置換ガス）の気流の速さを小さくできるため、該ガスがマトリックス溶液噴霧ガスの流れに対する影響を低減することができ、サンプルプレートへの均一なマトリックス塗布が実現できる。また、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置では、一定の湿度下で噴霧を行うことにより、サンプルプレートＰ上に噴霧されたマトリックス溶液による試料成分の抽出効率を一定の水準に維持することもできるため、質量分析イメージングにおける目的成分の検出感度を安定させることもできる。また、更に不活性ガスとして低湿度のガス（乾燥ガス）を用いることにより、サンプルプレート上に形成される結晶から成る粒子のサイズを小さくして高い分解能を達成することができる。

図３及び図４に、チャンバ１０内の気流を示すシミュレーション結果（チャンバ１０の中心断面における流速分布をベクトル表示したもの）を示す。図３は拡散板１５の開口１６の開口率を100%とした場合（つまり実質的に拡散板が存在しない場合）を示し、図４は、図５(ａ)に示すような、全面に開口１６を有する拡散板１５（開口率9.7%）を使用した場合を示す。これらの図では、ベクトルの長さが気流の速さを表し、ベクトルの密度が気体分子の密度を表している。これらの図から明らかなように、拡散板１５を使用しない場合（図３）には、置換ガスが拡散板１５を介さずに直接チャンバ１０内に導入されているため、置換ガスに起因したチャンバ１０内の気流の速さが比較的大きくなっており、該置換ガスの気流が噴霧ガス流の形状に影響を与えている。それに対して拡散板１５を使用した場合（図４）には、置換ガスが拡散板１５により拡散され、比較的小さい流速でチャンバ１０内のサンプルプレートＰが配置された空間に導入されており、該置換ガスの気流による噴霧ガス流への影響も低減されている。

なお、拡散板１５としては、たとえば図５（ａ）のように全面に開口１６を有する板を使用してもよいし、図５（ｂ）のように一部領域（例えば周縁部）のみに開口１６を有する板を使用してもよい。この開口１６は、その大きさ（開口面積）が大きいほどチャンバ１０内のガスを置換する速度が速くなるが、置換ガスの流れを拡散させる効果が低減する。一方、この開口１６が小さいほど置換ガスの流れを拡散させる効果が向上するが、チャンバ１０内のガスを置換する速度が遅くなる。従って、この開口１６の大きさは、所望のガス置換速度やマトリックス結晶の均一性に基づいて適宜決定すればよい。但し、置換ガスの流れを確実に拡散させるために、各開口１６の大きさは、置換ガスのガス導入口１４の出口部分の開口の大きさよりも小さくしておくことが望ましい。また開口１６の形状は、円形に限らず、多角形や線状等としてもよく、例えば、図５（ｃ）のように拡散板１５の一部領域を角形の線状に切り取ったものであってもよい。

また、上記のような拡散板１５に代えて、図６（ａ）に示すような、周面に複数の開口１９を有する管（以下、拡散管１８とよぶ）をチャンバ１０内に配置するようにしてもよい。拡散管１８は、その先端が閉鎖され、基端側がガス導入口１４に接続される。このような拡散管１８は、図６（ｂ）に示すように、チャンバ１０内の直方体状空間の各辺のうち、噴霧ノズル２０の中心軸Ｘに平行な1つ又は複数の辺（図６（ｂ）では四辺）に沿わせるように配置することが望ましい。

このように本発明における置換ガス拡散手段は、チャンバ１０内に導入される置換ガスの流れを拡散するような機能を有するものであれば、様々な形態をとることができる。ただし、図５（ａ）〜（ｃ）で示したような開口１６を有する平板形状の拡散板１５とすれば、金属板にパンチングプレス等で開口１６を形成したうえでチャンバ１０内に取り付けるだけで置換ガス拡散手段を形成できるため、製造がより容易となる。さらに、そのような製造容易性に加えて図５（ａ）のように全面に開口１６を有する板形状とすることで、チャンバ１０内における置換ガスの均一性をより高くすることができる。

なお、本発明に係るマトリックス膜形成装置では、噴霧開始前のみ置換ガスによるチャンバ１０内のガス置換を行うようにしてもよいが、図２のフローチャートで示したように、マトリックス物質の噴霧中も置換ガスの導入を継続する方が望ましい。

以上、本発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容される。

例えば、上記実施形態では、本発明に係るマトリックス膜形成装置を、スプレー法によるマトリックス物質の噴霧を行うものとしたが、本発明は、これに限らず、エレクトロスプレーデポジション（ＥＳＤ）法によるマトリックス物質の噴霧を行う装置（特許文献１を参照）などにも適用可能である。

また、上記実施形態では、ＸＹステージ１２によってサンプルプレートＰを移動させる構成としたが、これに代えて、噴霧ノズル２０をサンプルプレートＰと平行な面内で移動させる構成としてもよい。

更に、上記実施形態では溶液容器３０内のマトリックス溶液の液面を、ガス源４０から供給されたガスで加圧することによって送液を行うものとしたが、その他の方法、例えばシリンジポンプによってマトリックス溶液の加圧送液を行う構成とすることもできる。また、マトリックス溶液の加圧送液を行わす、図７に示した従来のマトリックス膜形成装置のように、ベンチュリー効果によって、溶液容器７５内のマトリックス溶液を噴霧ノズル７０の溶液管７１に吸い上げる構成としてもよい。

１０、８０…チャンバ
１１、８１…サンプルステージ
１２…ＸＹステージ
１３…ガス排出口
１４…ガス導入口
１５…拡散板
１６…開口
１７…迂回板
１８…拡散管
１９…開口
２０、７０…噴霧ノズル
２１、７１…溶液管
２２、７２…ガス管
２３、７３…ニードル
３０、７５…溶液容器
３１…溶液供給管
３２…抵抗管
４０、７４…ガス源
４１…共通配管
４２…マニホールド
４３…ガス置換用バルブ
４４…噴霧用バルブ
４５…加圧用バルブ
４６…噴霧ガス配管
４７…置換ガス配管
４８…加圧用ガス配管
４９…排気管
５１、５２、５３…圧力調整バルブ
５４…圧力計
５５、５７…流量計
５６…流量調整バルブ
６０…制御部
６１…入力部
Ｐ…サンプルプレート

上記のように、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置では、ガス源４０から供給される不活性ガスによってチャンバ１０内の空気が置換されるため、外気の湿度に拘わらず、チャンバ１０内の湿度を常に一定に維持することが可能となる。そのため、従来のように噴霧を行うタイミングによってサンプルプレートＰ上に形成される結晶から成る粒子の大きさにばらつきが生じることがなく、常に安定した空間分解での質量分析イメージングを行うことが可能となる。また、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置では、チャンバ１０内に供給された不活性ガスが、拡散板１５によって拡散されたのちに小さい流速でチャンバ１０内のサンプルプレートＰが配置された空間に流入するため、不活性ガスによる該空間内での湿度勾配の形成が抑制される。更に、チャンバ１０内部において、排出口１３に向かう不活性ガスの流れが迂回板１７を迂回することによって拡散されるため、チャンバ１０内の湿度勾配の形成をより効果的に抑制することができる。したがって、これら拡散板１５及び迂回板１７を設けることにより、前記湿度勾配の影響によってサンプルプレートＰ上におけるマトリックス結晶のサイズが不均一になるのを防ぐことができる。また、拡散板１５によって不活性ガス（置換ガス）の気流の速さを小さくできるため、該ガスが噴霧流に与える影響を低減することができ、サンプルプレートへの均一なマトリックス塗布が実現できる。また、本実施形態に係るマトリックス膜形成装置では、一定の湿度下で噴霧を行うことにより、サンプルプレートＰ上に噴霧されたマトリックス溶液による試料成分の抽出効率を一定の水準に維持することもできるため、質量分析イメージングにおける目的成分の検出感度を安定させることもできる。また、更に不活性ガスとして低湿度のガス（乾燥ガス）を用いることにより、サンプルプレート上に形成される結晶から成る粒子のサイズを小さくして高い分解能を達成することができる。

Claims (9)

1. a) サンプルプレートが取り付けられるサンプルステージを収容したチャンバと、
   b) 前記サンプルステージに向けて、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法に用いるマトリックス物質を含む溶液を噴霧する噴霧ノズルと、
   c) 前記チャンバに形成されたガス導入口と、
   d) 前記ガス導入口に置換ガスを供給する置換ガス供給手段と、
   e) 前記チャンバ内における前記置換ガスの流れを拡散させる置換ガス拡散手段と、
   を有することを特徴とするマトリックス膜形成装置。
2. 前記置換ガス拡散手段が、前記ガス導入口と前記サンプルステージの間に配置された、複数の孔が形成された板である置換ガス拡散板を有することを特徴とする請求項１に記載のマトリックス膜形成装置。
3. 前記置換ガス拡散手段が、前記チャンバ内に配置された管であって、一端が前記ガス導入口に接続され、周面に複数の開口が形成された置換ガス拡散管を有することを特徴とする請求項１に記載のマトリックス膜形成装置。
4. 更に、
   f) 前記チャンバに形成されたガス排出口、
   を有し、
   前記置換ガス拡散手段が、前記サンプルプレートと前記ガス排出口の間に配置された、前記ガス排出口に向かうガスの流れを迂回させる迂回板を有することを特徴とする請求項１に記載のマトリックス膜形成装置。
5. 更に、
   g) 前記チャンバに形成されたガス排出口、
   を有し、
   前記チャンバが、前記噴霧ノズルによる噴霧の実行中において前記ガス導入口及びガス排出口以外が密閉されることを特徴とする請求項１に記載のマトリックス膜形成装置。
6. 更に、
   h) 前記噴霧ノズルによる前記溶液の噴霧の実行中において、前記ガス導入口に前記置換ガスを供給するよう前記置換ガス供給手段を制御する制御手段、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のマトリックス膜形成装置。
7. 前記置換ガス供給手段が、前記噴霧ノズルから噴出する噴霧ガスの流量よりも大きい流量で、前記ガス導入口に前記置換ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のマトリックス膜形成装置。
8. 前記置換ガス供給手段が、前記ガス導入口に前記置換ガスを供給することにより、前記噴霧ノズルから噴出する噴霧ガスの前記チャンバ内の線速度よりも小さい線速度で、前記ガス導入口から前記置換ガスを噴出させることを特徴とする請求項１に記載のマトリックス膜形成装置。
9. 更に、
   i) ガス源と、該ガス源から供給される不活性ガスを前記噴霧ノズルに供給する噴霧ガス供給手段、
   を有し、
   前記置換ガス供給手段が、前記噴霧ガス供給手段に設けられた前記ガス源から供給される不活性ガスを前記置換ガスとして前記ガス導入口に供給することを特徴とする請求項１に記載のマトリックス膜形成装置。

Images