KR100851704B1 - 생체 고분자의 비공유 결합 등을 선택적으로 절단하여분석하는 방법 및 장치 - Google Patents

생체 고분자의 비공유 결합 등을 선택적으로 절단하여분석하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 생체 시료 용액을 전기 분무에 의해 이온화함과 동시에 시료 용액에 적외 레이저광을 조사하여 생체 고분자를 그 구성 요소로 해리시킨다. 이에 따라, 생체 고분자의 비공유 결합만을 선택적으로 절단하여 분석할 수 있다.
생체 고분자, 비공유 결합, 분석 장치, 전기 분무, 이온화, 적외 레이저광

Description

생체 고분자의 비공유 결합 등을 선택적으로 절단하여 분석하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYSIS THROUGH SELECTIVE CLEAVAGE OF NONCOVALENT BOND, ETC. OF BIOPOLYMER}
본 발명은 생체 고분자의 비공유 결합, 그 밖의 결합을 선택적으로 절단하여 분석하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
질량 분석 장치 등의 이온 분석 장치에 있어서는 분석해야 할 시료를 이온화하는 것이 필요하다. 따라서, 이들 이온 분석 장치의 전단계에는 이온화 장치가 설치된다.
이온 분석 장치에서 이용되는 이온화법 중 하나로 전기 분무 이온화(ESI)법이 있다.
전기 분무 이온화(ESI)법은 DNA나 단백질 등의 생체 고분자를 이온화할 수 있는 방법 중 하나로서 널리 이용되고 있다. ESI법에서는 DNA나 단백질을 부드럽게 이온화할 수 있고, 비공유 결합으로 형성되는 복수의 DNA나 단백질을 포함하는 복합체도 그대로의 형태로 이온화할 수 있다. 이러한 특징으로부터 ESI법은 생체 분자의 구조 기능 해석에 이용되고 있다.
생명 활동은 여러가지 생체 분자가 서로 작용함으로써 관리되고 있다. 따라 서, 생명 현상을 이해하는 데 있어서, 생체 분자의 상호 작용에 의해 형성된 복합체 전체의 분자 질량이 중요한 정보가 되는데, 그 상호 작용의 강도를 아는 것도 중요하다.
ESI법으로 생성된 복합체 이온의 분자간의 상호 작용의 강도를 질량 분석으로 해석하기 위해서는, 일반적으로 ESI법과 충돌 활성화를 조합한 방법이 이용된다. 이 방법은 다음과 같은 것이다. 즉, 복수의 생체 분자 서브유닛을 포함하는 복합체를 ESI법으로 이온화하여 복합체의 분자량 관련 이온을 관측한다. 이어서, 그 이온을 진공 중으로 유도하고, 이들을 전장에서 가속화하여 진공 중의 가스 분자와 충돌시켜 충돌 활성화를 행하여 복합체를 형성하는 각각의 구성 요소로 해리시키고, 부여한 충돌 활성화 에너지와 결합 강도의 상관 관계를 고찰한다.
효소와 보효소(coenzyme)나 약물 수용체와 약물 등과 같이, 단백질-저분자 화합물 복합체의 경우에는, 이 방법으로 단백질이나 저분자 화합물이 분해되지 않고, 비공유 결합만이 절단되어 각각의 분자가 해리되며 상호 작용의 강도를 고찰할 수 있다.
그러나, 이중 가닥 DNA와 단백질을 포함하는 복합체와 같이, 정전 상호 작용이나 수소 결합이 복합체 형성의 주요 요인이 되고, 구성하는 분자의 구조가 충분히 안정하지 않은 경우, 상기 방법을 적용하면 비공유 결합뿐만 아니라, 약한 공유 결합이 절단되어 그 단편(프래그먼트)도 함께 관측되는 경우가 있다. 예를 들면, 이중 가닥 DNA 부분의 공유 결합의 절단도 발생한다. 이것은 충돌 활성화를 위한 에너지가 복합체의 해리와 분열의 양쪽으로 소비되기 때문이다. 따라서, 얻어지는 스펙트럼은 복잡하게 되며, 일반적인 ESI-충돌 활성화 방법에서는 상호 작용의 강도를 정확하게 정량적으로 해석하는 것이 곤란하였다. 예를 들면, 다음 문헌을 참조하기 바란다.
문헌 [Activation Energies for Dissociation of Double Strand Oligonucleotide Anions: Evidence for Watson-Crick Base Paring in Vacuo Schnier PD, Klassen JS, Strittmatter EF and Williams ER JACS(1998) 120. 9605-9613]
생체 고분자의 이온 분석에서의 또 하나의 문제점은, 생체 시료 용액에 계면활성제가 불가피하게 포함되어 버리는 경우가 있다는 것이다. 예를 들어, 지용성 단백질의 추출을 위해서는 계면활성제가 필요하다. 생체 시료 용액에 계면활성제가 포함되어 있으면, ESI법으로는 단백질을 기화하기 어렵고, 이온화하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 생체 고분자의 비공유 결합만을 선택적으로 절단하여 분석할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 생체 고분자의 비공유 결합을 포함하는 여러가지 결합을 선택적으로 절단하여 분석하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 계면활성제의 존재에도 불구하고, 단백질 등의 생체 고분자의 분석이 가능한 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 선택적 절단에 적합한 분석 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 생체 고분자의 분석 방법은, 생체 시료를 포함하는 용액을 모세관에 도입하고, 인가된 전장하에서 모세관의 선단으로부터 유출되는 시료 용액에 제1의 적외 레이저광을 조사함으로써, 용액 중의 생체 고분자를 그 구성 요소로 해리시키고, 해리된 구성 요소 이온 또는 생체 고분자 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 것이다. 생체 고분자의 구성 요소로의 해리는 생성된 대전 액적 중에서도 발생한다. 분석 장치의 주요부란, 해리된 구성 요소 이온 또는 생체 고분자 이온을 동정하는 데이터를 생성하는 부분이다(일반적으로는, 이 주요부가 분석 장치라고 불리움). 적외 레이저광은 일례로서 10.6 ㎛의 파장을 갖는 것이다.
전기 분무법에 의해 전장하에서 모세관 선단으로부터 생체 고분자를 포함하는 시료 용액을 분무한다. 제1의 적외 레이저광 조사에 의해, 복수의 생체 분자를 포함하는 복합체는 용액 중에서 그 구성 요소(서브유닛 분자)로 분해된다. 분해된 구성 요소는 제1의 적외 레이저광 조사에 의해, 전기 분무법에 비하여 훨씬 기상 이온화가 촉진된다. 또한, 복합체는 그 비공유 결합만이 적외 레이저광 조사에 의해 선택적으로 절단되고, 다른 공유 결합 등은 절단되지 않는다. 이와 같이 하여 복합체의 구성 요소로서의 생체 분자가 단편화되지 않고 복합체로부터 해리되며, 기상 이온의 생성이 촉진되기 때문에, 이것을 분석 장치의 주요부로 유도함으로써 복합체나 생체 분자의 고감도 검출과 그 해석이 가능해진다. 또한, 생체 시료 용액 중에 계면활성제가 포함되어 있어도 제1의 적외 레이저광 조사에 의해 생체 시료가 용이하게 기화하여 이온화되기 때문에, 그 분석이 가능하다.
적외 레이저광으로는 절단되지 않는 공유 결합 등을 절단하는 경우에는, 상기 복합체 또는 구성 요소에 제2의 레이저광을 조사한다. 제2의 레이저광의 파장은 절단해야 할 결합의 종류 등에 따라 정하면 된다.
필요에 따라 생체 시료에 가온, 냉각 등의 온도 제어를 행하는 것이 바람직하다. 냉각함으로써 통상의 온도(예를 들면, 실온)로는 관측하기 어려운 매우 약한 결합으로 이루어지는 복합체를 취급할 수 있다.
또한, 레이저광의 강도를 변화시켜, 각 레이저광 강도에 있어서 생성된 구성 요소 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하도록 할 수도 있다. 레이저광 강도에 의해 생성되는 구성 요소 이온이 상이한 경우가 있기 때문에, 결합 강도의 해명에 도움이 된다.
제1의 적외 레이저광을 조사하지 않은 상태로 이온화된 생체 고분자를 분석 장치의 주요부로 유도하는 단계와, 제1의 레이저광을 조사한 상태로 생성된 구성 요소 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 단계를 포함시킬 수 있다.
본 발명에 의한 분석 장치는 시료 용액을 공급하는 모세관, 이 모세관의 선단부 부근에 전장을 형성하는 수단, 상기 모세관 내, 또는 상기 모세관으로부터 분무되는 액적의 온도를 조정하는 수단, 상기 모세관의 선단부 부근에 적외 레이저광을 조사하도록 배치되는 제1의 적외 레이저 광원, 및 상기 모세관의 선단으로부터 분무되는 시료의 이온 또는 상기 적외 레이저광 조사에 의해 해리된 구성 요소 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 수단을 구비하고 있는 것이다. 모세관의 선단부 부근에 전장을 형성하는 수단, 온도를 조정하는 수단에는, 후술하는 실시예에 나타낸 바와 같은 여러가지 형태가 있다. 시료의 이온 또는 해리된 구성 요소 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 수단은, 분석 장치의 이온 도입 구멍이 뚫려진 오리피스일 수도 있다.
제2의 레이저 광원을 설치함으로써, 공유 결합 등의 결합 절단도 가능해진다. 또한, 모니터 장치를 설치하고, 모세관 선단부 부근에서의 시료 용액의 분무 상태를 촬상할 수 있다. 여러가지 온도 조절 장치, 구조를 설치하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 나노레이저 분무 장치도 제공하고 있다.
도 1은 제1 실시예의 분석 장치의 구성도이다.
도 2는 전기 분무에 의해 생체 고분자(복합체)가 이온화되고, 적외 레이저 조사에 의해 그 구성 요소로 해리되는 일례를 나타낸다.
도 3은 질량 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 레이저광 강도 대 이온 강도 특성의 전형례를 나타내는 그래프이다.
도 5는 계면활성제를 포함하는 시료 용액의 질량 스펙트럼을 나타낸다.
도 6은 제2 실시예의 분석 장치의 구성도이다.
도 7은 제3 실시예의 분석 장치의 구성도이다.
도 8은 실리콘 모세관을 나타내는 단면도이다.
<제1 실시예>
도 1은 질량 분석 장치의 이온 도입구 부근에 부착된 레이저 분무 장치를 포함하는 분석 장치의 전체적 구성을 나타내는 것이다.
질량 분석 장치 (10)의 이온 도입구 부분에는 미세한 구멍 (11a)가 뚫려진 제1의 오리피스 (11)이 부착되어 있다. 미세한 구멍 (11a)가 이온 도입구이다. 질량 분석 장치 (10) 내는 진공으로 유지된다. 질량 분석 장치 (10) 내에는 더 안쪽으로 미세한 구멍 (12a)가 뚫려진 제2의 오리피스 (12)가 설치되어 있다. 제1의 오리피스 (11)과 제2의 오리피스 (12) 사이에는 링 렌즈 (13)이 설치되어 있다. 레이저 분무 장치 (20)에서 생성된 이온은 제1의 오리피스 (11)의 구멍 (11a)를 통과하고, 렌즈 (13)에 의해 편향되어 제2의 오리피스 (12)의 구멍 (12a)를 통과하여 질량 분석 장치 (10)의 내부로 유도된다.
질량 분석 장치 (10)의 기벽에 오리피스 (11)을 둘러싸고, 이것을 피복하도록 레이저 분무 장치 (20)의 하우징 (21)이 부착되어 있다. 하우징 (21)과 오리피스 (11)에 의해 둘러싸인 공간이 이온화 공간이다. 이온화 공간 내는 대기압일 수 있다. 애당초 이온화 공간 내를 진공으로 유지할 수도 있다. 질량 분석 장치 (10)과 레이저 분무 장치 (20) 전체가 본 발명의 분석 장치에 해당한다. 질량 분석 장치 (10)은, 본 발명에 의한 분석 장치의 주요부에 해당한다.
하우징 (21)의 벽을 관통하여 생체 고분자를 포함하는 생체 시료 용액 공급용 모세관(세관) (22)와, 이 모세관 (22)의 선단부를 제외하고 외측을 둘러싸는 외통 (23)이 설치되어 있다. 모세관 (22)의 선단부는 하우징 (21) 내의 오리피스 (11)의 구멍 (11a)의 근방에 위치하고 있다. 하우징 (21)의 외부에서, 모세관 (22)는 외통 (23)으로부터 그 바깥쪽으로 유도되어 있다. 모세관 (22)의 외주면과 외통 (23)의 내주면 사이에는 간극(간격)이 있고, 이 간극을 통해 온도 조정용(가열 또는 냉각용)(액체 시료의 건조를 촉진하는 경우, 기체를 건조시키면 효과가 상승함) 어시스트 가스(N2 가스)가 공급된다. 외통 (23)의 선단부는 하우징 (21)의 내부에서 모세관 (22)의 선단의 약간 앞쪽에서 테이퍼상으로 형성되고, 직경이 가늘게 되어 있으며, 상기 간극이 좁게 되어 있다. 상기 간극에 공급된 어시스트 가스는 외통 (23)의 선단부로부터 이온화 공간 내로 분출된다.
모세관 (22)의 선단부 부근에는 정 또는 부의 고전압이 인가된다. 모세관 (22)를 도전체로 형성하여 모세관 (22)에 고전압을 인가할 수도 있고, 모세관 (22)가 유리관과 같은 절연체의 경우에는 모세관 (22)의 외주면에 금속막을 증착하여 이 금속막에 고전압을 인가할 수도 있다. 모세관 (22)의 내부에 고전압이 인가된 도전선을 삽입할 수도 있다. 외통 (23)에 고전압을 인가할 수도 있다.
이와 같이 하여, 모세관 (22)와 외통 (23)에 의해 전기 분무 장치가 구성된다. 어시스트 가스(N2 가스)에 의해 모세관 (22) 내의 용액을 냉각하는 경우에는, 이것을 냉각 분무라고 부를 수도 있다. 냉각 분무로는 결합이 약한 복합체의 해석이 가능해진다.
하우징 (21)의 외부에 적외광 레이저 장치 (31)이 배치되고, 이 레이저 장치 (31)로부터 파장 10.6 ㎛의 적외 레이저광이 출사하여 렌즈 (33)에 의해 집광되고, 하우징 (21)의 개구, 또는 투명체에 의해 형성된 창을 통하여 하우징 (21) 내로 입 사한다. 레이저 장치 (31)은, 그 출사 레이저광이 모세관 (22)의 선단에 모세관 (22)의 축 방향으로 투사되도록 배치되어 있다. 레이저 장치 (31)을 모세관 (22)측에 배치하고, 그 출사 레이저광을 모세관 (22)의 선단부에 모세관 (22)의 축 방향에 대하여 수직 방향에서 투사하도록 할 수도 있다. 이 경우 모세관 (22)의 선단부는 적외광에 대하여 투명하다. 레이저광을 모세관 (22)의 선단보다 약간 바깥쪽 위치에 조사할 수도 있다.
모세관 (22)로부터 그 선단부에 생체 시료 용액이 공급되고, 이 용액은 어시스트 가스와 함께 모세관 선단으로부터 분무된다. 이 때, 생체 시료는 복수의 생체 분자(구성 요소)를 포함하는 복합체(생체 고분자) 상태로 이온화된다. 모세관 (22)의 선단부 부근에서 복합체를 포함하는 생체 시료 용액에 적외 레이저광이 조사됨으로써, 복합체는 그 공유 결합이 절단되지 않고, 비공유 결합이 선택적으로 절단되며, 그 구성 요소의 이온으로 해리된다. 적외 레이저광 조사에 의해 이온화도 촉진된다. 복합체 이온 또는 해리된 구성 요소의 이온은 오리피스 (11)의 구멍 (11a)로부터 질량 분석 장치 (20) 내로 도입된다.
일례를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전기 분무에 의해 시료 중의 이중 가닥 DNA-단백질 복합체 이온이 생성된다. 이 복합체 이온은 적외 레이저광 조사에 의해 수소 결합(비공유 결합)만이 절단되고, 단백질 이온과 2개의 단일 가닥 DNA 이온으로 해리된다. 단일 가닥 DNA 이온은 적외 레이저광 조사로는 전혀 분해되지 않는다. 또한, 도 2에서는 알기 쉽게 하기 위해 이온화와 구성 요소로의 해리가 이 순서대로 발생하도록 묘사되어 있지만, 실제로는 이들이 동시에 발생하거 나, 구성 요소로의 해리 후 이온화되는 경우가 많다. 복합체는 적외 레이저광 조사에 의해 용액(액적) 중에서 구성 요소로 해리된다.
도 3은 적외 레이저광의 출력을 0(오프)에서부터 1.2 W, 1.4 W로 변화시켰을 때 얻어지는 질량 스펙트럼을 나타내는 것이다.
조사하는 적외 레이저광의 강도를 강하게 하면, 이중 가닥 DNA-단백질 복합체 이온으로부터 단백질 이온의 해리가 진행되어, 1.4 W의 레이저 조사로는 복합체 이온은 거의 관측되지 않는다. DNA 분자의 공유 결합의 절단을 나타내는 이온은 전혀 관측되지 않으며, 2개의 단일 가닥 DNA 이온이 관측된다.
이와 같이 하여, 적외 레이저광 조사에 의해 수소 결합이나 정전 상호 작용에 의한 비공유 결합이 선택적으로 절단된다. 또한, 조사하는 레이저광의 강도를 변화시킴으로써 분자 사이에서의 정전 상호 작용에 의한 결합이나 수소 결합의 강도에 대한 해석이 가능해진다.
상기 방법은 다음과 같이 다수의 유효한 해석에 적용할 수 있다.
DNA-단백질 복합체로 한정되지 않고, 약물-DNA나 약물-단백질의 상호 작용에 있어서, 정전 상호 작용이나 수소 결합이 주요 요인이 되어 복합체를 형성하는 경우가 있다. 특히, 약제 개발에 있어서, 복수의 후보 화합물로부터 상호 작용하는 약물을 스크리닝할 때, 질량 분석과 같이 혼합물이라도 적용할 수 있고, 작업 처리량이 양호한 방법을 이용할 수 있다면, 의약품의 후보 화합물 선발에 필요한 시간을 단축할 수 있어 매우 유효하다. 예를 들면, 분자량이 상이한 10종류의 후보 화합물과 타겟인 이중 가닥 DNA를 혼합하고, 우선 ESI법으로 복합체의 이온을 검출한 다. 관측되는 분자량 관련 이온의 질량으로부터 판단하여, 이 단계에서 10종의 후보 화합물로부터 복합체를 형성할 수 있는 화합물을 확인한다. 이어서, 적외광 레이저 조사를 행하고, 이 때 조사하는 레이저 강도를 변화시켜 복합체 이온이 해리되어 가는 상태를 해석한다. 레이저 강도의 변화로부터, 복합체 이온의 해리 용이도 의 순번을 매길 수 있다.
도 4는 어느 특정한 이온에 대하여 이온 강도의 레이저광 강도 의존성의 전형례를 나타내는 그래프이다(모세관 (22)가 스테인레스제이고, 그 중 직경이 0.1 mm, 외경이 0.2 mm, 레이저 스폿 직경이 0.3 mm인 경우). 생체 시료의 종류나 생체 시료 중의 해리되는 이온에 따라 레이저광 강도는 상이하지만, 대략 레이저광 강도 대 이온 강도는 도 4에 나타낸 바와 같은 특성을 나타낸다. 레이저광 강도를 일정 값보다 크게 하면, 이온 강도는 급격하게 감소한다. 이것은 모세관 (22)의 선단에서 나오는 시료 용액이 레이저광 조사에 의해 기화되어 버리면, 스테인레스제 모세관 내부에는 전장이 거의 존재하지 않기 때문에, 이제 시료 용액이 대전 액적으로서 모세관 (22) 선단으로부터 분무되지 않게 되기 때문이다.
적외 레이저광 출력(레이저광 강도)을 변화시켜, 목적으로 하는 이온을 검출하는 데 최적인 레이저광 강도를 발견하는 것이 중요하다.
도 5는 계면활성제가 10 mM(몰) 포함되어 있는 10-5 M의 시토크롬 C에 대하여, 레이저광의 출력이 0(오프, 즉 전기 분무)인 경우와, 1.0 W인 경우에 얻어지는 질량 스펙트럼을 나타내는 것이다.
레이저광 오프의 경우에는 불순물 이온만(예를 들면, m/z 229.22630)이 지배적이다.
이에 대하여 1.0 W의 적외 레이저광을 조사하면, 시토크롬 C 분자에 n개의 양성자가 부가된 다가 이온 (M+nH)n+(n=5 내지 12)의 스펙트럼이 나타난다(m/z 607.32437은 불순물 이온).
이와 같이 계면활성제가 존재해도 적외 레이저광을 조사함으로써, 단백질 등의 생체 (고)분자 이온의 고감도 검출이 가능하다.
<제2 실시예>
도 6은 제2 실시예의 레이저 분무 장치를 나타내는 것이다. 도 1에 나타낸 것과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙여 중복 설명을 피한다.
모세관 (22)의 외측에는 제1의 외통 (23)에 추가하여 모세관 (22)의 선단부에서 제2의 외통 (24)가 제1의 외통 (23)의 외측에 간격을 두고 설치되어 있다. 양 외통 (23, 24)의 선단부는 모세관 (22)의 선단부 부근에서 끝이 가늘게 개구되어 있다.
이 실시예에서 온도 조정 장치 (40)은 액체 질소 탱크 (41)을 구비하고 있다. 기화된 질소 가스는 탱크 (41)로부터 공급관 (42)로 이송된다. 공급관 (42)는 2개의 지관 (43, 44)로 분지되고, 이들 지관 (43, 44)가 외통 (23, 24)에 연결되어 있다. 각 지관 (43, 44)에는 유량 조절 밸브 (45, 46)과 히터 (47, 48)이 각각 독립적으로 조작 가능, 제어 가능하도록 설치되어 있다.
가장 전형적인 사용 방법은, 제1의 외통 (23)에 공급하는 질소 가스보다 제2의 외통 (24)에 공급하는 질소 가스쪽을 차갑게 해 두는 것이다(예를 들면, 0 ℃ 전후). 모세관 (22)에 도입되는 생체 시료 용액을 제1의 외통 (23)에 유입하는 질소 가스로 예냉하고, 모세관 (22)로부터 분무할 때 제2의 외통 (24)로부터 분사되는 질소 가스로 원하는 온도(예를 들면, 0 ℃)까지 냉각한다.
하우징 (21)의 벽에는 펠티에 소자 (50)이 설치되고, 이온화 공간(방)내 전체를 원하는 온도로 냉각한다.
상기와는 반대로 제1, 제2의 외통 (23, 24)에 공급하는 가스를 실온보다 높여 시료를 가온할 수도 있다. 이온화 공간에 대해서도 마찬가지이다. 이와 같이 이온화 공간도 온도 조정하기 때문에, 하우징 (21)은 오리피스 (11)의 근방에서 열적 절연체 (14)를 통해 질량 분석 장치 (10)의 기벽에 부착되어 있다.
모세관 (22)의 선단부에서 생성된 복합체 이온 또는 구성 요소 이온을 오리피스 (11)의 구멍 (11a)에 유도하기 위한 구부러진 통형 가이드 (38)이 설치되어 있다. 이 통형 가이드 (38)에는 적외 레이저광을 통과시키는 구멍이 뚫려져 있다.
모세관 (22)의 선단부에서의 시료의 분무 상태를 관찰하기 위해, 하우징 (21)에는 CCD 촬상 소자를 포함하는 모니터 장치 (60)이 부착되어 있고, 모세관 (22)의 선단부 상태가 동화상으로 촬상되어 표시된다.
이 실시예의 레이저 분무 장치에는 제2의 레이저 장치 (32)가 설치되어 있다. 제2의 레이저 장치 (32)로부터 출사하는 레이저광은 렌즈 (34)에 의해 오리피스 (11)의 구멍 (11a)에 원하는 이온화 공간측의 위치에 집광된다.
모세관 선단부에서 생성된 복합체 이온 또는 그 구성 요소 이온은 가이드 (38)로부터, 오리피스 (11)의 구멍 (11a)를 통하여 질량 분석 장치 (10) 내에 도입되는데, 질량 분석 장치 (10) 내에 도입되기 직전에 제2의 레이저광이 조사됨으로써, 상술한 비공유 결합 이외의 결합, 예를 들면 단백질 공유 결합이 절단된다. 이에 따라, 예를 들면 아미노산 서열의 해석이 가능해진다.
제2의 레이저 (32)는 절단해야 할 결합의 종류에 적합한 파장의 것(적외선, 자외선 또는 가시광선)를 사용하면 된다.
또한, 도 6에서는 제1의 레이저 장치 (31)의 제1의 레이저광과 제2의 레이저 장치 (32)의 제2의 레이저광과는 평행하게 도시되어 있지만, 이것은 도시의 편의를 위해서이며, 제2의 레이저광이 지면에 수직이 되도록 제2의 레이저 장치 (32)가 배치되는 것이 바람직하다.
<제3 실시예>
도 7은 나노레이저 분무 장치를 나타내는 것이다.
모세관 (22A)는 유리에 의해 매우 가늘게 형성되고, 선단부의 내경은 1 내지 10 ㎛ 정도이다. 약간의 시료 용액은 모세관 (22A) 내에 삽입되고, 모세관 (22A)의 후단은 마개 (22a)가 된다.
마개 (22a)를 통해 금속선(도전선, 대표적으로는 백금선) (70)이 모세관 (22A)의 후단으로부터 모세관 (22A) 내로 삽입된다. 금속선 (70)은 모세관 (22A)의 길이 방향의 중간 부근까지 삽입되면 충분하다. 금속선 (70)에는 고전압 발생 장치 (71)에 의해 고전압이 인가된다. 금속선 (70)과 모세관 (22A) 내의 시료 용 액이 접해 있으면, 이 고전압은 도전성을 갖는 시료 용액을 통해 그 선단부까지 인가된다. 금속선을 삽입하는 것 대신에 모세관 (22A)의 선단부 바깥면에 금속막을 증착하고, 이 금속막에 고전압을 인가할 수도 있다.
모세관 (22A)의 선단부에서는 인가되는 고전압에 의해 시료 용액이 모세관 (22A)의 선단보다 돌출된 상태로 유지된다. 모세관 (22A)의 선단으로부터 바깥쪽으로 돌출된 시료 용액을 향하여 적외광 레이저 장치 (31)로부터의 적외 레이저광이 조사된다. 적외 레이저광은 모세관 (22A)의 선단에는 조사되지 않거나, 조사되었다고 해도 그 주변 일부가 해당되는 정도가 바람직하다.
모세관 (22A)는 홀더 (72)에 의해 유지되며, 이 홀더 (72)는 온도 조정 블럭 (73)에 의해 유지된다. 블럭 (73)에는 펠티에 소자 (74)가 부착되어 있고, 블럭 (73)의 온도가 제어된다. 이에 따라, 모세관 (22A) 내의 시료 용액이 원하는 온도로 유지된다.
유리 모세관을 사용하는 것 대신에, 도 8에 나타낸 바와 같이 실리콘 기판 (80)에 하나 또는 복수의 모세관 (80A)를 형성할 수도 있다. 모세관 (80A)는 실리콘 기판 (80)과 일체적으로 형성된 극세(내경 10 ㎛ 정도)한 통상체이고, 기판 (80)에 뚫려진 구멍과 연통되어 있다. 이 구멍에 세관 (81)에 의해 기판 (80)의 뒷면측으로부터 시료 용액이 모세관 (80A)로 도입된다. 적외 레이저광은 A로 도시한 바와 같이 모세관 (80A)의 가로 방향에서(모세관 (80A)의 축 방향과 직교하는 방향), 또는 B로 도시한 바와 같이 경사 앞쪽에서 모세관 (80A)(의 선단부)로 조사된다. 실리콘은 10.6 ㎛의 적외광을 거의 흡수하지 않기 때문에, 적외 레이저광을 실리콘 모세관 (80A)에 직접 조사해도 모세관 (80A)는 파괴되지 않는다. 적외 레이저광은 실리콘 모세관 (80A)의 선단부에 조사되어, 모세관 (80A)의 내부 시료 용액을 가열하여 비공유성 복합체를 분해시킨다. 분해에 의해 생성되는 구성 요소(서브유닛 분자)는 실리콘 모세관 선단에 가해지는 고전장에 의해 이온화 효율이 증대된다. 실리콘 기판 (80)에 고전압을 인가해 두는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 기판 (80)을 펠티에 소자 등에 의해 온도 조절하는 것이 바람직하다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 생체 시료를 포함하는 용액을 모세관에 도입하고, 인가된 전장하에서 모세관의 선단으로부터 유출되는 시료 용액에 제1의 적외 레이저광을 조사함으로써, 생체 고분자를 상기 용액 중에서 그 구성 요소로 해리시켜,
    이온화된 생체 고분자 또는 해리된 구성 요소 이온에 제2의 레이저광을 더 조사하고,
    제2의 레이저광을 조사한 상태로 생성된 구성 요소 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 분석 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 생체 시료를 포함하는 용액을 모세관에 도입하고, 인가된 전장하에서 모세관의 선단으로부터 유출되는 시료 용액에 적외 레이저광을 조사함으로써, 생체 고분자를 상기 용액 중에서 그 구성 요소로 해리시켜,
    해리된 구성 요소 이온 또는 생체 고분자 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 분석 방법으로서,
    적외 레이저광을 조사하지 않은 상태로 이온화된 생체 고분자를 분석 장치로 유도하는 단계와, 적외 레이저광을 조사한 상태로 생성된 구성 요소 이온을 분석 장치로 유도하는 단계를 포함하는 분석 방법.
  6. 생체 시료를 포함하는 용액을 모세관에 도입하고, 인가된 전장하에서 모세관의 선단으로부터 유출되는 시료 용액에 적외 레이저광을 조사함으로써 비공유 결합을 선택적으로 절단하여, 생체 고분자를 상기 용액 중에서 그 구성 요소로 해리시켜,
    해리된 구성 요소 이온 또는 생체 고분자 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 분석 방법으로서,
    동일한 시료에 대해 조사하는 적외 레이저광의 강도를 변화시켜, 변화시킨 각 레이저광 강도에서 생성된 구성 요소 이온을 분석 장치로 유도하고, 각 레이저광 강도에서 분석 결과를 얻는 단계를 포함하는 분석 방법.
  7. 생체 시료가 지용성 단백질이고, 그 용액에 계면활성제가 포함되어 있는, 생체 시료를 포함하는 용액을 모세관에 도입하고, 인가된 전장하에서 모세관의 선단으로부터 유출되는 시료 용액에 제1의 적외 레이저광을 조사함으로써, 생체 고분자를 상기 용액 중에서 그 구성 요소로 해리시켜,
    해리된 구성 요소 이온 또는 생체 고분자 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 분석 방법.
  8. 삭제
  9. 시료 용액을 공급하는 모세관,
    상기 모세관의 선단부 부근에 전장을 형성하는 수단,
    상기 모세관 내, 또는 상기 모세관으로부터 분무되는 액적의 온도를 조정하는 수단,
    상기 모세관의 선단부 부근에 적외 레이저광을 조사하도록 배치되는 제1의 적외 레이저 광원, 및
    상기 모세관 선단으로부터 분무되는 시료의 이온, 또는 상기 적외 레이저광 조사에 의해 해리된 구성 요소 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 수단을 구비하고,
    상기 분석 장치의 주요부로 유도되는 시료의 이온 또는 그 구성 요소의 이온에 제2의 레이저광을 조사하도록 배치되는 제2의 레이저 광원을 더 구비한 분석 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 시료 용액을 공급하는 모세관,
    상기 모세관의 선단부 부근에 전장을 형성하는 수단,
    상기 모세관 내, 또는 상기 모세관으로부터 분무되는 액적의 온도를 조정하는 수단,
    상기 모세관의 선단부 부근에 적외 레이저광을 조사하도록 배치되는 제1의 적외 레이저 광원, 및
    상기 모세관 선단으로부터 분무되는 시료의 이온, 또는 상기 적외 레이저광 조사에 의해 해리된 구성 요소 이온을 분석 장치의 주요부로 유도하는 수단을 구비하고,
    상기 온도 조정 수단이, 상기 모세관의 외측에 상기 모세관의 외주면과 간격을 두고 배치된 제1의 외통과, 상기 모세관의 선단부 부근에 상기 제1의 외통의 외측과의 사이에 간격을 두고 배치된 상기 제1의 외통보다 짧은 제2의 외통을 구비하고, 상기 모세관과 제1의 외통의 사이, 및 상기 제1의 외통과 제2의 외통의 사이를 각각 통과하여, 다른 온도로 조정된 어시스트 가스를 상기 모세관의 선단부 부근에 공급하는 것인 분석 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제7항에 있어서, 생체 시료를 모세관 내에서, 또는 분무시에 냉각하는 분석 방법.
  16. 제7항에 있어서, 생체 시료의 온도를 제어하는 분석 방법.
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