KR102019561B1 - 샘플 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질량 분석 방법 - Google Patents

샘플 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질량 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 피분석 샘플의 질량 분석을 위한 샘플 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질량 분석 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 및 상기 기판 상에 형성된 금속 산화물을 포함하는 광반응 촉매층을 포함하며, 피분석 샘플이 상기 광반응 촉매층 상에 배치되는 레이저 탈착/이온화 질량 분석을 위한 샘플 플레이트가 제공된다

Description

샘플 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질량 분석 방법{Sample plate, method of fabricating the same and mass spectrometer analysis by using the same}
본 발명은 피분석 샘플의 질량 분석 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 질량 분석을 위한 샘플 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질량 분석 방법에 관한 것이다.
일반적으로 질량 분석 장치는 분석 대상 화합물의 질량을 측정하는 분석 기기로서 상기 분석 대상 화합물을 하전시켜 이온화한 후 질량 대 전하량(mass-to-charge: m/z)을 측정하여 화합물의 분자량을 결정한다. 상기 분석 대상 화합물을 이온화하는 방법으로는 전자빔을 이용하는 전자이온화법, 고속의 원자를 충돌시키는 방법, 레이저를 이용하는 방법 및 시료를 전기장 속에서 분사하는 방법등이 알려져 있다.
대표적인 질량 분석 장치로서 말디톱 질량 분석 장치(MALDI-TOF MS Apparatus: Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight Mass Spectroscopy)는 피분석 샘플의 이온화를 돕는 유기 매트릭스를 상기 샘플과 혼합하여 상기 분석 장치의 타겟에 배치한 후, 레이저를 상기 피분석 샘플에 조사하면 상기 피분석 샘플이 유기 매트릭스의 도움을 받아 쉽게 이온화되는 성질을 이용하여 질량 분석을 수행한다. 상기 말디톱 질량 분석 방법은 감도가 높아 펩토몰 수준의 피분석 샘플도 분석이 가능하며, 이온화시 분석하고자 하는 화합물이 조각나는 현상을 크게 줄일 수 있는 이점이 있다. 단백질 및 핵산과 같은 분자량이 큰 생화학 물질의 질량 분석에는 레이저를 이용하는 말디톱 질량 분석법이 효과적이어서 말디톱 질량 분석기가 최근 활발히 적용되고 있다. 일반적으로 상기 말디톱 질량 분석법의 경우 피분석 샘플을 이온화하는 경우 피분석 샘플의 이온이 가지는 전하수 (valent number)는 +1 혹은 +2이므로 이온화 전 샘플 분자의 분자량을 측정하는데 용이한 방법이다.
그러나, 상기 말디톱 질량 분석 방법은 유기 매트릭스를 사용하여 상기 피분석 샘플을 이온화시키므로 상기 피분석 샘플의 종류에 따라서 각각 다른 유기 매트릭스 물질을 결정해야 하는 단점이 있다. 또한, 통상적으로 사용되는 유기 매트릭스 물질은 수백 Da 정도의 분자량을 가지는데, 피분석 샘플의 분자량이 상기 유기 매트릭스 물질의 분자량과 유사하거나 작은 경우 유기 매트릭스 분해물이 질량 분석 스펙트럼의 질량 피크에 반영되기 때문에, 수백 Da 수준의 피분석 샘플을 대상으로 하는 질량 분석에는 사용하기 어려운 한계를 갖는다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 질량 분석법에 적용 가능한 샘플 플레이트로서 저분자량을 갖는 피분석 샘플에 대해서도 신뢰성 있는 질량 분석을 수행할 수 있는 샘플 플레이트를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 이점을 갖는 샘플 플레이트를 용이하게 제조할 수 있는 샘플 플레이트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 이점을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 질량 분석 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 샘플 플레이트를 이용하여 팹티드 화합물을 동정 또는 정량을 할 수 있는 아미노산 서열의 분석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 탈착/이온화 질량 분석을 위한 샘플 플레이트로서, 기판; 및 상기 기판 상에 형성된 금속 산화물을 포함하는 광반응 촉매층을 포함하며, 피분석 샘플이 상기 광반응 촉매층 상에 배치되는 샘플 플레이트가 제공될 수 있다. 상기 광반응 촉매층은 상기 기판의 표면 부식층을 포함하는 샘플 플레이트가 제공될 수 있다. 상기 금속 산화물은 상기 기판 표면의 산화층을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 텅스텐(W), 아연(Zn), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나의 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물은 다공성을 가지며, 섬유상, 와이어상, 침상, 막대상, 기둥상 또는 이들의 조합된 형상을 갖는 나노 스케일 구조를 가질 수 있다. 상기 피분석 샘플은 상기 광반응 촉매층에 입사되는 자외선 조사에 의한 광분해 반응을 통해 파편들을 형성하며, 상기 파편들에 대한 질량 분석이 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 레이저 탈착/이온화 질량 분석을 위한 샘플 플레이트의 제조 방법으로서, 광반응 촉매층을 구성하는 금속 원자를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 및 상기 금속 함유 기판의 표면을 산화성 용매에 노출시켜 상기 기판의 표면을 부식시키면서 상기 금속을 산화시켜 상기 금속의 산화물을 포함하는 광반응 촉매층을 형성하는 단계를 포함하는 샘플 플레이트의 제조 방법이 제공될 수 있다. 상기 금속 원자는, 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 텅스텐(W), 아연(Zn), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 철 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 기판의 표면을 부식시키는 것에 의해 상기 광반응 촉매층은 다공성 나노 스케일 구조를 가질 수 있다. 상기 광반응 촉매층을 형성하는 단계는, 상기 기판을 상기 산화성 용매 내에 침지시켜 상기 기판의 상기 표면 상에 금속의 산화물을 형성하는 단계; 및 상기 금속의 산화물이 형성된 상기 기판을 세정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 산화성 용매는 KOH, NaOH 등 금속을 부식시키는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제 1 항 기재의 광반응 촉매층을 포함하는 샘플 플레이트를 제공하는 단계; 상기 광반응 촉매층 상에 피분석 샘플을 로딩하는 단계; 상기 피분석 샘플에 자외선을 조사하여 상기 피분석 샘플의 광분해 반응을 유도하는 단계; 및 상기 광분해 반응이 완료된 피분석 샘플에 대하여, 레이저 탈착/이온화에 의한 질량 분석을 수행하는 단계를 포함하는 질량 분석 방법이 제공될 수 있다. 상기 피분석 샘플은 분산 용매에 분산되어 상기 광반응 촉매층 상에 제공되고, 상기 자외선이 상기 피분석 샘플의 분산 용액에 조사되어 상기 광분해 반응이 유도될 수 있다. 상기 피분석 샘플은 유기분자 화합물을 포함하며, 상기 광분해 반응에 의해 상기 유기분자 화합물이 파편화될 수 있다. 상기 피분석 샘플은 서로 다른 종류의 유기분자 화합물들을 포함하며, 상기 광분해 반응에 의해 상기 유기분자 화합물은 각각 특이적으로 파편화되어 상기 유기분자 화합물들을 동정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 다공질의 금속 산화물을 포함하는 광반응 촉매층을 포함하는 샘플 플레이트를 제공하는 단계; 상기 광반응 촉매층 상에 피분석 샘플인 펩티드 화합물을 로딩하는 단계; 상기 펩티드 화합물에 자외선을 조사하여, 상기 펩티드 화합물을 광분해시킴으로써 펩티드 파편들을 형성하는 단계; 상기 광반응 촉매층 상으로 레이저를 조사하여, 상기 펩티드 파편들을 상기 광반응 촉매층으로부터 탈착 및 이온화시키는 단계; 및 상기 자외선 조사 이전의 상기 펩티드 화합물의 분자량과 상기 이온화된 펩티드 파편들의 분자량을 분석하여 상기 펩티드 화합물의 아미노산 서열을 판정하는 단계를 포함하는 아미노산 서열의 분석 방법이 제공될 수 있다. 상기 피분석 샘플은 이종의 펩티드 화합물들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 광반응 촉매층은, 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 텅스텐(W), 아연(Zn), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나의 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 상기 광반응 촉매층은 다공성 나노 스케일 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 샘플 매트릭스는 금속 산화물을 포함하는 광반응 촉매층이 형성된 레이저 탈착/이온화 질량 분석을 위한 샘플 플레이트로서 상기 광반응 촉매층 상에 적용되는 피분석 샘플은 레이저 조사에 의해 질량 분석되더라도 종래의 유기 매트릭스와 달리 노이즈 없이 질량 분석이 가능하여 저분자량을 갖는 피분석 샘플의 특정 및 정량이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 금속 원자를 포함하는 기판의 표면을 산화성 용매에 노출시켜 상기 기판의 표면을 부식시키면서 상기 금속을 산화시킴으로써, 간단한 공정에 의해 다공성의 나노 스케일 구조를 갖는 광반응 촉매층을 형성할 수 있는 샘플 플레이트의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 피분석 샘플에 대해 자외선을 조사하는 것에 의해 피분석 샘플의 파편화를 유도함으로써 종래의 탄뎀 매스를 이용하여 얻을 수 있는 피분석 샘플의 파편에 대한 질량 분석 효과를 얻을 수 있는 질량 분석 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 피분석 샘플이 펩티드 화합물인 경우, 자외선 조사 이전의 펩티드 화합물의 분자량과 자외선 조사에 의해 형성된 펩티드 파편들의 분자량을 분석하여 상기 펩티드 화합물의 아미노산 서열을 판정할 수 있는 아미노산 서열의 분석 방법이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 아미노산 서열 뿐만 아니라 이를 이용하여 동일 분자량 혹은 동일 이온량 (m/z)을 갖는 이종 펩티드들에 대해 말디톱 질량 분석을 수행하여 상기 이종 펩티드들의 동정 및 정량이 가능하다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 촉매층을 포함하는 샘플 플레이트의 제조 방법을 개략적으로 설명하는 도면이며, 도 1b는 광반응 촉매층의 미세 구조를 측정한 주사전자현미경 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 촉매층을 이용한 질량 분석 방법을 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 베어(bare) 샘플 플레이트에 대한 질량 분석 결과를 나타낸 그래프이며, 도 3b는 비교 실시예에 따른 α-시아노(ciano)-4-하이드록시시나믹산(hydroxycinnamic acid; CHCA)를 포함하는 유기 매트릭스를 사용한 샘플 플레이트에 대한 질량 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 TiO2 나노 스케일 구조의 광반응 촉매층을 포함하는 샘플 플레이트를 이용하여 다양한 유기분자 화합물을 질량 분석한 결과를 도시하는 그래프들이다.
도 5a는 질량 분석을 위한 피분석 샘플인 R4K 펩티드의 서열에 따른 주요 파편들(primary sequence fragments)를 도시하며, 도 5b 및 도 5c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프들이다.
도 6a는 비교 실시예에 따른 질량 분석을 위한 피분석 샘플인 R4K 펩티드의 서열에 따른 주요 파편들(primary sequence fragments)을 도시하며, 도 6b 및 도 6c는 각각 비교 실시예에 따른 TiO2 입자를 이용한 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프들이다.
도 7a 및 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 샘플 플레이트를 이용한 GHP9 펩티드의 자외선 조사 전·후에 따른 질량 분석 결과를 도시하는 그래프이며, 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석에 의해 얻어진 아미노산의 서열을 도시한다.
도 8a 및 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 BPA 펩티드의 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프이며, 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석에 의해 얻어진 아미노산의 서열을 도시한다.
도 8a 및 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 BPA 펩티드의 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프이며, 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석에 의해 얻어진 아미노산의 서열을 도시한다.
도 9a 및 9b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 Biotin-PreS1 펩티드의 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프이며, 도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석에 의해 얻어진 아미노산의 서열을 도시한다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 광반응성 촉매층을 이용하여 동일 이온량을 갖는 각 유기분자 화합물들에 대한 질량 분석 결과를 수행한 결과를 도시하는 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.　 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.　 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다.　 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다.　 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서, 피분석 샘플은 광반응 촉매층 상에 배치, 코팅 또는 결합되어 자외선을 인가하면 상기 광반응 촉매층에 의해 유효하게 분해되어 파편화될 수 있는 여하의 물질을 지칭한다. 피분석 샘플은 대표적 예로서 유기분자 화합물, 단백질 또는 펩티드일 수 있다.
본 명세서에서, ‘펩티드 화합물’이라는 용어는 이를 구성하는 아미노산의 숫자가 40 개 이하인 짧은 단백질을 지칭한다. 일반적으로, 상기 아미노산의 서열, 즉 결합된 아미노산의 순서는 펩티드의 아민기 말단(N-터미날)에서 카르복실 말단(C-터미날)까지의 아미노산 결합 순서를 지칭한다.
본 발명의 실시예들에서는, 샘플 플레이트의 광반응 촉매층에 의해 피분석 샘플이 파편화되어 말디토프 질량 분석에서도 탄뎀 매스 분석이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 펩티드 화합물의 아미노산 서열의 분석을 위해서, 상기 광반응 촉매층을 이용하여 파편화된 펩티드 파편을 질량 분석하면 전체 펩티드 화합물로부터 아민기 말단(N-터미날)으로부터 아미노산이 하나씩 소실된 펩티드 파편들을 측정할 수 있다. 예를 들면, 5 개의 아미노산으로 구성된 펩티드 화합물을 탄뎀 매스 방법과 유사하게 분석하면, 먼저 질량 분석을 통해 상기 5 개의 아미노산으로 구성된 전체 펩티드 화합물의 분자량을 측정할 수 있다. 그리고, 상기 광반응 촉매층으로 자외선 조사를 하여 상기 펩티드 화합물의 광분해 반응을 유도함으로써 4 개, 3 개 및/또는 2 개 아미노산으로 구성된 펩티드 파편을 형성하고 이의 분자량을 측정하고, 이를 비교 분석하면 펩티드의 상기 N-터미날로부터 상기 C-터미날까지의 아미노산의 서열이 판정될 수 있다. 전술한 펩티드 물질에 대한 아미노산 서열의 분석 방법은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 촉매층(CL)을 포함하는 샘플 플레이트(100)의 제조 방법을 개략적으로 설명하는 도면이며, 도 1b는 광반응 촉매층(CL)의 미세 구조를 측정한 주사전자현미경 이미지이다.
도 1a를 참조하면, 광반응 촉매층(CL)이 형성된 샘플 플레이트(100)의 제조를 위해, 우선 광반응 촉매층이 형성될 기판(SS)을 준비한다. 일 실시예에서, 기판(SS)은 그 일부 또는 전부가 광반응 촉매층을 구성하는 금속 원자를 포함할 수 있다. 도 1a에서는 광반응 촉매층을 구성하는 금속 원자를 포함하는 기판(SS)이 예시되며, 이 경우, 기판(SS)의 표면으로부터 직접 반응층을 형성하여 광반응 촉매층을 형성할 수 있다. 예를 들면, 광반응 촉매층(CL)이 금속 산화물을 포함하는 경우, 기판(SS)의 표면 또는 전체가 상기 금속 산화물의 금속을 포함할 수 있으며, 이의 표면 일부를 산화시켜 상기 광반응 촉매층(CL)을 형성할 수 있다.
기판(SS)은 예로서 티타늄 플레이트(Ti plate)를 연마하여 제공되는 티타늄 기판이다. 다른 실시예에서, 기판(SS)은 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 텅스텐(W), 아연(Zn), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 철(Fe, 스테인레스 스틸) 또는 이들의 합금을 포함하는 기판일 수 있다.
일 실시예에서, 산화성 용매(OS)에 기판(SS)의 표면을 노출시켜 기판(SS)의 표면을 부식시킨다. 예를 들면, 기판(SS)을 산화성 용매(OS) 내에 침지시키고, 상온에서 약 24 시간 동안 유지하여 표면을 부식시킨다. 일 실시예에서, 기판(SS)을 산화성 용매(OS) 내에 침지시키기 전에 기판(SS)의 표면을 연마하는 단계가 더 수행될 수도 있다. 산화성 용매(OH)는, 예를 들면, KOH, NaOH 등 금속에 부식을 일으키는 알카리 용액이다. 산화성 용매(OH)의 농도는 2 M 내지 20 M의 농도 범위에 속하는 10 M일 수 있다(도 1a의 단계 1 참조). 상기 산화성 용매의 농도에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며 질량 분석을 위한 피분석 샘플의 종류와 특성에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 산화성 용매(OH)에 의해 기판(SS) 표면의 부식이 일어나는 동안 기판(SS)의 표면에서 산화 반응이 진행되어 산화층(OL)이 형성될 수 있다.
이후, 알코올 또는 증류수(DW)와 같은 세정액(CW)을 이용하여, 기판(SS)을 세정한다. 예를 들면, 세정액(CW) 내에서 기판(SS)을, 예를 들면, 약 48 시간 정도 침지시켜 부식된 기판(SS)의 표면 층 내로 세정액(CS)을 흡수시킬 수 있으며, 이러한 과정은 적어도 1회 이상, 예를 들면 3 번 반복될 수 있다(도 1a의 단계 2 참조). 이 과정에서, 티타늄 기판(SS)의 표면에 잔류하는 산화성 용매가 세정액으로 치환된다.
상기 산화성 용매에 의해 부식된 기판(SS)의 표면은 나노 스케일의 기공을 갖는 다공성을 갖기 때문에 이러한 치환 과정이 완전히 이루어지기 위해서는 세정액(CW) 내에 충분한 시간 동안 부식된 기판(SS)이 노출될 필요가 있다. 일 실시예에서, 기판(SS)을 세정액(CW)에 상온(RT)에서 48시간 동안 침지시키고, 3 번 정도로 세정 공정을 수행할 수 있다(도 1a의 단계 2 참조).
이후, 세정 처리된 기판을 열처리할 수 있다(도 1a의 단계 3 참조). 상기 열처리는 약 200 ℃ 내지 1,200 ℃의 범위 내에서 수행될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 열처리의 온도는 부식된 기판(SS)의 표면 층이 소정 주파수의 광 조사에 대해 광촉매 반응을 유도하기에 적합한 결정 구조나 미세 구조를 갖도록 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 불활성 가스 분위기, 예를 들면, Ar 가스 분위기에서, 약 600 ℃에서 소정 시간(예를 들면 2 시간)동안 기판(SS)을 열처리할 수 있다.
이에 의해, 기판(SS)의 표면 상에 광반응 촉매층(CL)이 형성된 샘플 플레이트(100)가 제공될 수 있다. 기판(SS)이 티타늄 기판인 경우, 광반응 촉매층(CL)으로서 TiO2 나노어레이 층이 형성될 수 있다.
전술한 실시예는 기판(SS)의 표면을 개질시켜 광반응 촉매층(CL)을 얻는다. 다른 실시예에서, 기판(SS)이 광반응 촉매층(CL)의 원소를 포함하지 않거나 이와 무관한 경우에는, 기판(SS)의 표면 상에 광반응 촉매층(CL)의 금속 원소를 포함하는 금속 층을 형성하고 도 1a에 도시된 단계 1 내지 3 단계를 수행하여 상기 금속 층으로부터 광반응 촉매층(CL)을 형성할 수도 있다.
또 다른 예에서, 광반응 촉매층(CL)은 나노 스케일 구조의 형성을 위해 도트 어레이 형태의 금속 촉매층이 형성된 기판(SS) 상에 화학기상증착, 물리기상증착 또는 원자층 증착과 같은 건식 기상 증착이나 졸겔법과 같은 습식 성막 방법을 통해 합성될 수도 있다. 합성을 위한 전구체 물질과 관련하여서는 공지의 기술이 참작될 수 있으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나, 바람직하게는, 도 1a를 참조하여 설명한 습식 부식법에 의한 광반응 촉매층(CL)을 형성하는 경우, 상기 금속 촉매층의 형성 없이도 부식에 의해 다공성 표면층을 얻음으로써 나노 스케일 구조체 형상의 광반응 촉매층(CL)을 용이하게 형성할 수 있다.
전술한 광반응 촉매층(CL)은 피분석 물질인 유기분자 화합물의 광분해 반응에 직접 참여하여 소모되지 않지만 상기 유기분자 화합물의 광분해를 가속시키는 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 광반응 촉매층(CL)은, 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 텅스텐(W), 아연(Zn), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나의 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 광반응 촉매층(CL)은 상기 금속 산화물 상에 또는 내부에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 실리콘(Si), 저머늄(Ge), 및 갈륨(Ga) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수도 있다. 이러한 불순물의 도핑은 유기분자 화합물의 광반응을 위한 광원의 주파수를 조절하는데 효과적일 수 있다.
바람직하게는, 광반응 촉매층(CL)은 아나타제(anatase) 결정 구조를 갖는 티타늄 산화물(TiO2)을 포함할 수 있다. 상기 티타늄 산화물(TiO2)은 다른 금속 산화물에 비하여 비교적 저가이고, 공급이 원활하며 광부식성이 없고, 밴드갭이 3.2 eV로 약 380 nm 이하의 자외선을 포함하는 단파장 광 조사를 통하여 광활성화됨으로써 광분해 반응의 효율을 증가시키는 이점이 있다.
광반응 촉매층(CL)의 표면은 상기 부식 방법에 따른 나노 스케일 구조를 가질 수 있다. 상기 나노 스케일 구조는 다공성을 가지며, 섬유상, 와이어상, 침상, 막대상, 기둥상, 또는 이들이 조합된 형상을 가질 수 있으며, 포토리소그래피 또는 쉐도우 마스킹 방법 등에 의해 패터닝될 수도 있다.
도 1a에서는 광반응 촉매층(CL)이 기판(SS) 상에 어레이 형태로 형성된 것을 예시한다. 도 1a에 도시된 광반응 촉매층(CL)을 구성하는 티타늄 산화물(TiO2)의 나노 스케일 구조체들은 직경 1 mm의 스팟 형태로 패터닝될 수 있다. 예를 들면, 기판(SS)의 크기는 약 3 cm x 3 cm의 크기를 가지며, 기판(SS) 상에 형성된 티타늄 산화물(TiO2)의 나노 스케일 구조체들의 스팟은 복수개일 수 있다.
기판(SS)에 형성되는 광반응 촉매층(CL)의 나노 스케일 구조체는 전술한 다공성 구조를 형성한다. 도 1b에는 주사전자현미경에 의해 분석된 TiO2의 광반응 촉매층(CL)의 나노 와이어 구조를 갖는 나노 스케일 구조체가 예시된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 촉매층(CL)을 이용한 질량 분석 방법을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 피분석 샘플의 분석을 위해서 샘플 플레이트(100) 상에 피분석 샘플(MS)을 로딩한다. 피분석 샘플은 유기분자 화합물일 수 있다. 상기 유기분자 화합물은 적합한 분산 용매에 분산되어 광반응 촉매층(도 1a의 CL 참조) 상에 제공될 수 있다. 상기 분산 용매는 물, 아세토니트릴(acetonitrile), 메탄올, 에탄올 등이며 또는 이의 혼합물일 수 있으며, 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 등 카르복실기를 가지는 화합물(이온화 시킬 때 H+ 의 소스로 사용되는 물질)이 더 첨가될 수 있다. 상기 분산 용매는 분석하려는 유기분자 화합물의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있으며, 예시된 용액에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
광반응 촉매층(CL)이 전술한 것과 같이 패터닝된 복수의 스팟 어레이의 형태로 형성된 경우, 각각의 광반응 촉매층(CL) 스팟에 유기분자 화합물이 분산된 분산 용액(MS)이 제공될 수 있다. 예를 들면, TiO2 광반응 촉매층(CL)의 나노 스케일 구조체 스폿에 1 마이크로리터의 유기분자 화합물의 분산 용액이 점적될 수 있다.
이후, 로딩된 유기분자 화합물의 분산 용액(MS)에 자외선(UV)을 조사하여, 상기 유기분자 화합물의 광분해 반응, 예를 들면 유기분자의 파편화 반응이 유도된다. 유기분자 화합물이 펩티드 물질인 경우, 자외선(UV)에 의한 광분해 반응을 통해 펩티드 파편들이 형성될 수 있다.
상기 광분해 반응을 위해서, 예를 들면 254 nm의 파장 및 23 mW/cm2 의 강도를 갖는 UV 노광기를 사용될 수 있다. 샘플 플레이트(100)는 상기 UV 노광기로부터 소정 위치 아래에 위치되고, 이후 30 초간 UV를 조사하여 유기분자 화합물(MS)의 광분해 반응, 예를 들면 파편화가 유도될 수 있다. 유기분자 화합물(MS)의 광분해 반응이 완료되면 샘플 플레이트(100)는 건조될 수 있다.
건조된 샘플 플레이트(100) 상의 광분해 반응이 완료된 유기분자 화합물에 대하여, 예를 들면, Bruker사의 Microflex 기종의 질량 분석기를 이용하여 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 수행될 수 있다. 상기 질량 분석기는 말디톱 분석을 위한 질량 분석기일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 질량 분석기의 리플렉터는 포지티브 모드로 설정되고 레이저의 파워 세기는 최고출력을 기준으로 수 내지 수십 %의 수준으로 조절되었으며, 디텍터의 게인값이 적절히 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 말디톱 질량 분석 방법에서, 샘플 플레이트(100)의 표면 상으로 레이저가 조사되면, 광분해 반응에 의해 형성된 유기분자 파편들의 적어도 일부가 이온화되고, 이온화된 유기분자 파편들은 전기장에 의해 가속되어 말디톱 질량 분석기의 비행 튜브를 통과한다. 상기 비행 튜브를 통과한 이온화된 유기분자 파편들은 검출기에 충돌하게 되고, 질량 분석기는 이온화된 시료가 샘플 플레이트(100)의 표면으로부터 상기 검출기에 충돌하기까지 걸린 시간을 계산함으로써 유기분자 파편들의 질량을 파악할 수 있다.
종래의 말디톱 질량 분석의 경우에는 피분석 샘플인 유기분자 화합물의 탈착 및 이온화를 위하여 상기 유기분자 화합물과 유기 매트릭스를 혼합하는 과정이 필요하다. 이 경우, 상기 유기 매트릭스에 의한 질량 피크는 재현성이 없는 노이즈 신호로서 관측되기 때문에, 상기 유기분자 화합물이 m/z 가 500 이하인 저분자량의 유기분자 화합물인 경우, 상기 유기 매트릭스에 의한 질량 피크와 상기 유기분자 화합물의 분리가 어려워, 상기 유기 매트릭스를 이용한 저분자량 유기분자 화합물의 신호 측정은 거의 불가능하다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 플레이트는, 유기 매트릭스 없이 광반응 촉매층 상에 유기분자 화합물을 로딩하고 자외선을 조사하는 것만으로도 유기분자 화합물의 파편화와 같은 광분해 반응을 유도하고, 이를 다시 레이저 조사에 의해 탈착 및 이온화를 유도하여 질량 분석 과정에서 상기 유기 매트릭스와 같은 저분자량의 다른 물질의 질량 분석 신호가 발생하지 않는다.
그 결과, 본 발명의 실시예에 따르면, 유기 매트릭스를 사용하는 종래의 말디톱 질량 분석과 달리 m/z가 500 이하인 저분자 영역에서 노이즈가 검출되지 않기 때문에, 통상의 유기분자 화합물뿐만 아니라 저분자량을 갖는 유기분자 화합물, 예를 들면, 펩티드와 같은 유기분자를 유효하게 검출할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 베어(bare) 샘플 플레이트에 대한 질량 분석 결과를 나타낸 그래프이며, 도 3b는 비교 실시예에 따른 α-시아노(ciano)-4-하이드록시시나믹산(hydroxycinnamic acid; CHCA)를 포함하는 유기 매트릭스를 사용한 샘플 플레이트에 대한 질량 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 TiO2의 광반응 촉매층을 갖는 베어 셈플 플레이트는 피분석 샘플이 없는 경우 질량 피크를 생성하지 않는다. 특히, 500 m/z 이하의 영역에서 질량 피크가 존재하지 않는 점에 주목할 필요가 있다. 이와 달리, 도 3b를 참조하면, 비교 실시예에 따른 CHCA의 유기 매트릭스를 사용한 샘플의 경우에는, 상기 CHCA에 의한 질량 피크가 400 m/z 이하의 영역에서 발생하며, 이들 질량 피크는 재현성이 없이 발생하기 때문에 노이즈 신호로서 제거되기 어렵다. 따라서, 비교 실시예의 경우에는 본 발명의 실시예와 달리 m/z 가 500 이하인 영역에서 발생하는 유기분자 화합물의 질량 피크와 노이즈 신호를 서로 구별하기 어려울 것으로 예측된다. 반대로 본 발명의 실시예에 따르면 m/z가 500 이하인 영역에서도 신뢰성 있는 질량 분석 결과를 얻을 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 포함하는 샘플 플레이트를 이용하여 다양한 유기분자 화합물을 질량 분석한 결과를 도시하는 그래프들이다. 상기 광반응 촉매층은, TiO2 나노 스케일 구조를 갖는다.
도 4a를 참조하면, 유기분자 화합물로서 저분자 물질인 아르기닌(분자량 174.2 Da)의 경우 [M+K]+, [M+2K]+로 샘플의 질량 피크가 측정될 수 있다. 본 발명 실시예에 따른 샘플 플레이트는 고농도의 KOH로 부식하여 제조되므로 이때 혼입되는 K+ 이온에 의해 상기 유기분자 화합물과 K+이온의 결합물이 얻어진다.
도 4b를 참조하면, 또 다른 저분자 물질인 루이신(분자량 131.17 Da)의 경우에도 본 발명의 실시예에 따른 샘플 플레이트를 이용하여 노이즈 신호 없이 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 가능함을 알 수 있다.
도 4c를 참조하면, 분자량이 500 Da 이상인 유기분자 화합물로서 아미노산의 결합으로 구성된 펩티드인 브래드키닌 (분자량 756.85 Da)에서도 본 발명의 실시예에 따른 샘플 플레이트를 이용하여 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 가능함을 알 수 있다. 유사하게, 도 4d를 참조하면, 분자량이 1,000 Da 이상인 유기분자 화합물로서 GHP9 (분자량 1007.18 Da)에서도 본 발명의 실시예에 따른 샘플 플레이트를 이용하여 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 가능함을 알 수 있다.
도 4d를 참조하면, 분자량이 1,000 Da 이상인 유기분자 화합물로서 아미노산의 결합으로 구성된 펩티드인 GHP9 (분자량 1007.18 Da)에서도 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트에 의해 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 가능함을 알 수 있다.
탄뎀 매스 분석은 전자빔 혹은 분자빔과 충돌시 생성되는 파편을 생성한 후 이를 분석하는 방법을 사용하고 있다. 펩티드 화합물의 경우 전자빔 또는 분자빔에 의해 파편들을 형성하고 이를 비교 분석하면 펩티드 화합물의 N-터미날로부터 C-터미날까지의 아미노산 서열을 분석할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전자빔 또는 분자빔 대신에, 광반응 촉매층에 자외선 조사를 하는 것만으로 상기 광반응 촉매층 상의 피분석 샘플의 광분해 반응을 유도함으로써 상기 광분해 반응을 통해 피분석 샘플의 파편을 형성할 수 있으므로 탄뎀 매스 분석에 기반한 질량 분석이 가능하다. 상기 피분석 샘플이 펩티드인 경우, 상기 광분해 반응에 의해 펩티드 파편들을 형성하고 이를 질량 분석함으로써 상기 펩티드를 구성하는 아미노산의 서열을 판정할 수 있다. 이하에서는, 도 5a 내지 도 6c를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 샘플 플레이트를 이용한 탄뎀 매스 분석에 대해서 설명하기로 한다.
도 5a는 질량 분석을 위한 피분석 샘플인 R4K 펩티드의 서열에 따른 주요 파편들(primary sequence fragments)를 도시하며, 도 5b 및 도 5c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프들이다. 상기 본 발명의 실시예에 따른 광반응성 촉매층은 다공성 나노 스케일 구조를 갖는 TiO2 층이며, Bruker사의 Microflex 기종을 이용하여, 이들 유기분자 화합물들에 대해 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 수행되었으며, 검출기의 게인은 10 x이고 레이저 강도는 90%이다.
도 6a는 비교 실시예에 따른 질량 분석을 위한 피분석 샘플인 R4K 펩티드의 서열에 따른 주요 파편들(primary sequence fragments)을 도시하며, 도 6b 및 도 6c는 각각 비교 실시예에 따른 TiO2 입자를 이용한 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프들이다. 상기 비교 실시예에 따른 질량 분석은, 동일하게 Bruker사의 Microflex 기종을 이용하여 수행되었으며, 검출기의 게인은 12.6 x이고 레이저 강도는 70%이다.
도 5a를 참조하면, 질량 분석을 위한 피분석 샘플은 분자량이 770.51 Da인 R4K 펩티드 (1 mg/ml)이다. 상기 펩티드는 1 내지 3으로 표시된 3 개의 주요 파편들을 가질 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 펩티드의 광분해를 위한 자외선(UV) 조사 이전에는 R4K의 질량 피크가 [M+K]+와 [M+Na]+의 형태로 관찰된다. 이와 같은 질량 분석 결과는 상기 광분해 반응을 수행하지 않은 경우에는 레이저 탈착/이온화 질량 분석을 위한 레이저 조사만으로는 상기 펩티드의 분해로 인한 파편이 발생하지 않음을 개시한다.
그러나, 도 5c를 참조하면, 상기 자외선(UV) 조사 이후에는 서열이 서로 겹치는 3 개의 펩티드 파편이 얻어짐을 알 수 있다. 이와 같이, 상기 광분해 반응 이전의 펩티드에 대한 펩티드 전체 분자량과 상기 광분해 반응 이후에 얻어진 3 개의 펩티드 파편의 분자량으로부터 상기 전체 펩티드를 구성하는 아미노산의 서열 판정이 가능한 탠덤 매스 분석이 가능함을 알 수 있다.
도 6a를 참조하면, 질량 분석을 위한 피분석 샘플은 도 5a에 설명된 것과 동일하게 분자량이 770.51 Da인 R4K 펩티드 (1 mg/ml)이다. 상기 분석을 통하여 1 및 2로 도시된 펩티드 파편들이 검출되었다.
도 6b를 참조하면, 상기 펩티드의 광분해를 위한 자외선(UV) 조사 이전에는 R4K의 질량 피크가 [M+Na]+의 형태로 관찰된다. 이와 같은 질량 분석 결과는 상기 광분해 반응을 수행하지 않은 경우에는 레이저 탈착/이온화 질량 분석을 위한 레이저 조사만으로는 상기 펩티드의 분해로 인한 파편이 발생하지 않음을 개시한다.
도 6c를 참조하면, 상기 자외선(UV) 조사 이후에는 2 개의 펩티드 파편이 얻어짐을 알 수 있다. 그러나, 상기 광분해 반응 이전의 펩티드에 대한 펩티드 전체 분자량과 상기 광분해 반응 이후에 얻어진 2 개의 펩티드 파편의 분자량만으로는 서열에 관한 정보가 부족하여 상기 전체 펩티드를 구성하는 아미노산의 서열 분석이 용이하지 않다.
전술한 실시예로부터, 본 발명의 실시예에 따르면 같은 재질 및 결정 구조를 갖는다 할지라도 나노 스케일 구조의 차이에 의해 광분해 반응의 결과가 달라질 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층이 서열 분석을 위한 탄뎀 매스 분석을 위해 필요함을 알 수 있다.
도 7a 및 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 GHP9 펩티드의 자외선 조사 전·후에 따른 질량 분석 결과를 도시하는 그래프이며, 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석에 의해 얻어진 아미노산의 서열을 도시한다. 상기 본 발명의 실시예에 따른 광반응성 촉매층은 다공성 나노 스케일 구조를 갖는 TiO2 층이며, Bruker사의 Microflex 기종을 이용하여, 이들 유기분자 화합물들에 대해 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 수행되었으며, 검출기의 게인은 10 x이고 레이저 강도는 90%이다.
도 7a를 참조하면, 질량 분석을 위한 피분석 샘플은 분자량이 1007.18 Da인 GHP5 펩티드 (1 mg/ml)이다. 자외선 조사를 이용한 광분해 반응 이전에는 유기화학 샘플인 GHP9의 질량 피크가 [M+K]+의 형태로 관찰되었다.
도 7b를 참조하면, 자외선 조사를 통해 상기 피분석 샘플이 파편화되고 이를 질량 분석을 하면, 서열이 서로 겹치는 10 개의 펩티드 파편에 대한 질량 피크가 검출된다. 광분해 반응 이전의 펩티드 전체 분자량과 광분해 반응 이후 얻어진 상기 10 개의 펩티드 파편들의 분자량을 이용하여 도 7c에 도시된 것과 같이 GHP5 펩티드가 갖는 아미노산 서열의 분석이 가능하다.
도 8a 및 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 BPA 펩티드의 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프이며, 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석에 의해 얻어진 아미노산의 서열을 도시한다. 상기 광반응성 촉매층은 다공성 나노 스케일 구조를 갖는 TiO2 층이다. Bruker사의 Microflex 기종을 이용하여, 이들 유기분자 화합물들에 대해 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 수행되었으며, 검출기의 게인은 7 x이고 레이저 강도는 70%이다.
도 8a를 참조하면, 질량 분석을 위한 피분석 샘플은 분자량이 1395.56 Da인 BPA 펩티드 (1 mg/ml)이다. 자외선 조사를 이용한 광분해 반응 이전에는 유기화학 샘플인 BPA의 질량 피크가 [M+K]+의 형태로 관찰되었다.
도 8b를 참조하면, 자외선 조사를 통해 상기 피분석 샘플이 파편화되고 이를 질량 분석을 하면, 서열이 서로 겹치는 14 개의 펩티드 파편들에 대한 질량 피크가 검출된다. 광분해 반응 이전의 펩티드 전체 분자량과 광분해 반응 이후 얻어진 상기 14 개의 펩티드 파편들의 분자량을 이용하여 도 8c에 도시된 것과 같이 BPA 펩티드가 갖는 아미노산 서열의 분석이 가능하다.
도 9a 및 9b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광반응 촉매층을 갖는 샘플 플레이트를 이용한 Biotin-PreS1 펩티드의 자외선 조사 전·후의 질량 분석 결과를 도시하는 그래프이며, 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석에 의해 얻어진 아미노산의 서열을 도시한다. 광반응성 촉매층은 다공성 나노 스케일 구조를 갖는 TiO2 층이다. Bruker사의 Microflex 기종을 이용하여, 이들 유기분자 화합물들에 대해 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 수행되었으며, 검출기의 게인은 8.6 x이고 레이저 강도는 70%이다.
도 9a를 참조하면, 질량 분석을 위한 피분석 샘플은 분자량이 1934.01 Da인 PreS1 펩티드 (1 mg/ml)이다. 자외선 조사를 이용한 광분해 반응 이전에는 유기화학 샘플인 PreS1의 질량 피크가 [M+K]+의 형태로 관찰되었다.
도 9b를 참조하면, 자외선 조사를 통해 상기 피분석 샘플이 파편화되고 이를 질량 분석을 하여, 서열이 서로 겹치는 14 개의 펩티드 파편들에 대한 질량 피크가 검출된다. 광분해 반응 이전의 펩티드 화합물의 전체 분자량과 광분해 반응 이후 얻어진 상기 14 개의 펩티드 파편들의 분자량을 이용하여 도 9c에 도시된 것과 같이 것과 같은 Biotin-PreS1 펩티드가 갖는 아미노산 서열의 분석이 가능하다.
일반적인 말디톱 질량 분석의 경우 동일한 이온량 (m/z)를 갖는 2 종 이상의 이온 샘플이 혼합된 경우 같은 질량 피크로 표시되므로 혼합된 이온 샘플의 동정이 불가능하지만, 탄뎀 매스의 경우, 2종 이상의 이온 샘플이 혼합된 경우 각각의 이온이 특정 파편을 형성하게 되므로 혼합 샘플에 대해 유기분자 파편을 형성한 후 분석을 통해 샘플 내 혼합된 이온의 동정이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 5a 내지 도 9c를 참조하여 개시된 광반응 촉매층을 이용하여 자외선에 의한 유기분자의 파편화를 통해 아미노산 잔기가 3 개 내지 15개에 이르는 펩티드에 대해 아미노산 서열의 분석이 질량 분석을 통하여 가능한 것과 같이, 종래의 전자빔 혹은 분자빔과 충돌 없이도 자외선 조사에 의해 광분해 반응을 유도하여 이로써 생성된 유기분자 파편이 동일한 특성을 보임으로써 탄뎀 매스 분석 방법을 적용할 수 있으며, 그에 따라 본원 발명의 실시예에 따르면 혼합된 유기분자 화합물의 동정이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광분해 반응을 통해 유기분자 화합물의 파편을 만들고 이를 분석하여 유기분자 화합물을 동정하거나 펩티드를 구성하는 아미노산의 서열을 파악할 수 있다. 또한, 상기 광분해 반응시 동일 이온량의 샘플에 대해서도 아미노산 서열과 같은 유기분자 화합물의 구조적인 특이성을 반영하는 유기분자 파편이 얻어질 수 있다. 이와 같은 본 발명의 이점은 하기의 개시 사항을 통해서도 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 광반응성 촉매층을 이용하여 동일 이온량을 갖는 각 유기분자 화합물들에 대한 질량 분석 결과를 수행한 결과를 도시하는 그래프들이다. 도 10a 내지 도 10c의 유기분자 화합물은 모두 분자량이 884.46 Da이고 7 개의 아미노산으로 구성되며 G-Y-H-P-Q-R-K의 서열을 갖는 HPQ-1 펩티드, K-R-H-P-Q-Y-G의 서열을 갖는 HPQ-2 펩티드 및 R-Y-H-P-Q-G-K의 서열을 갖는 HPQ-3 펩티드이다. 광반응성 촉매층은 다공성 나노 스케일 구조를 갖는 TiO2 층이다. Bruker사의 Microflex 기종을 이용하여, 이들 유기분자 화합물들에 대해 레이저 탈착/이온화 질량 분석이 수행되었으며, 검출기의 게인은 20 x이고 레이저 강도는 90%이다.
도 10a를 참조하면, UV를 이용한 광분해 반응 이전에는 샘플 펩티드인 HPQ-1의 질량 피크가 [M+K]+의 형태로 관찰되었다. 상기 샘플 펩티드의 광분해 반응을 위한 UV 조사 후의 질량 분석 피크는 서열이 겹치는 12 개의 펩티드 파편으로부터 얻어진다. 광분해 반응 이전의 펩티드 전체 분자량과 광 분해 반응 이후 얻어진 12 개의 펩티드 파편의 분자량 분석을 통해 전체 펩티드를 구성하는 아미노산 서열의 분석이 가능하였다.
도 10b를 참조하면, UV를 이용한 광분해 반응 이전에는 샘플 펩티드인 HPQ-2의 질량 피크가 [M+K]+의 형태로 관찰되었다. 상기 샘플 펩티드의 광분해 반응을 위한 UV 조사 후의 질량 분석 피크는 HPQ-1와 달리 서열이 겹치는 6 개의 펩티드 파편으로부터 얻어진다. 광분해 반응 이전의 펩티드 전체 분자량과 광분해 반응 이후 얻어진 6 개의 펩티드 파편의 분자량 분석을 통해 전체 펩티드를 구성하는 아미노산 서열의 분석이 가능하였다.
도 10c를 참조하면, UV를 이용한 광분해 반응 이전에는 샘플 펩티드인 HPQ-3의 질량 피크가 [M+K]+의 형태로 관찰되었다. 상기 샘플 펩티드의 광분해 반응을 위한 UV 조사 후의 질량 분석 피크의 경우 그림에서 보이는 바와 같이 앞서 분석한 펩티드인 HPQ-1 및 HPQ-2와 달리 서열이 겹치는 11 개의 펩티드 파편이 얻어짐을 알 수 있다. 광분해 반응 이전의 펩티드 전체 분자량과 광분해 반응 이후 얻어진 11 개의 펩티드 파편의 분자량 분석을 통해 전체 펩티드를 구성하는 아미노산 서열의 분석이 가능하였다.
전술한 결과들로부터 본 발명의 실시예에 따르면, 광조사에 의한 펩티드의 분해 반응 및 상기 분해 반응으로 생성되는 펩티드 파편을 레이저 탈착/이온화 방법으로 질량 분석을 수행하는 경우 동일 이온량을 갖는 서로 다른 종류의 펩티드 샘플에 대해서도 아미노산 서열에 따른 구조적인 특이성을 반영하는 펩티드의 파편을 얻을 수 있으며, 상기 펩티드 파편들의 분자량을 이용하여 펩티드를 구성하고 있는 아미노산 서열의 분석이 가능하다. 전술한 실시예는 펩티드에 관한 것이지만, 본 발명의 실시예는 이들 펩티드에 한정되지 않으며, 다른 펩티드뿐만 아니라 광조사에 의해 서로 다른 분해 반응을 겪을 수 있는 구별되는 특이적 결합을 갖는 유기분석 샘플들을 동정하는데에도 적용될 수 있음을 이해하여야 한다.
전술한 것과 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 샘플 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질량 분석 방법을 상세하게 설명하였다. 하지만, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위 내에서 상기 구성에 대한 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 오직 하기의 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (19)

  1. 레이저 탈착/이온화 질량 분석을 위한 샘플 플레이트로서,
    기판; 및
    상기 기판 상에 형성된 금속 산화물을 포함하는 광반응 촉매층을 포함하며,
    피분석 샘플이 상기 광반응 촉매층 상에 배치되고,
    상기 피분석 샘플은 상기 광반응 촉매층에 입사되는 자외선 조사에 의한 광분해 반응을 통해 파편들을 형성하며, 상기 파편들에 대한 질량 분석이 수행되는 샘플 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광반응 촉매층은 상기 기판의 표면 부식층을 포함하는 샘플 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 상기 기판 표면의 산화층을 포함하는 샘플 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 텅스텐(W), 아연(Zn), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나의 금속의 산화물을 포함하는 샘플 플레이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 다공성을 가지며, 섬유상, 와이어상, 침상, 막대상, 기둥상 또는 이들의 조합된 형상을 갖는 나노 스케일 구조를 갖는 샘플 플레이트.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항 기재의 광반응 촉매층을 포함하는 샘플 플레이트를 제공하는 단계;
    상기 광반응 촉매층 상에 피분석 샘플을 로딩하는 단계;
    상기 피분석 샘플에 자외선을 조사하여 상기 피분석 샘플의 광분해 반응을 유도하는 단계; 및
    상기 광분해 반응이 완료된 피분석 샘플에 대하여, 레이저 탈착/이온화에 의한 질량 분석을 수행하는 단계를 포함하는 질량 분석 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 피분석 샘플은 분산 용매에 분산되어 상기 광반응 촉매층 상에 제공되고, 상기 자외선이 상기 피분석 샘플의 분산 용액에 조사되어 상기 광분해 반응이 유도되는 질량 분석 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 피분석 샘플은 유기분자 화합물을 포함하며, 상기 광분해 반응에 의해 상기 유기분자 화합물이 파편화되는 질량 분석 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 피분석 샘플은 서로 다른 종류의 유기분자 화합물들을 포함하며, 상기 광분해 반응에 의해 상기 유기분자 화합물은 각각 특이적으로 파편화되어 상기 유기분자 화합물들을 동정하는 질량 분석 방법.
  16. 다공질의 금속 산화물을 포함하는 광반응 촉매층을 포함하는 샘플 플레이트를 제공하는 단계;
    상기 광반응 촉매층 상에 피분석 샘플인 펩티드 화합물을 로딩하는 단계;
    상기 펩티드 화합물에 자외선을 조사하여, 상기 펩티드 화합물을 광분해시킴으로써 펩티드 파편들을 형성하는 단계;
    상기 광반응 촉매층 상으로 레이저를 조사하여, 상기 펩티드 파편들을 상기 광반응 촉매층으로부터 탈착 및 이온화시키는 단계; 및
    상기 자외선 조사 이전의 상기 펩티드 화합물의 분자량과 상기 이온화된 펩티드 파편들의 분자량을 분석하여 상기 펩티드 화합물의 아미노산 서열을 판정하는 단계를 포함하는 아미노산 서열의 분석 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 피분석 샘플은 이종의 펩티드 화합물들의 혼합물을 포함하는 아미노산 서열의 분석 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 광반응 촉매층은, 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 텅스텐(W), 아연(Zn), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나의 금속의 산화물을 포함하는 아미노산 서열의 분석 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 광반응 촉매층은 다공성 나노 스케일 구조를 갖는 아미노산 서열의 분석 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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