KR20050086664A - 미세구조화된 중합체성 기질 - Google Patents

미세구조화된 중합체성 기질 Download PDF

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Abstract

다양한 조성물의 고-에너지 탈착/이온화를 위한 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 방법 및 장치는, 선택적으로 1종 이상의 표면 피복과 조합된 마이크로- 및 나노-구조화된 필름과 같은 구조화된 기질을 일반적으로 사용하여 분석물의 향상된 탈착을 제공한다. 그러한 향상된 탈착은 기질의 레이저 탈착을 이용하는 질량 분석과 같은 분석의 분야에서 특히 유용하다.

Description

미세구조화된 중합체성 기질 {Microstructured Polymeric Substrate}
본 발명은 분자의 유지 및 이어지는 탈착에서 사용하기 위한 기질에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 질량 분석과 같은 분석 방법에 사용되기 위한 시료를 수용 및 이탈하는 데 사용하기 위한 기질에 관한 것이다.
매트릭스-보조된 레이저 탈착 및 이온화(MALDI)가 다수의 조성물, 특히 복잡한 생물학적 물질의 분석을 위한 중요한 도구로서 개발되었다. MALDI는, 전형적으로 질량 분석 도중, 매트릭스 및 분석물을 레이저 탈착 및 이온화시키기 전에, 1종 이상의 분석물을 현탁 및 유지시키기 위한 화학적 매트릭스를 사용한다. MALDI에 사용되는 현재의 유기 매트릭스의 개발 이전에는, 분자를 절단하지 않고 그대로의 분석물 분자를 이온화하기는 어려웠다.
분석물의 절단 없이 성공적인 레이저 흡수 및 분석물 이온화를 위한 잘 이해되지 않은 요건들을 만족시키기 위해 여러 해에 걸쳐 다수의 매트릭스가 개발되었다. 이러한 매트릭스의 사용은, 그것이 아니면 레이저 탈착 및 이온화 방법을 사용하여 쉽게 관찰가능하지 않을 유기 조성물의 분석을 가능하게 하였기 때문에 중요해졌다.
MALDI는 펩티드, 단백질, 합성 중합체, 올리고뉴클레오티드, 탄수화물 및 기타 큰 분자를 확인하는 데 성공적으로 사용되어 왔다. 불행하게도, 종래의 MALDI는 상기 화학적 매트릭스로부터의 신호가 분석물 분자로부터의 신호와 간섭하기 때문에 다수의 작은 분자의 분석의 경우 단점을 갖는다. 도 1 및 도 2는 일반적인 두 매트릭스, 2,5-디히드록시-벤조산(DHBA) 및 알파 시아노-4-히드록시-신남산(α-CHCA)의 스펙트럼을 나타낸다. 상기 스펙트럼은 여타 물질의 질량 스펙트럼의 분석과 강력하게 간섭하는 다수의 피크를 보여준다.
화학적 매트릭스는 신호 간섭 외에도 다수의 다른 바람직하지 못한 결과를 갖는다. 예를 들면, 매트릭스는 시료 제조를 복잡하게 할 수 있고, 추가의 공정 단계 및 물질은 시료에 오염물을 도입할 위험이 있다. 매트릭스 및 분석물은 둘 다 전형적으로 동일한 용매 중에 용해가능해야 하므로, 시료 제조를 더 어렵게 한다. 상기 매트릭스는 또한 분리 기술을 조화시키는 것을 더욱 어렵게 할 수 있고, 불균질한 시료 반점은 보다 많은 양의 분석물 및 매트릭스 결정이 시료 방울의 주변을 따라 응집하여 스펙트럼의 감소된 재현성을 초래하는 스위트-스팟(sweet-spot) 현상을 초래할 수 있다.
시료 및 매트릭스의 공-결정화 공정 또한 종종 가혹하여, 단백질의 변성 또는 응집의 위험을 갖는다. 뿐만 아니라, 주어진 시료에 대하여 어느 매트릭스가 적절한지가 항상 명백하지는 않다. 예를 들면, 펩티드 및 프로테인에 대하여 효과적인 매트릭스가 종종 올리고뉴클레오티드 또는 중합체에 대해서는 작용하지 않는다. 더욱이, 양이온 검출 모드 및 음이온 검출 모드에서 상이한 매트릭스가 요구될 수도 있다. 따라서, 적정의 매트릭스를 찾기 위해 소모적인 시행착오적 검색이 요구될 수 있다.
MALDI가 갖는 또다른 난점은 현재 사용되는 탈착 기질이 전형적으로 금속 판이라는 점이다. 이들 금속 판은 고가이고 전형적으로 재사용될 수 있도록 하기 위해 사용 후 세정되어야 한다. 금속 판의 세정은 시간 소모적이며 잔존하는 오염물의 가능성을 나타내고, 또한 그 분석물 시료를 추가의 분석을 위해 수거하기 위한 저장 장치로서 상기 기질을 사용하는 것을 허용하지 않는다. 따라서, 매트릭스의 경우 상기 요구를 감소 또는 제거하기 위한 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.
1999년에는, 바이(Wei) 등에 의해 미국 특허 제 6,288,390 호에 무-매트릭스 방법이 기재되었다. 바이는 조명 및 일정한 전류 하에 HF/에탄올 용액으로 전기화학적으로 에칭된 실리콘 웨이퍼의 사용을 개시한다. 용매 중의 상기 시료는 임의의 매트릭스의 첨가 없이 실리콘에 직접 적용된다. 실리콘 상에 표지된 탈착/이온화(DIOS)인 상기 신규 방법은 매트릭스로 인한 간섭 없이 100 내지 6000 Da의 질량 범위 내에서 분자의 이온화를 허용하였다. 그러나, DIOS를 이용하여 수득된 일부의 스펙트럼은 재현이 어려웠고, DIOS 칩의 보관 수명은 종종 짧다. 또한, DIOS 칩은 그 제조에 사용되는 재료 및 공정의 고 비용으로 인하여 비교적 고가이다.
그러므로, 종래 사용된 기술에 비하여 향상된 레이저 탈착을 제공하는 장치 및 방법에 대한 요구가 여전히 존재한다. 또한 사용될 수 있고 그후 폐기되거나 수거될 수 있도록 충분히 저렴한 분석물 탈착 기질에 대한 요구가 존재한다.
발명의 요약
본 발명은 다양한 조성물의 고-에너지 탈착/이온화를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 선택적으로 1종 이상의 표면 피복과 조합된 미세구조화된 기질을 사용하여, 분석물의 향상된 탈착을 제공한다. 그러한 향상된 탈착은 질량 분석과 같은 분석의 분야에서 특별히 유용하다. 이러한 향상된 탈착은 여러가지 유용성을 갖는다. 예를 들면, 미세구조화된 기질의 사용은 화학적 매트릭스를 사용하지 않고 탈착이 수행되는 것을 가능하게 할 수 있다. 일부의 매트릭스를 사용하지 않는 실시에서, 특히 작은 분자(1000 미만의 분자량을 갖는 것과 같은)가 분석되는 경우, 본 발명의 방법은 통상의 매트릭스를 기초로 한 방법에 비하여 월등한 성능을 수득할 수 있다(예를 들면, 보다 높은 신호/노이즈 비 및/또는 더 나은 해상도).
그렇지 않으면, 상기 미세구조화된 기질은 매트릭스의 존재 하에 탈착이 수행되는 것을 가능하게 할 수 있지만, 종래의 탈착 기질을 이용하는 표준의 매트릭스를 기초로 하는 방법에 비하여 월등한 성능을 갖는다. 예를 들면, 미세구조화된 기질을 사용하여, 적용된 분석물/매트릭스 미세방울이, 미세구조화된 기질을 갖지 않는 것보다 더욱 균일한 방식으로 건조될 수 있다. 또한, 일부 실시에서는 보다 낮은 수준의 매트릭스가 사용될 수 있고, 따라서 매트릭스로부터 신호 노이즈를 감소시킬 수 있다. 그러한 성질은 자동화된 시료 침착, 위치고정 및 분석의 사용을 가능케 하는 데 유리하다. 또한, 미세구조화된 기질의 사용은 보다 적은 이온성 부가물(칼륨 및 나트륨 같은)의 형성을 초래하여 스펙트럼을 보다 단순하고 쉽게 해석하게 하는 결과를 가져온다.
본 발명은 또한, 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트 필름과 같은 중합체 재료로 이루어진 마이크로- 및 나노-구조화된 기질과 같은 구조화된 기질을 포함한다. 상기 구조화된 기질은 시료를 수용 및 유지하고 나중에는 탈착 기질로서 사용된다. 상기 구조화된 기질은 그 시료 수용 표면 상에 피복된, 금속, 금속 산화물 및 합금을 포함하는 무기 피복, 및 흑연, 실리콘, 실란 유도체, 다이아몬드 같은 유리(DLG) 및 파릴렌을 포함하는 유기 (탄소 함유) 피복과 같은 비휘발성 재료의 층을 가질 수 있다.
본 발명의 특정 실시는 구조화된 표면을 갖는 물품에 관한 것이다. 상기 물품은 복수의 미세구조를 갖는 중합체성 기질을 함유하며, 특정 실시에서는 상기 복수의 미세구조의 적어도 일부에 걸쳐 비휘발성 피복을 포함한다.
일부 실시에서 상기 미세구조화된 기질은 열가소성 재료를 포함하고, 이는 폴리카보네이트 및/또는 폴리프로필렌과 같은 1종 이상의 각종 중합체로 만들어질 수 있다. 또한, 상기 기질은 적어도 2 개의 층을 함유할 수 있고, 상기 층들은 중합체성 기질의 첫번째 층 및 비휘발성 재료의 두번째 층을 포함하며, 상기 두번째 층은 상기 첫번째 층의 상단에 위치하여 기질의 상부 표면을 형성하고; 상기 기질의 상부 표면은 복수의 미세구조를 포함한다. 상기 두번째 층은 여기에서 피복이라고도 언급되며, 적층, 전착, 나이프 피복 등을 포함하는 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 미세구조는 기질 중에 형성되고 이어서 연속적으로 상기 두번째 층으로 피복될 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 기질은 두번째 층으로 피복되고, 그 후 상기 기질에 미세구조가 형성될 수도 있다. 또는, 일부 실시에서 상기 미세구조는 두번째 층 그 자체에 형성될 수도 있다.
본 발명은 또한 비교적 저가의 원료로부터 만들어지고, 그것이 사용되고 처분되거나 그렇지 않으면 분석물 시료를 보관하기 위한 저장 장치로서 사용되도록 경제적으로 생산될 수 있는 탈착 기질을 제공한다.
본 발명의 방법 및 장치는 단백질 위치, 상호작용, 구조 및 기능에 대한 연구이며 건강한 생물학적 시료 및 병든 생물학적 시료의 양자에 존재하는 단백질을 동정하고 특징화하고자 하는 단백질 유전 정보학에 사용되는 것을 포함하는 많은 응용분야를 갖는다. 다른 응용으로 DNA 분석, 작은 분자 분석, 자동화된 높은 처리량 질량 분석 및 전기영동, 고정화된 친화력 크로마토그래피 또는 액체 크로마토그래피와 같은 분리 기술과의 조합을 들 수 있다.
본 발명의 추가의 특징 및 장점은 본 발명의 이하의 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백할 것이다. 본 개시의 원리의 상기 요약은 각각의 예시된 구현예 또는 본 개시의 각각의 실시를 기재하고자 함이 아니다. 이하의 상세한 설명이 여기에 개시된 원리를 이용하는 특정 구현예를 더욱 특별하게 예시한다.
본 발명을 이하의 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 매트릭스 2,5-디히드록시-벤조산(DHBA)의 질량 스펙트럼이다.
도 2는 매트릭스 알파 시아노-4-히드록시-신남산(α-CHCA)의 질량 스펙트럼이다.
도 3은 본 발명의 실시에 따라 질량 분석을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 첫번째 미세구조화된 기질의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 두번째 미세구조화된 기질의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 세번째 미세구조화된 기질의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 7는 본 발명에 따라 제조된 네번째 미세구조화된 기질의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 다섯번째 미세구조화된 기질의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 9는 α-CHCA 매트릭스를 갖는 아세트아미노펜의 질량 스펙트럼이다.
도 10은 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 아세트아미노펜 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 11은 α-CHCA 매트릭스를 갖는 아스코르브산의 질량 스펙트럼이다.
도 12는 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 아스코르브산 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 13은 α-CHCA 매트릭스를 갖는 페니실린의 질량 스펙트럼이다.
도 14는 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 페니실린 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 15는 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 클로니딘 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 16은 클로니딘 이탈 Al-피복된 무광 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 17은 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 물질 P 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 18은 물질 P 이탈 Al-피복된 무광 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 19는 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 안지오텐신 II 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 20은 안지오텐신 II 이탈 Al-피복된 무광 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 21은 클로니딘 이탈 Al/H-DLG 피복된 매끈한 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 22는 클로니딘 이탈 Al/H-DLG 피복된 무광 폴리프로필렌(실리콘 벨트 다듬질을 통한)의 질량 스펙트럼이다.
도 23은 클로니딘 이탈 Al/H-DLG 피복된 무광 폴리프로필렌(금속 롤 다듬질을 통한)의 질량 스펙트럼이다.
도 24는 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 Al/H-DLG 피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 25는 물질 P 이탈 Al/H-DLG 피복된 매끈한 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 26은 물질 P 이탈 Al/H-DLG 피복된 무광 폴리프로필렌(실리콘 벨트 다듬질을 통한)의 질량 스펙트럼이다.
도 27은 물질 P 이탈 Al/H-DLG 피복된 무광 폴리프로필렌(금속 롤 다듬질을 통한)의 질량 스펙트럼이다.
도 28은 물질 P 이탈 Al/H-DLG 피복된 PP A 형의 질량 스펙트럼이다.
도 29는 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 피복되지 않은 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 30은 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 브래디키닌 (1000 ng/μL) 이탈 피복되지 않은 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 31은 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 H-DLG 피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 32는 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 Al-피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 33은 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 브래디키닌 [1000 ng/μL] 이탈 Al-피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 34는 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 브래디키닌 [100 ng/μL] 이탈 Al-피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 35는 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 Al/H-DLG 피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 36은 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 할로페리돌 이탈 Al/H-DLG 피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 37은 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 프라조신 이탈 Al/H-DLG 피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 38은 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 브래디키닌 이탈 Al/H-DLG 피복된 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 39는 알루미늄으로 갓 피복된 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 40은 알루미늄으로 피복되고 5 개월 동안 노화된 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 41은 알루미늄으로 갓 피복된 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 프라조신 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 42는 알루미늄으로 피복되고 5 개월 동안 노화된 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 프라조신 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 43은 콜로이드성 흑연으로 피복된 클로니딘 이탈 매끈한 폴리카보네이트의 질량 스펙트럼이다.
도 44는 콜로이드성 흑연으로 피복된 미세구조화된 표면 B 형을 갖는 클로니딘 이탈 폴리카보네이트의 질량 스펙트럼이다.
도 45는 콜로이드성 흑연으로 피복된 안지오텐신 II 이탈 매끈한 폴리카보네이트 필름의 질량 스펙트럼이다.
도 46은 콜로이드성 흑연으로 피복된 미세구조화된 표면 B 형을 갖는 안지오텐신 II 이탈 폴리카보네이트의 질량 스펙트럼이다.
도 47은 콜로이드성 흑연으로 피복된 미세구조화된 표면 B 형을 갖는 클로니딘 이탈 폴리카보네이트의 질량 스펙트럼이다.
도 48은 콜로이드성 흑연으로 피복된 미세구조화된 표면 B 형을 갖는 안지오텐신 II 이탈 폴리카보네이트의 질량 스펙트럼이다.
도 49는 피복을 갖지 않는 미세구조화된 표면 B 형을 갖는 클로니딘 이탈 폴리카보네이트의 질량 스펙트럼이다.
도 50은 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 다양한 분석물 이탈 Al/H-DLG 피복된 폴리프로필렌에 대한 신호/노이즈 대 이온화 모드를 보여주는 표이다.
도 51은 클로니딘 이탈 Al/H-DLG 피복된 구조-내-구조 필름의 질량 스펙트럼이다.
도 52는 브래디키닌 이탈 Al/H-DLG 피복된 구조-내-구조 필름의 질량 스펙트럼이다.
도 53은 CHCA 매트릭스가 10-배 희석된 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 피복되지 않은 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 54는 CHCA 매트릭스가 40-배 희석된 미세구조화된 표면 A 형을 갖는 클로니딘 이탈 피복되지 않은 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 55는 α-CHCA 매트릭스를 갖는, 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 칼믹스(Calmix) I 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼이다.
도 56은 α-CHCA 매트릭스를 갖는, 칼믹스 I 이탈 스텐레스 스틸 판의 질량 스펙트럼이다.
도 57은 α-CHCA 매트릭스를 갖는, 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 칼믹스(Calmix) I 이탈 폴리프로필렌의 확대된 질량 스펙트럼이다.
도 58은 α-CHCA 매트릭스를 갖는, 칼믹스(Calmix) I 이탈 스텐레스 스틸 판의 확대된 질량 스펙트럼이다.
본 발명의 원리는 다양한 수정 및 대체 형태가 가능하지만, 그 구체적인 내용을 예로서 도면에 나타내고 이후에 상세하게 설명할 것이다. 그러나, 본 발명을 기재된 특정 구현예에 국한하고자 함이 아님이 이해되어야 한다. 반대로, 본 개시의 정신과 범위 및 청구범위 내에 해당하는 모든 수정, 동등물 및 대체물을 포함하고자 한다.
A. 일반적 구성
본 발명은 각종 조성물의 분석, 특히 시료의 고-에너지 탈착/이온화를 이용하는 분석을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 질량 분석을 위한 시료의 레이저 탈착 및 이온화가 본 발명의 적합한 응용분야이다. 본 발명은 탈착 기질로서, 마이크로- 및 나노-구조화된 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트 필름과 같은 미세구조화된 기질을 사용한다. 이러한 구조화된 기질은 그들의 시료 수용 표면 위에 피복된, 금속, 금속 산화물 및 합금을 포함하는 무기 피복, 및 흑연, 실리콘, 실란 유도체, 다이아몬드 같은 유리(DLG) 및 파릴렌을 포함하는 유기(탄소 함유) 피복과 같은 비휘발성 층을 갖는 필름을 포함할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 기질은 전형적으로, 비-구조화된 기질에 비하여 더 효과적으로 시료의 탈착을 촉진하도록 하는 방식으로 구조화된다. 구조화된 기질은 절단이 없이 유용한 탈착 및 이온화를 이루거나, 촉진하거나 향상시키도록 작용한다. 예를 들면 작은 분자가 분석되는 경우와 같은 일부 실시에서, 본 발명의 방법은 매트릭스로 인하여 신호를 복잡하게 하지 않고 분석을 제공할 뿐만 아니라, 종래의 방법 및 장치에 비하여 월등한 성능(예를 들면 높은 신호/노이즈 값으로 분명하듯이)을 획득할 수 있다. 표면 구조 및 위상 기하학, 피복 조성물, 기질 재료 및 본 발명의 다른 국면을 포함하는 본 발명의 다양한 국면을 이제 더 상세히 기술한다.
B. 미세구조화된 표면
본 발명에 따라 제조된 기질은 전형적으로 미세구조화된 표면을 가지며, 어떤 경우에는 미세구조화된 또는 나노구조화된 표면을 갖는다. 본 발명의 목적을 위해 미세구조화된 필름은 적어도 하나의 표면 위에 바람직한 표면 지형학(즉, 비-평면인)을 갖는 것들이다. 미세구조는 형태의 적어도 두 디멘션이, 그 전체로서 여기에 참고문헌으로 도입되는 미국 특허 출원 공개 US 2001/0051264 A1에 기재된 바와 같이 현미경적인 형태의 배열을 포함한다. 이러한 맥락에서, "현미경적"이란 그들의 형태를 결정하기 위해 육안에 광학적 보조구를 필요로 할 만큼 충분히 작은 형태를 의미한다.
일부 실시에서, 미세구조화된 필름은 본 발명의 목적을 위해 가능한 3 개의 디멘션의 적어도 둘(필름의 평면 내/외, 및 필름의 평면을 따라서 각 방향에서)이 200 미크론 이하의 범위인 물리적 형태 크기를 갖는 것들로 정의될 수 있다. 이러한 일반적인 지침 내에서, 본 발명의 필름은 바람직한 특징적 크기(임의의 디멘션을 따라 측정된 길이와 같은) 및 형태 밀도(필름 표면의 단위 면적 당 형태의 수)를 갖는 표면 특징을 나타내는 것으로 더욱 구체적으로 특징화될 수 있다. 이러한 맥락에서 형태는 편평한 평탄면으로부터의 이탈 또는 편향을 나타내는 임의의 것일 수 있다. 형태는 돌출되는 것들(예를 들면, 작은 혹, 기둥, 덩어리, 봉우리), 또는 우묵한 것들(예를 들면, 구멍, 파인 곳, 틈, 균열)을 포함할 수 있다. 상기 미세구조화된 표면은 또한 돌출하는 형태 및 우묵한 형태(예를 들면, 홈과 봉우리, 돌출하는 및 우묵한 피라미드형)의 조합을 가질 수 있다. 봉우리, 홈 또는 교차 평면의 경우, "형태"는 그러한 봉우리, 홈 또는 평면의 모서리 또는 교선일 수 있다.
형태는 3 차원 모두에서 그 특징적 길이(즉, 필름의 평면 내부 및 외부, 및 필름의 평면을 따라 각각의 수직 방향에서)가 유사한 것일 수 있다. 반대로, 형태는 하나 이상의 방향에서 특징적 길이가 다른 방향에서보다 어느 정도 더 길거나 심지어는 훨씬 더 길 수도 있다(예를 들면, 봉우리 또는 홈과 같은 형태의 경우).
본 발명의 어떤 실시에서, 미세구조화된 형태는 하나 이상의 방향에서 200 미크론의 최대 특징적 길이를 갖는 것들을 포함한다. 어떤 실시에서, 상기 최대 특징적 길이는 50 미크론인 한편, 또다른 실시에서, 상기 특징적 길이는 10 미크론 미만이다. 어떤 실시에서 상기 미세구조화된 필름은 하나 이상의 방향에서 1 나노미터의 최소 특징적 길이를 갖는 것들을 포함한다. 다른 실시에서 상기 최소 특징적 길이는 10 나노미터인 한편, 또다른 실시에서 상기 최소 특징적 길이는 100 나노미터이다. 또한, 어떤 실시에서, 바람직한 미세구조화된 형태 밀도는 필름 1 평방 mm 당 100 개 이상의 형태의 범위인 것들이다. 더욱 바람직한 것은 1 평방 mm 당 1000 보다 큰 밀도로 형태를 갖는 것들이다. 가장 바람직한 것은 1 평방 mm 당 10000 보다 큰 밀도로 형태를 갖는 것들이다.
본 발명에 따라 미세구조화된 기질의 예를 도 4, 5, 6, 7 및 8의 주사 전자 현미경 사진에서 나타낸다. A 형으로 명명된 첫번째 구조는 도 4에 나타내며, 수백 나노미터 내지 수 미크론의 크기 범위인 형태를 나타낸다. B 형이라 칭하는 두번째 구조는 수 미크론의 크기 범위인 형태를 나타내고 도 5에 나타낸다. 도 6에 나타낸 세번째 구조는 수백 나노미터 내지 수 미크론의 크기 범위인 형태를 나타내는 소위 무광 마무리 폴리프로필렌 필름이다. 도 7에 나타낸 네번째 구조는 수 미크론의 크기 범위인 형태를 나타내는 또다른 무광 마무리 폴리프로필렌 필름이다.
보다 작은 규모의 형태는 예를 들면 도 8에 나타낸 바와 같이 보다 큰 규모의 형태 위에 겹쳐질 수 있다. 미세한 및 큰 규모의 형태는 둘 다 향상된 탈착을 위해 작용할 수 있고, 어떤 경우에 상기 미세한 및 큰 규모의 형태는 상이한 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 보다 큰 규모의 형태는 시료 배치를 위한 특정 면적을 구별하는 역할을 하거나, 부착된 시료를 원하는 영역 내에 국한시키는 물리적 장벽으로서의 역할을 하거나, 필름에 더 큰 강도 및 강성을 부여하기 위한 보강 리브(rib)로서 작용할 수 있다.
상기 형태는 도 8의 구조에서와 같이 규칙적인 반복의 원칙으로 존재하거나, 도 4, 5, 6 및 7의 구조에서와 같이 "랜덤"일 수 있다. 상기 형태는 필름의 전체 면적에 걸쳐 존재하거나 시료가 부착되는 영역에만 존재할 수 있다.
본 발명의 미세구조화된 필름은 전형적으로, 형성가능한 전구체(액체와 같은)를 원하는 구조의 음각 위상 기하학(반대)을 갖는 금형과 접촉하도록 놓은 다음, 상기 전구체를 원하는 구조를 갖는 고형 필름으로 고체화시킴으로써 제조된다. 그러한 방법의 하나는 금형과 접촉하는 동안 냉각되어 고체화되는 용융된 플라스틱의 형태인 필름 전구체를 제공하는 것이다. 상기 압출/엠보싱 방법은 일부 종래의 기질에 비하여 오염될 우려 및 불리한 부산물이 생길 우려가 적은 재료의 사용을 가능하게 한다. 또다른 선택의 방법은 현존하는 필름을 사용하여, 이를 연화점까지 가열하고, 이를 금형과 접촉시키고, 냉각(엠보싱)되도록 두는 것이다. 또다른 방법은 현존하는 필름을 금형과 접촉시키고 상기 필름 표면을 압력(캘린더링)을 이용하여 금형에 맞추는 것이다. 또다른 선택의 방법은 경화가능한, 중합가능한 또는 가교가능한 분자로 구성된 액체 시럽의 형태인 필름 전구체를 제공한 다음, 이를 금형과 접촉시키면서 경화시키는 것이다.
원하는 특징적 길이 및 밀도의 형태를 갖는 필름이 제조될 수 있고, 상기 형태는 사용되는 금형에 의해 결정된다. 압출 엠보싱에서, 금형은 전형적으로 실린더(롤) 또는 벨트의 형태이다. 다양한 지형학을 갖는 실린더 또는 벨트를 사용하는 것이 다양한 미세구조를 갖는 필름을 제공할 수 있다. 예를 들면, 용융된 중합체를 극히 매끈한 표면(압출에 통상적으로 사용되는 광택낸 금속 롤과 같은) 상에 압출하는 것은 일반적으로 본 발명의 목적을 위해 매끈하고, 광택이 있으며 실질적으로 형태가 없고 비구조화된 필름의 결과를 가져올 것이다. 그것을 극히 매끈하게 만들기 위한 특별한 표면 개질을 갖지 않는 금형 상에 압출하는 것은 상기 매끈한 필름에 비하여 미세구조화된 지형학을 갖는 필름을 제공할 것이다. 그러한 필름은 어떤 분석물 탈착의 경우에는 장점을 제공할 수 있다.
거친 금형(예를 들면, 천 또는 직물이 덮인 롤), 또는 의도적으로 거칠게하는 처리가 된 금형(예를 들면 모래분사된, 마모된, 에칭된 등의 롤이나 벨트) 상에 압출하는 것 또한 매끈한 필름에 비하여 더욱 미세구조화된 지형학을 갖는 필름을 제공할 것이다. 본 응용을 위해 특수하게 제작된 필름을 제공하기 위해 고안된 금형 상에 압출하는 것은 형태 특징적 길이 및 형태 밀도의 가장 유리한 조합을 갖는 미세구조화된 지형학을 제공할 것이다. 그러한 금형은 물리적 마모, 구멍 뚫기, 화학적 분마, 석판술, 레이저 삭마, 플라스마 처리, 새기기, 화학적 에칭, 반응성 이온 에칭, 화학적 증착, 물리적 증착 및 전기화학적 침착을 포함하는 광범하게 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 그러한 필름은 도 4 및 5의 구조에 의해 예시되며, 실시예에서 더욱 상세하게 기재하는 바와 같이 광범하게 다양한 분석물을 위해 일반적으로 가장 유용하다.
또다른 선택의 실시에서는, 원하는 형태를 제조하기 위해 매끈하고 형태없는 필름을 가공한다. 예를 들면, 매끈한 필름을 예를 들면 엠보싱, 모래분사, 레이저 삭마, 코로나 처리, 플라스마 처리 또는 화염 처리에 의해 마모 또는 개질시켜 형태를 부여할 수 있다. 어떤 경우에는, 상기 매끈한 필름을 피복한 다음, 구조 형성 공정이 상기 피복된 층을 손상하거나 나쁜 영향을 주지 않는 한도 내에서 원하는 구조를 형성하도록 (예를 들면 엠보싱 또는 캘린더링에 의해) 처리할 수 있다.
또다른 실시에서는, 기질을 그 자체가 본 발명에 유용한 형태를 형성하는 피복으로 피복하는 것도 가능하다. 예를 들면, 알루미늄 층은 매끈한 층으로서 보다는 작은 혹 또는 과립의 형태로 부착될 것이다. 또한, 형태(예를 들면 실리카 또는 기타 미립자 피복)를 제공하도록 작용하는 피복을 필름에 적용한 다음 그 형태 위에 실질적으로 비휘발성인 피복을 적용하는 것도 가능하다.
C. 피복
본 발명의 미세구조화된 필름은 향상된 탈착을 제공하기 위해 미세구조화된 필름의 위에 적용된 하나 이상의 피복과 조합되어 유리하게 사용될 수 있다. 피복은 또한 다른 목적으로도 사용될 수 있다; 예를 들면, 피복은 보호 또는 내마모성 장벽을 제공할 수 있다.
본 발명에 따라 유용한 피복은 예를 들면 알루미늄, 금, 은, 니켈, 티탄, 팔라듐 및 플라티늄과 같은 금속; 예를 들면 이산화 티탄, 산화 실리콘 및 산화 지르콘과 같은 금속 산화물, 및 인코넬 또는 인듐 주석 산화물과 같은 금속의 합금 또는 금속 산화물 등의 무기 재료를 포함한다. 다른 유용한 피복은 흑연, 카본 블랙, 미국 특허 제 6,265,068 호에 기재된 바와 같은 다이아몬드-같은 탄소(DLC)라 일컬어지는 재료의 종류, 및 여기에 참고문헌으로 도입되는 발명의 명칭이 다이아몬드-같은 유리 박막인 PCT 공개 WO 0166820에 기재된 바와 같은 다이아몬드-같은 유리(DLG), 실란 및 실란 유도체 및 파릴렌과 같은 유기 재료를 포함한다. 피복은 성질 상 정각(파릴렌 및 DLG의 경우에서와 같이)이거나 미립자(흑연과 같은)일 수 있다.
그러한 표면 피복은 레이저 탈착의 경우에 사용되는 조건 하에 일반적으로 비휘발성이다. 즉, 상기 피복은 무시할만한 휘발성을 나타내거나, 휘발되는 실체의 분자량이 너무 낮아서(예를 들면, 흑연으로부터 방출될 수 있는 탄소 클러스터, 또는 알루미늄으로부터 방출될 수 있는 알루미늄 이온) 측정되는 분석물과 간섭하지 않는다. 이와 관련하여, 피복은 통상의 매트릭스로부터 구별된다. 매트릭스 물질은 그들이 주위 조건 하에 낮은 증발 및 승화 속도를 갖는다는 점에서 전형적으로 "비휘발성"으로 생각되지만, 실제 레이저 탈착 공정에서는 상당한 정도로 휘발되며, 상기 휘발되는 화학종은 상기 분석물 신호와 간섭하거나 이를 모호하게 할 수 있는 분자량을 갖는다.
이러한 휘발성의 근본적인 차이는 본 발명의 피복이 많은 분자 길이에 걸쳐 결합된 상호연결성을 갖는 대-규모 그물망의 형태로 전형적으로 존재한다는 사실로부터 부분적으로 기인한다. 상기 결합된 연결성은 필름의 표면을 따라서 한 방향 또는 양 방향에서, 및/또는 필름에 수직하여 존재할 수 있다. 예를 들면, 흑연 입자가 수 미크론에 이르는 거리에 걸쳐 공유 결합으로 연결된 수백만의 탄소 원자로 구성된 흑연 피복을 사용할 수 있다. 그렇지 않으면, 수 미크론 및/또는 심지어는 수 밀리미터에 이르는 거리에 걸쳐 금속 결합으로 연결된 수백만의 금속 원자로 구성된 금속 피복이 사용될 수도 있다. 반대로, 매트릭스는 화학 결합에 의해 연결되지 않은 개별 분자로 구성된 결정으로서; 또는 기질의 표면 위 부착 부위에 개별적으로 속박되어 있고 서로 간에 화학 결합으로 연결되어 있지는 않은 분자로서 전형적으로 적용된다.
피복은 증기 피복, 스퍼터 피복, 플라스마 피복, 진공 승화, 화학적 증착, 음극 호 증착 등을 포함하는 다양한 방법에 의해 상기 미세구조화된 필름에 적용될 수 있다. 상기 방법은 금속 및 금속 산화물의 피복에 특히 적합하다. 흑연과 같은 피복은 흑연을 분산액으로 수득하고, 이를 액체 피복을 위해 공지된 임의의 방법(나이프 피복, 분무 피복, 침지 피복, 스핀 피복 등)에 의해 기질 상에 적용함으로써 가장 쉽게 적용된다.
전체 미세구조화된 표면에 걸친 연속적 피복과는 반대되는 비연속적 방식으로 피복을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 피복은 반점과 같은 비연속적 위치에 제공될 수 있다. 다층 피복의 경우, 특별한 경우의 필요에 따라 하나의 피복은 비연속적인 한편, 다른 것은 연속적일 수 있다. 비연속적 피복은 여러가지 기능을 할 수 있다. 예를 들면, 이는 분석물 시료가 부착되는 특정 면적을 구별하고, 이어서 일단 시료를 가진 필름이 질량 분석기에 놓여질 때 그 면적이 위치할 수 있도록 하는 역할을 한다. 미세구조화된 필름의 표면 에너지의 불연속성을 제공하여 원하는 면적 내에 부착된 분석물 시료를 유리하게 보유하고 바람직하지 못하게 넓은 면적에 걸쳐 시료가 전달되거나 퍼지는 것을 방지하는 피복도 사용될 수 있다.
그러한 피복은 임의의 수의 방법에 의해 비연속적 방식으로 적용될 수 있다. 상기 피복이 증기 피복에 의해 적용될 경우, 천공된 스크린 또는 필름과 같은 마스크가 마스크에 의해 정의된 면적으로 피복을 제한하도록 사용될 수 있다. 다층의, 기록된 비연속 피복(예를 들면 겹쳐진 다층 피복을 포함하는 반점)을 갖는 것이 바람직한 경우에는, 상기 층들이 기록에서 겹쳐지도록 상이한 층의 피복 도중에 마스크를 필름에 (예를 들면 접착제에 의해) 부착시킬 수 있다. 다음, 최종 피복 공정 후 마스크를 제거한다. 다른 선택의 구현예에서는, 천공된 마스크 자체를 필름 상에 유지시킬 수 있는데, 이 경우, 마스크는 웰에 놓여진 분석물 미세방울을 보유하도록 하는 웰을 제공하는 역할을 할 것이다. 피복을 정의함에 있어서 임의의 역할과는 독립적으로 상기 목적을 위해 천공된 층을 제공하는 것도 가능하다. 흑연과 같은 피복의 경우, 그라비어 피복과 같은 공지의 액체 피복 방법을 사용하여 흑연을 비연속적 방식으로 침착시킬 수 있다.
D. 기질 재료
본 발명은 미세구조화된 표면의 형성 또는 생성이 쉬운 기질 재료에 의존한다. 다양한 재료가 본 발명에 따르는 기질로서 사용하기 적합하다. 여기에 기재된 성질을 갖는 비-중합체성 재료도 사용될 수 있지만, 일반적으로 기질은 중합체성 재료이다. 기질은 전형적으로 비-다공성 또는 실질적으로 비-다공성이다.
본 발명의 미세구조화된 필름은, 현재 입수가능한 다공성 재료(예를 들면, DIOS 칩)에 비하여, 그러한 다공성 재료는 보관 또는 사용 도중 대기로부터 불순물의 흡수를 통해 오염되기 쉬운 것으로 알려진 점에서, 장점을 갖는다. 반대로, 미세구조화된 재료는 그들이 전형적으로 비다공성이므로, 일부 실시에서 그러한 오염에 대한 우려가 적다.
광범하게 다양한 중합체성 재료가 본 발명에 유용하다. 이들은 열가소성 재료(폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 폴리올레핀 등) 및 열경화 (경화가능한) 재료를 포함한다. 적합한 재료는 결정성, 반-결정성, 무정형 또는 유리질 중합체를 포함한다. 공중합체도 사용될 수 있다.
상기 중합체는 충진재가 분석물의 향상된 탈착을 실질적으로 방해하지 않는 한, 충진 또는 개질될 수 있다. 다양한 기능 및 성질을 부여하는 광범하게 다양한 충진재 및 첨가제가 사용가능하다. 이들은 예를 들면 강도 및/또는 탄성율을 증가시키는 충진재, 증가된 항산화성, 증가된 열 안정성 또는 증가된 UV 안정성을 제공하는 첨가제, 가공 첨가제(예를 들면 향상된 압출 성질을 부여하기 위한), 안료 및 착색제 등을 포함한다.
따라서 본 발명에 사용되는 중합체성 재료는 광범한 물리적, 화학적, 광학적, 전기적 및 열적 성질을 갖도록 맞추어질 수 있다.
E. 장치 조립 및 형태
본 발명은, 특히 질량 분석에서 향상된 탈착을 위해 유용한 구조, 및 선택적인 피복을 갖는 기질을 포함한다. 전형적인 사용에서, 필름은 질량 분석 기기 내에 삽입하기 위한 표준의 금속 판에 부착된다. 이와 같이, 본 발명의 다수의 유용한 구현예가 존재한다. 금속 판에 대한 부착을 용이하게 하도록 배면(미세구조화되지 않은)에 적용된 접착제의 층을 갖는 필름을 제공하는 것이 유리하다. 접착제는 적층 접착제 또는 양면 테이프일 수 있다. 적층 접착제는, 이형 라이너가 접착제의 바닥에 놓인 상태를 유지하면서, 미세구조화된 필름의 아래면에 부착될 수 있다. 사용자는 그 후 이형 라이너를 단순히 제거하여 상기 필름을 접착제를 이용하여 판에 직접 부착시킬 수 있다. 그렇지 않으면, 나중에 사용자가 접착제를 금속 판에 적용하고, 라이너를 제거하고, 미세구조화된 필름을 상기 접착제 위에 부착시킬 수 있도록, 별도 조각의 적층 접착제를 사용자에게 공급할 수 있다.
접착제는 상기 미세구조화된 기질을 오염시킬 수 있는 임의의 불순물을 보유하거나 생성하지 않도록 주의 깊게 선택되어야 한다. 뿐만 아니라, 어떤 경우에 상기 접착제는 전기 전도성인 것이 바람직할 수도 있다. 그러한 전도성 접착제는 예를 들면 3M (Maplewood, Minnesota 소재)의 제품인 전도성 접착제 9713과 같이 쉽게 입수가능하다. 상기 접착제는 그것이 미세구조화된 필름의 아래면에 영구적으로 부착되도록; 그렇지 않으면, 제거가능하도록 선택될 수 있다.
전형적으로, 선택적으로 그 아래에 접착제가 부착된 상기 미세구조화된 필름은 소비자에게 전달되도록 포장될 것이다. 상기포장은 상기 필름을 보호하고 필름에 불순물의 오염을 주도록 작용하지 않는 임의의 수단으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 필름은 플라스틱 백 또는 플라스틱 용기에 포장될 수 있다. 추가의 보호적 수단으로, 필름의 상부 (미세구조화된) 표면 위에 보호 라이너가 놓일 수도 있다.
또다른 구현예에서는, 필름 시료를 쉽게 확인하고 보관을 위한 목록을 만들 수 있도록 상기 미세구조화된 필름에 바코드 표지를 적용한다. 그러한 경우, 바코드의 배치를 위해 작업 면적(즉, 시료가 부착되는 면적) 외부에 면적이 제공될 수 있다.
F. 시료 준비 및 기질의 사용방법
본 발명은 질량 분석에 특히 적합하다. 기질 상에 부착된 분석물 반점에 짧은 레이저 펄스로 충격을 주어 시료를 탈착 및 이온화시킨다. 이온이 형성되고, 이어서 검출기에 도달하기 전에 하나 이상의 전기장에 의해 가속화된다. 검출기에 도달하는 데 걸리는 시간, 또는 입자가 충돌하는 검출기 상의 위치가 입자의 질량을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
이동-시간(Time-of-flight, TOF) 분석이 사용가능한 하나의 질량 분석법이다. 도 3은 이동 시간 설정의 개략도이다. 10,000 Da 아래의 분자의 경우, 검출기에 도달하는 이온의 운동 에너지 분포를 밀집시키기 위해 리플렉트론 모드가 사용된다. 이 방법은 질량 분석의 해상도를 증가시키기 위해 개발되었고 주로 10,000 Da 아래의 분자에 대하여 사용된다. 더 높은 해상도는 감도의 하락 및 제한된 질량 범위의 결과를 가져 온다.
G. 실시예
본 발명은 이하의 실시예에 의해 더 잘 이해될 수 있다.
이들 실시예의 경우, 기질은 중합체 용융 가공 방법을 이용하여 제조되었다. 도 4의 "A 형" 위상 기하학을 갖는 플라스틱 필름은 구조를 갖는 실리콘 벨트 기구 상에 엑손(Exxon) 폴리프로필렌 3445를 압출함으로써 제조되었다. 상기 실리콘 벨트 기구는 스핀 성형에 의해 액체 실리콘을 금속 기구와 접촉하게 위치시키고 상기 실리콘을 고체화함으로써 제조되었다. 금속 기구는 여기에 참고문헌으로 도입되는 국제 특허 공개 WO 01/68940에 기재된 바와 같이 증착에 의해 제조되었다. 상기 중합체는 400°F의 용융 온도에서 압출되었고, 상기 기구 온도 조정은 125°F에서 고정되었다. 니프 압력은 20 psi에서 고정되었고, 라인 속도는 5 fpm으로 고정되었다. 상기 폴리프로필렌은 그것이 냉각되었을 때 상기 기구로부터 제거되었다. 폴리프로필렌 압출물은 상기 기구를 복제하여, 특징적 디멘션이 수백 나노미터에서 수 미크론의 범위인 랜덤의 형태를 갖는 표면의 결과를 가져온다.
도 5의 "B 형" 위상 기하학을 갖는 플라스틱 필름은 압축 성형에 의해 제조되었다. 마크롤론(Makrolon) 2407 폴리카보네이트(Bayer AG의 제품)의 0.014" 두께 필름 조각을 편평한 광택낸 금속 프레스 판과 구조를 갖는 금속 기구의 사이에 놓았다. 상기 금속 기구는 편평한 금속 표면 상에 금속을 전기화학적으로 침착시킴으로써 제조되었다. 상기 기구, 필름 및 프레스 판의 쌓인 것을 와바쉬(Wabash) 압축 성형기 내에 넣었다. 압출 성형기의 압반은 190℃로 고정되었고, 시료 상에 50 psi의 압력을 이루도록 상기 압반을 폐쇄하였다. 시료를 상기 조건에서 2 분 동안 압축한 다음, 시료 상에 압력을 200 psi로 증가시켰다. 상기 조건을 3 분 동안 유지시킨 다음, 시스템을 냉각시켰다. 상기 압반이 80℃에 도달할 때까지 시료는 200 psi의 압축 성형기 내에 유지되었고, 이 때 압력을 이완하고 시료를 꺼내었다. 상기 폴리카보네이트 필름의 형태 특징적 디멘션은 수 미크론의 범위에 있었다.
무광 마무리(도 6)를 갖는 필름은, 전술한 A 형 패턴을 생성하기 위해 사용된 것과 같은 조건 하에, 엑손 폴리프로필렌 3445를 무광 마무리 실리콘 벨트 상에 압출시킴으로써 제조되었다. 상기 무광 마무리 폴리프로필렌은 수백 나노미터에서 수 미크론의 범위에 있는 특징적 디멘션을 갖는 형태를 나타내었다. 상기 형태는 일반적으로 A 형 구조의 것에 비하여 현저하지 않았으며 잘 정의되지 않았다.
전형적인 폴리프로필렌 압출 조건 하에 광택내지 않은 무광 마무리 금속 롤 위에 폴리프로필렌을 압출함으로써 또다른 무광 마무리 필름(도 7)을 제조하였다. 상기 필름은 일반적으로 수 미크론 범위에 있는 특징적 디멘션을 갖는 형태를 나타내었고, 그 형태 밀도는 일반적으로 A 형 구조의 것보다 낮았다.
다우 케미칼(Dow Chemical) 7C50 고 충격 폴리프로필렌 공중합체를 원하는 구조의 음각 형태를 갖는 금속 기구 롤 위에 압출시켜, 규칙적인, 랜덤하지 않은 구조-내-구조 형태를 갖는 필름(도 8)을 제조하였다. 상기 공중합체 수지는 480°F에서 고정된 다이 온도로 킬리온(Killion) 단일 나사 1.25" 압출기를 이용하여 압출되었다. 용융된 수지가 다이를 빠져 나와 압력 하에 폐쇄된 두 개의 니프 롤러 사이로 당겨진다. 하나의 롤은 고무 피복된 안감 롤이고 다른 하나는 미세구조화된 패턴을 갖는 금속 도구 롤이었다. 안감 롤은 100°F에서 유지되었고 도구 롤은 230°F에서 유지되었다. 웹 속도는 약 9.8 내지 12.1 피트/분 사이였다.
금속 도구 롤은 4 세트의 홈으로 새겨졌다. 서로에 대하여 수직이고 이후주요 홈이라고 칭하는 두 세트의 평행한 홈이 존재하였다. 상기 두 수직인 세트의 나선형 홈은 롤 축에 대하여 약 45°의 각으로 진행되며 약 60 마이크로미터(미크론 또는 μm)의 깊이, 바닥에서 약 18 μm의 폭 및 상단에서 약 34 μm의 폭을 가지며 약 250 μm 떨어져 위치하였다. 세번째 세트의 홈들은 롤 축에 대하여 약 90°의 각으로 진행되며, 약 2 내지 약 4 마이크로미터(미크론, 또는 μm)의 깊이, 바닥에서 약 5 μm, 상단에서 약 7 μm의 폭을 가졌고, 약 25 μm 떨어져 위치하였다. 네번째 세트의 홈들은 롤 축에 대하여 평행한 방향으로 진행되며, 약 5 마이크로미터(미크론, 또는 μm)의 깊이, 바닥에서 약 5 μm, 상단에서 약 7 μm의 폭을 가졌고, 약 25 μm 떨어져 위치하였다. 상기 세번째 및 네번째 세트의 홈들을 통틀어 부수적 홈이라 칭한다.
엠보싱 도중, 용융된 폴리프로필렌 수지를 상기 홈 구조에 충진하고 고체화하여, 전술한 홈의 음각인 형태를 갖는 미세구조화된 필름이 형성되도록 하였다. 즉, 필름은 여기에 참고문헌으로 도입되는 미국 특허 서류 번호 57837US02 및 57838US02에 개시된 것과 같은 도 11에 나타내듯이, 수직 봉우리의 보다 큰 규모의 격자 내에 겹쳐진 수직 봉우리의 보다 작은 규모의 격자를 나타내었다.
폴리프로필렌을 전술한 A 형 패턴을 제조하기 위해 사용된 것과 같은 압출 조건 하에 광택낸 금속 롤 위에 압출함으로써, 매끈한 표면 마무리를 갖는 비구조화된 폴리프로필렌 필름을 제조하였다. 표면은 일반적으로 편평하고 형태가 없었다.
표준의 폴리카보네이트 압출 조건 하에 폴리카보네이트를 광택낸 금속 롤 위에 압출함으로써 매끈한 표면 마무리를 갖는 비구조화된 폴리카보네이트 필름을 제조하였다. 표면은 일반적으로 편평하고 형태가 없었다.
NRC 3115 벨 자(Bell Jar)를 이용하여 금속 및 금속 산화물 피복을 필름에 적용하였다. 알루미늄의 경우, 침착 두께는 약 950 Å이었다. DLG(다이아몬드 같은 유리)는 PCT 공개 WO 0166820에 기재된 방법에 따라, 플라스마-열(Plasma-Therm) 증기 피복기를 이용하여 적용되었다. DLG 피복 두께는 약 1100 Å이었다. 어떤 경우에 DLG 피복은 같은 참고문헌에 기재된 바와 같이 친수성을 부여하기 위해 후처리되었다(H-DLG로 표시됨). 어떤 경우에 두 피복은 모두 연속적이었으며, 다른 경우에는, 피복의 하나 또는 양자는 피복 공정 도중 마스크를 사용함으로써 불연속적인 면적(예를 들면, 반점으로)으로 침착되었다. 마스크는 면적이 제거된 금속 포일, 또는 마찬가지로 면적이 제거된 중합체 필름이었다. 어떤 경우에, 상기 마스크는, 특히 불연속적 면적에 겹쳐지고 맞추어진 피복을 부착하고자 할 경우에, 접착제를 이용하여 미세구조화된 필름에 접착되었다. 구체적인 피복 패턴은 특정 실시예에 기재한다. 마스크는 피복 후 제거되었다.
모든 질량 분석 실험은 어플라이드 바이오시스템즈(Applied Biosystems, Framingham, MA) 보이저(Voyager)-DE STR 이동-시간(time-of-flight) 질량 분석기 상에서 수행되었다. 필름을 양면 접착 테이프를 이용하여 시판되는 금속 MALDI 판에 부착하였다. 3 Hz의 펄스 진동수를 갖는 펄스화된 337 nm 질소 레이저를 사용하였고, 레이저 강도는 문턱 값에서 고정되었다. 이하의 표에 주요 기기 변수를 요약한다.
극성 분명함 (명시된 경우를 제외하고)
작동 방식 반사기
추출 방식 지연된
가속화 전압 작은 분자의 경우 18,000-20,000 V; 펩티드의 경우 20,000-24,000 V
격자 전압 76% - 87.5%
추출 지연 시간 150 nsec
레이저 촬영의 수 150 회 촬영/스펙트럼
질량 분석 데이터는 데이터 익스플로러(Data ExplorerTM) 4.0 버전을 이용하여 가공되었다. 해상도(R) 및 신호/노이즈(S/N)를 측정하기 전에, 0.7의 관련 인자를 갖는 "노이즈 필터/평활" 기능을 모든 스펙트럼에 적용하였다.
실시예 1
본 실시예는 화학적 매트릭스의 존재 및 부재 하에 미세구조화된 기질의 사용을 예시한다.
A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌 필름(이후 PP A 형이라 함)을 전술한 바와 같이 제조하였다. 1.19 mm 직경 구멍의 10 x 10 격자 배열을 갖는 금속 마스크를 리마운트(ReMountTM) 제거가능한 분무 접착제를 이용하여 필름의 미세구조화된 면에 접착시켰다. 다음, 상기 필름을 전술한 바와 같이 알루미늄으로 증기 피복한 후, 상기 금속 마스크를 제거하였다. 따라서 수득되는 필름은 1.19 mm 직경의 알루미늄 반점을 포함하였다. (알루미늄으로 피복된 PP A 형은 이후 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 폴리프로필렌이라 한다.)
세 가지 통상의 의약 화합물 0.1 mg으로 분석용 시료를 제조하였다: 아세트아미노펜 (151.17 Da), 아스코르브산 (176.12 Da) 및 페니실린 (389 Da). 상기 의약 화합물을 1:1:0.001의 메탄올/물/트리플루오로아세트산 용액 1.0 ml에 용해시켰다. 각 분석물 용액의 0.5 μL 부피를 상기 필름 상의 알루미늄-피복된 반점의 하나 위에 직접 피펫으로 옮겼다. 0.5 μL의 매트릭스 알파 시아노-4-히드록시-신남산(α-CHCA)을 첨가하거나 첨가하지 않고 분석물 시료를 적용하였다. 상기 시료를 약 15 분 동안 공기 건조되도록 방치하였다.
도 9는 α-CHCA 매트릭스를 첨가한 아세트아미노펜의 질량 스펙트럼을 보여준다. 매트릭스 신호가 검출기를 포화시켜 분석물 피크를 볼 수 없다. 도 10은 매트릭스 없이, 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 아세트아미노펜 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼을 보여준다. m/z 174.53 및 m/z 190.54에서의 나트륨 및 칼륨 첨가생성물과 함께 분자 이온을 m/z 152.51에서 확실하게 볼 수 있다. 스펙트럼은 실질적으로 노이즈가 없어, 상기 분석물이 쉽게 확인될 수 있게 한다.
도 11은 α-CHCA 매트릭스가 첨가된 아스코르브산의 질량 스펙트럼을 보여준다. 역시, 매트릭스 신호가 검출기를 포화시켜 분석물 피크를 볼 수 없다. 도 12는 매트릭스 없이, 미세구조화된 표면 A 형 및 알루미늄 필름을 갖는 아스코르브산 이탈 폴리프로필렌의 질량 스펙트럼을 보여준다. m/z 199.53 및 m/z 215.57에서의 나트륨 및 칼륨 첨가생성물과 함께 분자 이온을 m/z 177.53에서 확실하게 볼 수 있다. 본 방법은 또한 높은 해상도를 허용하여 분자의 동위체를 볼 수 있게 한다.
도 13은 α-CHCA 매트릭스를 갖는 페니실린의 질량 스펙트럼을 보여준다. 분자 이온은 m/z 390.03에서 나타나지만 매트릭스 노이즈의 가운데서 확인하기가 어렵다. 도 14는 매트릭스 없는 페니실린 이탈 PP A 형-Al의 질량 스펙트럼을 보여준다. 매트릭스와 함께 수득된 스펙트럼의 것보다 40 배 이상의 신호/노이즈 비를 가지고 분자 이온을 m/z 389.93에서 쉽게 알아 볼 수 있다.
실시예 2
본 실시예는 알루미늄으로 피복된, A 형 구조 및 무광 마무리 구조를 갖는 폴리프로필렌의 사용을 예시한다.
무광 마무리 폴리프로필렌은 전술한 바와 같은 무광 마무리 금속 롤에 대하여 폴리프로필렌 수지를 압출시킴으로써 수득되었다. A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌은 전술한 바와 같이 수득되었다. 두 필름을 모두 전술한 바와 같이 알루미늄의 연속 층으로 피복하였다.
1종의 작은 분자인 클로니딘(266.6 Da)과 2종의 펩티드인 물질 P(1347.6 Da) 및 안지오텐신 II(1046.2 Da)는 시그마 케미칼 사(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO)로부터 입수되었고 더 이상의 정제 없이 사용되었다. 상기 작은 분자의 경우, 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 아세토니트릴/물 중 각 분석물 100 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다. 각 펩티드의 경우, 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 메탄올/물 중 각 분석물 1000 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다. 0.5 μL-3.0 μL 부피의 분석물을 상기 필름 위에 직접 피펫으로 옮긴 다음, 약 15 분 동안 실온에서 건조시켰다.
도 15는 A 형 구조를 갖는 클로니딘 이탈 폴리프로필렌의 스펙트럼을 보여주고; 도 16은 무광 마무리 폴리프로필렌에 대한 스펙트럼을 보여준다. A 형 미세구조화된 필름은 무광 마무리 폴리프로필렌의 신호/노이즈 비율의 3 배 이상을 나타낸다. 또한, A 형 미세구조화된 필름 이탈 스펙트럼은 상기 미세구조화된 필름이 사용될 수 있도록 하는 보다 낮은 문턱 레이저 강도로 인하여 보다 깨끗한 기저선을 나타낸다.
도 17은 A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌의 물질 P 이탈에 대한 스펙트럼을 보여주고; 도 18은 무광 마무리 폴리프로필렌의 물질 P 이탈에 대한 스펙트럼을 보여준다. 신호/노이즈는 A 형 미세구조화된 필름 상에서 20 배 이상 더 크다. 뿐만 아니라, A 형 미세구조화된 필름의 경우 문턱 레이저 강도가 보다 낮으므로, 더 깨끗한 스펙트럼 및 관심있는 분석물의 보다 쉬운 확인을 선도한다.
도 19는 A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌의 안지오텐신 II 이탈에 대한 스펙트럼을 보여주고; 도 20은 무광 마무리 폴리프로필렌의 안지오텐신 II 이탈에 대한 스펙트럼을 보여준다. 상기 스펙트럼에서와 같이, A 형 미세구조화된 필름이 훨씬 높은 신호/노이즈 비율 및 보다 깨끗한 기저선을 부여한다.
실시예 3
본 실시예는 다양한 구조를 갖는 필름을 이용하는 질량 분석의 결과를 예시한다. 모든 경우에, 필름은 폴리프로필렌이고 피복은 알루미늄에 이어 친수성 DLG(H-DLG)이다. 구조는: 비구조화된(광택낸 금속 롤 상에 압출하여 제조된), 무광 마무리(무광 마무리 실리콘 벨트 상에 압출하여 제조된) 무광 마무리 (광택내지 않은 무광 마무리 금속 롤 상에 압출하여 제조된) 및 A 형 구조이며, 모두 전술한 바와 같이 수득되었다.
2.00 mm 직경의 구멍을 갖는 금속 마스크를 리마운트TM 제거가능한 분무 접착제를 통해 각각의 필름에 접착시켰다. 다음, 전술한 방법 및 장치를 사용하여 시료를 알루미늄에 이어 H-DLG로 피복한 후, 상기 마스크를 제거하였다. 수득되는 필름은 알루미늄과 H-DLG의 겹쳐진 2.00 mm 직경의 반점을 포함하였다.
1종의 작은 분자인 클로니딘(266.6 Da) 및 1종의 펩티드인 물질 P(1347.6 Da)는 시그마 케미칼 사(St. Louis, MO)로부터 입수되었다. 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 클로니딘 20 ng/μL를 함유하는 용액 및 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 물질 P 100 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다.
각 분석물에 대하여, 분석물 용액 0.3 μL의 부피를 필름 상의 Al/H-DLG-피복된 반점의 하나 위에 직접 피펫으로 옮겼다. H-DLG와 주위 폴리프로필렌 사이의 표면 에너지 차이로 인하여, 적용된 시료는 피복된 면적 내에 국한되어 유지되었다. 상기 시료를 약 15 분 동안 실온에서 공기 건조되도록 두었다.
도 21 내지 24는 구조화되지 않은 폴리프로필렌, 무광 마무리(실리콘 벨트) 폴리프로필렌, 무광 마무리(금속 롤) 폴리프로필렌 및 A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌의 작은 분자 클로니딘 이탈의 질량 스펙트럼을 나타낸다. 구조화되지 않은 필름으로는, 높은 레이저 출력에서도 분석물 신호가 얻어질 수 없다. 2종의 무광 마무리 필름의 경우 약 600의 신호/노이즈로 분석물을 볼 수 있다. A 형 필름 이탈 스펙트럼은 56,000의 신호/노이즈를 보인다.
도 25 내지 28은 구조화되지 않은 무광 마무리(금속 및 실리콘)의 펩티드 물질 P 이탈, 및 A 형 미세구조화된 폴리프로필렌 필름의 질량 스펙트럼이다. 역시, 구조화되지 않은 필름은 0의 분석물 신호를 나타낸다. 두 무광 마무리 필름 각각의 이탈 분석물 신호가 존재하지만, 신호/노이즈는 낮다. A 형 미세구조화된 필름의 이탈 스펙트럼 품질이, 보다 높은 상대적 강도 및 신호/노이즈를 가지므로 훨씬 좋다.
실시예 4
본 실시예는 알루미늄 및 친수성 DLG 단일 층 피복을 이용하는 질량 분석의 결과를 예시한다.
피복되지 않은, 친수성 다이아몬드-같은 유리(H-DLG)의 연속적 피복을 갖는, 및 알루미늄의 연속적 피복을 갖는, A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌 필름을 수득하였다.
1종의 작은 분자인 클로니딘(266.6 Da) 및 1종의 펩티드인 브래디키닌(1060.2 Da)을 시그마 케미칼 사(St. Louis, MO)로부터 입수하여 더 이상의 정제 없이 사용하였다. 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 클로니딘 100 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다. 2 가지 상이한 농도의 브래디키닌 용액을 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 메탄올/물 중에서, 하나는 1000 ng/μL의 농도로, 하나는 100 ng/μL의 농도로 제조하였다.
분석물 용액 3.0 μL 부피를 필름 위에 직접 피펫으로 옮긴 다음, 약 15 분 동안 실온에서 건조시켰다.
도 29는 A 형 구조를 가지며 피복되지 않은 폴리프로필렌 필름의 클로니딘 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 분자 이온 피크를 볼 수 있지만 상대적인 강도는 낮다. 도 30은 같은 필름에서 이탈된 브래디키닌의 보다 높은 농도의 질량 스펙트럼을 보여준다. 펩티드에 관해서는 신호를 볼 수 없다.
도 31은 A 형 구조 및 H-DLG 피복을 갖는 폴리프로필렌 필름의 클로니딘 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 상기 스펙트럼은 화학적 노이즈가 실질적으로 없지만 상대적인 강도가 낮다. 이 필름으로는 브래디키닌의 어떤 농도에 대해서도 신호가 수득되지 않았다.
도 32는 알루미늄 피복을 갖는 A 형 미세구조화된 폴리프로필렌 필름의 클로니딘 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 스펙트럼은 양호한 신호/노이즈를 가지며 비교적 깨끗하다. 도 33 및 도 34는 알루미늄 피복을 갖는 A 형 미세구조화된 폴리프로필렌 필름의 [1000 ng/μL] 브래디키닌 및 [100 ng/μL] 브래디키닌 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 신호/노이즈가 피복되지 않거나 HDLG-피복된 A 형보다 높다.
실시예 5
본 실시예는 A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌 필름 상의 알루미늄의 위에 H-DLG의 다층 피복을 사용한다. 상기 알루미늄 피복은 연속적이며, H-DLG는 알루미늄의 위에 비연속적 반점으로서 적용된다.
A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌 필름을 수득하고 전술한 바와 같이 알루미늄으로 피복하였다. 550 μm 직경의 구멍을 포함하는 천공된 중합체 마스크를 필름에 테이프로 붙인 다음, 상기 필름을 H-DLG로 피복하고, 이어서 상기 마스크를 제거하였다. 수득되는 필름은 알루미늄의 연속적 층에 걸쳐 H-DLG의 550 μm 직경의 반점을 포함하였다.
3종의 작은 분자인 클로니딘(266.6 Da), 할로페리돌(375.9 Da), 프라조신(419.9 Da) 및 1종의 펩티드인 브래디키닌(1060.2 Da)를 시그마 케미칼 사(St. Louis, MO)로부터 입수하고 더 이상의 정제 없이 사용하였다. 각 분석물에 대하여, 0.1%의 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 각 분석물 100 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다.
각각의 분석물에 대하여, 0.5 μL 부피의 분석물 용액을 상기 필름 상의 H-DLG 피복된 반점의 하나 위에 직접 피펫으로 옮겼다. H-DLG와 주위 알루미늄 사이의 표면 에너지의 차이로 인하여, 적용된 시료는 H-DLG 피복된 면적 내에 국한되어 유지되었다. 상기 시료를 약 15 분 동안 실온에서 공기 건조되도록 두었다.
도 35, 도 36 및 도 37은 알루미늄과 친수성 DLG 피복을 갖는 A 형 미세구조화된 폴리프로필렌 필름의 작은 분자 클로니딘, 할로페리돌 및 프라조신 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 모든 스펙트럼에서 볼 수 있듯이, 극히 높은 신호/노이즈 비율이 낮은 레이저 강도로 수득된다. 이는 관계없는 피크가 없이 깨끗한 스펙트럼 및 관심있는 분자의 쉬운 확인의 결과를 가져온다. 도 38은 같은 필름의 펩티드인 브래디키닌 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 상기 스펙트럼은 높은 상대적 강도를 가지며, 역시 관심있는 분자가 쉽게 식별된다. 모든 스펙트럼의 경우, "스위트-스팟" 현상이 관찰되지 않고, 건조된 미세방울에 걸쳐 신호 균일성이 매우 양호하였다.
실시예 6
본 실시예는 수 개월의 저장에 걸쳐 알루미늄 피복된 A 형 필름의 우수한 보관 수명을 보여준다.
A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌 필름을 전술한 바와 같이 수득하고 알루미늄의 연속적 층으로 피복하였다. 일부 필름 시료는 피복 후 수 일 내에 질량 분석을 위해 사용되었다. 다른 필름은 실온에서 뚜껑을 덮은 플라스틱 페트리 접시에 5 개월 동안 보관한 후 분석을 위해 사용하였다.
2종의 작은 분자인 클로니딘(266.6 Da) 및 프라조신(419.9 Da)은 시그마 케미칼 사(St. Louis, MO)로부터 입수하여 더 이상의 정제 없이 사용하였다. 작은 분자 각각에 대하여, 0.1%의 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 각 분석물 100 ng/μL를 함유하는 용액을 바로 제조하였다. 분석 용액 3.0 μL 부피를 상기 필름 상에 직접 피펫으로 옮기고, 약 15 분 동안 실온에서 공기 건조되도록 두었다.
도 39는 알루미늄으로 갓 피복된 필름의 클로니딘 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 도 40은 분석물이 갓 적용된 5 개월 지난 동일 배치로부터의 필름의 클로니딘 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 노화된 필름에서, 신호/노이즈 및 스펙트럼 품질로 볼 때 성능의 저하가 분명하게 나타나지 않았다. 임의의 오염의 징조나 감도의 소실도 없었다.
도 41은 갓 피복된 필름의 프라조신 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 도 42는 분석물이 갓 적용된 5 개월 지난 동일 배치의 필름의 프라조신 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 역시, 노화된 필름은 우수한 스펙트럼 품질과 함께 우수한 신호/노이즈를 나타낸다.
실시예 7
본 실시예는 흑연 피복을 갖는 폴리카보네이트 B 형("PC B 형") 구조에 대한 구조 대 비구조의 효과를 예시한다.
매끈한 폴리카보네이트 필름 및 B 형 구조를 갖는 폴리카보네이트 필름을 전술한 바와 같이 수득하였다. 에너지 빔 사이언스 사(Energy Beam Sciences Inc., Agawam, MA)의 제품인 콜로이드성 흑연 페인트의 이소프로판올 중 1:40 희석액을 제조하였다. 희석된 흑연 분산액의 피복을 상기 비구조화된 폴리카보네이트 및 B 형 미세구조화된 폴리카보네이트에 적용하였다. 이는 면봉을 상기 분산액에 담그고 그 분산액으로 상기 필름을 적시는 것에 의해 수행되었다. 서로에 대하여 수직으로 두 번의 별도의 적심이 수행되어 완전한 범위를 보장하였다. 상기 피복을 시료 침착 전에 수 시간 동안 건조시켰다.
1종의 작은 분자인 클로니딘(266.6 Da) 및 1종의 펩티드인 안지오텐신 II (1046.2 Da)는 시그마 케미칼 사(St. Louis, MO)로부터 입수되었고 더 이상의 정제 없이 사용되었다. 작은 분자에 대해서, 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 분석물 100 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다. 펩티드에 대해서는 물 중에 1000 ng/μL의 분석물을 함유하는 용액을 제조하였다. 1.5 μL 부피의 분석물을 상기 필름 위에 직접 피펫으로 옮기고, 약 15 분 동안 공기 건조되도록 두었다.
도 43은 비구조화된 폴리카보네이트 필름의 클로니딘 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 분석물을 이온화하기 위해 필요한 높은 레이저 강도가 매우 낮은 해상도의 결과를 가져왔으며, 분자의 동위체는 구별되지 못한다. 도 44는 B 형 구조를 갖는 클로니딘 이탈 폴리카보네이트 필름의 질량 스펙트럼을 보여준다. 동위체 피크가 분명하게 분리되고 신호/노이즈 비율이 비구조화된 필름 이탈 스펙트럼보다 훨씬 높아서, 스펙트럼의 질이 많이 향상되었다.
도 45는 비구조화된 폴리카보네이트 필름의 안지오텐신 II 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 대단히 많은 기저선 노이즈가 있으며, 분석물 피크는 검출하기 어렵다. 도 46은 안지오텐신 II 이탈의 B 형 미세구조화된 폴리카보네이트 필름의 질량 스펙트럼을 보여준다. 훨씬 적은 노이즈가 존재하고, 분자 이온이 쉽게 검출가능하며, 신호/노이즈가 많이 향상되었다.
실시예 8
본 실시예는 폴리카보네이트 B 형 구조에 대하여 흑연 피복 대 무피복의 효과를 예시한다.
B 형 구조를 갖는 폴리카보네이트를 수득하고 전술한 바와 같이 흑연으로 피복하였다. B 형 구조를 갖는 폴리카보네이트의 다른 시료들은 피복되지 않았다.
1종의 작은 분자인 클로니딘(266.6 Da) 및 1종의 펩티드인 안지오텐신 II(1046.2 Da)는 시그마 케미칼 사(St. Louis, MO)로부터 입수되어 더 이상의 정제 없이 사용되었다. 상기 작은 분자의 경우, 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 분석물 100 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다. 펩티드의 경우에는 물 중 상기 분석물 1000 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다. 1.5 μL 부피의 분석물 용액을 상기 필름 위에 직접 피펫으로 옮기고, 약 15 분 동안 공기 건조되도록 두었다.
도 47은 B 형 구조를 갖는 클로니딘 이탈의 흑연 피복된 폴리카보네이트 필름의 질량 스펙트럼을 보여준다. 스펙트럼 질은 양호하며, 동위체 피크가 분명하게 분리된다. 신호/노이즈 비율도 우수하다. 도 48은 같은 B 형 미세구조화된 폴리카보네이트 필름의 안지오텐신 II 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 분자 이온이 쉽게 검출가능하여, 스펙트럼 질은 양호하다.
도 49는 B 형 구조를 가지며 피복되지 않은 폴리카보네이트 필름의 클로니딘 이탈의 질량 스펙트럼을 보여준다. 작은 분석물 피크가 존재하지만, 상대적인 강도 및 신호/노이즈 비는 낮다. B 형 구조를 가지며 피복되지 않은 안지오텐신 II 이탈 폴리카보네이트 필름의 경우, 펩티드 피크가 발견되지 않았다(도면에 나타내지 않음).
실시예 9
본 실시예는 동일한 기질 이탈 양성(양이온) 및 음성(음이온) 분석을 가능하게 함에 있어서 상기 미세구조화된 기질의 용도를 예시한다. 본 실시예는 또한 분석물 혼합물을 위한 미세구조화된 기질의 사용을 보여준다.
A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌을 전술한 바와 같이 수득하였다. 550 μm 직경의 구멍을 포함하는 천공된 중합체 마스크를 상기 필름에 테이프로 붙였다. 그 필름을 알루미늄에 이어 H-DLG로 피복한 후, 상기 마스크를 제거하였다. 수득되는 필름은 알루미늄 위에 겹쳐진 H-DLG의 550 μm 직경 반점을 포함하였다.
결합 화학 분석에서 종종 직면하게 되는 것들의 대표적인 150-600 Da 질량 범위의 8 종 화합물의 특허 혼합물을 수득하여, 0.1 내지 0.3 μg/μL의 농도 범위에서 메탄올에 용해시켰다. 분석물 용액의 0.3 μL 시료를 필름 상의 반점 위에 피펫으로 옮기고 약 15 분 동안 공기 건조되도록 두었다.
도 50에서는 각각의 8 가지 대표적 화합물의 주요 피크(또는 분자 이온 피크)에 대하여 수득된 신호/노이즈 데이터 및 모든 8종 화합물에 대한 평균이 보여진다. 양이온화 및 음이온화 모드의 양자에서 허용할만한 신호/노이즈가 수득가능한 것으로 나타났다.
실시예 10
본 실시예는 Al/H-DLG로 피복된, 겹쳐진 미세 규모/대 규모 구조-내-구조 기질의 사용을 예시한다.
도 8에 나타낸 구조-내 구조의 위상 기하학을 갖는 폴리프로필렌 공중합체 필름을 전술한 바와 같이 수득하였다. 일련의 1.4 mm 직경 구멍을 갖는 접착제를 안에 바른 중합체 마스크를 상기 필름에 접착시켰다. 필름을 알루미늄에 이어 H-DLG로 피복한 후, 상기 마스크를 제거하였다. 수득되는 필름은 알루미늄 위에 겹쳐진 H-DLG의 1.4 mm 직경 반점을 포함하였다.
1종의 작은 분자인 클로니딘(266.6 Da) 및 1종의 펩티드인 브래디키닌(1060.2 Da)은 시그마 케미칼 사(St. Louis, MO)로부터 입수되어 더 이상의 정제 없이 사용되었다. 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 클로니딘 20 ng/μL를 함유하는 용액, 및 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 브래디키닌 100 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다. 각각의 분석물의 경우, 분석물 용액의 0.2 μL의 부피를 상기 필름 상의 피복된 반점의 하나 위에 직접 피펫으로 옮기고 약 15 분 동안 실온에서 공기 건조되도록 두었다.
도 51은 구조-내-구조 필름의 클로니딘 이탈에 대한 질량 스펙트럼을 보여준다. 상기 스펙트럼은 높은 상대적 강도, 양호한 신호/노이즈 및 비교적 적은 화학적 노이즈를 갖는다. 도 52는 구조-내-구조 필름의 브래디키닌 이탈을 보여준다. 상대적 강도는 낮았지만, 분석물 피크를 분명하게 볼 수 있다.
구조-내-구조 필름의 두 경우 모두에서, "스위트-스팟" 현상이 없이 쉽게 수득가능한 스펙트럼에 의해 입증되듯이 매우 균일한 시료 건조를 초래하는 것이 밝혀졌다.
실시예 11
본 실시예는 화학적 매트릭스의 존재 하에 피복되지 않은 미세구조화된 필름의 사용을 예시한다.
A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌을 수득하고 양면 접착 테이프를 이용하여 시판되는 금속 MALDI 판 위에 올려놓았다.
작은 분자인 클로니딘(266.6 Da)은 시그마 케미칼 사(St. Louis, MO)로부터 입수되었다. 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 상기 분석물 20 ng/μL를 함유하는 용액을 제조하였다. 0.1% 트리플루오로아세트산을 갖는 50:50 HPLC 등급 메탄올/물 중 α-CHCA 매트릭스의 포화된 용액을 5-배 및 20-배 희석하였다. 다음, 각 희석된 매트릭스 용액의 1 μL 부피를 2 μL의 시료 용액과 혼합하여, 매트릭스의 총 10 및 40-배 희석액을 수득하였다. 상기 분석물/매트릭스 용액의 0.2 μL 부피를 상기 필름 위에 직접 피펫으로 옮긴 다음, 약 15 분 동안 실온에서 건조시켰다.
도 53은 α-CHCA 매트릭스의 10-배 희석액을 사용하여 클로니딘에 대한 스펙트럼을 보여준다. 분석물 피크는 양호한 신호/노이즈 및 상대적 강도를 갖지만, 매트릭스 피크로부터의 간섭이 존재한다. 도 54는 α-CHCA 매트릭스의 40-배 희석액을 사용하여 클로니딘에 대한 스펙트럼을 보여준다. 상기 희석 수준에서는 매트릭스로부터의 간섭이 보다 적다.
실시예 12
본 실시예는 매트릭스의 존재 하에 미세구조화된 피복된 필름의 사용을 보여준다.
A 형 구조를 갖는 폴리프로필렌 필름을 전술한 바와 같이 수득하였다. 500 μm 직경의 구멍을 갖는 금속 마스크를 상기 필름에 접착시켰다. 상기 필름을 알루미늄으로 피복한 후, 상기 마스크를 제거하였다. 수득되는 필름은 알루미늄으로 된 500 μm 직경의 반점을 포함하였다.
상기 실험을 위해 세쿠아짐(SequazymeTM) 펩티드 질량 표준 키트(PersSeptive Biosystems, Framingham, MA)를 사용하였다. 펩티드 보정 혼합물 1은 다음 펩티드를 함유하였다: 데스-Arg1-브래디키닌 (904.05 Da); 안지오텐신 I(1296.51 Da); Glu1-피브리노펩티드 B (1570.61 Da); 및 뉴로텐신 (1672.96 Da). 상기 펩티드 표준을 0.01% TFA를 갖는 100 μL의 30% 아세토니트릴과 혼합함으로써 펩티드 혼합물의 저장 용액을 제조하였다. 미리 계량한 5-8 mg의 α-CHCA를 0.3%의 트리플루오로아세트산(TFA)을 갖는 50% 아세토니트릴 희석제 1 ml와 혼합하여 상기 매트릭스, 알파-시아노-4-히드록시신남산(α-CHCA)의 포화된 용액을 제조하였다. 상기 표준 α-CHCA 매트릭스 용액의 24 μL 부피를 상기 펩티드 저장 용액 1 μL와 혼합하였다.
0.1 μL 또는 0.2 μL의 시료 부피를 상기 필름 상의 알루미늄-피복된 반점 위에 피펫으로 옮기고, 약 2 분 동안 공기 건조되도록 두었다. 같은 시료 침착 과정을 사용하여 분석물 반점을 시판되는 스텐레스 스틸 MALDI 판에 적용하였다. 분석 이전 시료에 추가의 시료 준비 또는 시료 세정을 수행하지 않았다.
A 형 미세구조화된, Al 피복된 필름 상에 α-CHCA를 갖는 0.1 μL의 보정 혼합물 1로부터 수득된 양이온 MALDI 질량 스펙트럼은 도 55에 나타난 바와 같이 Glu-피브리노펩티드(MW 1569 Da)의 경우 3,620의 S/N 값을 갖는 양성자화된 분자 이온(m/z 1570)을 생성하였다.
시판되는 표준 스텐레스 스틸 판을 이용하는 같은 분석물 및 매트릭스 조합에 대한 양이온 MALDI 질량 스펙트럼을 도 56에 나타낸다. 금속 판과 함께 사용되는 작업 조건은 폴리프로필렌 A 형 미세구조화된 필름과 함께 사용된 조건과 유사하였다. 신호/노이즈는 알루미늄 피복된 PP A 형 미세구조화된 필름을 이용하여 수득된 성능과 필적할 만하였다.
양성자화된 분자 이온이 레이저 탈착/이온화 공정에서 생성된 주요 이온성 화학종이지만, 나트륨 및 칼륨 양이온화된 화학종도 형성될 수 있다. 스텐레스 스틸 판 대 미세구조화된 필름으로부터 Glu-피브리노펩티드 B의 분자 이온 영역을 면밀히 검토하면, 미세구조화된 필름이 사용된 경우에는, 도 57과 58을 비교하면 나타나듯이, 양이온화가 상당히 감소됨을 알 수 있다.
건조된 미세방울의 가장자리에서 가장 좋은 신호가 발견되었던 종래의 금속 판과는 대조적으로, 상기 미세구조화된 필름의 경우 신호는 건조된 방울에 걸쳐 훨씬 더 균일하였다.
본 발명은 그 정신 또는 중요한 특성을 벗어나지 않고 다른 구체적인 형태로 구현될 수 있다. 기재된 구현예들은 모든 측면에서 단지 예시적인 것이며 한정적이지 않음이 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 첨부된 청구범위에 의해 인식된다.

Claims (46)

  1. 첫번째 표면을 갖는 중합체성 기질;
    상기 중합체성 기질의 첫번째 표면 상에 복수의 미세구조; 및
    상기 복수의 미세구조의 적어도 일부에 걸친 피복을 포함하며, 분석물의 수용 및 이어지는 분석물 탈착을 하도록 배열된, 미세구조화된 중합체성 물품.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피복이 실질적으로 비휘발성인 미세구조화된 중합체성 물품.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 물품이 복수의 미세구조의 일부에 걸쳐 적어도 2 종의 피복을 포함하는, 미세구조화된 중합체성 물품.
  4. 제 3 항에 있어서, 적어도 하나의 피복이 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 미세구조화된 중합체성 물품.
  5. 제 3 항에 있어서, 적어도 하나의 피복이 금속 또는 금속 산화물을 포함하고 적어도 하나의 피복이 다이아몬드 같은 유리를 포함하는, 미세구조화된 중합체성 물품.
  6. 제 3 항에 있어서, 적어도 하나의 피복이 친수성인 미세구조화된 중합체성 물품.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 피복이 입자를 포함하는 미세구조화된 중합체성 물품.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 중합체성 기질이 열가소성 재료를 포함하는 미세구조화된 중합체성 기질.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 중합체성 기질이 폴리카보네이트 및 폴리프로필렌으로 구성된 군에서 선택되는 미세구조화된 중합체성 기질.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 중합체성 기질이 복합재 중합체성 재료를 포함하는 미세구조화된 중합체성 기질.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 중합체성 기질이 중합체의 혼합물을 포함하는 미세구조화된 중합체성 기질.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 미세구조가 200 미크론의 최대 특징적 길이를 갖는 적어도 2 개의 디멘션을 갖는, 미세구조화된 중합체성 기질.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 미세구조가 1 mm2 당 적어도 1000 개 미세구조의 밀도를 갖는 미세구조화된 중합체성 기질.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 미세구조가 1 mm2 당 적어도 2500 개 미세구조의 밀도를 갖는 미세구조화된 중합체성 기질.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 피복이 흑연을 포함하는 미세구조화된 중합체성 기질.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 피복이 중합체성 기질 위에 금속 또는 금속 산화물 층을 포함하는 미세구조화된 중합체성 기질.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 피복이 다이아몬드-같은 유리를 포함하는 미세구조화된 중합체성 기질.
  18. 제 1 항에 있어서, 복수의 미세구조에 걸친 피복이 비연속적 패턴으로 존재하는 미세구조화된 중합체성 기질.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 비연속적 패턴이 반점을 포함하며, 상기 반점은 분석물을 수용하고 보유하도록 배열된, 미세구조화된 중합체성 기질.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 반점이 증가된 친수성을 제공하도록 처리된, 미세구조화된 중합체성 기질.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 기질이 질량 분석 도중 시료를 고정하도록 구성 및 배열된, 미세구조화된 중합체성 기질.
  22. 실질적으로 비다공성인 분석물-수용 표면을 갖는 기질; 및
    분석물을 탈착하도록 구성 및 배열된 복수의 미세구조를 포함하는, 분석물질의 시료를 수용하기 위한 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 기질이 중합체성 재료를 포함하는 장치.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 분석물-수용 표면이 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 분석물-수용 표면이 흑연을 포함하는 장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 분석물-수용 표면이 다이아몬드-같은 유리를 포함하는 장치.
  27. 제 22 항에 있어서, 중합체성 기질 상에 존재하는 금속 층 및 중합체성 기질과 다이아몬드-같은 유리의 사이에서 금속 층 위에 존재하는 다이아몬드-같은 유리를 더 포함하는 장치.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 미세구조가 200 미크론 미만의 최대 특징적 길이를 갖는 적어도 2 개의 디멘션을 갖는 장치.
  29. 제 22 항에 있어서, 상기 미세구조 위에 겹쳐진 비연속적 피복을 더 포함하는 장치.
  30. 제 22 항에 있어서, 확인 수단을 더 포함하는 장치.
  31. 제 22 항에 있어서, 확인하는 바 코드를 더 포함하는 장치.
  32. 제 22 항에 있어서, 확인하는 고주파 확인 태그(tag)를 더 포함하는 장치.
  33. 중합체 기질의 첫번째 층; 및
    상기 첫번째 층의 상단 위에 위치하여 상기 기질의 상부 표면을 형성하는 실질적으로 비휘발성 재료로 된 두번째 층을 포함하는 적어도 2 개의 층을 포함하며, 상기 기질의 상부 표면이 분석 물질의 탈착을 촉진하도록 구성 및 배열된 복수의 구조를 포함하는, 분석 물질의 시료를 수용하기 위한 장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 중합체성 기질이 실질적으로 비-다공성인, 분석물질의 시료를 수용하기 위한 장치.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 두번째 층이 금속 또는 금속 산화물을 포함하는, 분석 물질의 시료를 수용하기 위한 장치.
  36. 첫번째 표면을 갖는 실질적으로 비-다공성인 중합체성 기질;
    상기 중합체성 기질의 첫번째 표면 상에 위치한 복수의 미세구조; 및
    상기 중합체성 기질의 첫번째 표면 상에 위치한 복수의 미세구조 위에 존재하는 비휘발성 층을 포함하는, 분석 물질의 시료를 수용하기 위한 장치.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 기질이 분석물의 수용 및 이어지는 탈착을 하도록 구성된, 분석 물질의 시료를 수용하기 위한 장치.
  38. 첫번째 표면을 갖는 중합체성 기질;
    100 미크론 이상의 특징적 치수를 갖는, 상기 중합체성 기질 상의 복수의 구조;
    상기 구조와 상호혼합되고 그 구조보다 적어도 50% 더 작은 상기 중합체성 기질의 첫번째 표면 상의 복수의 미세구조; 및
    복수의 구조 및 복수의 미세구조의 적어도 일부에 걸친 피복을 포함하며, 분석물의 수용 및 이어지는 탈착을 하도록 구성된, 미세구조화된 중합체성 물품.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 미세구조가 50 미크론 미만의 최대 특징적 길이를 갖는 적어도 2 개의 디멘션을 갖는, 미세구조화된 중합체성 물품.
  40. 제 38 항에 있어서, 상기 피복이 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 미세구조화된 중합체성 물품.
  41. 제 38 항에 있어서, 상기 기질이 폴리카보네이트 또는 폴리프로필렌을 포함하는 미세구조화된 중합체성 물품.
  42. 분석 물질을 제공하고;
    비-다공성 미세구조화된 기질을 제공하고;
    매트릭스의 부재 하에 상기 비-다공성 기질 상에 상기 분석 물질을 부착시키고;
    상기 분석 물질을 에너지원에 노출시켜 상기 분석 물질을 탈착시키는 것을 포함하는, 매트릭스의 부재 하에 물질을 분석하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 에너지원이 레이저 빔을 포함하는 방법.
  44. 제 42 항에 있어서, 상기 미세구조가 적어도 2 개의 디멘션에서 200 미크론 미만의 최대 특징적 길이를 갖는 방법.
  45. 제 42 항에 있어서, 비-다공성 기질이 금속 또는 금속 산화물의 피복을 더 포함하는 방법.
  46. 제 42 항에 있어서, 상기 비-다공성 기질이 폴리카보네이트 또는 폴리프로필렌을 포함하는 방법.
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