WO2019155836A1 - 試料支持体、イオン化法及び質量分析方法 - Google Patents

試料支持体、イオン化法及び質量分析方法 Download PDF

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小谷　政弘
孝幸 大村
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H01J49/0409—Sample holders or containers
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G01N27/623—Ion mobility spectrometry combined with mass spectrometry

Definitions

  • the present disclosure relates to a sample support, an ionization method, and a mass spectrometry method.
  • Patent Document 1 describes a substrate including a substrate having a plurality of through holes and a conductive layer provided on at least one surface of the substrate. ing.
  • mass spectrometry In mass spectrometry, ionized sample components are detected, and mass analysis of the sample is performed based on the detection result. Therefore, in mass spectrometry, it is desired to improve signal intensity (sensitivity) of ionized sample components.
  • the present disclosure aims to provide a sample support, an ionization method, and a mass spectrometry method capable of improving the signal intensity of a component of a sample ionized in mass spectrometry.
  • a sample support is a sample support for ionization of a sample, a substrate having a first surface and a second surface facing each other, a conductive layer provided on at least the first surface, In the effective region for ionizing the component of the sample in the substrate, a plurality of through holes are formed in the first surface and the second surface, and the first surface is formed in each of the plurality of through holes.
  • the width of the first opening on the side is larger than the width of the second opening on the second surface side.
  • the width of the first opening on the first surface side is larger than the width of the second opening on the second surface side in each of the plurality of through holes. Therefore, for example, when a solution containing a sample is dropped from the first surface side to the plurality of through holes, the solution moves to the second surface side through the plurality of through holes, and the components of the sample in the solution are changed. It stays in an appropriate state on the first surface side. Accordingly, when the first surface is irradiated with energy rays while a voltage is applied to the conductive layer, the components of the sample are reliably ionized. Therefore, according to this sample support, the signal intensity of the component of the sample ionized in mass spectrometry can be improved.
  • the outer edge of the first opening in each of the plurality of through holes is the second opening. It may be located outside the outer edge.
  • each of the plurality of through holes has a first portion on the first opening side and a second portion on the second opening side, You may exhibit the funnel-shaped shape which spreads toward the 1st opening part side.
  • each of the plurality of through holes may have a truncated cone shape that expands toward the first opening. In any case, for example, when a solution containing a sample is dropped from a first surface side into a plurality of through holes, the components of the sample in the solution are allowed to remain in an appropriate state on the first surface side. Can do.
  • the minimum value of the width may be 1 nm and the maximum value of the width may be 700 nm.
  • the substrate may be formed by anodizing a valve metal or silicon.
  • substrate with which the several through-hole was formed can be obtained easily and reliably.
  • the conductive layer may be formed of platinum or gold. Thereby, a conductive layer suitable for ionization of a sample can be obtained easily and reliably.
  • the sample support is placed on the placement surface so that the second surface faces the placement surface of the placement portion and the first step in which the sample support described above is prepared.
  • a second step in which a solution containing a sample is dropped from the first surface side to the plurality of through holes; and by irradiating the first surface with energy rays while applying a voltage to the conductive layer,
  • a third step in which the components of the sample remaining on the first surface side are ionized.
  • the mass spectrometry method includes the first step, the second step, and the third step of the ionization method described above, and the fourth step in which components ionized in the third step are detected.
  • a sample support an ionization method, and a mass spectrometry method capable of improving the signal intensity of a component of a sample ionized in mass spectrometry.
  • FIG. 1 is a plan view of a sample support according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the sample support along the line II-II shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the substrate of the sample support shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the substrate of the sample support shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating steps of a mass spectrometry method according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating steps of a mass spectrometry method according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating steps of a mass spectrometry method according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a modified sample support.
  • the sample support 1 is used for ionization of a sample, and includes a substrate 2, a frame 3, and a conductive layer 4.
  • the substrate 2 has a first surface 2a and a second surface 2b facing each other.
  • the substrate 2 has a plurality of through holes 20 formed uniformly (with a uniform distribution). Each through-hole 20 extends along the thickness direction of the substrate 2 (the direction in which the first surface 2a and the second surface 2b face each other), and opens to the first surface 2a and the second surface 2b. Yes.
  • the substrate 2 is formed in a rectangular plate shape by an insulating material, for example.
  • the length of one side of the substrate 2 when viewed from the thickness direction of the substrate 2 is, for example, about several centimeters.
  • the thickness of the substrate 2 is, for example, about 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the width of the first opening 20a on the first surface 2a side is larger than the width of the second opening 20b on the second surface 2b side.
  • the outer edge of the first opening 20 a is located outside the outer edge of the second opening 20 b in each through-hole 20. That is, when viewed from the thickness direction of the substrate 2, the outer edge of the first opening 20 a includes the outer edge of the second opening 20 b in each through-hole 20.
  • the width of the first opening 20a means the diameter of the first opening 20a when the shape of the first opening 20a when viewed from the thickness direction of the substrate 2 is substantially circular, When the shape is other than a substantially circular shape, it means the diameter (effective diameter) of a virtual maximum circle that fits in the shape.
  • the width of the second opening 20b means the diameter of the second opening 20b when the shape of the second opening 20b when viewed from the thickness direction of the substrate 2 is substantially circular. When the shape is other than a substantially circular shape, it means the diameter (effective diameter) of a virtual maximum circle that fits in the shape. In the present embodiment, the width of the first opening 20a is about twice the width of the second opening 20b.
  • Each through-hole 20 has a first portion 21 on the first opening 20a side and a second portion 22 on the second opening 20b side.
  • the first portion 21 has a funnel-like shape that expands toward the first opening 20a side.
  • the second portion 22 has a cylindrical shape.
  • the center line of the first portion 21 and the center line of the second portion 22 coincide with each other.
  • the minimum value of the width is 1 nm
  • the maximum value of the width is 700 nm.
  • the width means the diameter of the through-hole 20 when the cross-sectional shape of the through-hole 20 perpendicular to the thickness direction of the substrate 2 is substantially circular, and the cross-sectional shape is other than substantially circular.
  • the minimum value of the width is the diameter of the second portion 22, and the maximum value of the width is the diameter of the first opening 20a.
  • the frame 3 is provided on the first surface 2 a of the substrate 2. Specifically, the frame 3 is fixed to the first surface 2 a of the substrate 2 by the adhesive layer 5. As the material for the adhesive layer 5, it is preferable to use an adhesive material that emits less gas (for example, low-melting glass, vacuum adhesive, etc.).
  • the frame 3 has substantially the same outer shape as the substrate 2 when viewed from the thickness direction of the substrate 2.
  • An opening 3 a is formed in the frame 3. A portion of the substrate 2 corresponding to the opening 3a functions as an effective region R for ionizing the components of the sample.
  • the frame 3 is formed in a rectangular plate shape by an insulating material, for example.
  • the length of one side of the frame 3 when viewed from the thickness direction of the substrate 2 is, for example, about several centimeters.
  • the thickness of the frame 3 is, for example, 1 mm or less.
  • the shape of the opening 3a when viewed from the thickness direction of the substrate 2 is, for example, a circle, and the diameter of the opening 3a in this case is, for example, about several mm to several tens of mm.
  • Such a frame 3 facilitates handling of the sample support 1 and suppresses deformation of the substrate 2 due to a temperature change or the like.
  • the conductive layer 4 is provided on the first surface 2 a of the substrate 2.
  • the conductive layer 4 includes a region corresponding to the opening 3a of the frame 3 on the first surface 2a of the substrate 2 (that is, a region corresponding to the effective region R), an inner surface of the opening 3a, and the substrate in the frame 3. 2 is formed continuously (integrally) on the surface 3 b opposite to the surface 2.
  • the conductive layer 4 covers a portion of the first surface 2a of the substrate 2 where the through hole 20 is not formed. That is, in the effective region R, each through hole 20 is exposed to the opening 3a.
  • the conductive layer 4 is made of a conductive material.
  • the conductive layer 4 is formed of Pt (platinum) or Au (gold).
  • Pt platinum
  • Au gold
  • the material of the conductive layer 4 it is preferable to use a metal having low affinity (reactivity) with the sample and high conductivity for the reasons described below.
  • the conductive layer 4 is formed of a metal such as Cu (copper) having a high affinity with a sample such as protein
  • the sample is attached with Cu atoms attached to the sample molecules during the ionization process of the sample described later.
  • the detection result is shifted in mass spectrometry to be described later by the amount of ionization and adhesion of Cu atoms. Therefore, it is preferable to use a metal having a low affinity with the sample as the material of the conductive layer 4.
  • the higher the conductivity of the metal the easier and stable application of a constant voltage is. Therefore, when the conductive layer 4 is formed of a metal having high conductivity, it is possible to uniformly apply a voltage to the first surface 2a of the substrate 2 in the effective region R. Also, the higher the conductivity, the higher the thermal conductivity. Therefore, when the conductive layer 4 is formed of a metal having high conductivity, the energy of the laser beam (energy beam) irradiated on the substrate 2 can be efficiently transmitted to the sample through the conductive layer 4. Become. Therefore, it is preferable to use a highly conductive metal as the material of the conductive layer 4.
  • the conductive layer 4 is formed to a thickness of about 1 nm to 350 nm by, for example, plating, atomic layer deposition (ALD), vapor deposition, sputtering, or the like.
  • ALD atomic layer deposition
  • vapor deposition vapor deposition
  • sputtering or the like.
  • Cr chromium
  • Ni nickel
  • Ti titanium
  • FIG. 3 is an enlarged view of the substrate 2 when viewed from the thickness direction of the substrate 2.
  • the black portions are the through holes 20, and the white portions are the partition walls between the through holes 20.
  • a plurality of through holes 20 having a substantially constant width are uniformly formed in the substrate 2.
  • the aperture ratio of the through holes 20 in the effective region R (the ratio of all the through holes 20 to the effective region R when viewed from the thickness direction of the substrate 2) is practically 10 to 80%. 60 to 80% is preferable.
  • the sizes of the plurality of through holes 20 may be uneven with each other, or the plurality of through holes 20 may be partially connected to each other.
  • the substrate 2 shown in FIG. 3 is an alumina porous film formed by anodizing Al (aluminum).
  • Al aluminum
  • FIG. 4A the surface portion 200a of the Al substrate 200 is oxidized and the surface portion 200a of the Al substrate 200 by anodizing the Al substrate 200.
  • a plurality of pores 201 are formed on the substrate.
  • FIG. 4B the pores 201 are expanded by subjecting the Al substrate 200 to pore widening treatment. Each enlarged pore 201 corresponds to the first portion 21 of the substrate 2.
  • FIG. 4A the surface portion 200a of the Al substrate 200 is oxidized and the surface portion 200a of the Al substrate 200 by anodizing the Al substrate 200.
  • FIG. 4B the pores 201 are expanded by subjecting the Al substrate 200 to pore widening treatment.
  • Each enlarged pore 201 corresponds to the first portion 21 of the substrate 2.
  • FIG. 4B the pores 201 are expanded by subjecting the Al substrate 200 to pore widening treatment.
  • the surface portion 200a of the Al substrate 200 is further deeply oxidized and the diameter-expanded pores are increased.
  • a pore 202 is formed at the bottom of 201.
  • Each pore 202 corresponds to the second portion 22 of the substrate 2.
  • the oxidized surface portion 200a is peeled from the Al substrate 200, whereby the substrate 2 is obtained as shown in FIG.
  • the substrate 2 is made of Ta (tantalum), Nb (niobium), Ti (titanium), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Zn (zinc), W (tungsten), Bi (bismuth), Sb (antimony). It may be formed by anodizing a valve metal other than Al. Alternatively, the substrate 2 may be formed by anodizing Si (silicon).
  • the sample support 1 is prepared (first step).
  • the sample support 1 may be prepared by being manufactured by a person who performs an ionization method and a mass spectrometry method, or may be prepared by being acquired from a manufacturer or a seller of the sample support 1. Good.
  • the slide glass 6 is a glass substrate on which a transparent conductive film such as an ITO (Indium Tin Oxide) film is formed, and the surface of the transparent conductive film serves as a mounting surface 6a.
  • a transparent conductive film such as an ITO (Indium Tin Oxide) film
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the member (For example, board
  • the sample support 1 is fixed to the slide glass 6 with a conductive tape 7 (for example, a carbon tape).
  • a conductive tape 7 for example, a carbon tape.
  • the sample S is put into the plurality of through holes 20 (the plurality of through holes 20 corresponding to the effective region R) from the first surface 2 a side by the pipette 8.
  • the solution containing it is dropped (second step).
  • each through hole 20 the solution containing the sample S enters the second portion 22 from the first portion 21, and a part of the solution containing the sample S enters the first portion 21 of each through hole 20. Remains due to surface tension (see FIG. 2). Therefore, the component S1 of the sample S in the solution reliably remains on the first surface 2a side of the substrate 2.
  • the laser beam irradiation unit 13 of the mass spectrometer 10 irradiates the first surface 2a of the substrate 2 with the laser beam (energy beam) L through the opening 3a of the frame 3 (third step). . That is, the laser beam L is irradiated to a region corresponding to the opening 3 a of the frame 3 (that is, a region corresponding to the effective region R) on the first surface 2 a of the substrate 2.
  • the laser beam irradiation unit 13 scans the region corresponding to the effective region R with the laser beam L. Note that scanning of the laser beam L with respect to the region corresponding to the effective region R can be performed by operating at least one of the support unit 12 and the laser beam irradiation unit 13.
  • Is ionized, and sample ions S2 (ionized components S1) are released (third step).
  • the energy is transmitted from the conductive layer 4 (see FIG. 2) that has absorbed the energy of the laser light L to the component S1 of the sample S that remains on the first surface 2a side of the substrate 2, thereby acquiring the energy.
  • the component S1 of the sample S is vaporized and acquires an electric charge to become sample ions S2.
  • the first to third steps described above correspond to an ionization method using the sample support 1 (in this embodiment, a laser desorption ionization method).
  • the released sample ions S2 move while accelerating toward a ground electrode (not shown) provided between the sample support 1 and the ion detector 15. That is, the sample ions S2 move while accelerating toward the ground electrode due to a potential difference generated between the conductive layer 4 to which a voltage is applied and the ground electrode. And sample ion S2 is detected by the ion detection part 15 of the mass spectrometer 10 (4th process).
  • the mass spectrometer 10 is a scanning mass spectrometer that uses time-of-flight mass spectrometry (TOF-MS).
  • TOF-MS time-of-flight mass spectrometry
  • the width of the first opening 20a on the first surface 2a side is larger than the width of the second opening 20b on the second surface 2b side. Is also big. Therefore, for example, when a solution containing the sample S is dropped from the first surface 2a side to the plurality of through holes 20, the solution moves to the second surface 2b side through the plurality of through holes 20, and in the solution The component S1 of the sample S remains in an appropriate state on the first surface 2a side. Therefore, when the laser beam L is applied to the first surface 2a while a voltage is applied to the conductive layer 4, the component S1 of the sample S is reliably ionized. Therefore, according to the sample support 1, the signal intensity of the component S1 of the sample S ionized in the mass spectrometry can be improved.
  • the outer edge of the first opening 20 a when viewed from the thickness direction of the substrate 2, the outer edge of the first opening 20 a is located outside the outer edge of the second opening 20 b in each of the plurality of through holes 20. ing.
  • the component S1 of the sample S in the solution is more appropriately placed on the first surface 2a side. Can stay.
  • each of the plurality of through holes 20 includes a first portion 21 on the first opening 20a side and a second portion 22 on the second opening 20b side, and the first portion 21 has a funnel-like shape that expands toward the first opening 20a.
  • the minimum value of the width is 1 nm and the maximum value of the width is 700 nm.
  • the substrate 2 is formed by anodizing a valve metal or silicon. Thereby, the board
  • the conductive layer 4 is formed of Pt or Au. Thereby, the conductive layer 4 suitable for ionization of the sample S can be obtained easily and reliably.
  • the signal intensity of the component S1 of the sample S ionized in the mass analysis can be improved.
  • each of the plurality of through holes 20 may have a truncated cone shape that expands toward the first opening 20a.
  • the component S1 of the sample S in the solution is appropriately applied to the first surface 2a side. Can stay in the state. In this case, the strength of the substrate 2 can be improved.
  • the signal intensity of the component S1 of the sample S ionized in mass spectrometry can be improved.
  • each through-hole 20 is not limited to what was mentioned above, The shape (the width
  • the width of the through hole 20 may be any shape that increases continuously or stepwise toward the first opening 20a.
  • the outer edge of the first opening 20 a is preferably located outside the outer edge of the second opening 20 b in each of the plurality of through holes 20.
  • one effective region R is provided on the substrate 2, but a plurality of effective regions R may be provided on the substrate 2. Further, the plurality of through holes 20 do not need to be formed only in the effective region R, and may be formed, for example, on the entire substrate 2 as in the above-described embodiment. That is, the plurality of through holes 20 only need to be formed at least in the effective region R.
  • the sample S is arranged so that one sample S corresponds to one effective region R. However, the sample S is arranged so that a plurality of samples S correspond to one effective region R. May be.
  • the conductive layer 4 only needs to be provided on at least the first surface 2a. Therefore, the conductive layer 4 may be provided, for example, on the inner surface of the first portion 21 of each through hole 20 in addition to the first surface 2a. Alternatively, the conductive layer 4 may be provided, for example, on the second surface 2b of the substrate 2 and the inner surface of each through hole 20 in addition to the first surface 2a.
  • the sample support 1 may be fixed to the slide glass 6 by means other than the tape 7 (for example, means using an adhesive, a fixture, etc.).
  • a voltage may be applied to the conductive layer 4 without using the placement surface 6 a of the slide glass 6 and the tape 7. In that case, the slide glass 6 and the tape 7 may not have conductivity.
  • the tape 7 may be a part of the sample support 1.
  • the tape 7 is fixed in advance on the first surface 2 a side at the peripheral edge of the substrate 2.
  • it may be fixed on the conductive layer 4 formed on the surface 3b of the frame 3 in advance.
  • the laser beam irradiation unit 13 may collectively irradiate the laser beam L to the region corresponding to the effective region R. That is, the mass spectrometer 10 may be a projection mass spectrometer.
  • the ionization method described above can also be used for other measurements and experiments such as ion mobility measurement.
  • the use of the sample support 1 is not limited to the ionization of the sample S by irradiation with the laser light L.
  • the sample support 1 can be used for ionization of the sample S by irradiation with an energy beam such as a laser beam, an ion beam, or an electron beam.
  • the sample S can be ionized by irradiation with energy rays.

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Abstract

試料支持体（１）は、試料のイオン化用の試料支持体である。試料支持体は、互いに対向する第１表面（２ａ）及び第２表面（２ｂ）を有する基板（２）と、少なくとも第１表面に設けられた導電層（４）と、を備える。基板のうち試料の成分をイオン化するための実効領域（Ｒ）には、第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔（２０）が形成されており、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１表面側の第１開口部の幅は、第２表面側の第２開口部の幅よりも大きい。

Description

試料支持体、イオン化法及び質量分析方法
　本開示は、試料支持体、イオン化法及び質量分析方法に関する。
　従来、質量分析等を行うために生体試料等の試料をイオン化する手法として、レーザ脱離イオン化法が知られている。レーザ脱離イオン化法に用いられる試料支持体として、特許文献１には、複数の貫通孔が形成された基板と、基板における少なくとも一方の表面に設けられた導電層と、を備えるものが記載されている。
特許第６０９３４９２号公報
　質量分析においては、イオン化された試料の成分が検出され、その検出結果に基づいて試料の質量分析が実施される。したがって、質量分析においては、イオン化された試料の成分の信号強度（感度）の向上が望まれる。
　本開示は、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる試料支持体、イオン化法及び質量分析方法を提供することを目的とする。
　本開示の一側面の試料支持体は、試料のイオン化用の試料支持体であって、互いに対向する第１表面及び第２表面を有する基板と、少なくとも第１表面に設けられた導電層と、を備え、基板のうち試料の成分をイオン化するための実効領域には、第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成されており、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１表面側の第１開口部の幅は、第２表面側の第２開口部の幅よりも大きい。
　この試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１表面側の第１開口部の幅が、第２表面側の第２開口部の幅よりも大きい。そのため、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下されると、複数の貫通孔を介して溶液が第２表面側に移動し、溶液中の試料の成分が第１表面側に適切な状態で留まる。したがって、導電層に電圧が印加されつつ第１表面に対してエネルギー線が照射されると、試料の成分が確実にイオン化される。よって、この試料支持体によれば、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
　本開示の一側面の試料支持体では、第１表面及び第２表面が互いに対向する方向から見た場合に、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１開口部の外縁は、第２開口部の外縁の外側に位置していてもよい。これにより、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料の成分を第１表面側により適切な状態で留まらせることができる。
　本開示の一側面の試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれは、第１開口部側の第１部分と、第２開口部側の第２部分と、を有し、第１部分は、第１開口部側に向かって広がるファネル状の形状を呈していてもよい。或いは、本開示の一側面の試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれは、第１開口部側に向かって広がる円錐台状の形状を呈していてもよい。いずれの場合にも、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料の成分を第１表面側に適切な状態で留まらせることができる。
　本開示の一側面の試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、幅の最小値は１ｎｍであり、幅の最大値は７００ｎｍであってもよい。これにより、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料の成分を第１表面側に適切な状態で留まらせることができる。
　本開示の一側面の試料支持体では、基板は、バルブ金属又はシリコンを陽極酸化することにより形成されていてもよい。これにより、複数の貫通孔が形成された基板を容易に且つ確実に得ることができる。
　本開示の一側面の試料支持体では、導電層は、白金又は金によって形成されていてもよい。これにより、試料のイオン化に適した導電層を容易に且つ確実に得ることができる。
　本開示の一側面のイオン化法は、上述した試料支持体が用意される第１工程と、載置部の載置面に第２表面が対面するように載置面に試料支持体が載置され、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下される第２工程と、導電層に電圧が印加されつつ第１表面に対してエネルギー線が照射されることにより、第１表面側に留まっている試料の成分がイオン化される第３工程と、を備える。
　このイオン化法によれば、上述した試料支持体が用いられるため、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
　本開示の一側面の質量分析方法は、上述したイオン化法の第１工程、第２工程及び第３工程と、第３工程においてイオン化された成分が検出される第４工程と、を備える。
　この質量分析方法によれば、上述した試料支持体が用いられるため、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
　本開示によれば、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる試料支持体、イオン化法及び質量分析方法を提供することが可能となる。
図１は、一実施形態の試料支持体の平面図である。 図２は、図１に示されるII－II線に沿っての試料支持体の断面図である。 図３は、図１に示される試料支持体の基板の拡大像を示す図である。 図４は、図１に示される試料支持体の基板の製造工程を示す図である。 図５は、一実施形態の質量分析方法の工程を示す図である。 図６は、一実施形態の質量分析方法の工程を示す図である。 図７は、一実施形態の質量分析方法の工程を示す図である。 図８は、変形例の試料支持体の断面図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１及び図２に示されるように、試料支持体１は、試料のイオン化に用いられるものであって、基板２と、フレーム３と、導電層４と、を備えている。基板２は、互いに対向する第１表面２ａ及び第２表面２ｂを有している。基板２には、複数の貫通孔２０が一様に（均一な分布で）形成されている。各貫通孔２０は、基板２の厚さ方向（第１表面２ａ及び第２表面２ｂが互いに対向する方向）に沿って延在しており、第１表面２ａ及び第２表面２ｂに開口している。
　基板２は、例えば、絶縁性材料によって長方形板状に形成されている。基板２の厚さ方向から見た場合における基板２の一辺の長さは、例えば数ｃｍ程度である。基板２の厚さは、例えば１μｍ～５０μｍ程度である。各貫通孔２０において、第１表面２ａ側の第１開口部２０ａの幅は、第２表面２ｂ側の第２開口部２０ｂの幅よりも大きい。基板２の厚さ方向から見た場合に、各貫通孔２０において、第１開口部２０ａの外縁は、第２開口部２０ｂの外縁の外側に位置している。つまり、基板２の厚さ方向から見た場合に、各貫通孔２０において、第１開口部２０ａの外縁は、第２開口部２０ｂの外縁を含んでいる。
　なお、第１開口部２０ａの幅とは、基板２の厚さ方向から見た場合における第１開口部２０ａの形状が略円形である場合には、第１開口部２０ａの直径を意味し、当該形状が略円形以外である場合には、当該形状に収まる仮想的な最大円の直径（有効径）を意味する。同様に、第２開口部２０ｂの幅とは、基板２の厚さ方向から見た場合における第２開口部２０ｂの形状が略円形である場合には、第２開口部２０ｂの直径を意味し、当該形状が略円形以外である場合には、当該形状に収まる仮想的な最大円の直径（有効径）を意味する。本実施形態では、第１開口部２０ａの幅は、第２開口部２０ｂの幅の２倍程度である。
　各貫通孔２０は、第１開口部２０ａ側の第１部分２１と、第２開口部２０ｂ側の第２部分２２と、を有している。第１部分２１は、第１開口部２０ａ側に向かって広がるファネル状の形状を呈している。第２部分２２は、円柱状の形状を呈している。第１部分２１の中心線と第２部分２２の中心線とは、互いに一致している。各貫通孔２０において、幅の最小値は１ｎｍであり、幅の最大値は７００ｎｍである。ここで、幅とは、基板２の厚さ方向に垂直な貫通孔２０の断面形状が略円形である場合には、貫通孔２０の直径を意味し、当該断面形状が略円形以外である場合には、当該断面形状に収まる仮想的な最大円の直径（有効径）を意味する。本実施形態では、幅の最小値は、第２部分２２の直径であり、幅の最大値は、第１開口部２０ａの直径である。
　フレーム３は、基板２の第１表面２ａに設けられている。具体的には、フレーム３は、接着層５によって基板２の第１表面２ａに固定されている。接着層５の材料としては、放出ガスの少ない接着材料（例えば、低融点ガラス、真空用接着剤等）が用いられることが好ましい。フレーム３は、基板２の厚さ方向から見た場合に基板２と略同一の外形を有している。フレーム３には、開口３ａが形成されている。基板２のうち開口３ａに対応する部分は、試料の成分をイオン化するための実効領域Ｒとして機能する。
　フレーム３は、例えば、絶縁性材料によって長方形板状に形成されている。基板２の厚さ方向から見た場合におけるフレーム３の一辺の長さは、例えば数ｃｍ程度である。フレーム３の厚さは、例えば１ｍｍ以下である。基板２の厚さ方向から見た場合における開口３ａの形状は、例えば円形であり、その場合における開口３ａの直径は、例えば数ｍｍ～数十ｍｍ程度である。このようなフレーム３によって、試料支持体１のハンドリングが容易化すると共に、温度変化等に起因する基板２の変形が抑制される。
　導電層４は、基板２の第１表面２ａに設けられている。具体的には、導電層４は、基板２の第１表面２ａのうちフレーム３の開口３ａに対応する領域（すなわち、実効領域Ｒに対応する領域）、開口３ａの内面、及びフレーム３における基板２とは反対側の表面３ｂに一続きに（一体的に）形成されている。導電層４は、実効領域Ｒにおいて、基板２の第１表面２ａのうち貫通孔２０が形成されていない部分を覆っている。つまり、実効領域Ｒにおいては、各貫通孔２０が開口３ａに露出している。
　導電層４は、導電性材料によって形成されている。本実施形態では、導電層４は、Ｐｔ（白金）又はＡｕ（金）によって形成されている。このように、導電層４の材料としては、以下に述べる理由により、試料との親和性（反応性）が低く且つ導電性が高い金属が用いられることが好ましい。
　例えば、タンパク質等の試料と親和性が高いＣｕ（銅）等の金属によって導電層４が形成されていると、後述する試料のイオン化の過程において、試料分子にＣｕ原子が付着した状態で試料がイオン化され、Ｃｕ原子が付着した分だけ、後述する質量分析法において検出結果がずれるおそれがある。したがって、導電層４の材料としては、試料との親和性が低い金属が用いられることが好ましい。
　一方、導電性の高い金属ほど一定の電圧を容易に且つ安定して印加し易くなる。そのため、導電性が高い金属によって導電層４が形成されていると、実効領域Ｒにおいて基板２の第１表面２ａに均一に電圧を印加することが可能となる。また、導電性の高い金属ほど熱伝導性も高い傾向にある。そのため、導電性が高い金属によって導電層４が形成されていると、基板２に照射されたレーザ光（エネルギー線）のエネルギーを、導電層４を介して試料に効率的に伝えることが可能となる。したがって、導電層４の材料としては、導電性の高い金属が用いられることが好ましい。
　以上の観点から、導電層４の材料としては、例えば、Ｐｔ、Ａｕ等が用いられることが好ましい。導電層４は、例えば、メッキ法、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic　Layer　Deposition）、蒸着法、スパッタ法等によって、厚さ１ｎｍ～３５０ｎｍ程度に形成される。なお、導電層４の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）等が用いられてもよい。
　図３は、基板２の厚さ方向から見た場合における基板２の拡大像を示す図である。図３において、黒色の部分は貫通孔２０であり、白色の部分は貫通孔２０間の隔壁部である。図３に示されるように、基板２には、略一定の幅を有する複数の貫通孔２０が一様に形成されている。実効領域Ｒにおける貫通孔２０の開口率（基板２の厚さ方向から見た場合に実効領域Ｒに対して全ての貫通孔２０が占める割合）は、実用上は１０～８０％であり、特に６０～８０％であることが好ましい。複数の貫通孔２０の大きさは互いに不揃いであってもよいし、部分的に複数の貫通孔２０同士が互いに連結していてもよい。
　図３に示される基板２は、Ａｌ（アルミニウム）を陽極酸化することにより形成されたアルミナポーラス皮膜である。具体的には、図４の（ａ）に示されるように、Ａｌ基板２００に対して陽極酸化処理を施すことにより、Ａｌ基板２００の表面部分２００ａを酸化すると共に、Ａｌ基板２００の表面部分２００ａに複数の細孔２０１を形成する。続いて、図４の（ｂ）に示されるように、Ａｌ基板２００に対してポアワイドニング処理を施すことにより、各細孔２０１を拡径する。拡径された各細孔２０１は、基板２の第１部分２１に相当する。続いて、図４の（ｃ）に示されるように、Ａｌ基板２００に対して陽極酸化処理を施すことにより、Ａｌ基板２００の表面部分２００ａを更に深く酸化すると共に、拡径された各細孔２０１の底部に細孔２０２を形成する。各細孔２０２は、基板２の第２部分２２に相当する。続いて、酸化された表面部分２００ａをＡｌ基板２００から剥離することにより、図４の（ｄ）に示されるように、基板２を得る。
　なお、基板２は、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｗ（タングステン）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｓｂ（アンチモン）等のＡｌ以外のバルブ金属を陽極酸化することにより形成されてもよい。或いは、基板２は、Ｓｉ（シリコン）を陽極酸化することにより形成されてもよい。
　次に、試料支持体１を用いたイオン化法及び質量分析方法について説明する。図５～図７においては、試料支持体１における貫通孔２０、導電層４及び接着層５の図示が省略されている。また、図１及び図２に示される試料支持体１と図５～図７に示される試料支持体１とでは、図示の便宜上、寸法の比率等が異なっている。
　まず、図５の（ａ）に示されるように、上述した試料支持体１が用意される（第１工程）。試料支持体１は、イオン化法及び質量分析方法を実施する者によって製造されることで用意されてもよいし、試料支持体１の製造者又は販売者等から取得されることで用意されてもよい。
　続いて、図５の（ｂ）に示されるように、スライドグラス（載置部）６の載置面６ａに基板２の第２表面２ｂが対面するように、載置面６ａに試料支持体１が載置される（第２工程）。スライドグラス６は、ＩＴＯ（Indium　Tin　Oxide)膜等の透明導電膜が形成されたガラス基板であり、透明導電膜の表面が載置面６ａとなっている。なお、スライドグラス６に限定されず、導電性を確保し得る部材（例えば、ステンレス等の金属材料等からなる基板等）を載置部として用いることができる。続いて、図６の（ａ）に示されるように、導電性のテープ７（例えば、カーボンテープ等）によって、試料支持体１がスライドグラス６に固定される。続いて、図６の（ｂ）に示されるように、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０（実効領域Ｒに対応する複数の貫通孔２０）に対して、ピペット８によって、試料Ｓを含む溶液が滴下される（第２工程）。
　これにより、各貫通孔２０においては、試料Ｓを含む溶液が第１部分２１から第２部分２２内に進入し、各貫通孔２０の第１部分２１には、試料Ｓを含む溶液の一部が表面張力によって留まる（図２参照）。したがって、基板２の第１表面２ａ側には、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１が確実に留まる。
　続いて、図７に示されるように、第１表面２ａ側に試料Ｓの成分Ｓ１が留まっている試料支持体１がスライドグラス６に固定された状態で、スライドグラス６、試料支持体１及び試料Ｓが、質量分析装置１０の支持部１２（例えば、ステージ）上に載置される。続いて、質量分析装置１０の電圧印加部１４によって、スライドグラス６の載置面６ａ及びテープ７を介して試料支持体１の導電層４（図２参照）に電圧が印加される（第３工程）。続いて、質量分析装置１０のレーザ光照射部１３によって、フレーム３の開口３ａを介して、基板２の第１表面２ａに対してレーザ光（エネルギー線）Ｌが照射される（第３工程）。つまり、レーザ光Ｌは、基板２の第１表面２ａのうちフレーム３の開口３ａに対応する領域（すなわち、実効領域Ｒに対応する領域）に対して照射される。本実施形態では、レーザ光照射部１３は、実効領域Ｒに対応する領域に対してレーザ光Ｌを走査する。なお、実効領域Ｒに対応する領域に対するレーザ光Ｌの走査は、支持部１２及びレーザ光照射部１３の少なくとも１つが動作させられることにより、実施可能である。
　このように、導電層４に電圧が印加されつつ基板２の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されることにより、基板２の第１表面２ａ側に留まっている試料Ｓの成分Ｓ１がイオン化され、試料イオンＳ２（イオン化された成分Ｓ１）が放出される（第３工程）。具体的には、レーザ光Ｌのエネルギーを吸収した導電層４（図２参照）から、基板２の第１表面２ａ側に留まっている試料Ｓの成分Ｓ１にエネルギーが伝達され、エネルギーを獲得した試料Ｓの成分Ｓ１が気化すると共に電荷を獲得して、試料イオンＳ２となる。以上の第１工程～第３工程が、試料支持体１を用いたイオン化法（本実施形態では、レーザ脱離イオン化法）に相当する。
　放出された試料イオンＳ２は、試料支持体１とイオン検出部１５との間に設けられたグランド電極（図示省略）に向かって加速しながら移動する。つまり、試料イオンＳ２は、電圧が印加された導電層４とグランド電極との間に生じた電位差によって、グランド電極に向かって加速しながら移動する。そして、質量分析装置１０のイオン検出部１５によって試料イオンＳ２が検出される（第４工程）。本実施形態では、質量分析装置１０は、飛行時間型質量分析法（ＴＯＦ－ＭＳ：Time-of-Flight　Mass　Spectrometry）を利用する走査型質量分析装置である。以上の第１工程～第４工程が、試料支持体１を用いた質量分析方法に相当する。
　以上説明したように、試料支持体１では、複数の貫通孔２０のそれぞれにおいて、第１表面２ａ側の第１開口部２０ａの幅が、第２表面２ｂ側の第２開口部２０ｂの幅よりも大きい。そのため、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下されると、複数の貫通孔２０を介して溶液が第２表面２ｂ側に移動し、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１が第１表面２ａ側に適切な状態で留まる。したがって、導電層４に電圧が印加されつつ第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されると、試料Ｓの成分Ｓ１が確実にイオン化される。よって、試料支持体１によれば、質量分析においてイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１の信号強度を向上させることができる。
　また、試料支持体１では、基板２の厚さ方向から見た場合に、複数の貫通孔２０のそれぞれにおいて、第１開口部２０ａの外縁が、第２開口部２０ｂの外縁の外側に位置している。これにより、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１を第１表面２ａ側により適切な状態で留まらせることができる。
　また、試料支持体１では、複数の貫通孔２０のそれぞれが、第１開口部２０ａ側の第１部分２１と、第２開口部２０ｂ側の第２部分２２と、を有し、第１部分２１が、第１開口部２０ａ側に向かって広がるファネル状の形状を呈している。これにより、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１を第１表面２ａ側に適切な状態で留まらせることができる。
　また、試料支持体１では、複数の貫通孔２０のそれぞれにおいて、幅の最小値が１ｎｍであり、幅の最大値が７００ｎｍである。これにより、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１を第１表面２ａ側に適切な状態で留まらせることができる。
　また、試料支持体１では、基板２が、バルブ金属又はシリコンを陽極酸化することにより形成されている。これにより、複数の貫通孔２０が形成された基板２を容易に且つ確実に得ることができる。
　また、試料支持体１では、導電層４が、Ｐｔ又はＡｕによって形成されている。これにより、試料Ｓのイオン化に適した導電層４を容易に且つ確実に得ることができる。
　上述したイオン化法及び質量分析方法によれば、上述した試料支持体１が用いられるため、質量分析においてイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１の信号強度を向上させることができる。
　本開示は、上述した実施形態に限定されない。例えば、図８に示されるように、複数の貫通孔２０のそれぞれは、第１開口部２０ａ側に向かって広がる円錐台状の形状を呈していてもよい。この場合にも、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１を第１表面２ａ側に適切な状態で留まらせることができる。また、この場合には、基板２の強度を向上させることができる。更に、レーザ光Ｌの照射面積が増加するため、質量分析においてイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１の信号強度を向上させることができる。なお、各貫通孔２０の形状は、上述したものに限定されず、第１表面２ａ側の第１開口部２０ａの幅が第２表面２ｂ側の第２開口部２０ｂの幅よりも大きい形状（例えば、貫通孔２０の幅が第１開口部２０ａ側に向かって連続的又は段階的に大きくなる形状等）であればよい。ただし、基板２の厚さ方向から見た場合に、複数の貫通孔２０のそれぞれにおいて、第１開口部２０ａの外縁が、第２開口部２０ｂの外縁の外側に位置していることが好ましい。
　また、上述した実施形態では、基板２に１つの実効領域Ｒが設けられていたが、基板２に複数の実効領域Ｒが設けられていてもよい。また、複数の貫通孔２０は、実効領域Ｒのみに形成されている必要はなく、上述した実施形態のように、例えば、基板２の全体に形成されていてもよい。つまり、複数の貫通孔２０は、少なくとも実効領域Ｒに形成されていればよい。また、上述した実施形態では、１つの実効領域Ｒに１つの試料Ｓが対応するように試料Ｓが配置されたが、１つの実効領域Ｒに複数の試料Ｓが対応するように試料Ｓが配置されてもよい。
　また、導電層４は、少なくとも第１表面２ａに設けられていればよい。したがって、導電層４は、第１表面２ａに加え、例えば、各貫通孔２０の第１部分２１の内面に設けられていてもよい。或いは、導電層４は、第１表面２ａに加え、例えば、基板２の第２表面２ｂ及び各貫通孔２０の内面に設けられていてもよい。
　また、第２工程においては、テープ７以外の手段（例えば、接着剤、固定具等を用いる手段）で、スライドグラス６に試料支持体１が固定されてもよい。また、第３工程においては、スライドグラス６の載置面６ａ及びテープ７を介さずに導電層４に電圧が印加されてもよい。その場合、スライドグラス６及びテープ７は、導電性を有していなくてもよい。また、テープ７は、試料支持体１の一部であってもよい。テープ７が試料支持体１の一部である場合（すなわち、試料支持体１がテープ７を備える場合）には、例えば、テープ７は、基板２の周縁部において第１表面２ａ側に予め固定されていてもよいし、或いは、フレーム３の表面３ｂ上に形成された導電層４上に予め固定されていてもよい。
　また、質量分析装置１０においては、レーザ光照射部１３が、実効領域Ｒに対応する領域に対してレーザ光Ｌを一括で照射してもよい。つまり、質量分析装置１０は、投影型質量分析装置であってもよい。また、上述したイオン化法は、イオンモビリティ測定等の他の測定・実験にも利用することができる。
　また、試料支持体１の用途は、レーザ光Ｌの照射による試料Ｓのイオン化に限定されない。試料支持体１は、レーザ光、イオンビーム、電子線等のエネルギー線の照射による試料Ｓのイオン化に用いることができる。上述したイオン化法及び質量分析方法では、エネルギー線の照射によって試料Ｓをイオン化することができる。
　１…試料支持体、２…基板、２ａ…第１表面、２ｂ…第２表面、４…導電層、６…スライドグラス（載置部）、６ａ…載置面、２０…貫通孔、２０ａ…第１開口部、２０ｂ…第２開口部、２１…第１部分、２２…第２部分、Ｒ…実効領域、Ｌ…レーザ光（エネルギー線）、Ｓ…試料、Ｓ１…成分。

Claims (9)

  1. 　試料のイオン化用の試料支持体であって、
    　互いに対向する第１表面及び第２表面を有する基板と、
    　少なくとも前記第１表面に設けられた導電層と、を備え、
    　前記基板のうち前記試料の成分をイオン化するための実効領域には、前記第１表面及び前記第２表面に開口する複数の貫通孔が形成されており、
    　前記複数の貫通孔のそれぞれにおいて、前記第１表面側の第１開口部の幅は、前記第２表面側の第２開口部の幅よりも大きい、試料支持体。
  2. 　前記第１表面及び前記第２表面が互いに対向する方向から見た場合に、前記複数の貫通孔のそれぞれにおいて、前記第１開口部の外縁は、前記第２開口部の外縁の外側に位置している、請求項１に記載の試料支持体。
  3. 　前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記第１開口部側の第１部分と、前記第２開口部側の第２部分と、を有し、
    　前記第１部分は、前記第１開口部側に向かって広がるファネル状の形状を呈している、請求項１又は２に記載の試料支持体。
  4. 　前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記第１開口部側に向かって広がる円錐台状の形状を呈している、請求項１又は２に記載の試料支持体。
  5. 　前記複数の貫通孔のそれぞれにおいて、幅の最小値は１ｎｍであり、幅の最大値は７００ｎｍである、請求項１～４のいずれか一項に記載の試料支持体。
  6. 　前記基板は、バルブ金属又はシリコンを陽極酸化することにより形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の試料支持体。
  7. 　前記導電層は、白金又は金によって形成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の試料支持体。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の試料支持体が用意される第１工程と、
    　載置部の載置面に前記第２表面が対面するように前記載置面に前記試料支持体が載置され、前記第１表面側から前記複数の貫通孔に対して前記試料を含む溶液が滴下される第２工程と、
    　前記導電層に電圧が印加されつつ前記第１表面に対してエネルギー線が照射されることにより、前記第１表面側に留まっている前記試料の成分がイオン化される第３工程と、を備えるイオン化法。
  9. 　請求項８に記載のイオン化法の前記第１工程、前記第２工程及び前記第３工程と、
    　前記第３工程においてイオン化された前記成分が検出される第４工程と、を備える質量分析方法。
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