二次元イメージング装置および方法
【課題】弱い化学結合を分子内にもつ分子を含む生体組織や薬剤などを測定対象物とする場合であっても、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比を高めて、正確な二次元画像を得ることができる二次元イメージング装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光源１１と、測定対象物を含む試料９０が載置される試料台１３を備える。レーザ光源１１からの赤外レーザ光を試料９０へ導く光学系３０を備える。光学系３０と試料台１３とを相対移動させる移動機構を備える。赤外レーザ光を受けて試料９０が発生したイオンを、イオンの質量電荷比に応じて分離する質量分析部１４を備える。イオンを検出するイオン検出器１７を備える。試料９０のマトリックスが付着された複数の部位について部位毎に質量スペクトルを得て、各部位の座標位置と対応づけて記憶する。測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する。
【解決手段】レーザ光源１１と、測定対象物を含む試料９０が載置される試料台１３を備える。レーザ光源１１からの赤外レーザ光を試料９０へ導く光学系３０を備える。光学系３０と試料台１３とを相対移動させる移動機構を備える。赤外レーザ光を受けて試料９０が発生したイオンを、イオンの質量電荷比に応じて分離する質量分析部１４を備える。イオンを検出するイオン検出器１７を備える。試料９０のマトリックスが付着された複数の部位について部位毎に質量スペクトルを得て、各部位の座標位置と対応づけて記憶する。測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は二次元イメージング装置および方法に関する。より詳しくは、この発明は、試料の複数の部位について赤外線を用いた質量分析（ＩＲ−ＭＡＬＤＩ）を行い、得られた結果を二次元画像で表示するイメージング装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば非特許文献１（「ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳイメージング」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.an.shimadzu.co.jp/apl/imaging/invitro01001015.htm＞）に公表されているように、平坦な表面を有する試料の複数の部位について質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）を行い、得られた結果を二次元画像で表示するイメージング装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−００５４１０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】株式会社島津製作所、「ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳイメージング」、［online］、２０１０年、［２０１０年６月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.an.shimadzu.co.jp/apl/imaging/invitro01001015.htm＞
【非特許文献２】株式会社島津製作所、「ＭＡＬＤＩ／ＴＯＦＭＳの原理」、［online］、２０１０年、［２０１０年６月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.an.shimadzu.co.jp/tofms/axima/princpl1.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のイメージング装置では、非特許文献１に関連した非特許文献２（「ＭＡＬＤＩ／ＴＯＦＭＳの原理」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.an.shimadzu.co.jp/tofms/axima/princpl1.htm＞）に記載されているように、質量分析のために窒素レーザ光（波長＝３３７ｎｍ）、つまり紫外光を試料に照射している。例えば、紫外線を用いて弱い化学結合を分子内に有する生体組織を測定対象物とする場合、化学結合が切れてしまい、副次生成物が生成されることがある。そのような場合、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高めることが難しく、その結果、正確な二次元画像が得られないという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、弱い化学結合を分子内にもつ分子を含む生体組織や薬剤などを測定対象物とする場合であっても、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比を高めて、正確な二次元画像が得られる二次元イメージング装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、ＩＲ−ＭＡＬＤＩ装置（赤外光−マトリックス支援レーザ脱離イオン化装置）を利用すれば、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比を高めて、正確な二次元画像が得られる可能性があることに着目した。知られているように、ＩＲ−ＭＡＬＤＩ装置では、測定対象物に赤外光（特に中赤外光）を照射するので、弱い化学結合を分子内にもつ分子を壊すことなく、副次生成物の生成を抑えてイオン化できるからである（特許文献１（特開２００７−００５４１０号公報）参照）。
【０００８】
そこで、上記課題を解決するため、この発明の二次元イメージング装置は、
赤外レーザ光を発生するレーザ光源と、
測定対象物と、少なくとも当該測定対象物の表面に付着されたマトリックスとを含む試料が載置される試料台と、
上記レーザ光源からの上記赤外レーザ光を上記試料台上の上記試料へ導く光学系と、
上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させる移動機構と、
上記赤外レーザ光を受けて上記試料が発生したイオンを、上記イオンの質量電荷比に応じて分離する質量分析部と、
上記質量分析部により分離されたイオンを検出するイオン検出器と、
上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記表面内で上記マトリックスが付着された複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得るデータ取得部と、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶するデータ記憶部と、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する濃度マップ作成部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明の二次元イメージング装置では、レーザ光源からの赤外レーザ光を光学系によって試料へ導くとともに、上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、移動機構によって上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させる。これによって、上記試料の上記マトリックスが付着された複数の部位について、上記部位毎に上記測定対象物を上記マトリックスの助けによって順次イオン化してイオンとする。
【００１０】
上記試料の上記複数の部位が順次発生したイオンは、上記質量分析部によって上記イオンの質量電荷比に応じて分離されて、上記イオン検出器に達して順次検出される。データ取得部は、上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得る（飛行時間質量分析法（ＴＯＦＭＳ））。データ記憶部は、上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶する。そして、濃度マップ作成部は、上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する。
【００１１】
この二次元イメージング装置では、赤外レーザ光（特に中赤外光が望ましい。）を試料に照射するので、弱い化学結合を分子内にもつ分子を壊すことなく、副次生成物の生成を抑えて、上記試料をイオン化できる。したがって、窒素レーザのような紫外光を用いる場合に比して、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高めることができる。この結果、濃度マップ作成部によって正確な二次元画像が得られる。
【００１２】
一実施形態の二次元イメージング装置では、
上記測定対象物のための比較の基準となる基準物について、上記測定対象物のための測定条件と同じ測定条件で得られた質量スペクトルを記憶する比較基準記憶部を備え、
上記濃度マップ作成部は、上記測定対象物の質量スペクトルと上記基準物の質量スペクトルとを比較して、上記濃度マップを作成することを特徴とする。
【００１３】
この一実施形態の二次元イメージング装置では、上記濃度マップ作成部は、上記測定対象物の質量スペクトルと上記基準物の質量スペクトルとを比較して、上記濃度マップを作成するので、さらに正確な二次元画像が得られる。
【００１４】
この発明の二次元イメージング方法は、
試料台上に、測定対象物と、少なくとも当該測定対象物の表面に付着されたマトリックスとを含む試料を載置し、
レーザ光源からの赤外レーザ光を光学系によって上記試料へ導くとともに、上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、移動機構によって上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させて、上記試料の上記マトリックスが付着された複数の部位について、上記部位毎に上記測定対象物を上記マトリックスの助けによって順次イオン化し、
上記試料の上記複数の部位が順次発生したイオンを、質量分析部によって上記イオンの質量電荷比に応じて分離してイオン検出器に到達させて検出し、
データ取得部によって、上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得、
データ記憶部に、上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶させ、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成することを特徴とする。
【００１５】
この発明の二次元イメージング方法では、赤外レーザ光（特に中赤外光が望ましい。）を試料に照射するので、弱い化学結合を分子内にもつ分子を壊すことなく、副次生成物の生成を抑えて、上記試料をイオン化できる。したがって、窒素レーザのような紫外光を用いる場合に比して、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高めることができる。この結果、正確な二次元画像が得られる。
【００１６】
一実施形態の二次元イメージング方法では、上記試料を、上記測定対象物の上記表面に上記マトリックスを噴霧して作製することを特徴とする。
【００１７】
この一実施形態の二次元イメージング方法では、上記測定対象物の表面内で隣り合うマトリックス同士が互いに離間した態様の試料を簡単に作製できる。上記測定対象物の表面内で隣り合うマトリックス同士が互いに離間していれば、隣り合うマトリックス同士の間で上記測定対象物の成分が移動しないので、望ましい。
【００１８】
一実施形態の二次元イメージング方法では、上記試料を、上記測定対象物の上記表面に上記マトリックスを所定ピッチで滴下して作製することを特徴とする。
【００１９】
この一実施形態の二次元イメージング方法では、滴下の圧力、時間を調節することで、略一定の直径のマトリックスが縦横に離間して配置された態様の試料を容易に作製できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上より明らかなように、この発明の二次元イメージング装置および方法によれば、弱い化学結合を分子内にもつ分子を含む生体組織や薬剤などを測定対象物とする場合であっても、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比を高めて、正確な二次元画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態の二次元イメージング装置の概略構成を示す図である。（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ上記二次元イメージング装置によって作成された二次元画像を模式的に示す図である。
【図２】上記二次元イメージング装置の試料台を示す図である。
【図３】上記二次元イメージング装置のデータ解析装置のブロック構成を示す図である。
【図４】上記二次元イメージング装置のレーザ光源および光学系の一つの構成例を示す図である。
【図５】上記二次元イメージング装置のレーザ光源および光学系の別の構成例を示す図である。
【図６】（Ａ）は試料切片上にマトリックスが噴霧された態様を模式的に表す図であり、（Ｂ）は試料切片上にマトリックスが所定間隔で滴下された態様を模式的に表す図である。
【図７】試料切片上にマトリックスを滴下する方法を説明する図である。
【図８】或る試料の表面内の座標位置（２５，５）で表される部位の質量スペクトルを示す図である。
【図９】上記試料の表面内の座標位置（３５，５）で表される部位の質量スペクトルを示す図である。
【図１０】上記試料の表面内の座標位置（２５，１０）で表される部位の質量スペクトルを示す図である。
【図１１】上記試料切片について得られた二次元画像を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明を図示の実施の形態によって詳細に説明する。
【００２３】
図１（Ａ）は、この発明の一実施形態の二次元イメージング装置（全体を符号１０で示す。）の概略構成を示している。この二次元イメージング装置１０は、レーザ光源としてのＩＲ光源１１と、真空容器１２と、この真空容器１２内に設けられた試料台１３と、質量分析部１４と、イオン検出器１７と、ビーム集光ユニット３０と、データ解析装置５０と、画像表示装置５１と、制御信号を出力してこの装置の全体を制御するシステム制御部２０とを備えている。
【００２４】
ＩＲ光源１１は、赤外レーザ光、この例では波長５μｍ〜１４μｍ（マイクロメータ）の範囲内の中赤外光を発生する。このような中赤外光を発生するレーザ光源は、例えば特開２００５−３３１５９９号公報、特開２００７−３２３０２１号公報などに開示された光源を用いてもよい。
【００２５】
真空容器１２は、その内部が、システム制御部２０からの制御信号によって制御される図示しない真空ポンプによって真空に排気されるようになっている。この例では、真空容器１２は、試料台１３、質量分析部１４およびイオン検出器１７を収容している。
【００２６】
なお、本実施の形態では、試料台１３は質量分析部１４と同様に真空容器１２内に設けられるが、この構成に限られない。例えば、試料台１３及び質量分析部１４を大気圧の容器内に設けてもよい。また、試料台１３が設けられる試料室を大気圧とし、キャピラリやオリフィスを介して真空環境となる質量分析部にイオンを導いてもよい。このようなＡＰ−ＭＡＬＤＩ装置（大気圧マトリクス支援レーザ脱離イオン化装置）では、試料を容易に交換することができるので、利便性が高い。
【００２７】
試料台１３は、この例では、真空容器１２の下部に配置されている。この試料台１３には、平坦な表面を有する測定対象物とこの測定対象物の上記表面内に付着されたマトリックスとからなる試料９０が載置されるようになっている。図２に示すように、この試料台１３は、ＩＲ光源１１からの赤外レーザ光を試料９０のうちの所望の部位に照射できるように、システム制御部２０からの制御信号によって制御される移動機構４０によって、水平面内で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向に移動可能になっている。
【００２８】
図１に示すように、ビーム集光ユニット３０は、ＩＲ光源１１からの赤外レーザ光を試料台１３上の試料９０へ導いて照射させる。
【００２９】
イオン検出器１７は、真空容器１２内で試料台１３に対向する位置、この例では真空容器１２内の上部に設けられている。試料台１３側の電極１５とイオン検出器１７側の電極１６との間には、システム制御部２０からの制御信号によって制御される図示しない高圧電源によって、試料９０が発生したイオンをイオン検出器１７へ向けて加速するための電圧(この例では２０ｋＶ)が印加される。
【００３０】
質量分析部１４は、試料台１３とイオン検出器１７との間に設けられた静電的な電磁レンズや多極型の高周波イオンガイドを含んでいる。この質量分析部１４は、ＩＲ光源１１からの赤外レーザ光を受けて試料９０が発生した複数のイオンを、それらのイオンの質量電荷比ｍ／ｚに応じて分離してイオン検出器１７へ導く。
【００３１】
データ解析装置５０は、イオン検出器１７の出力をデータ解析して、データ解析結果を例えばＬＣＤ(液晶表示素子)のような画像表示装置５１に表示させる。
【００３２】
図４は、ＩＲ光源１１からビーム集光ユニット３０までの光学系の一つの構成例を模式的に示している。ＩＲ光源１１から出射した平行光線である赤外レーザ光は、軸外し放物面鏡３５によって集光されて光ファイバ(この例では中空ファイバ)３６の一端に入射する。それから、その赤外レーザ光は、光ファイバ３６を通して伝送され、光ファイバ３６の他端を通してビーム集光ユニット３０の筐体３１内に入る。
【００３３】
ビーム集光ユニット３０の筐体３１には、光ファイバ３６の上記他端が接続された側から順に、コリメートレンズ３２、集光レンズ３３、ヘリコイドからなる位置調整機構３４が設けられている。ビーム集光ユニット３０の筐体３１内に入った赤外レーザ光は、放射状に広がり、コリメートレンズ３２によって平行光線に変換され、集光レンズ３３によって試料９０の表面へ向けて集光される。そして、その赤外レーザ光は、真空容器１２の壁面に設けられたＺｎＳｅからなる窓１２ｗを通して、試料９０の表面へ照射される。照射される赤外レーザ光のスポット径は、数百μｍ程度（最小１２０μｍ）になっている。ここで窓材はＺｎＳｅの他、ＣａＦ２やＢａＦ２等の中赤外光を透過させる窓材であってもよい。なお、ＡＰ−ＭＡＬＤＩにおいては、必ずしも窓を構成しなくてもよい。
【００３４】
真空容器１２内には、観察用カメラ１８が設けられている。この観察用カメラ１８によって、赤外レーザ光を照射中に試料９０の表面を観察することができる。
【００３５】
ＩＲ光源１１が発生する赤外レーザ光の波長が可変して設定されたとき、試料９０上で赤外レーザ光の焦点がずれる傾向がある。このような焦点のずれは、この例では真空容器１２内に設けられた観察用カメラ１８によって試料９０の表面を観察しながら、位置調整機構３４によって焦点調整することで解消できる。
【００３６】
図５は、ＩＲ光源１１からビーム集光ユニット３０までの光学系の別の構成例を模式的に示している。なお、図５において、図４における構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００３７】
この図５の構成例では、ＩＲ光源１１から出射した平行光線である赤外レーザ光は、平面ミラー３７，３８によって反射されてビーム集光ユニット３０′の筐体３１内に入る。
【００３８】
ビーム集光ユニット３０′の筐体３１には、集光レンズ３３、ヘリコイドからなる位置調整機構３４が設けられている。ビーム集光ユニット３０′の筐体３１内に入った赤外レーザ光は、集光レンズ３３によって試料９０の表面へ向けて集光される。そして、その赤外レーザ光は、真空容器１２の壁面に設けられたＺｎＳｅからなる窓１２ｗを通して、試料９０の表面へ照射される。
【００３９】
この図５の構成例では、図４の構成例に比して、ビーム集光ユニット３０′内の部品数を低減できるという利点がある。なお、ビーム集光ユニット３０′の筐体３１内に入った赤外レーザ光を試料９０の表面へ向けて集光するために、ビーム集光ユニット３０′内の集光レンズ３３に代えて、軸外し放物面鏡を設けても良い。
【００４０】
図３は、図１中に示したデータ解析装置５０のブロック構成を示している。このデータ解析装置５０は、データを記憶可能なデータ記憶部としてのメモリ５２と、データ取得部５３と、濃度マップ作成部５４と、画像作成部５５と、例えばＬＣＤ（液晶表示素子）のような画像表示装置５１（図１中にも示したもの）とを備えている。
【００４１】
メモリ５２は、データ取得部５３や濃度マップ作成部５４が取り扱う計算過程のデータや、計算の結果として得られたデータ、つまり質量スペクトルを表すデータを格納することができる。
【００４２】
データ取得部５３は、イオン検出器１７の出力に基づいて演算を行って、試料９０の質量スペクトルを得る。この質量スペクトルは、例えば後述の図８、図９、図１０に示すようなものである。
【００４３】
濃度マップ作成部５４は、データ取得部５３が得た質量スペクトルに基づいて、試料９０に含まれた測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する。作成される濃度マップは、例えば、図１（Ｂ），図１（Ｃ）に示すように、平坦な表面を有する測定対象物９０（または９０′）の表面内における上記特定の基の濃度の分布を表す。
【００４４】
図３中に示す画像作成部５５は、濃度マップ作成部５４が作成した濃度マップを画像表示装置５１に表示するための２次元画像データを作成する。これにより、濃度マップを表す２次元画像が、画像表示装置５１の表示画面に表示される。
【００４５】
上述のデータ解析装置５０におけるデータ取得部５３と、濃度マップ作成部５４と、画像作成部５５は、ソフトウエア（コンピュータプログラム）によって構成されている。
【００４６】
次に、上記二次元イメージング装置１０によって、測定対象物の濃度分布を表す二次元画像を作成する方法について、具体例を挙げて説明する。
【００４７】
この例では、測定対象物は、ガングリシドを含んだ生体組織の切片（これを「試料切片」と呼ぶ。）とする。ガングリシドは、糖鎖上に１つ以上のシアル酸（Ｎ−アセチルノイラミン酸：略称ＮＡＮＡ、Ｎｅｕ５Ａｃ）を結合しているスフィンゴ糖脂質の一種である。このガングリシドとしては、現在ＧＤ１ａ，ＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂなど、４０種類以上が発見されている。それらの種類毎に、それぞれＮ−アセチルノイラミン酸の数と位置が異なっている。以下の例では、特定分子としてのガングリシドＧＤ１ａ，ＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂの濃度マップを表す二次元画像を作成するものとする。
【００４８】
二次元画像の作成は次のようなフローで行う。
【００４９】
ステップＳ１； ガングリシドを含んだ生体組織をスライスして、生体組織の試料切片を作製する。
【００５０】
ここで、試料切片は、生体組織のうちガングリシドの濃度分布が観測されるべき面に沿ってスライスして作製する。
【００５１】
ステップＳ２； 試料切片を矩形板状のサンプルプレート１９（図２中に示す。）に載せる。
【００５２】
ステップＳ３； サンプルプレート１９上の試料切片にマトリックスを噴霧する。これを試料９０とする。
【００５３】
このマトリックスとしては、公知の例えばシナピン酸を用いる。また、噴霧作業は、工作用エアブラシやガラススプレイヤーなどを用いて行う。
【００５４】
ここで、噴霧時間を比較的短くして、例えば図６（Ａ）に模式的に示すように、試料９０の表面内で殆どのマトリックス９２，９２，…が互いに孤立した態様になるようにする。試料９０の表面内で隣り合うマトリックス９２同士が互いに離間していれば、隣り合うマトリックス９２同士の間で試料９０（特に、生体組織）の成分が移動しないので、望ましい。
【００５５】
なお、照射される赤外レーザ光のスポット径が数百μｍであることを考慮すると、赤外レーザ光が照射されるべきマトリックス９２の直径は１．０ｍｍ以上とするのが望ましい。一方、作成される二次元画像の解像度の観点からは、マトリックス９２の直径は、例えば２．０ｍｍ以下というように小さい方が望ましい。よって、マトリックス９２の直径は、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、典型的には１．５ｍｍであるのが望ましい。また、マトリックス９２同士の間隔は、マトリックス９２同士の融合を介して試料（測定対象物）の成分が移動するのを防ぐ観点から、２００μｍ以上であるのが望ましい。一方、作成される二次元画像の解像度の観点からは、マトリックス９２同士の間隔は、例えば５００μｍ以下というように小さい方が望ましい。よって、マトリックス９２同士の間隔は、２００μｍ以上５００μｍ以下、典型的には３００μｍであるのが望ましい。
【００５６】
ステップＳ４； サンプルプレート１９上の試料９０を乾燥する。
【００５７】
ステップＳ５； 真空容器１２内の試料台１３上に、試料９０が載ったサンプルプレート１９を取り付ける。
【００５８】
ステップＳ６； 検査装置１０を動作させて、ＩＲ光源１１からの赤外レーザ光（この例では波長６μｍ、スポット径が数百μｍ、時間１０ｎｓｅｃ（ナノ秒）のパルスレーザ）を試料９０に照射する。
【００５９】
具体的には、光学系３０に対して試料台１３を、移動機構４０によって試料９０の表面に沿った水平方向に移動させて位置決めして、赤外レーザ光を試料９０の表面内でマトリックス９２が付着された部位９２−１，９２−２，９２−３，…(図１１参照)に照射させる。これにより、試料９０の表面内でマトリックス９２が付着された複数の部位９２−１，９２−２，９２−３，…について、部位毎に試料９０をマトリックス９２の助けによって順次イオン化する。なお、図１１では３つの部位９２−１，９２−２，９２−３についてのみ示しているが、実際には試料９０の表面内で多数の部位に対して赤外レーザ光を照射させ、順次イオン化する。そして、試料９０の複数の部位９２−１，９２−２，９２−３，…が順次発生したイオンを、試料台１３とイオン検出器１７との間の電圧によって加速するとともに、質量分析部１４によってイオンの質量電荷比に応じて分離してイオン検出器１７に到達させて検出する。
【００６０】
ステップＳ７； データ解析装置５０のデータ取得部５３によって、試料９０の複数の部位について部位毎に質量スペクトルを得る。得られた部位毎の質量スペクトルを、試料９０の表面内の各部位の座標位置と対応づけて、メモリ５２に記憶させる。
【００６１】
ここで、得られる質量スペクトルは、例えば図８、図９、図１０に示すようなものである。これらの図では、横軸は質量電荷比ｍ／ｚを表す。縦軸はイオンの相対強度を表し、最大ピークが１００％になるように規格化されている。
【００６２】
図８は、試料９０の表面内の座標位置（２５，５）で表される部位９２−１の質量スペクトルを示している。図９は、試料９０の表面内の座標位置（３５，５）で表される部位９２−２の質量スペクトルを示している。また、図１０は、試料９０の表面内の座標位置（２５，１０）で表される部位９２−３の質量スペクトルを示している。
【００６３】
図８の座標位置（２５，５）で表される部位では、ガングリシドＧＤ１ａ由来のイオンの質量を表すピーク（例えばｍ／ｚ＝１８６３．６５３３のピーク）のみが現れている（なお、規格化前の強度（カウント数）は右軸上部に記載された１０９４．０である。）。図９の座標位置（３５，５）で表される部位では、ガングリシドＧＤ１ａ由来のイオンの質量を表すピークに加えて、ガングリシドＧＴ１ｂ由来のイオンの質量を表すピークと、ガングリシドＧＱ１ｂ由来のイオンの質量を表すピークとが現れている。図１０の座標位置（２５，１０）で表される部位では、図９におけるのと同様に、ガングリシドＧＤ１ａ由来のイオンの質量を表すピークに加えて、ガングリシドＧＴ１ｂ由来のイオンの質量を表すピークと、ガングリシドＧＱ１ｂ由来のイオンの質量を表すピークとが現れている。
【００６４】
ステップＳ８； データ解析装置５０の濃度マップ作成部５４によって、試料９０の部位毎の質量スペクトルに基づいて、測定対象物に含まれる特定分子（この例では、ガングリシドＧＤ１ａ，ＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂ）の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する。
【００６５】
上述の図８、図９、図１０の例では、図１１に示すような濃度マップが得られる。図１１では、最も内部の領域Ａは、実質的にガングリシドＧＤ１ａのみが観測され、ガングリシドＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂ由来のピークの相対強度が弱い（例えば２０％未満）領域を示している。領域Ａの外周を取り巻く領域Ｂは、ガングリシドＧＤ１ａ由来のピークに加えて、ガングリシドＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂ由来のピークが中間強度（例えば２０％以上８０％未満）で観測される領域を示している。領域Ｂの外周を取り巻く領域Ｃは、ガングリシドＧＤ１ａ由来のピークに加えて、ガングリシドＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂ由来のピークが高い強度（例えば８０％以上）で観測される領域を示している。
【００６６】
上記濃度マップでは、これらの領域Ａ，Ｂ，Ｃについて、それぞれ表示画面上での色、濃度が指定される。公知の手法により、表示画面上での色は物質の種類毎に指定され、また、表示画面上での濃度は、質量スペクトルにおけるピークの相対強度が強くなるのに応じて高濃度になるように指定される。
【００６７】
例えば、図１１の例では、ガングリシドＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂを併せて、領域Ａ，Ｂ，Ｃによって濃度の変化を表しているが、ガングリシドＧＴ１ｂとガングリシドＧＱ１ｂとにそれぞれ別の色を指定し、それぞれ単独で濃度の変化を表示しても良い。
【００６８】
ステップＳ９； データ解析装置５０の画像作成部５５は、濃度マップ作成部５４が作成した濃度マップを画像表示装置５１に表示するための２次元画像データを作成する。これにより、濃度マップを表す２次元画像が、画像表示装置５１の表示画面に表示される。
【００６９】
このイメージング方法によれば、赤外レーザ光（特に中赤外光が望ましい。）を試料９０に照射するので、弱い化学結合を分子内にもつ分子を壊すことなく、副次生成物の生成を抑えて、試料９０をイオン化できる。したがって、窒素レーザのような紫外光を用いる場合に比して、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高めることができる。この結果、正確な二次元画像を得ることができる。
【００７０】
上の例では、試料切片にマトリックスを噴霧したが（ステップＳ３）、試料切片にマトリックスを付着させる方法はこれに限られるものではない。
【００７１】
例えば図７に示すように、キャピラリチューブ９９を用いて、試料切片の表面にマトリックスを滴下しても良い。図７の例では、試料台１３′が移動機構４０′によって、水平面内で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向に移動可能になっている。この試料台１３′上に試料切片を載せたサンプルプレート１９を置き、試料切片を試料台１３′とともに移動機構４０′によってＸ方向、Ｙ方向に一定ピッチで移動させながら、試料切片の表面の複数の部位にマトリックス９２を順次滴下してゆく。各部位に滴下されるマトリックス９２の量は、キャピラリチューブ９９を通して押し出される圧力、時間を調節して一定量とする。これにより、図６（Ｂ）に示すように、略一定の直径ｄ３のマトリックス９２が縦横等間隔ｃ１，ｃ２（ｃ１＝ｃ２）で離間して行列状に配置された態様の試料９０が確実に得られる。
【００７２】
なお、マトリックスを滴下する場合、マトリックス９２の直径は、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、典型的には１．５ｍｍに設定する。また、マトリックス９２同士の間隔は、２００μｍ以上５００μｍ以下、典型的には３００μｍに設定する。
【００７３】
このようにしてマトリックス９２を滴下して得られた試料９０によれば、赤外レーザ光を試料９０に照射するとき（ステップＳ６）、試料９０を試料台１３とともに移動機構４０によってＸ方向、Ｙ方向に上記滴下のピッチと同じ一定ピッチで移動させれば、確実に目的の部位を照射できる。
【００７４】
図３中のデータ解析装置５０におけるメモリ５２を、測定対象物のための比較の基準となる基準物について、測定対象物のための測定条件と同じ測定条件で得られた質量スペクトルを記憶する比較基準記憶部として用いることができる。
【００７５】
すなわち、測定対象物の判定を行うのに先立って、メモリ５２に、測定対象物のための比較の基準となる基準物について、測定対象物のための測定条件と同じ測定条件で得られた質量スペクトルを記憶させておく。そして、濃度マップ作成部５４は、測定対象物の質量スペクトルと基準物の質量スペクトルとを比較して、濃度マップを作成する。このようにした場合、さらに正確な二次元画像が得られる。
【００７６】
なお、上述の実施形態では、図４，図５に示したように、光源１１からビーム集光ユニット３０，３０′までの光学系は、真空容器１２外に設けられている。しかしながら、これに限られるものではない。光源１１からビーム集光ユニット３０までの光学系は、真空容器１２内に設けても良い。一方、観測用カメラ１８は、真空容器１２外に配置されて、窓を通して試料９０の表面を観測するようになっていても良い。
【００７７】
また、試料９０に照射される赤外レーザ光に対して、移動機構４０によって試料９０を試料台１３とともに移動させたが、これに限られるものではない。逆に、試料台１３に対して光学系３０を平行移動させても良い。または、光学系３０が赤外レーザ光の出射方向（角度）を変えて、試料９０（試料台１３）の表面内の照射位置を変えるようにしても良い。
【００７８】
この実施形態では、測定対象物はガングリシドを含んだ生体組織であるものとした。当然ながら、これに限られるものではなく、この発明の二次元イメージング装置および方法は、ガングリシド以外の要素を含む生体組織や薬剤にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 二次元イメージング装置
１１ ＩＲ光源
１２ 真空容器
１３，１３′ 試料台
３０，３０′ ビーム集光ユニット
４０，４０′ 移動機構
５０ データ解析装置
５１ 画像表示装置
９０ 試料
９９ キャピラリチューブ
【技術分野】
【０００１】
この発明は二次元イメージング装置および方法に関する。より詳しくは、この発明は、試料の複数の部位について赤外線を用いた質量分析（ＩＲ−ＭＡＬＤＩ）を行い、得られた結果を二次元画像で表示するイメージング装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば非特許文献１（「ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳイメージング」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.an.shimadzu.co.jp/apl/imaging/invitro01001015.htm＞）に公表されているように、平坦な表面を有する試料の複数の部位について質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）を行い、得られた結果を二次元画像で表示するイメージング装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−００５４１０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】株式会社島津製作所、「ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳイメージング」、［online］、２０１０年、［２０１０年６月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.an.shimadzu.co.jp/apl/imaging/invitro01001015.htm＞
【非特許文献２】株式会社島津製作所、「ＭＡＬＤＩ／ＴＯＦＭＳの原理」、［online］、２０１０年、［２０１０年６月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.an.shimadzu.co.jp/tofms/axima/princpl1.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のイメージング装置では、非特許文献１に関連した非特許文献２（「ＭＡＬＤＩ／ＴＯＦＭＳの原理」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.an.shimadzu.co.jp/tofms/axima/princpl1.htm＞）に記載されているように、質量分析のために窒素レーザ光（波長＝３３７ｎｍ）、つまり紫外光を試料に照射している。例えば、紫外線を用いて弱い化学結合を分子内に有する生体組織を測定対象物とする場合、化学結合が切れてしまい、副次生成物が生成されることがある。そのような場合、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高めることが難しく、その結果、正確な二次元画像が得られないという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、弱い化学結合を分子内にもつ分子を含む生体組織や薬剤などを測定対象物とする場合であっても、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比を高めて、正確な二次元画像が得られる二次元イメージング装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、ＩＲ−ＭＡＬＤＩ装置（赤外光−マトリックス支援レーザ脱離イオン化装置）を利用すれば、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比を高めて、正確な二次元画像が得られる可能性があることに着目した。知られているように、ＩＲ−ＭＡＬＤＩ装置では、測定対象物に赤外光（特に中赤外光）を照射するので、弱い化学結合を分子内にもつ分子を壊すことなく、副次生成物の生成を抑えてイオン化できるからである（特許文献１（特開２００７−００５４１０号公報）参照）。
【０００８】
そこで、上記課題を解決するため、この発明の二次元イメージング装置は、
赤外レーザ光を発生するレーザ光源と、
測定対象物と、少なくとも当該測定対象物の表面に付着されたマトリックスとを含む試料が載置される試料台と、
上記レーザ光源からの上記赤外レーザ光を上記試料台上の上記試料へ導く光学系と、
上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させる移動機構と、
上記赤外レーザ光を受けて上記試料が発生したイオンを、上記イオンの質量電荷比に応じて分離する質量分析部と、
上記質量分析部により分離されたイオンを検出するイオン検出器と、
上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記表面内で上記マトリックスが付着された複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得るデータ取得部と、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶するデータ記憶部と、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する濃度マップ作成部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明の二次元イメージング装置では、レーザ光源からの赤外レーザ光を光学系によって試料へ導くとともに、上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、移動機構によって上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させる。これによって、上記試料の上記マトリックスが付着された複数の部位について、上記部位毎に上記測定対象物を上記マトリックスの助けによって順次イオン化してイオンとする。
【００１０】
上記試料の上記複数の部位が順次発生したイオンは、上記質量分析部によって上記イオンの質量電荷比に応じて分離されて、上記イオン検出器に達して順次検出される。データ取得部は、上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得る（飛行時間質量分析法（ＴＯＦＭＳ））。データ記憶部は、上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶する。そして、濃度マップ作成部は、上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する。
【００１１】
この二次元イメージング装置では、赤外レーザ光（特に中赤外光が望ましい。）を試料に照射するので、弱い化学結合を分子内にもつ分子を壊すことなく、副次生成物の生成を抑えて、上記試料をイオン化できる。したがって、窒素レーザのような紫外光を用いる場合に比して、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高めることができる。この結果、濃度マップ作成部によって正確な二次元画像が得られる。
【００１２】
一実施形態の二次元イメージング装置では、
上記測定対象物のための比較の基準となる基準物について、上記測定対象物のための測定条件と同じ測定条件で得られた質量スペクトルを記憶する比較基準記憶部を備え、
上記濃度マップ作成部は、上記測定対象物の質量スペクトルと上記基準物の質量スペクトルとを比較して、上記濃度マップを作成することを特徴とする。
【００１３】
この一実施形態の二次元イメージング装置では、上記濃度マップ作成部は、上記測定対象物の質量スペクトルと上記基準物の質量スペクトルとを比較して、上記濃度マップを作成するので、さらに正確な二次元画像が得られる。
【００１４】
この発明の二次元イメージング方法は、
試料台上に、測定対象物と、少なくとも当該測定対象物の表面に付着されたマトリックスとを含む試料を載置し、
レーザ光源からの赤外レーザ光を光学系によって上記試料へ導くとともに、上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、移動機構によって上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させて、上記試料の上記マトリックスが付着された複数の部位について、上記部位毎に上記測定対象物を上記マトリックスの助けによって順次イオン化し、
上記試料の上記複数の部位が順次発生したイオンを、質量分析部によって上記イオンの質量電荷比に応じて分離してイオン検出器に到達させて検出し、
データ取得部によって、上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得、
データ記憶部に、上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶させ、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成することを特徴とする。
【００１５】
この発明の二次元イメージング方法では、赤外レーザ光（特に中赤外光が望ましい。）を試料に照射するので、弱い化学結合を分子内にもつ分子を壊すことなく、副次生成物の生成を抑えて、上記試料をイオン化できる。したがって、窒素レーザのような紫外光を用いる場合に比して、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高めることができる。この結果、正確な二次元画像が得られる。
【００１６】
一実施形態の二次元イメージング方法では、上記試料を、上記測定対象物の上記表面に上記マトリックスを噴霧して作製することを特徴とする。
【００１７】
この一実施形態の二次元イメージング方法では、上記測定対象物の表面内で隣り合うマトリックス同士が互いに離間した態様の試料を簡単に作製できる。上記測定対象物の表面内で隣り合うマトリックス同士が互いに離間していれば、隣り合うマトリックス同士の間で上記測定対象物の成分が移動しないので、望ましい。
【００１８】
一実施形態の二次元イメージング方法では、上記試料を、上記測定対象物の上記表面に上記マトリックスを所定ピッチで滴下して作製することを特徴とする。
【００１９】
この一実施形態の二次元イメージング方法では、滴下の圧力、時間を調節することで、略一定の直径のマトリックスが縦横に離間して配置された態様の試料を容易に作製できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上より明らかなように、この発明の二次元イメージング装置および方法によれば、弱い化学結合を分子内にもつ分子を含む生体組織や薬剤などを測定対象物とする場合であっても、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比を高めて、正確な二次元画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態の二次元イメージング装置の概略構成を示す図である。（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ上記二次元イメージング装置によって作成された二次元画像を模式的に示す図である。
【図２】上記二次元イメージング装置の試料台を示す図である。
【図３】上記二次元イメージング装置のデータ解析装置のブロック構成を示す図である。
【図４】上記二次元イメージング装置のレーザ光源および光学系の一つの構成例を示す図である。
【図５】上記二次元イメージング装置のレーザ光源および光学系の別の構成例を示す図である。
【図６】（Ａ）は試料切片上にマトリックスが噴霧された態様を模式的に表す図であり、（Ｂ）は試料切片上にマトリックスが所定間隔で滴下された態様を模式的に表す図である。
【図７】試料切片上にマトリックスを滴下する方法を説明する図である。
【図８】或る試料の表面内の座標位置（２５，５）で表される部位の質量スペクトルを示す図である。
【図９】上記試料の表面内の座標位置（３５，５）で表される部位の質量スペクトルを示す図である。
【図１０】上記試料の表面内の座標位置（２５，１０）で表される部位の質量スペクトルを示す図である。
【図１１】上記試料切片について得られた二次元画像を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明を図示の実施の形態によって詳細に説明する。
【００２３】
図１（Ａ）は、この発明の一実施形態の二次元イメージング装置（全体を符号１０で示す。）の概略構成を示している。この二次元イメージング装置１０は、レーザ光源としてのＩＲ光源１１と、真空容器１２と、この真空容器１２内に設けられた試料台１３と、質量分析部１４と、イオン検出器１７と、ビーム集光ユニット３０と、データ解析装置５０と、画像表示装置５１と、制御信号を出力してこの装置の全体を制御するシステム制御部２０とを備えている。
【００２４】
ＩＲ光源１１は、赤外レーザ光、この例では波長５μｍ〜１４μｍ（マイクロメータ）の範囲内の中赤外光を発生する。このような中赤外光を発生するレーザ光源は、例えば特開２００５−３３１５９９号公報、特開２００７−３２３０２１号公報などに開示された光源を用いてもよい。
【００２５】
真空容器１２は、その内部が、システム制御部２０からの制御信号によって制御される図示しない真空ポンプによって真空に排気されるようになっている。この例では、真空容器１２は、試料台１３、質量分析部１４およびイオン検出器１７を収容している。
【００２６】
なお、本実施の形態では、試料台１３は質量分析部１４と同様に真空容器１２内に設けられるが、この構成に限られない。例えば、試料台１３及び質量分析部１４を大気圧の容器内に設けてもよい。また、試料台１３が設けられる試料室を大気圧とし、キャピラリやオリフィスを介して真空環境となる質量分析部にイオンを導いてもよい。このようなＡＰ−ＭＡＬＤＩ装置（大気圧マトリクス支援レーザ脱離イオン化装置）では、試料を容易に交換することができるので、利便性が高い。
【００２７】
試料台１３は、この例では、真空容器１２の下部に配置されている。この試料台１３には、平坦な表面を有する測定対象物とこの測定対象物の上記表面内に付着されたマトリックスとからなる試料９０が載置されるようになっている。図２に示すように、この試料台１３は、ＩＲ光源１１からの赤外レーザ光を試料９０のうちの所望の部位に照射できるように、システム制御部２０からの制御信号によって制御される移動機構４０によって、水平面内で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向に移動可能になっている。
【００２８】
図１に示すように、ビーム集光ユニット３０は、ＩＲ光源１１からの赤外レーザ光を試料台１３上の試料９０へ導いて照射させる。
【００２９】
イオン検出器１７は、真空容器１２内で試料台１３に対向する位置、この例では真空容器１２内の上部に設けられている。試料台１３側の電極１５とイオン検出器１７側の電極１６との間には、システム制御部２０からの制御信号によって制御される図示しない高圧電源によって、試料９０が発生したイオンをイオン検出器１７へ向けて加速するための電圧(この例では２０ｋＶ)が印加される。
【００３０】
質量分析部１４は、試料台１３とイオン検出器１７との間に設けられた静電的な電磁レンズや多極型の高周波イオンガイドを含んでいる。この質量分析部１４は、ＩＲ光源１１からの赤外レーザ光を受けて試料９０が発生した複数のイオンを、それらのイオンの質量電荷比ｍ／ｚに応じて分離してイオン検出器１７へ導く。
【００３１】
データ解析装置５０は、イオン検出器１７の出力をデータ解析して、データ解析結果を例えばＬＣＤ(液晶表示素子)のような画像表示装置５１に表示させる。
【００３２】
図４は、ＩＲ光源１１からビーム集光ユニット３０までの光学系の一つの構成例を模式的に示している。ＩＲ光源１１から出射した平行光線である赤外レーザ光は、軸外し放物面鏡３５によって集光されて光ファイバ(この例では中空ファイバ)３６の一端に入射する。それから、その赤外レーザ光は、光ファイバ３６を通して伝送され、光ファイバ３６の他端を通してビーム集光ユニット３０の筐体３１内に入る。
【００３３】
ビーム集光ユニット３０の筐体３１には、光ファイバ３６の上記他端が接続された側から順に、コリメートレンズ３２、集光レンズ３３、ヘリコイドからなる位置調整機構３４が設けられている。ビーム集光ユニット３０の筐体３１内に入った赤外レーザ光は、放射状に広がり、コリメートレンズ３２によって平行光線に変換され、集光レンズ３３によって試料９０の表面へ向けて集光される。そして、その赤外レーザ光は、真空容器１２の壁面に設けられたＺｎＳｅからなる窓１２ｗを通して、試料９０の表面へ照射される。照射される赤外レーザ光のスポット径は、数百μｍ程度（最小１２０μｍ）になっている。ここで窓材はＺｎＳｅの他、ＣａＦ２やＢａＦ２等の中赤外光を透過させる窓材であってもよい。なお、ＡＰ−ＭＡＬＤＩにおいては、必ずしも窓を構成しなくてもよい。
【００３４】
真空容器１２内には、観察用カメラ１８が設けられている。この観察用カメラ１８によって、赤外レーザ光を照射中に試料９０の表面を観察することができる。
【００３５】
ＩＲ光源１１が発生する赤外レーザ光の波長が可変して設定されたとき、試料９０上で赤外レーザ光の焦点がずれる傾向がある。このような焦点のずれは、この例では真空容器１２内に設けられた観察用カメラ１８によって試料９０の表面を観察しながら、位置調整機構３４によって焦点調整することで解消できる。
【００３６】
図５は、ＩＲ光源１１からビーム集光ユニット３０までの光学系の別の構成例を模式的に示している。なお、図５において、図４における構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００３７】
この図５の構成例では、ＩＲ光源１１から出射した平行光線である赤外レーザ光は、平面ミラー３７，３８によって反射されてビーム集光ユニット３０′の筐体３１内に入る。
【００３８】
ビーム集光ユニット３０′の筐体３１には、集光レンズ３３、ヘリコイドからなる位置調整機構３４が設けられている。ビーム集光ユニット３０′の筐体３１内に入った赤外レーザ光は、集光レンズ３３によって試料９０の表面へ向けて集光される。そして、その赤外レーザ光は、真空容器１２の壁面に設けられたＺｎＳｅからなる窓１２ｗを通して、試料９０の表面へ照射される。
【００３９】
この図５の構成例では、図４の構成例に比して、ビーム集光ユニット３０′内の部品数を低減できるという利点がある。なお、ビーム集光ユニット３０′の筐体３１内に入った赤外レーザ光を試料９０の表面へ向けて集光するために、ビーム集光ユニット３０′内の集光レンズ３３に代えて、軸外し放物面鏡を設けても良い。
【００４０】
図３は、図１中に示したデータ解析装置５０のブロック構成を示している。このデータ解析装置５０は、データを記憶可能なデータ記憶部としてのメモリ５２と、データ取得部５３と、濃度マップ作成部５４と、画像作成部５５と、例えばＬＣＤ（液晶表示素子）のような画像表示装置５１（図１中にも示したもの）とを備えている。
【００４１】
メモリ５２は、データ取得部５３や濃度マップ作成部５４が取り扱う計算過程のデータや、計算の結果として得られたデータ、つまり質量スペクトルを表すデータを格納することができる。
【００４２】
データ取得部５３は、イオン検出器１７の出力に基づいて演算を行って、試料９０の質量スペクトルを得る。この質量スペクトルは、例えば後述の図８、図９、図１０に示すようなものである。
【００４３】
濃度マップ作成部５４は、データ取得部５３が得た質量スペクトルに基づいて、試料９０に含まれた測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する。作成される濃度マップは、例えば、図１（Ｂ），図１（Ｃ）に示すように、平坦な表面を有する測定対象物９０（または９０′）の表面内における上記特定の基の濃度の分布を表す。
【００４４】
図３中に示す画像作成部５５は、濃度マップ作成部５４が作成した濃度マップを画像表示装置５１に表示するための２次元画像データを作成する。これにより、濃度マップを表す２次元画像が、画像表示装置５１の表示画面に表示される。
【００４５】
上述のデータ解析装置５０におけるデータ取得部５３と、濃度マップ作成部５４と、画像作成部５５は、ソフトウエア（コンピュータプログラム）によって構成されている。
【００４６】
次に、上記二次元イメージング装置１０によって、測定対象物の濃度分布を表す二次元画像を作成する方法について、具体例を挙げて説明する。
【００４７】
この例では、測定対象物は、ガングリシドを含んだ生体組織の切片（これを「試料切片」と呼ぶ。）とする。ガングリシドは、糖鎖上に１つ以上のシアル酸（Ｎ−アセチルノイラミン酸：略称ＮＡＮＡ、Ｎｅｕ５Ａｃ）を結合しているスフィンゴ糖脂質の一種である。このガングリシドとしては、現在ＧＤ１ａ，ＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂなど、４０種類以上が発見されている。それらの種類毎に、それぞれＮ−アセチルノイラミン酸の数と位置が異なっている。以下の例では、特定分子としてのガングリシドＧＤ１ａ，ＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂの濃度マップを表す二次元画像を作成するものとする。
【００４８】
二次元画像の作成は次のようなフローで行う。
【００４９】
ステップＳ１； ガングリシドを含んだ生体組織をスライスして、生体組織の試料切片を作製する。
【００５０】
ここで、試料切片は、生体組織のうちガングリシドの濃度分布が観測されるべき面に沿ってスライスして作製する。
【００５１】
ステップＳ２； 試料切片を矩形板状のサンプルプレート１９（図２中に示す。）に載せる。
【００５２】
ステップＳ３； サンプルプレート１９上の試料切片にマトリックスを噴霧する。これを試料９０とする。
【００５３】
このマトリックスとしては、公知の例えばシナピン酸を用いる。また、噴霧作業は、工作用エアブラシやガラススプレイヤーなどを用いて行う。
【００５４】
ここで、噴霧時間を比較的短くして、例えば図６（Ａ）に模式的に示すように、試料９０の表面内で殆どのマトリックス９２，９２，…が互いに孤立した態様になるようにする。試料９０の表面内で隣り合うマトリックス９２同士が互いに離間していれば、隣り合うマトリックス９２同士の間で試料９０（特に、生体組織）の成分が移動しないので、望ましい。
【００５５】
なお、照射される赤外レーザ光のスポット径が数百μｍであることを考慮すると、赤外レーザ光が照射されるべきマトリックス９２の直径は１．０ｍｍ以上とするのが望ましい。一方、作成される二次元画像の解像度の観点からは、マトリックス９２の直径は、例えば２．０ｍｍ以下というように小さい方が望ましい。よって、マトリックス９２の直径は、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、典型的には１．５ｍｍであるのが望ましい。また、マトリックス９２同士の間隔は、マトリックス９２同士の融合を介して試料（測定対象物）の成分が移動するのを防ぐ観点から、２００μｍ以上であるのが望ましい。一方、作成される二次元画像の解像度の観点からは、マトリックス９２同士の間隔は、例えば５００μｍ以下というように小さい方が望ましい。よって、マトリックス９２同士の間隔は、２００μｍ以上５００μｍ以下、典型的には３００μｍであるのが望ましい。
【００５６】
ステップＳ４； サンプルプレート１９上の試料９０を乾燥する。
【００５７】
ステップＳ５； 真空容器１２内の試料台１３上に、試料９０が載ったサンプルプレート１９を取り付ける。
【００５８】
ステップＳ６； 検査装置１０を動作させて、ＩＲ光源１１からの赤外レーザ光（この例では波長６μｍ、スポット径が数百μｍ、時間１０ｎｓｅｃ（ナノ秒）のパルスレーザ）を試料９０に照射する。
【００５９】
具体的には、光学系３０に対して試料台１３を、移動機構４０によって試料９０の表面に沿った水平方向に移動させて位置決めして、赤外レーザ光を試料９０の表面内でマトリックス９２が付着された部位９２−１，９２−２，９２−３，…(図１１参照)に照射させる。これにより、試料９０の表面内でマトリックス９２が付着された複数の部位９２−１，９２−２，９２−３，…について、部位毎に試料９０をマトリックス９２の助けによって順次イオン化する。なお、図１１では３つの部位９２−１，９２−２，９２−３についてのみ示しているが、実際には試料９０の表面内で多数の部位に対して赤外レーザ光を照射させ、順次イオン化する。そして、試料９０の複数の部位９２−１，９２−２，９２−３，…が順次発生したイオンを、試料台１３とイオン検出器１７との間の電圧によって加速するとともに、質量分析部１４によってイオンの質量電荷比に応じて分離してイオン検出器１７に到達させて検出する。
【００６０】
ステップＳ７； データ解析装置５０のデータ取得部５３によって、試料９０の複数の部位について部位毎に質量スペクトルを得る。得られた部位毎の質量スペクトルを、試料９０の表面内の各部位の座標位置と対応づけて、メモリ５２に記憶させる。
【００６１】
ここで、得られる質量スペクトルは、例えば図８、図９、図１０に示すようなものである。これらの図では、横軸は質量電荷比ｍ／ｚを表す。縦軸はイオンの相対強度を表し、最大ピークが１００％になるように規格化されている。
【００６２】
図８は、試料９０の表面内の座標位置（２５，５）で表される部位９２−１の質量スペクトルを示している。図９は、試料９０の表面内の座標位置（３５，５）で表される部位９２−２の質量スペクトルを示している。また、図１０は、試料９０の表面内の座標位置（２５，１０）で表される部位９２−３の質量スペクトルを示している。
【００６３】
図８の座標位置（２５，５）で表される部位では、ガングリシドＧＤ１ａ由来のイオンの質量を表すピーク（例えばｍ／ｚ＝１８６３．６５３３のピーク）のみが現れている（なお、規格化前の強度（カウント数）は右軸上部に記載された１０９４．０である。）。図９の座標位置（３５，５）で表される部位では、ガングリシドＧＤ１ａ由来のイオンの質量を表すピークに加えて、ガングリシドＧＴ１ｂ由来のイオンの質量を表すピークと、ガングリシドＧＱ１ｂ由来のイオンの質量を表すピークとが現れている。図１０の座標位置（２５，１０）で表される部位では、図９におけるのと同様に、ガングリシドＧＤ１ａ由来のイオンの質量を表すピークに加えて、ガングリシドＧＴ１ｂ由来のイオンの質量を表すピークと、ガングリシドＧＱ１ｂ由来のイオンの質量を表すピークとが現れている。
【００６４】
ステップＳ８； データ解析装置５０の濃度マップ作成部５４によって、試料９０の部位毎の質量スペクトルに基づいて、測定対象物に含まれる特定分子（この例では、ガングリシドＧＤ１ａ，ＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂ）の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する。
【００６５】
上述の図８、図９、図１０の例では、図１１に示すような濃度マップが得られる。図１１では、最も内部の領域Ａは、実質的にガングリシドＧＤ１ａのみが観測され、ガングリシドＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂ由来のピークの相対強度が弱い（例えば２０％未満）領域を示している。領域Ａの外周を取り巻く領域Ｂは、ガングリシドＧＤ１ａ由来のピークに加えて、ガングリシドＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂ由来のピークが中間強度（例えば２０％以上８０％未満）で観測される領域を示している。領域Ｂの外周を取り巻く領域Ｃは、ガングリシドＧＤ１ａ由来のピークに加えて、ガングリシドＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂ由来のピークが高い強度（例えば８０％以上）で観測される領域を示している。
【００６６】
上記濃度マップでは、これらの領域Ａ，Ｂ，Ｃについて、それぞれ表示画面上での色、濃度が指定される。公知の手法により、表示画面上での色は物質の種類毎に指定され、また、表示画面上での濃度は、質量スペクトルにおけるピークの相対強度が強くなるのに応じて高濃度になるように指定される。
【００６７】
例えば、図１１の例では、ガングリシドＧＴ１ｂ，ＧＱ１ｂを併せて、領域Ａ，Ｂ，Ｃによって濃度の変化を表しているが、ガングリシドＧＴ１ｂとガングリシドＧＱ１ｂとにそれぞれ別の色を指定し、それぞれ単独で濃度の変化を表示しても良い。
【００６８】
ステップＳ９； データ解析装置５０の画像作成部５５は、濃度マップ作成部５４が作成した濃度マップを画像表示装置５１に表示するための２次元画像データを作成する。これにより、濃度マップを表す２次元画像が、画像表示装置５１の表示画面に表示される。
【００６９】
このイメージング方法によれば、赤外レーザ光（特に中赤外光が望ましい。）を試料９０に照射するので、弱い化学結合を分子内にもつ分子を壊すことなく、副次生成物の生成を抑えて、試料９０をイオン化できる。したがって、窒素レーザのような紫外光を用いる場合に比して、質量分析の分解能やＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高めることができる。この結果、正確な二次元画像を得ることができる。
【００７０】
上の例では、試料切片にマトリックスを噴霧したが（ステップＳ３）、試料切片にマトリックスを付着させる方法はこれに限られるものではない。
【００７１】
例えば図７に示すように、キャピラリチューブ９９を用いて、試料切片の表面にマトリックスを滴下しても良い。図７の例では、試料台１３′が移動機構４０′によって、水平面内で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向に移動可能になっている。この試料台１３′上に試料切片を載せたサンプルプレート１９を置き、試料切片を試料台１３′とともに移動機構４０′によってＸ方向、Ｙ方向に一定ピッチで移動させながら、試料切片の表面の複数の部位にマトリックス９２を順次滴下してゆく。各部位に滴下されるマトリックス９２の量は、キャピラリチューブ９９を通して押し出される圧力、時間を調節して一定量とする。これにより、図６（Ｂ）に示すように、略一定の直径ｄ３のマトリックス９２が縦横等間隔ｃ１，ｃ２（ｃ１＝ｃ２）で離間して行列状に配置された態様の試料９０が確実に得られる。
【００７２】
なお、マトリックスを滴下する場合、マトリックス９２の直径は、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、典型的には１．５ｍｍに設定する。また、マトリックス９２同士の間隔は、２００μｍ以上５００μｍ以下、典型的には３００μｍに設定する。
【００７３】
このようにしてマトリックス９２を滴下して得られた試料９０によれば、赤外レーザ光を試料９０に照射するとき（ステップＳ６）、試料９０を試料台１３とともに移動機構４０によってＸ方向、Ｙ方向に上記滴下のピッチと同じ一定ピッチで移動させれば、確実に目的の部位を照射できる。
【００７４】
図３中のデータ解析装置５０におけるメモリ５２を、測定対象物のための比較の基準となる基準物について、測定対象物のための測定条件と同じ測定条件で得られた質量スペクトルを記憶する比較基準記憶部として用いることができる。
【００７５】
すなわち、測定対象物の判定を行うのに先立って、メモリ５２に、測定対象物のための比較の基準となる基準物について、測定対象物のための測定条件と同じ測定条件で得られた質量スペクトルを記憶させておく。そして、濃度マップ作成部５４は、測定対象物の質量スペクトルと基準物の質量スペクトルとを比較して、濃度マップを作成する。このようにした場合、さらに正確な二次元画像が得られる。
【００７６】
なお、上述の実施形態では、図４，図５に示したように、光源１１からビーム集光ユニット３０，３０′までの光学系は、真空容器１２外に設けられている。しかしながら、これに限られるものではない。光源１１からビーム集光ユニット３０までの光学系は、真空容器１２内に設けても良い。一方、観測用カメラ１８は、真空容器１２外に配置されて、窓を通して試料９０の表面を観測するようになっていても良い。
【００７７】
また、試料９０に照射される赤外レーザ光に対して、移動機構４０によって試料９０を試料台１３とともに移動させたが、これに限られるものではない。逆に、試料台１３に対して光学系３０を平行移動させても良い。または、光学系３０が赤外レーザ光の出射方向（角度）を変えて、試料９０（試料台１３）の表面内の照射位置を変えるようにしても良い。
【００７８】
この実施形態では、測定対象物はガングリシドを含んだ生体組織であるものとした。当然ながら、これに限られるものではなく、この発明の二次元イメージング装置および方法は、ガングリシド以外の要素を含む生体組織や薬剤にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 二次元イメージング装置
１１ ＩＲ光源
１２ 真空容器
１３，１３′ 試料台
３０，３０′ ビーム集光ユニット
４０，４０′ 移動機構
５０ データ解析装置
５１ 画像表示装置
９０ 試料
９９ キャピラリチューブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外レーザ光を発生するレーザ光源と、
測定対象物と、少なくとも当該測定対象物の表面に付着されたマトリックスとを含む試料が載置される試料台と、
上記レーザ光源からの上記赤外レーザ光を上記試料台上の上記試料へ導く光学系と、
上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させる移動機構と、
上記赤外レーザ光を受けて上記試料が発生したイオンを、上記イオンの質量電荷比に応じて分離する質量分析部と、
上記質量分析部により分離されたイオンを検出するイオン検出器と、
上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記表面内で上記マトリックスが付着された複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得るデータ取得部と、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶するデータ記憶部と、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する濃度マップ作成部とを備えたことを特徴とする二次元イメージング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二次元イメージング装置において、
上記測定対象物のための比較の基準となる基準物について、上記測定対象物のための測定条件と同じ測定条件で得られた質量スペクトルを記憶する比較基準記憶部を備え、
上記濃度マップ作成部は、上記測定対象物の質量スペクトルと上記基準物の質量スペクトルとを比較して、上記濃度マップを作成することを特徴とする二次元イメージング装置。
【請求項３】
試料台上に、測定対象物と、少なくとも当該測定対象物の表面に付着されたマトリックスとを含む試料を載置し、
レーザ光源からの赤外レーザ光を光学系によって上記試料へ導くとともに、上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、移動機構によって上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させて、上記試料の上記マトリックスが付着された複数の部位について、上記部位毎に上記測定対象物を上記マトリックスの助けによって順次イオン化し、
上記試料の上記複数の部位が順次発生したイオンを、質量分析部によって上記イオンの質量電荷比に応じて分離してイオン検出器に到達させて検出し、
データ取得部によって、上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得、
データ記憶部に、上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶させ、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成することを特徴とする二次元イメージング方法。
【請求項４】
請求項３に記載の二次元イメージング方法において、
上記試料を、上記測定対象物の上記表面に上記マトリックスを噴霧して作製することを特徴とする二次元イメージング方法。
【請求項５】
請求項３に記載の二次元イメージング方法において、
上記試料を、上記測定対象物の上記表面に上記マトリックスを所定ピッチで滴下して作製することを特徴とする二次元イメージング方法。
【請求項１】
赤外レーザ光を発生するレーザ光源と、
測定対象物と、少なくとも当該測定対象物の表面に付着されたマトリックスとを含む試料が載置される試料台と、
上記レーザ光源からの上記赤外レーザ光を上記試料台上の上記試料へ導く光学系と、
上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させる移動機構と、
上記赤外レーザ光を受けて上記試料が発生したイオンを、上記イオンの質量電荷比に応じて分離する質量分析部と、
上記質量分析部により分離されたイオンを検出するイオン検出器と、
上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記表面内で上記マトリックスが付着された複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得るデータ取得部と、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶するデータ記憶部と、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成する濃度マップ作成部とを備えたことを特徴とする二次元イメージング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二次元イメージング装置において、
上記測定対象物のための比較の基準となる基準物について、上記測定対象物のための測定条件と同じ測定条件で得られた質量スペクトルを記憶する比較基準記憶部を備え、
上記濃度マップ作成部は、上記測定対象物の質量スペクトルと上記基準物の質量スペクトルとを比較して、上記濃度マップを作成することを特徴とする二次元イメージング装置。
【請求項３】
試料台上に、測定対象物と、少なくとも当該測定対象物の表面に付着されたマトリックスとを含む試料を載置し、
レーザ光源からの赤外レーザ光を光学系によって上記試料へ導くとともに、上記赤外レーザ光を上記マトリックスが付着された上記試料の部位に照射させるため、移動機構によって上記光学系と上記試料台とを相対的に移動させて、上記試料の上記マトリックスが付着された複数の部位について、上記部位毎に上記測定対象物を上記マトリックスの助けによって順次イオン化し、
上記試料の上記複数の部位が順次発生したイオンを、質量分析部によって上記イオンの質量電荷比に応じて分離してイオン検出器に到達させて検出し、
データ取得部によって、上記イオン検出器の出力に基づいて、上記試料の上記複数の部位について上記部位毎に質量スペクトルを得、
データ記憶部に、上記試料の上記部位毎の質量スペクトルを上記試料の表面内の各部位の座標位置と対応づけて記憶させ、
上記試料の上記部位毎の質量スペクトルに基づいて、上記測定対象物に含まれる特定分子の質量を表すピークの強度に応じた濃度マップを作成することを特徴とする二次元イメージング方法。
【請求項４】
請求項３に記載の二次元イメージング方法において、
上記試料を、上記測定対象物の上記表面に上記マトリックスを噴霧して作製することを特徴とする二次元イメージング方法。
【請求項５】
請求項３に記載の二次元イメージング方法において、
上記試料を、上記測定対象物の上記表面に上記マトリックスを所定ピッチで滴下して作製することを特徴とする二次元イメージング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−３８９８（Ｐ２０１２−３８９８Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６４１３（Ｐ２０１０−１３６４１３）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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