質量分析装置、及びそれを用いた質量分析方法
【課題】表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法において、測定光を低パワー化し、難揮発性の物質や高分子量の物質の高感度な質量分析を可能にする。
【解決手段】質量分析装置１は、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法に用いられる質量分析用基板１１と、質量分析用基板１１の表面に接触された試料Ｓに測定光Ｌ１を照射して被分析物質Ｒを表面から脱離させる光照射手段２１と、測定光Ｌ１の照射により先端部に近接場光を生じる金属プローブ２２と、脱離した被分析物質Ｒｉを検出する検出器３１と、検出器３１の検出結果に基づいて被分析物質Ｒの質量分析をする分析手段４０とを備えている。金属プローブ２２の先端部は、測定光Ｌ１の照射により生じる近接場光が試料Ｓの測定光照射部分Ｐに接するように配置されており、金属プローブ２２は、測定光照射部分Ｐを基点として検出器３１と異なる方向に配置されている。
【解決手段】質量分析装置１は、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法に用いられる質量分析用基板１１と、質量分析用基板１１の表面に接触された試料Ｓに測定光Ｌ１を照射して被分析物質Ｒを表面から脱離させる光照射手段２１と、測定光Ｌ１の照射により先端部に近接場光を生じる金属プローブ２２と、脱離した被分析物質Ｒｉを検出する検出器３１と、検出器３１の検出結果に基づいて被分析物質Ｒの質量分析をする分析手段４０とを備えている。金属プローブ２２の先端部は、測定光Ｌ１の照射により生じる近接場光が試料Ｓの測定光照射部分Ｐに接するように配置されており、金属プローブ２２は、測定光照射部分Ｐを基点として検出器３１と異なる方向に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析用基板表面に接触された試料に測定光を照射して、試料中に含まれる被分析物質を表面から脱離させ、脱離した該物質を質量分析する方法及び該方法に用いられる質量分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物質の同定等に用いられる質量分析法において、質量分析用基板上に接触された試料に測定光を照射して被分析物質を基板から脱離させ、脱離された物質を質量別に検出する質量分析方法が知られている。例えば、飛行時間型質量分析法（Time of Flight Mass Spectroscopy : TOF-MS）は、基板から脱離された物質を所定距離飛行させて、その飛行時間により物質の質量を分析するものである。
【０００３】
このような質量分析法においては、通常、被分析物質をイオン化させて脱離させている。しかしながら、特に生体物質等の難揮発性の物質や合成高分子等の高分子量の物質が被分析物質である場合は被分析物質のイオン化、脱離が難しく、これらの物質を質量分析可能とする方法が種々検討されている。
【０００４】
中でも、マトリクス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ法）は、被分析物質をマトリクスと呼ばれるシナピン酸やグリセリン等に混入して混晶としたものを試料とし、マトリクスが吸収した光エネルギーを利用して被分析物質をマトリクスとともに気化させ、次いでマトリクス−被分析物質間でのプロトン移動がおこって被分析物質をイオン化させる方法であり、被分析物質に対しフラグメント化や変性等の化学的な影響の少ないソフトイオン化法として、難揮発性の物質や生体分子、合成高分子等の高分子量の物質の質量分析に幅広く用いられている（特許文献１など）。しかしながら、被分析物質が合成高分子などの場合は、ポリマー鎖の化学構造の違いによって溶媒に対する溶解性やポリマー鎖の極性などが大きく異なり、また、主鎖構造が同じであっても平均分子量や末端基の化学構造などの違いにより様々な特性が異なるため、被分析物質の種類に応じてマトリクス剤の種類や結晶の調製方法を最適化する必要がある。
【０００５】
一方、マトリクス剤を用いずに、被分析物質の脱離・イオン化を支援する機能を、質量分析用基板そのものに備えることによりソフトイオン化を行う表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法（Surface-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry : SALDI-MS）が検討されている。例えば、特許文献２及び特許文献３では、表面にナノオーダの細孔構造を有するポーラスシリコン基板を用いた質量分析用基板では、シリコンナノ構造と測定光との相互作用を利用してソフトイオン化を行っている。
【０００６】
また、特許文献４には、被分析物質の脱離・イオン化の支援を、測定光照射により金属プローブ先端に生じる近接場光により行うイオン化装置及びそれを用いた質量分析装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３２０５１５号公報
【特許文献２】米国特許第2008/0073512号明細書
【特許文献３】米国特許第2006/0157648号明細書
【特許文献４】特開２００５−９８９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記SALDI-MS及び金属プローブを用いた質量分析装置では、イオン検出効率の増強は未だ充分なものではないため、難揮発性の物質や高分子量の物質の質量分析においては高パワーの測定光が必要とされている。そのため、被分析物質のフラグメント化や変性、照射部近傍の試料中の物質の脱離によるＳ／Ｎ比の低下、及び基板自体の変形等の問題が未だ残されたままである。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法において、測定光の低パワー化が可能であり、被分析物質のフラグメント化や変性、及び基板自体の変形を生じることなく難揮発性の物質や高分子量の物質を高いＳ／Ｎ比で質量分析が可能な質量分析装置及び質量分析方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の質量分析装置は、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法に用いられる質量分析用基板と、該質量分析用基板の表面に接触された試料に測定光を照射して前記試料中の被分析物質を前記表面から脱離させる光照射手段と、前記測定光の照射により先端部に近接場光を生じる金属プローブと、脱離した前記被分析物質を検出する検出器と、前記検出器により検出された検出結果に基づいて前記被分析物質の質量分析をする分析手段とを備えた質量分析装置であって、前記金属プローブの先端部が、前記測定光の照射により生じる近接場光が、前記試料の前記測定光が照射される測定光照射部分に接するように配置されており、前記金属プローブが、前記測定光照射部分を基点として前記検出器と異なる方向に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、「前記金属プローブが、前記試料の測定光照射部分を基点として前記検出器と異なる方向に配置されている」とは、検出器による、試料の測定光照射部分から脱離下被分析物質の検出を干渉しないように、金属プローブが配置されている事を意味している。このとき、金属プローブの先端部は、測定光の照射に生じる近接場光が測定光照射部分に接するように配置されているので、そのために先端部の一部のみが被分析物質と干渉する位置に配置されていてもよいこととする。
【００１２】
前記金属プローブは、前記先端部に局在プラズモンを誘起可能な金属微粒子を備えていることが好ましい。金属微粒子としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｎｉ，及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなる（不可避不純物を含んでもよい）ものが挙げられる。
【００１３】
本発明の質量分析装置は、前記試料を載置する前記質量分析用基板の表面内方向であるＸＹ方向に沿って前記プローブの先端部の位置及び前記測定光の照射位置を相対的に変化させる位置制御部を備えていることが好ましい。
【００１４】
更に、前記プローブのＸＹ方向の位置を検出するＸＹ方向位置センサと、該センサにより検出された前記プローブのＸＹ方向の位置と該位置での質量分析結果とを関連付けて表示する表示部とを備えていることが好ましい。
【００１５】
前記質量分析用基板としては、基板の一表面に、前記測定光の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体を備えた微細構造体と、該微細構造体の前記表面の少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤とを備えたものが挙げられ、前記微細構造体の前記表面に、複数の誘電体粒子を更に備えたものがより好ましい。
【００１６】
前記質量分析用基板の好適な態様としては、前記微細構造体において、前記基板が、前記表面において開口した複数の有底の微細孔を有する誘電体を備えたものであり、前記複数の金属体が、前記複数の微細孔の少なくとも底部及び／又は前記基板の表面の前記微細孔の非開口部分の少なくとも一部に固着されたものが挙げられる。
【００１７】
また、前記質量分析用基板のその他の好適な態様としては、前記微細構造体において、前記基板が、前記表面において開口した複数の有底の微細孔を有する誘電体を備えたものであり、前記複数の金属体が、前記複数の微細孔内に充填された充填部と、該充填部上に前記表面より突出して形成され、前記表面と平行方向の最大径が前記充填部の径よりも大きい突出部とからなり、前記複数の金属体の突出部の少なくとも一部が、互いに離間されているものが挙げられる。かかる態様において、互いに隣接する前記突出部同士の平均離間距離が１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
また、前記イオン化促進剤は、有機ケイ素化合物であることが好ましい。
【００１９】
本発明の質量分析装置は、前記質量分析用基板と前記検出器との間に前記脱離した被分析物質の飛翔方向を制御して前記検出器の検出面に導く飛翔方向制御手段を備えた飛行時間型質量分析装置であることが好ましい。
【００２０】
本発明の質量分析方法は、上記本発明の質量分析装置を用いる分析方法であって、前記質量分析用基板の表面に試料を接触させた後、該試料の測定部位及び前記金属プローブの先端部に測定光を照射し、該測定光の照射により前記先端部に生じる近接場光による増強電場と、前記表面の表面支援構造に起因する増強電場とにより増大されたエネルギーを有する前記測定光により、前記試料中に含まれる被分析物質を前記表面から脱離させ、
該脱離した被分析物質を捕捉して質量分析することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の質量分析装置は、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法（ＳＡＬＤＩ−ＭＳ）に用いられる質量分析装置において、測定光の照射により先端部に近接場光を生じる金属プローブが、ＳＡＬＤＩ基板上に載置された試料の測定光照射部分を基点として検出器と異なる方向に、且つ、近接場光が測定光照射部分に接触するように配置された構成としている。かかる構成によれば、ＳＡＬＤＩ基板の試料接触面において、ＳＡＬＤＩ基板由来のイオン化支援効果と、測定光の照射により金属プローブ先端に生じた近接場光による電場増強効果、及びこれらの相乗効果とにより被分析物質を高効率にイオン化すると共に表面から脱離させることができる。
【００２２】
例えば、ＳＡＬＤＩ基板として、測定光の照射により基板表面にプラズモン誘起による電場増強効果が得られる基板を用い、また、金属プローブ先端に局在プラズモンを生じ得る金属微粒子を備えた構成では、いずれの増強電場も、増強電場発生面の距離に対して指数関数的に電場強度が低下するが、増強電場発生面のごく近傍では非常に高いものとなる。従って、これらの増強電場が強め合う配置とすることにより、いわゆるホットスポットと呼ばれる非常に高い増強電場を得ることができるため、イオン化効率を格段に向上させることができる。
【００２３】
また、本発明の質量分析装置において、金属プローブは、試料の測定光照射部分を基点として検出器と異なる方向に配置されているため、被分析物質の検出量の低下を最小限に抑制することができる。
【００２４】
従って、本発明によれば、ＳＡＬＤＩ−ＭＳにおいて、測定光の低パワー化を実現し、被分析物質が難揮発性の物質や高分子量の物質であっても、被分析物質のフラグメント化や変性、Ｓ／Ｎ比の低下、及び基板自体の変形を生じることなく、高感度に質量分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る一実施形態の質量分析装置の概略構成図
【図２】図１の質量分析装置の金属プローブの位置関係を示す図−その１
【図３】図１の質量分析装置の金属プローブの位置関係を示す図―その２
【図４Ａ】試料と金属微粒子に生じる近接場光との位置関係の一例を示す図
【図４Ｂ】金属プローブに金属微粒子を備えない場合の金属プローブと試料との位置関係の一例を示す図
【図４Ｃ】金属プローブに金属微粒子を備えた場合の金属プローブと試料との位置関係の一例を示す図
【図５Ａ】２次元イメージング質量分析のイメージ図―その１
【図５Ｂ】２次元イメージング質量分析のイメージ図―その２
【図５Ｃ】２次元イメージング質量分析のイメージ図―その３
【図６Ａ】本発明の質量分析装置に好適な質量分析用基板の厚み方向断面図（第１実施形態）
【図６Ｂ】図６Ａに示す第１実施形態の質量分析用基板のその他の好適な態様を示す厚み方向断面図
【図７Ａ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その１
【図７Ｂ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その２
【図７Ｃ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その３
【図７Ｄ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その４
【図７Ｅ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その５
【図８Ａ】本発明の質量分析装置に好適な質量分析用基板の厚み方向断面図（第２実施形態）
【図８Ｂ】図８Ａに示す第２実施形態の質量分析用基板のその他の好適な態様を示す厚み方向断面図
【図９Ａ】本発明の質量分析装置に好適な質量分析用基板の厚み方向断面図（第３実施形態）
【図９Ｂ】図９Ａに示す第３実施形態の質量分析用基板のその他の好適な態様を示す厚み方向断面図
【図１０Ａ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その１
【図１０Ｂ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その２
【図１０Ｃ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その３
【図１０Ｄ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その４
【図１０Ｅ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その５
【図１１Ａ】実施例１において本発明の質量分析装置を用いた場合のマススペクトル
【図１１Ｂ】比較用の質量分析装置を用いた場合のマススペクトル
【発明を実施するための形態】
【００２６】
「質量分析装置」
図１を参照して、本発明にかかる一実施形態の質量分析装置について説明する。本実施形態の質量分析装置は飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）である。図１は本実施形態の質量分析装置１の構成を示す概略構成図である。視認しやすくするために、各部の縮尺は適宜変更して示してある。
【００２７】
図示されるように、質量分析装置１は、真空に保たれたボックスＢ内に、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析用基板１１と（以下、ＳＡＬＤＩ基板とする。）、ＳＡＬＤＩ基板１１を保持するデバイス保持手段１２と、ＳＡＬＤＩ基板１１の表面に接触された試料Ｓに測定光Ｌ１を照射して、試料Ｓ中の被分析物質Ｒを表面から脱離させる光照射手段２１と、先端部に近接場光を生じる金属プローブ２２と、脱離した被分析物質Ｒｉを検出する検出器３１とを備え、検出器３１からの出力から被分析物質Ｒｉの質量分析を行う分析手段４０とを備えた構成としている。
【００２８】
金属プローブ２２は、測定光Ｌ１が照射される試料Ｓの測定光照射部分Ｐを基点として検出器３１と異なる方向に、且つ、先端部に生じる近接場光が測定光照射部分Ｐに接するように配置されている。本実施形態では、金属プローブ２２の先端に金属微粒子２３を備えた構成としている。また、金属プローブ２２は、先端部の金属微粒子２３と試料Ｓとの距離を、測定光Ｌ１の照射により金属プローブ先端部に生じる近接場光が試料Ｓの測定光照射部分Ｐに接するように調整するプローブ駆動制御手段７０を備えている。
【００２９】
分析手段４０は、検出器３１の出力を増幅させるアンプ４０１と、アンプ４０１からの出力信号を処理するデータ処理部４０２により概略構成されている。
【００３０】
また、本実施形態は、飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）であるため、ＳＡＬＤＩ基板１１と検出器３１との間に、飛翔方向制御手段５０を備えている。飛翔方向制御手段５０は、一般のＴＯＦ−ＭＳに用いられるものであれば特に制限されないが、本実施形態では、ＳＡＬＤＩ基板１１の表面に対向する位置に配された引き出しグリッド５０２と、引き出しグリッド５０２の質量分析用基板１１側の面と反対側の面に対向して配されたエンドプレート５０１とを備えた構成としている。
【００３１】
「課題を解決するための手段」の項において述べたように、金属プローブ２２が、試料Ｓの測定光照射部分Ｐを基点として検出器３１と異なる方向に配置されているとは、検出器３１による、試料Ｓの測定光照射部分Ｐから脱離した被分析物質Ｒｉの検出を干渉しないように、金属プローブ２２が配置されている事を意味している。
【００３２】
具体的には、測定光照射部分Ｐから脱離した被分析物質Ｒｉが検出器３１の検出面３１ａに向かって飛翔する飛翔空間内に金属プローブができるだけ入らず、且つ、金属プローブによるイオン化支援が可能となるように金属プローブ２２が配置されている。金属プローブによるイオン化支援効果は、できるだけ効果的に得られることが好ましい。
【００３３】
例えば、脱離した被分析物質Ｒｉの飛翔空間が検出器３１の検出面３１ａと測定光照射部分Ｐを含むコーン状の空間Ｃ１内である場合は空間Ｃ１外に、また、脱離した被分析物質Ｒｉの飛翔空間が引き出しグリッド５０２の開口部５０１ａと測定光照射部分Ｐを含むコーン状の空間Ｃ２内である場合は空間Ｃ２外に、金属プローブ２２は、先端部及び先端部に備えられた金属微粒子２３における近接場光によるイオン化支援効果が得られるように、先端部から根本にかけて伸びているように配置されている（図２及び図３を参照）。
【００３４】
特許文献４では、金属プローブを用いた質量分析において、試料の測定光照射部分から脱離した被分析物質の検出を金属プローブにより干渉されることを防ぐために、中空状のプローブを用いている。しかしながら、近接場光を生じ得るプローブの先端部は非常に細径であるため、被分析物質Ｒｉをその先端部に空けられた空孔内を、高効率に通過させることは難しい。これに対し、本実施形態では、上記したように簡易な構成にて、高効率に検出の干渉を抑制することができる。
【００３５】
金属プローブ２２の先端部のイオン化支援効果は、先端部の金属微粒子２３に生じる近接場光が、試料Ｓの測定光照射部分Ｐに接していればその効果は得られるが、図４Ａに示されるように、近接場光の電場は、近接場光を生じている金属表面に近い領域ほど強く、表面からの距離に対して指数関数的にその強度が下がっていく。従って、できるだけ金属微粒子２３が測定光照射部分Ｐに近づくように配置されていることが好ましい。図４Ａでは、近接場光の電場の強さの分布を濃淡で示してある。
【００３６】
プローブ先端部と測定光照射部分Ｐとの距離を調整する駆動制御方法は特に制限されないが、例えば、測定試料Ｓの厚みをあらかじめ測定しておいて、その厚みに応じて金属プローブを近接場光範囲内に配置してもよいし、金属プローブと測定試料Ｓとに働く原子間力を検出し、この原子間力が好適な近接場光強度が得られる値となるように金属プローブを配置する方法としてもよい。例えば、原子間力を用いる方法は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の原理を応用し、光てこやチューニングフォークを駆動制御手段７０とすることにより実施することができる。更に、いったん金属プローブ先端部（金属微粒子２３）を試料Ｓにいったん接触させた後、一定距離離間させる方法としてもよい。接触の検出は、金属プローブのたわみを光てこにより検出する方法や、チューニングフォークにより圧力を検出する方法により実施することができる。
【００３７】
ＳＡＬＤＩ基板１１としては、特に制限されないが、より低パワーの測定光Ｌ１を用いることができるように、高い表面支援効果が得られるものであることが好ましい。例えば、測定光Ｌ１の照射により、表面に局在プラズモンを生じるＳＡＬＤＩ基板等が挙げられる。かかるＳＡＬＤＩ基板の好適な態様については後記する。
【００３８】
光照射手段２１は、レーザ等の単波長光源を備えており、光源から出射される光を導光するミラーなどの導光系を備えていてもよい。単波長光源の波長は、被分析物質Ｒをイオン化可能であり、且つ、金属プローブ２２の先端部又は金属微粒子２３に近接場光又はプラズモンを誘起可能な波長である。本実施形態では、被分析物質Ｒをイオン化と金属プローブ２２及び金属微粒子２３に近接場光やプラズモンを誘起とを１つの光源にて行う構成としているが、それぞれに適した複数の光源を用いる構成としても差し支えない。
【００３９】
金属プローブ２２及び金属微粒子２３としては、上記したように、測定光Ｌ１の照射により近接場光、又はプラズモンを誘起可能であればよいので、少なくとも表面が金属であればよいが、より効果的な電場増強効果が得られることから、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｎｉ，及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなる（不可避不純物を含んでもよい）ものであることが好ましく、Ａｕ又はＡｇであることがより好ましい。
【００４０】
金属プローブ２２の先端に金属微粒子２３を形成する方法としては、蒸着法、斜め蒸着法、スパッタ法、メッキ処理後エッチングする方法などが挙げられる。蒸着法及び斜め蒸着法を用いる場合は、蒸着後高温アニール処理を行うことが好ましい。また、メッキ処理後の加工はエッチングではなくＥＢ法等を用いてもよい。
【００４１】
金属プローブ２２としては、測定光Ｌ１の照射により先端部に近接場光を生じるものであれば特に制限されないが、先端部の径（最大径）が測定光Ｌ１の波長以下であるような場合は、先端部において局所的な表面増強プラズモンポラリトンが生成されるため、近接場光の電場強度は入射場の100倍以上に増強される。従って、先端部の径は測定光Ｌ１の波長以下であることが好ましく、かかる金属プローブ２２とすることにより、被分析物質Ｒをイオン化するために必要な測定光Ｌ１の強度を効果的に低下させることができる。
【００４２】
また、先端部の径が小さい方が、空間分解能の点でも優れる。現在の金属プローブ加工技術レベルにおいては、１０ｎｍ以下の高い空間分解能を実現することも可能である。従って、先端部径をより小さくすることにより、低パワーの光源により高分解能なイオン化を実現することができる。従って、先端部の径は効果的な電場増強効果が得られ、且つ、できるだけ小さい方が好ましい。
【００４３】
更に、金属プローブ２２の先端部に金属微粒子２３を備えた構成では、測定光Ｌ１の照射により、金属微粒子２３において局在プラズモンを生じる。従って、上記先端部の近接場光による電場増強効果と、局在プラズモンによる電場増強効果が同時に得られることから、より効果的に測定光Ｌ１の強度を低下させることができる。この場合、先端部の径が、先端部に表面増強プラズモンポラリトンを生じる大きさである場合には、表面増強プラズモンポラリトンにより、局在プラズモンによる増強電場が更に増強されるという高い相乗効果も得ることができる。例えば、図４Ｂに示されるように先端部に金属微粒子２３を備えない場合、金属プローブ２２の先端部に生じる近接場光の直径は３０ｎｍ程度であるのに対し、図４Ｃ（図４Ａ）に示されるように、直径２３ｒが約３０ｎｍの金微粒子２３を備えた構成では、約３倍の直径９０ｎｍを有する近接場光を生じる。
【００４４】
金属微粒子２３の径２３ｒは、上記金属プローブの先端部の径と同様、効果的な電場増強効果が得られ、且つ、できるだけ小さい方が好ましい。
【００４５】
本実施形態では、ＳＡＬＤＩ基板１１の表面内方向であるＸＹ方向に沿って金属プローブ２２の先端部の位置及び測定光Ｌ１の照射位置を相対的に変化させる位置制御部６０を備え、更に金属プローブ２２のＸＹ方向の位置を検出するＸＹ方向位置センサ８０と、該センサにより検出された金属プローブ２２のＸＹ方向の位置と該位置での質量分析結果とを関連付けて表示する表示部９０とを備えている。従って、試料ＳのＳＡＬＤＩ基板１１表面に平行な面内方向において、質量分析結果の面内分布を表示することができる。
【００４６】
例えば、図５Ａに示される生態試料Ｓにおいて癌化部位を検出するような質量分析が可能である。正常な細胞は、ｍ／ｚ＝３３２６付近にピークが現れるのに対して、癌化した細胞では、ｍ／ｚ＝１１６６０付近にピークが現れる。従って生態試料Ｓに対して面内方向のｍ／ｚ＝３３２６のピークの有無（図５Ｂ）又はｍ／ｚ＝１１６６０の有無（図５Ｃ）を検出する質量分析を実施することにより、癌化した細胞の有無を検出して癌化領域を特定して表示することができる。
【００４７】
上記したように、質量分析装置１は、先端部及び／又は金属微粒子２３の径を好適に設計することにより、高い空間分解能にて被分析物質Ｒを高効率にイオン化すると共に表面から脱離させることができるので、測定光Ｌ１の低パワー化を実現し、被分析物質Ｒが難揮発性の物質や高分子量の物質であっても、フラグメント化や変性を生じることなく、また基板自体の変形を生じることなく、高いＳ／Ｎ比にて高感度な質量分析をすることができる。従って、生体物質における癌化などの細胞の変性領域を精度良く特定することができる。
【００４８】
以下に上記構成の質量分析装置１を用いた質量分析について説明する。
まず、試料Ｓが接触された質量分析用基板１１に電圧Ｖｓ印加され、所定のスタート信号により光照射手段２１から特定波長の測定光Ｌ１が質量分析用基板１１上に載置された試料Ｓの所定の位置Ｐに照射される。質量分析用基板１１は、ＳＡＬＤＩ基板であるので、測定光Ｌ１の照射により、質量分析用基板１１の表面において測定光の電場が増強されるとともに、その電場により増強された測定光Ｌ１の光エネルギーにより試料中の被分析物質Ｒがイオン化され、表面から脱離される。
【００４９】
脱離された被分析物質Ｒｉは、質量分析用基板１１と引き出しグリッド５０２との電位差Ｖｓにより引き出しグリッド５０２の方向に引き出されて加速し、中央の孔を通ってエンドプレート５０３の方向にほぼ直進して飛行し、更にエンドプレート５０３の開口部を通過して検出器３１に到達して検出される。
【００５０】
脱離後の被分析物質Ｒｉの飛行速度は物質の質量に依存し、質量が小さいほど速いため、質量の小さいものから順に検出器３１により検出される。
【００５１】
検出器６５からの出力信号は、分析手段４０内のアンプ４０１により所定レベルに増幅され、その後データ処理部４０２に入力される。データ処理部４０２では、上記スタート信号と同期する同期信号が入力されており、この同期信号とアンプ４０１からの出力信号とに基づいて被分析物質Ｒｉの飛行時間を求めることができるので、その飛行時間から質量を導出して質量スペクトルを得ることができる。
【００５２】
本実施形態では、質量分析装置１がＴＯＦ−ＭＳである場合を例に説明したがその他の質量分析方法にも適用可能である。また、金属プローブ２２の先端に金属微粒子２３を備えた場合を例に説明したが、既にその効果については述べたように、金属微粒子２３を備えていない構成としてもよい。
以下に、本実施形態の質量分析装置に好適なＳＡＬＤＩ基板の態様について説明する。
【００５３】
「質量分析用基板（ＳＡＬＤＩ基板）の第１実施形態」
図６を参照して、本発明に係る第１実施形態の質量分析用基板（ＳＡＬＤＩ基板）について説明する。図６は厚み方向断面図であり、図７はその製造工程を示す図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００５４】
図６に示されるように、本実施形態のＳＡＬＤＩ基板１は、表面１０ｓに接触させた試料に測定光Ｌ１を照射することにより、試料中に含まれる質量分析の被分析物質Ｒを表面１０ｓから脱離させるＳＡＬＤＩ基板であって、基板１００の一表面１００ｓに、測定光Ｌ１の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体２００を備えた微細構造体３００ａと、微細構造体３００ａの表面３００ｓの少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤Ｉとを備えたデバイス構造を有している。
【００５５】
本実施形態において、ＳＡＬＤＩ基板１０は、導電体１２０上に形成され、平面視略同一形状の多数の微細孔１１０ａが、表面１１０ｓにおいて開口して略規則配列した誘電体１１０を備えた基板１００に、微細孔１１０ａ内に充填されている充填部２１０と、微細孔１１０ａ上に表面１１０ｓ（１００ｓ）より突出して形成され、該表面と平行方向の最大径が充填部２１０の径よりも大きく、且つ、局在プラズモンを誘起しうる大きさの径を有する突出部２２０とからなる微細金属体２００が、突出部２２０の少なくとも一部が、互いに離間されように複数固定されたものである。
【００５６】
ＳＡＬＤＩ基板１０において、微細孔１１０ａは誘電体１１０の表面１１０ｓから厚み方向に略ストレートに開孔され、裏面１１０ｒに到達せずに閉口された非貫通孔である。
【００５７】
本実施形態において、誘電体１１０は、図７（図７Ａ〜図７Ｅ）に示されるように、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とし、微少不純物を含んでいてもよい被陽極酸化金属体４００の一部を陽極酸化して得られたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層（金属酸化物層）４１０である。導電体１２０は、陽極酸化されずに残った被陽極酸化金属体４００の非陽極酸化部分４２０により構成されている。
【００５８】
被陽極酸化金属体４００の形状は制限されず、板状等が挙げられる。また、支持体の上に被陽極酸化金属体４００が層状に成膜されたものなど、支持体付きの形態で用いることも差し支えない。
【００５９】
陽極酸化は、例えば、被陽極酸化金属体４００を陽極とし、カーボンやアルミニウム等を陰極（対向電極）として、これらを陽極酸化用電解液に浸漬させ、陽極と陰極の間に電圧を印加することで実施できる。電解液としては制限されず、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸等の酸を、１種又は２種以上含む酸性電解液が好ましく用いられる。
【００６０】
図７Ａに示す被陽極酸化金属体４００を陽極酸化すると、図７Ｂに示されるように、表面４００ｓ（図示上面）から該面に対して略垂直方向に酸化反応が進行し、アルミナ層４１０（１１０）が生成される。
【００６１】
陽極酸化により生成されるアルミナ層４１０（１１０）は、平面視略正六角形状の微細柱状体が隣接して配列した構造を有するものとなる。各微細柱状体の略中心部には、表面４００ｓから深さ方向に微細孔１１０ａが開孔される。また、各微細孔１１０ａ及び微細柱状体の底面は、図示する如く、丸みを帯びた形状を有している。陽極酸化により生成されるアルミナ層の構造は、益田秀樹、「陽極酸化法によるメソポーラスアルミナの調製と機能材料としての応用」、材料技術Vol.15,No.10、1997年、p.34等に記載されている。
【００６２】
陽極酸化条件は、非陽極酸化部分が残り、かつ微細孔１１０ａの深さが、微細金属体２００が容易にアルミナ層１１０（誘電体）から剥がれ落ちない程度に深くなる範囲内で、適宜設計すればよい。電解液としてシュウ酸を用いる場合、好適な条件例としては、電解液濃度０．５Ｍ、液温１５℃、印加電圧４０Ｖが挙げられる。電解時間を変えることで、任意の層厚のアルミナ層４１０（１１０）を生成できる。陽極酸化前の被陽極酸化金属体４０の厚みを、生成されるアルミナ層４１０（１１０）よりも厚く設定しておけば、非陽極酸化部分が残り、非陽極酸化部分からなる導電体４２０（１２０）上に設けられ、平面視略同一形状の多数の微細孔１１０ａが、表面１１０ｓにおいて開口して略規則配列したアルミナ層４１０（誘電体）（１１０）を得ることができる。
【００６３】
各微細孔の径や互いに隣接する微細孔同士の配列ピッチは、陽極酸化条件により制御することができ、測定光Ｌ１の波長より小さいことが好ましい。通常、互いに隣接する微細孔１１０ａ同士のピッチは１０〜５００ｎｍの範囲で、また微細孔の孔径は、５〜４００ｎｍの範囲でそれぞれ制御可能である。特開２００１−９８００号公報や特開２００１−１３８３００号公報には、微細孔の形成位置や孔径をより細かく制御する方法が開示されている。これらの方法を用いることにより、上記範囲内において任意の孔径及び深さを有する微細孔を略規則的に配列形成することができる。
【００６４】
次に、基板１００の各微細孔１１０ａに充填部２１０と突出部２２０とからなる微細金属体２００を形成して微細構造体３００ａを形成する。微細金属体２００は、誘電体１１０の微細孔１１０ａに電気メッキ処理等を施すことにより形成される。
【００６５】
電気メッキ処理を行う場合には、導電体１２０が電極として機能し、電場が強い微細孔１１０ａの底部から優先的に金属が析出する（図７Ｃ）。この電気メッキ処理を継続して行うことにより、微細孔１１０ａ内に金属が充填されて微細金属体２００の充填部２１０が形成される。充填部２１０が形成された後、更に電気メッキ処理を続けると、微細孔１１０ａから充填金属が溢れるが、微細孔１１０ａ付近の電場が強いことから、微細孔１１０ａ周辺に継続して金属が析出していき、充填部２１０上に表面１１０ｓより突出し、充填部２１０の径よりも大きい径を有する突出部２２０が形成され、微細構造体３００ａを得る（図７Ｄ）。
【００６６】
微細金属体２００は、突出部２２０の大きさが、局在プラズモンを誘起可能な大きさであればよいが、最大径が測定光Ｌ１の波長未満であることが好ましい。測定光Ｌ１の波長を考慮すると、突出部２２０の最大径が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００６７】
微細構造体３００ａにおいて、互いに隣接する突出部２２０同士は離間されていることが好ましく、その平均離間距離ｗは、数ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることがより好ましい。平均離間距離ｗが上記範囲内である場合は、その近接部に局在プラズモン効果による電場増強効果の非常に高いホットスポットと呼ばれる領域を生じるため、好ましい。
【００６８】
局在プラズモン現象は、凸部の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで凸部周辺に強い電場を生じる現象であるので、微細金属体２００は、自由電子を有する任意の金属でよく、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ等が挙げられ、電場増強効果の高いＡｕ，Ａｇ等が特に好ましい。
【００６９】
本実施形態では、微細孔１１０ａは誘電体の裏面１１０ｒに到達せずに開孔された非貫通孔であり、微細金属体２００の充填部２１０は微細孔１１０ａ内に充填されたものであるので、微細金属体２００と導電体１２０とは互いに導通されていない。
【００７０】
次いで、微細構造体３００ａの表面３００ｓの少なくとも一部に、イオン化促進剤Ｉを固着させてＳＡＬＤＩ基板１０を得る（図７Ｅ）。イオン化促進剤Ｉの固着方法は特に制限されないが、イオン化促進剤Ｉを含む溶液を表面３００ｓに適量を塗布し、オーブン等で加熱処理して溶媒を除去する方法等が挙げられる。過剰なイオン化促進剤Ｉが固着されないようにするには、加熱処理後にエアガン等で過剰なイオン化促進剤Ｉを飛ばし、再度加熱処理を施す工程を繰り返せばよい。
【００７１】
固着させるイオン化促進剤Ｉの量は特に制限されないが、過剰では、微細金属体２００において局在プラズモンを誘起させるのに充分な測定光Ｌ１を微細金属体２００に到達させることができなくなる、過剰量のイオン化促進剤Ｉが測定時に脱離されて検出されて検出感度を低下させる、等の問題を生じ、過少では、効果的な被分析物質のイオン化を行うことができなくなってしまう。本実施形態では、図６Ｂに示されるように少なくとも隣接する微細金属体２００の突出部２２０同士の間隙の一部に固着されていることが好ましい。
【００７２】
イオン化促進剤Ｉは、測定光Ｌ１の照射により被分析物質にイオンやエネルギーを供与して被分析物質のイオン化を促進させるものであり、かかる機能を有していれば特に制限されないが、被分析物質Ｒｉの検出感度を低下させるような妨害ピークを生じない物質であることが好ましい。生体分子や合成高分子等が被分析物質である場合は、文献Nature Vol.449 1033-1037 (2007)に記載（Supplementary Information、16頁）されている、ビス（トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチル）テトラメチル-ジシロキサン、1,3-ジオクチルテトラメチルジシロキサン、1,3-ビス（ヒドロキシブチル）テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス（3-カルボキシプロピル）テトラメチルジシロキサン等の有機ケイ素化合物が好ましい。その他のイオン化促進剤としては、カーボンナノチューブ、基質、フラーレン等が挙げられる。
【００７３】
また、ニコチン酸、ピコリン酸、3-ヒドロキシピコリン酸、3-アミノピコリン酸、2,5-ジヒドロキシ安息香酸、α-シアノ-4-ヒドロキシ桂皮酸、シナピン酸、2-（４-ヒドロキシフェニルアゾ）安息香酸、2-メルカプトベンゾチアゾール、5-クロロ-２-メルカプトベンゾチアゾール、2,6-ジヒドロキシアセトフェノン、2,４,６-トリヒドロキシアセトフェノン、ジスラノール、ベンゾ[a]ピレン、9-ニトロアントラセン、2-[(2E)-3-(4-tret-ブチルフェニル)-2-メチルプロプ-2-エニリデン]マロノ二トリルなどのＭＡＬＤＩ法で用いられるマトリクス剤をイオン化促進剤Ｉとして使用してもよい。
【００７４】
イオン化促進剤Ｉは、１種の化合物を用いてもよく、また、２種以上の化合物の混合物や積層体として用いてもよい。
【００７５】
上記したように、ＳＡＬＤＩ基板１０は、基板１００の一表面１００ｓに測定光Ｌ１の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体２００を備えた微細構造体３００ａと、微細構造体３００ａの表面３００ｓの少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤Ｉとを備えたものである。ＳＡＬＤＩ基板１０上に接触させた試料Ｓに対して測定光Ｌ１を照射すると、ＳＡＬＤＩ基板１０の複数の微細金属体２００に局在プラズモンが誘起されて表面に増強電場を生じると同時に、イオン化促進剤Ｉが励起され、この増強電場において高められた測定光Ｌ１のエネルギーと、イオン化促進剤Ｉからのプロトン，イオン，エネルギー等の供与によって被分析物質Ｒを高効率にイオン化すると共に表面１０ｓから脱離させることができる。
【００７６】
かかるＳＡＬＤＩ基板を上記実施形態の質量分析装置１に用いた場合、金属プローブ２２（金属微粒子２３）の増強電場の効果とＳＡＬＤＩ基板の増強電場が強め合う配置とすることにより、いわゆるホットスポットと呼ばれる非常に高い増強電場を得ることができる。従って、この非常に高い増強電場により、測定光Ｌ１のエネルギーのみならず、イオン化促進剤Ｉの励起効率も同時に高め、これらの相乗効果により、イオン化効率を格段に向上させ、また、検出される信号の絶対強度を効果的に増強することができる。
【００７７】
上記実施形態の質量分析装置１とＳＡＬＤＩ基板１０とによれば、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法において、測定光Ｌ１の低パワー化を実現し、被分析物質Ｒが難揮発性の物質や高分子量の物質であっても、被分析物質Ｒのフラグメント化や変性、及び基板自体の変形を生じることなく、高感度に質量分析することができる。
【００７８】
「背景技術」の項に記載したように、これまで、難揮発性の物質や高分子量の物質を、被分析物質への化学的影響を与えずに質量分析するためには、ＭＡＬＤＩ法が採用せざるを得なかったが、これらの物質は化学構造が複雑であるため被分析物質の化学的性質に応じたマトリックス剤と試料との混晶の調製方法の最適化が必須であり、工程が複雑にならざるを得なかった。上記のように、上記実施形態の質量分析装置１及びＳＡＬＤＩ基板１０によれば、表面支援レーザ脱離イオン化法により、被分析物質Ｒのフラグメント化や変性、及び基板自体の変形を生じることなく、難揮発性の物質や高分子量の物質の質量分析を高空間分解能かつ高感度に実施することができる。表面支援レーザ脱離イオン化法では、サンプルの調製は、試料溶液をＳＡＬＤＩ基板の試料接触面上に塗布又は載置するだけで済むことから、本発明によれば、簡易な方法で、且つ、被分析物質Ｒのフラグメント化や変性、及び基板自体の変形を生じることなく、難揮発性の物質や高分子量の物質の高感度な質量分析を行うことができる。
【００７９】
「質量分析用基板（ＳＡＬＤＩ基板）の第２実施形態」
図８を参照して、本発明に係る第２実施形態のＳＡＬＤＩ基板２０について説明する。図８ＡはＳＡＬＤＩ基板２０の厚み方向断面図、図８ＢはＳＡＬＤＩ基板２０’の厚み方向断面図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００８０】
図示されるように、ＳＡＬＤＩ基板２０（２０’）と第1実施形態の質量分析用デバイス１０（１０’）とは、微細金属体２００の充填形態が異なっており、それに伴いイオン化促進剤Ｉの固着形態も異なっている。
【００８１】
ＳＡＬＤＩ基板２０において、微細構造体３００ｂは、第１実施形態と同様の、導電体１２０上に形成され、平面視略同一形状の多数の微細孔１１０ａが、表面１１０ｓにおいて開口して略規則配列した誘電体１１０を備えた基板１００に、複数の微細孔１１０ａの底部に充填された複数の微細金属体２００を備えたものである。
【００８２】
基板１００は第１実施形態と同様であるので好ましい材料や形状、製造方法については記載を省略する。イオン化促進剤Ｉについても好適な材料は第１実施形態と同様である。
【００８３】
微細金属体２００は、第１実施形態と充填形態が異なるが、それ以外は第１実施形態と同様である。従って、充填形態以外の好適な条件等は第１実施形態と同様である。
【００８４】
微細金属体２００の充填方法も第１実施形態と同様、誘電体１１０の微細孔１１０ａに電気メッキ処理等を施すことにより形成される。本実施形態の微細構造体３００ｂは、図７Ｃの状態でメッキ処理等による金属の充填をやめ、次いで、第１実施形態と同様に微細構造体３００ｂの微細構造体３００ａの表面３００ｓの少なくとも一部に、イオン化促進剤Ｉを固着させてＳＡＬＤＩ基板２０を得る（図８Ａ）。
【００８５】
また、微細構造体３００ｂの上面から、個々の微細孔１１０ａの底部に、局在プラズモンを誘起しうる大きさの微細金属体２００が形成されるまで微細金属体２００の構成金属を堆積させた後、微細構造体３００ｂの表面３００ｓ上に堆積された微細金属体２００の構成金属の層を除去する方法によっても容易に充填させることができる。この場合、微細金属体２００の形成方法としては制限されず、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、レーザ蒸着法、及びクラスタイオンビーム法等の気相成長法が好ましい。微細金属体２００は常温下で形成しても加熱下で形成してもよく、形成温度は制限されない。
【００８６】
図８Ａに示されるＳＡＬＤＩ基板２０では、微細孔１１０ａの内部にのみイオン化促進剤Ｉが固着されているが、図８Ｂに示されるＳＡＬＤＩ基板２０’のように、質量分析用デバイスの表面２０ｓにもイオン化促進剤Ｉが固着されていてもよい。どちらの形態も、第１実施形態と同様の方法により製造することができ、図８Ａに示されるＳＡＬＤＩ基板２０の場合は、微細孔１１０ａ内にのみイオン化促進剤Ｉが固着されるように、表面２０ｓに塗布されたイオン化促進剤Ｉを充分に除去することにより得ることができる。
【００８７】
また、微細孔１１０ａの表面２０ｓにおける開口径が小さく、表面２０ｓに塗布されたイオン化促進剤溶液が表面張力により微細孔１１０ａに入らずに表面２０ｓ上にのみ存在する場合は、微細孔１１０ａの底部及び内部にはイオン化促進剤Ｉが固着されておらず、表面２０ｓのみに固着された形態とすることも可能である。
【００８８】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、基板１００の一表面に測定光Ｌ１の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体２００を備えた微細構造体３００ｂと、微細構造体３００ｂの表面３００ｓの少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤Ｉとを備えたものであるので、第１実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００８９】
「質量分析用基板（ＳＡＬＤＩ基板）の第３実施形態」
図９及び図１０を参照して、本発明に係る第３実施形態のＳＡＬＤＩ基板３０（３０’）について説明する。図９ＡはＳＡＬＤＩ基板３０の厚み方向断面図、図９ＢはＳＡＬＤＩ基板３０’の厚み方向断面図である。図１０は、ＳＡＬＤＩ基板３０の製造工程を示す図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００９０】
図示されるように、ＳＡＬＤＩ基板３０（３０’）と第２実施形態のＳＡＬＤＩ基板２０とは、誘電体１１０の表面１１０ｓに金属膜２００ｍを備えている点で異なっている。
【００９１】
ＳＡＬＤＩ基板３０において、微細構造体３００ｃは、第１実施形態と同様の、導電体１２０上に形成され、平面視略同一形状の多数の微細孔１１０ａが、表面１１０ｓにおいて開口して略規則配列した誘電体１１０を備えた基板１００に、複数の微細孔１１０ａの底部に局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の微細金属体２００が固着され、且つ、誘電体１１０の表面１１０ｓの微細孔１１０ａの非開口部分に半透過半反射性の金属膜２００ｍが成膜されたものである。
【００９２】
基板１００は第１実施形態と同様であるので好ましい材料や形状、製造方法については記載を省略する。イオン化促進剤Ｉについても好適な材料は第１実施形態と同様である。
【００９３】
また、微細孔１１０ａの底部に充填された微細金属体２００の好適なサイズや材料は第１実施形態と同様である。
【００９４】
誘電体１１０の表面１１０ｓ上に成膜された半透過半反射性の金属膜２００ｍの膜厚は特に制限されないが、基板１００と金属膜２００ｍとにより共振器構造となるため、金属膜２００ｍが共振器中の全反射光により表面プラズモンを励起可能な膜厚であれば、金属膜２００ｍ上に表面プラズモンによる増強電場を生じることができ、好ましい。金属膜２００ｍの構成材料は特に制限されないが、好適な材料は微細金属体２００と同様のものが挙げられる。
【００９５】
図１０に示されるように、本実施形態の基板１００は、第１及び第２実施形態と同様にして陽極酸化法により形成することができる（図１０Ａ、図１０Ｂ）。
【００９６】
金属膜２００ｍ及び微細金属体２００の形成方法も特に制限されないが、誘電体表面１１０ｓの上面側から、例えば真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、レーザ蒸着法、及びクラスタイオンビーム法等の気相成長法により形成することが好ましい。誘電体表面１１０ｓの上面から上記気相成長法により金属膜２００ｍを成膜すると、微細孔１１０ａの底部にも金属膜２００ｍの構成元素が堆積するため、微細金属体２００及び金属膜２００ｍを同時に形成することができる（図１０Ｃ）。微細金属体２００及び金属膜２００ｍは常温下で形成しても加熱下で形成してもよく、形成温度は制限されない。
【００９７】
次に、微細構造体３００ｃの表面３００ｓの少なくとも一部に、イオン化促進剤Ｉを固着させてＳＡＬＤＩ基板３０を得る。イオン化促進剤Ｉの固着は第１実施形態と同様にして実施することができる（図１０Ｄ、図１０Ｅ）。
【００９８】
図９Ａに示されるＳＡＬＤＩ基板３０では、微細孔１１０ａの内部にのみイオン化促進剤Ｉが固着されているが、図４（ｂ）に示されるＳＡＬＤＩ基板３’のように、ＳＡＬＤＩ基板の表面３０ｓにもイオン化促進剤Ｉが固着されていてもよい。どちらの形態も、第１実施形態と同様の方法により製造することができ、図１０Ａに示されるＳＡＬＤＩ基板３０の場合は、微細孔１１０ａ内にのみイオン化促進剤Ｉが固着されるように、表面３０ｓに塗布されたイオン化促進剤Ｉを充分に除去することにより得ることができる。
【００９９】
また、第２実施形態と同様、微細孔１１０ａの表面３０ｓにおける開口径が小さく、表面３０ｓに塗布されたイオン化促進剤溶液が表面張力により微細孔１１０ａに入らずに表面３０ｓ上にのみ存在する場合は、微細孔１１０ａの底部及び内部にはイオン化促進剤Ｉが固着されておらず、表面３０ｓのみに固着された形態とすることも可能である。
【０１００】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、基板１００の一表面１００ｓに測定光Ｌ１の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体２００を備えた微細構造体３００ｃと、微細構造体３００ｃの表面３００ｓの少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤Ｉとを備えたものであるので、第１実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【０１０１】
また、本実施形態において、金属膜２００ｍにおいて表面プラズモンを生じる場合は、上記微細金属体２００による増強場よりも増強度の高い電場を生じることができるので、より測定光Ｌ１のエネルギーを下げることができ、好ましい。
【０１０２】
上記実施形態では、微細構造体３００ｃにおいて、誘電体表面１１０ｓの非開口部分に金属膜２００ｍが備えられた形態について説明したが、表面１１０ｓの非開口部分に局在プラズモンを誘起しうる大きさの微細金属体２００を固着させた構成としてもよい。かかる構成では、微細構造体３００ｃの表面３００ｓの非開口部分において、局在プラズモンによる増強電場を生じさせることができる。この場合、表面１１０ｓ上に固着された互いに隣接する微細金属体２００同士は離間されていることが好ましく、その平均離間距離ｗは、数ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることがより好ましい。平均離間距離が上記範囲内である場合は、局在プラズモン効果による電場増強効果を効果的に得ることができる。
【０１０３】
表面１１０ｓ上に局在プラズモンを生じる大きさを有する微細金属体２００を固着させる方法としては特に制限されないが、例えば、金属膜２００ｍを表面１１０ｓの微細孔１１０ａの非開口部分に成膜した後（図１０Ｃ）、熱処理により、金属膜２００ｍの構成金属を凝集させて粒子化させる方法が挙げられる。金属膜２００ｍの膜厚がナノオーダである場合は、熱処理によって金属膜２００の構成金属がいったん溶融し、降温過程において、溶融した金属が誘電体１１０の表面１１０ｓに自然に凝集して粒子化すると考えられる。金属膜２００ｍの熱処理方法は制限なく、例えば、レーザアニール、電子ビームアニール、フラッシュランプアニール、ヒータを用いた熱放射アニール、及び電気炉アニール等のアニール処理が挙げられる。
【０１０４】
熱処理温度は、金属膜２００の構成金属が凝集することができれば制限されず、金属膜２００の融点以上かつ誘電体１１の融点未満の温度であることが好ましい。金属膜２００ｍの膜厚がナノオーダである場合は、バルク金属の融点よりもはるかに低い温度において溶融する融点降下現象が顕著に起こるため、この現象を利用すれば、熱処理温度は、金属膜２００の融点以上の温度であり、かつ誘電体１１０の融点未満の温度とすることができる。
【０１０５】
表面１１０ｓ上に金属膜２００を成膜した後に熱処理により形成する方法以外の方法としては、金属コロイドを利用する方法，ＬＢ法，シランカップリング法，斜め蒸着法，マスクを用いた蒸着，クエン酸をＣＴＡＢに置換後自然蒸発（J. Am. Chem. Soc., Vol. 127, 14992-14993, 2005.）等が挙げられる。
【０１０６】
上記ＳＡＬＤＩ基板の第１〜第３実施形態では、被陽極酸化金属体４００の一部を陽極酸化して得られたアルミナ層を誘電体１１０、非陽極酸化部分を導電体１２０としたが、これに限られず、被陽極酸化金属体４００をすべて陽極酸化した後に、別途蒸着等により導電体１２０を成膜してもよい。この場合、導電体１２０の材料は制限なく、任意の金属やＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の導電性の材料等を用いてもよい。
【０１０７】
また、被陽極酸化金属体４００の主成分としてＡｌのみを挙げたが、陽極酸化可能で生成される金属酸化物が透光性を有するものであれば、任意の金属が使用できる。Ａｌ以外では、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｚｎ等が使用できる。被陽極酸化金属体４００は、陽極酸化可能な金属を２種以上含むものであってもよい。用いる被陽極酸化金属の種類によって、形成される微細孔１２０の平面パターンは変わるが、平面視略同一形状の微細孔１２０が隣接して配列した構造を有する誘電体１１０が形成されることには変わりない。
【０１０８】
また、陽極酸化を利用して微細孔１１０ａを規則配列させる場合について説明したが、微細孔１１０ａの形成方法は、陽極酸化に制限されない。表面全面を一括処理でき、大面積化に対応でき、高価な装置を必要としないことから、陽極酸化を利用した上記実施形態は好ましいが、陽極酸化を利用する以外に、樹脂等の基板の表面にナノインプリント技術により規則配列した複数の凹部を形成する、金属等の基板の表面に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）、電子ビーム（ＥＢ）等の電子描画技術により規則配列した複数の凹部を描画する等の微細加工技術が挙げられる。微細孔１２は規則配列させてもよいし、させなくてもよい。
【０１０９】
また、誘電体１１０の裏面１１０ｒに導電体１２０を備えた場合について説明したが、金属体２００を微細孔１１０ａに充填する方法として、電気メッキ等の電極を必要とする方法を用いない場合は、導電体１２０は備えてなくてよい。また、金属体２００の形成後に導電体１２０を除去した構成としてもよい。
【実施例】
【０１１０】
以下に、本発明に係る実施例について説明する。
（実施例１）
下記手順にて、ＳＡＬＤＩ基板を製造した。
被陽極酸化金属体として、アルミニウム板（Ａｌ純度９９．９９％、１０ｍｍ厚）を用意し、このアルミニウム板を陽極とし、アルミニウムを陰極として、アルミニウム板の一部がアルミナ層となる条件で、陽極酸化を実施して微細孔基板を作製した。得られた基板の微細孔の平均径は５０ｎｍ、平均ピッチＰは約１００ｎｍであった。陽極酸化において液温は１５℃とした。その他の反応条件は以下の通りとした。
反応条件：電解液０．５Ｍシュウ酸、印加電圧４０Ｖ、反応時間５時間。
【０１１１】
次いで、非陽極酸化部を電極として用い、微細孔の底部からＡｕメッキ処理を施し、基板表面に溢れさせてマッシュルーム形状の微細金属体の茎部が各微細孔内に充填された微細構造体を作製した。このとき、マッシュルーム状の金属体の頭部同士は、１０ｎｍ程度離間するようにメッキ時間を調整した。
【０１１２】
次に、イオン化促進剤として、ビストリデカフルオロテトラヒドロオクチルテトラメチルジシロキサン溶液を用意し、微細構造体の表面にイオン化促進剤を固着させて本発明の質量分析用基板を得た。イオン化促進剤の固着は、イオン化促進剤の塗布と乾燥、そして過剰分の除去を数回繰り返すことにより行った。乾燥は、１２０度のオーブン中で５０秒間の熱処理とし、過剰分の除去には窒素ガンを使用した。
【０１１３】
図１に示される質量分析装置の基板保持手段に得られたＳＡＬＤＩ基板を固定し、ＳＡＬＤＩ基板上にマウス肝臓細胞切片を載置した。金属プローブは先端径１０ｎｍ（ＳＵＳ製）のプローブ先端部に、斜め蒸着法により金属プローブを８０°傾けた状態で金5 nmの膜厚を蒸着した後、５００℃の炉で２０分間アニールしたものを用い、測定サンプルとの距離を駆動制御可能な構成として、質量分析を実施した。測定条件は下記のとおりである。
測定光（レーザ）波長：３３７ｎｍ（Spectra-Physics製 VSL−３３７）
測定光強度：２μＪ
測定モード：リニアモード
イオンモード：正イオンモード
【０１１４】
図１１Ａは、マウス肝臓細胞の正常部分の質量分析を行った場合のマススペクトルである。図示されるように、測定光強度が２μＪと低パワーであっても、非常に高感度な検出が確認された。
【０１１５】
基板としてＳＡＬＤＩ基板を用いず、先端部に金微粒子を備えていない一般のＡＦＭプローブを用いて同様の測定を実施した場合、質量分析を実施することができなかった。従って、測定光強度を２０μＪとして質量分析を行った結果を図１１Ｂ示す。
【０１１６】
図１１Ａと図１１Ｂとを比較することにより、本発明の質量分析装置によれば、１０分の１の測定光パワーにてより高感度な分析を実現できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、物質の同定等に用いられる質量分析装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 質量分析装置
２１ 光照射手段
２２ 金属プローブ
２３ 金属微粒子
３１ 検出器
４０ 分析手段
５０ 飛翔方向制御手段
６０ 位置制御手段
８０ ＸＹ方向位置センサ
９０ 表示部
１０，１０’，２０ ，３０ 質量分析用基板
１０ｓ、１０’ｓ、２０ｓ、３０ｓ、４０ｓ、５０ｓ 表面（試料接触面）
１００、１００’ 基板
１００ｓ、１００’ｓ 基板表面
１１０ 誘電体
１１０ａ 微細孔
１２０ 導電体
２００ 金属体（微細金属体）
２００ｓ 透光体表面
２１０ 微細孔
３００ａ，３００ｂ，３００ｃ 微細構造体
４００ 被陽極酸化金属体
４１０ 金属酸化物体
４２０ 非陽極酸化部分
２１０ 充填部
２２０ 突出部
Ｌ１ 測定光
Ｒ 被分析物質
Ｒｉ 脱離した被分析物質
Ｉ イオン化促進剤
ｗ 突出部同士の離間距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析用基板表面に接触された試料に測定光を照射して、試料中に含まれる被分析物質を表面から脱離させ、脱離した該物質を質量分析する方法及び該方法に用いられる質量分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物質の同定等に用いられる質量分析法において、質量分析用基板上に接触された試料に測定光を照射して被分析物質を基板から脱離させ、脱離された物質を質量別に検出する質量分析方法が知られている。例えば、飛行時間型質量分析法（Time of Flight Mass Spectroscopy : TOF-MS）は、基板から脱離された物質を所定距離飛行させて、その飛行時間により物質の質量を分析するものである。
【０００３】
このような質量分析法においては、通常、被分析物質をイオン化させて脱離させている。しかしながら、特に生体物質等の難揮発性の物質や合成高分子等の高分子量の物質が被分析物質である場合は被分析物質のイオン化、脱離が難しく、これらの物質を質量分析可能とする方法が種々検討されている。
【０００４】
中でも、マトリクス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ法）は、被分析物質をマトリクスと呼ばれるシナピン酸やグリセリン等に混入して混晶としたものを試料とし、マトリクスが吸収した光エネルギーを利用して被分析物質をマトリクスとともに気化させ、次いでマトリクス−被分析物質間でのプロトン移動がおこって被分析物質をイオン化させる方法であり、被分析物質に対しフラグメント化や変性等の化学的な影響の少ないソフトイオン化法として、難揮発性の物質や生体分子、合成高分子等の高分子量の物質の質量分析に幅広く用いられている（特許文献１など）。しかしながら、被分析物質が合成高分子などの場合は、ポリマー鎖の化学構造の違いによって溶媒に対する溶解性やポリマー鎖の極性などが大きく異なり、また、主鎖構造が同じであっても平均分子量や末端基の化学構造などの違いにより様々な特性が異なるため、被分析物質の種類に応じてマトリクス剤の種類や結晶の調製方法を最適化する必要がある。
【０００５】
一方、マトリクス剤を用いずに、被分析物質の脱離・イオン化を支援する機能を、質量分析用基板そのものに備えることによりソフトイオン化を行う表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法（Surface-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry : SALDI-MS）が検討されている。例えば、特許文献２及び特許文献３では、表面にナノオーダの細孔構造を有するポーラスシリコン基板を用いた質量分析用基板では、シリコンナノ構造と測定光との相互作用を利用してソフトイオン化を行っている。
【０００６】
また、特許文献４には、被分析物質の脱離・イオン化の支援を、測定光照射により金属プローブ先端に生じる近接場光により行うイオン化装置及びそれを用いた質量分析装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３２０５１５号公報
【特許文献２】米国特許第2008/0073512号明細書
【特許文献３】米国特許第2006/0157648号明細書
【特許文献４】特開２００５−９８９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記SALDI-MS及び金属プローブを用いた質量分析装置では、イオン検出効率の増強は未だ充分なものではないため、難揮発性の物質や高分子量の物質の質量分析においては高パワーの測定光が必要とされている。そのため、被分析物質のフラグメント化や変性、照射部近傍の試料中の物質の脱離によるＳ／Ｎ比の低下、及び基板自体の変形等の問題が未だ残されたままである。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法において、測定光の低パワー化が可能であり、被分析物質のフラグメント化や変性、及び基板自体の変形を生じることなく難揮発性の物質や高分子量の物質を高いＳ／Ｎ比で質量分析が可能な質量分析装置及び質量分析方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の質量分析装置は、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法に用いられる質量分析用基板と、該質量分析用基板の表面に接触された試料に測定光を照射して前記試料中の被分析物質を前記表面から脱離させる光照射手段と、前記測定光の照射により先端部に近接場光を生じる金属プローブと、脱離した前記被分析物質を検出する検出器と、前記検出器により検出された検出結果に基づいて前記被分析物質の質量分析をする分析手段とを備えた質量分析装置であって、前記金属プローブの先端部が、前記測定光の照射により生じる近接場光が、前記試料の前記測定光が照射される測定光照射部分に接するように配置されており、前記金属プローブが、前記測定光照射部分を基点として前記検出器と異なる方向に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、「前記金属プローブが、前記試料の測定光照射部分を基点として前記検出器と異なる方向に配置されている」とは、検出器による、試料の測定光照射部分から脱離下被分析物質の検出を干渉しないように、金属プローブが配置されている事を意味している。このとき、金属プローブの先端部は、測定光の照射に生じる近接場光が測定光照射部分に接するように配置されているので、そのために先端部の一部のみが被分析物質と干渉する位置に配置されていてもよいこととする。
【００１２】
前記金属プローブは、前記先端部に局在プラズモンを誘起可能な金属微粒子を備えていることが好ましい。金属微粒子としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｎｉ，及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなる（不可避不純物を含んでもよい）ものが挙げられる。
【００１３】
本発明の質量分析装置は、前記試料を載置する前記質量分析用基板の表面内方向であるＸＹ方向に沿って前記プローブの先端部の位置及び前記測定光の照射位置を相対的に変化させる位置制御部を備えていることが好ましい。
【００１４】
更に、前記プローブのＸＹ方向の位置を検出するＸＹ方向位置センサと、該センサにより検出された前記プローブのＸＹ方向の位置と該位置での質量分析結果とを関連付けて表示する表示部とを備えていることが好ましい。
【００１５】
前記質量分析用基板としては、基板の一表面に、前記測定光の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体を備えた微細構造体と、該微細構造体の前記表面の少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤とを備えたものが挙げられ、前記微細構造体の前記表面に、複数の誘電体粒子を更に備えたものがより好ましい。
【００１６】
前記質量分析用基板の好適な態様としては、前記微細構造体において、前記基板が、前記表面において開口した複数の有底の微細孔を有する誘電体を備えたものであり、前記複数の金属体が、前記複数の微細孔の少なくとも底部及び／又は前記基板の表面の前記微細孔の非開口部分の少なくとも一部に固着されたものが挙げられる。
【００１７】
また、前記質量分析用基板のその他の好適な態様としては、前記微細構造体において、前記基板が、前記表面において開口した複数の有底の微細孔を有する誘電体を備えたものであり、前記複数の金属体が、前記複数の微細孔内に充填された充填部と、該充填部上に前記表面より突出して形成され、前記表面と平行方向の最大径が前記充填部の径よりも大きい突出部とからなり、前記複数の金属体の突出部の少なくとも一部が、互いに離間されているものが挙げられる。かかる態様において、互いに隣接する前記突出部同士の平均離間距離が１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
また、前記イオン化促進剤は、有機ケイ素化合物であることが好ましい。
【００１９】
本発明の質量分析装置は、前記質量分析用基板と前記検出器との間に前記脱離した被分析物質の飛翔方向を制御して前記検出器の検出面に導く飛翔方向制御手段を備えた飛行時間型質量分析装置であることが好ましい。
【００２０】
本発明の質量分析方法は、上記本発明の質量分析装置を用いる分析方法であって、前記質量分析用基板の表面に試料を接触させた後、該試料の測定部位及び前記金属プローブの先端部に測定光を照射し、該測定光の照射により前記先端部に生じる近接場光による増強電場と、前記表面の表面支援構造に起因する増強電場とにより増大されたエネルギーを有する前記測定光により、前記試料中に含まれる被分析物質を前記表面から脱離させ、
該脱離した被分析物質を捕捉して質量分析することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の質量分析装置は、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法（ＳＡＬＤＩ−ＭＳ）に用いられる質量分析装置において、測定光の照射により先端部に近接場光を生じる金属プローブが、ＳＡＬＤＩ基板上に載置された試料の測定光照射部分を基点として検出器と異なる方向に、且つ、近接場光が測定光照射部分に接触するように配置された構成としている。かかる構成によれば、ＳＡＬＤＩ基板の試料接触面において、ＳＡＬＤＩ基板由来のイオン化支援効果と、測定光の照射により金属プローブ先端に生じた近接場光による電場増強効果、及びこれらの相乗効果とにより被分析物質を高効率にイオン化すると共に表面から脱離させることができる。
【００２２】
例えば、ＳＡＬＤＩ基板として、測定光の照射により基板表面にプラズモン誘起による電場増強効果が得られる基板を用い、また、金属プローブ先端に局在プラズモンを生じ得る金属微粒子を備えた構成では、いずれの増強電場も、増強電場発生面の距離に対して指数関数的に電場強度が低下するが、増強電場発生面のごく近傍では非常に高いものとなる。従って、これらの増強電場が強め合う配置とすることにより、いわゆるホットスポットと呼ばれる非常に高い増強電場を得ることができるため、イオン化効率を格段に向上させることができる。
【００２３】
また、本発明の質量分析装置において、金属プローブは、試料の測定光照射部分を基点として検出器と異なる方向に配置されているため、被分析物質の検出量の低下を最小限に抑制することができる。
【００２４】
従って、本発明によれば、ＳＡＬＤＩ−ＭＳにおいて、測定光の低パワー化を実現し、被分析物質が難揮発性の物質や高分子量の物質であっても、被分析物質のフラグメント化や変性、Ｓ／Ｎ比の低下、及び基板自体の変形を生じることなく、高感度に質量分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る一実施形態の質量分析装置の概略構成図
【図２】図１の質量分析装置の金属プローブの位置関係を示す図−その１
【図３】図１の質量分析装置の金属プローブの位置関係を示す図―その２
【図４Ａ】試料と金属微粒子に生じる近接場光との位置関係の一例を示す図
【図４Ｂ】金属プローブに金属微粒子を備えない場合の金属プローブと試料との位置関係の一例を示す図
【図４Ｃ】金属プローブに金属微粒子を備えた場合の金属プローブと試料との位置関係の一例を示す図
【図５Ａ】２次元イメージング質量分析のイメージ図―その１
【図５Ｂ】２次元イメージング質量分析のイメージ図―その２
【図５Ｃ】２次元イメージング質量分析のイメージ図―その３
【図６Ａ】本発明の質量分析装置に好適な質量分析用基板の厚み方向断面図（第１実施形態）
【図６Ｂ】図６Ａに示す第１実施形態の質量分析用基板のその他の好適な態様を示す厚み方向断面図
【図７Ａ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その１
【図７Ｂ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その２
【図７Ｃ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その３
【図７Ｄ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その４
【図７Ｅ】図６Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その５
【図８Ａ】本発明の質量分析装置に好適な質量分析用基板の厚み方向断面図（第２実施形態）
【図８Ｂ】図８Ａに示す第２実施形態の質量分析用基板のその他の好適な態様を示す厚み方向断面図
【図９Ａ】本発明の質量分析装置に好適な質量分析用基板の厚み方向断面図（第３実施形態）
【図９Ｂ】図９Ａに示す第３実施形態の質量分析用基板のその他の好適な態様を示す厚み方向断面図
【図１０Ａ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その１
【図１０Ｂ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その２
【図１０Ｃ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その３
【図１０Ｄ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その４
【図１０Ｅ】図９Ａの質量分析用基板の製造工程を示す断面図―その５
【図１１Ａ】実施例１において本発明の質量分析装置を用いた場合のマススペクトル
【図１１Ｂ】比較用の質量分析装置を用いた場合のマススペクトル
【発明を実施するための形態】
【００２６】
「質量分析装置」
図１を参照して、本発明にかかる一実施形態の質量分析装置について説明する。本実施形態の質量分析装置は飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）である。図１は本実施形態の質量分析装置１の構成を示す概略構成図である。視認しやすくするために、各部の縮尺は適宜変更して示してある。
【００２７】
図示されるように、質量分析装置１は、真空に保たれたボックスＢ内に、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析用基板１１と（以下、ＳＡＬＤＩ基板とする。）、ＳＡＬＤＩ基板１１を保持するデバイス保持手段１２と、ＳＡＬＤＩ基板１１の表面に接触された試料Ｓに測定光Ｌ１を照射して、試料Ｓ中の被分析物質Ｒを表面から脱離させる光照射手段２１と、先端部に近接場光を生じる金属プローブ２２と、脱離した被分析物質Ｒｉを検出する検出器３１とを備え、検出器３１からの出力から被分析物質Ｒｉの質量分析を行う分析手段４０とを備えた構成としている。
【００２８】
金属プローブ２２は、測定光Ｌ１が照射される試料Ｓの測定光照射部分Ｐを基点として検出器３１と異なる方向に、且つ、先端部に生じる近接場光が測定光照射部分Ｐに接するように配置されている。本実施形態では、金属プローブ２２の先端に金属微粒子２３を備えた構成としている。また、金属プローブ２２は、先端部の金属微粒子２３と試料Ｓとの距離を、測定光Ｌ１の照射により金属プローブ先端部に生じる近接場光が試料Ｓの測定光照射部分Ｐに接するように調整するプローブ駆動制御手段７０を備えている。
【００２９】
分析手段４０は、検出器３１の出力を増幅させるアンプ４０１と、アンプ４０１からの出力信号を処理するデータ処理部４０２により概略構成されている。
【００３０】
また、本実施形態は、飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）であるため、ＳＡＬＤＩ基板１１と検出器３１との間に、飛翔方向制御手段５０を備えている。飛翔方向制御手段５０は、一般のＴＯＦ−ＭＳに用いられるものであれば特に制限されないが、本実施形態では、ＳＡＬＤＩ基板１１の表面に対向する位置に配された引き出しグリッド５０２と、引き出しグリッド５０２の質量分析用基板１１側の面と反対側の面に対向して配されたエンドプレート５０１とを備えた構成としている。
【００３１】
「課題を解決するための手段」の項において述べたように、金属プローブ２２が、試料Ｓの測定光照射部分Ｐを基点として検出器３１と異なる方向に配置されているとは、検出器３１による、試料Ｓの測定光照射部分Ｐから脱離した被分析物質Ｒｉの検出を干渉しないように、金属プローブ２２が配置されている事を意味している。
【００３２】
具体的には、測定光照射部分Ｐから脱離した被分析物質Ｒｉが検出器３１の検出面３１ａに向かって飛翔する飛翔空間内に金属プローブができるだけ入らず、且つ、金属プローブによるイオン化支援が可能となるように金属プローブ２２が配置されている。金属プローブによるイオン化支援効果は、できるだけ効果的に得られることが好ましい。
【００３３】
例えば、脱離した被分析物質Ｒｉの飛翔空間が検出器３１の検出面３１ａと測定光照射部分Ｐを含むコーン状の空間Ｃ１内である場合は空間Ｃ１外に、また、脱離した被分析物質Ｒｉの飛翔空間が引き出しグリッド５０２の開口部５０１ａと測定光照射部分Ｐを含むコーン状の空間Ｃ２内である場合は空間Ｃ２外に、金属プローブ２２は、先端部及び先端部に備えられた金属微粒子２３における近接場光によるイオン化支援効果が得られるように、先端部から根本にかけて伸びているように配置されている（図２及び図３を参照）。
【００３４】
特許文献４では、金属プローブを用いた質量分析において、試料の測定光照射部分から脱離した被分析物質の検出を金属プローブにより干渉されることを防ぐために、中空状のプローブを用いている。しかしながら、近接場光を生じ得るプローブの先端部は非常に細径であるため、被分析物質Ｒｉをその先端部に空けられた空孔内を、高効率に通過させることは難しい。これに対し、本実施形態では、上記したように簡易な構成にて、高効率に検出の干渉を抑制することができる。
【００３５】
金属プローブ２２の先端部のイオン化支援効果は、先端部の金属微粒子２３に生じる近接場光が、試料Ｓの測定光照射部分Ｐに接していればその効果は得られるが、図４Ａに示されるように、近接場光の電場は、近接場光を生じている金属表面に近い領域ほど強く、表面からの距離に対して指数関数的にその強度が下がっていく。従って、できるだけ金属微粒子２３が測定光照射部分Ｐに近づくように配置されていることが好ましい。図４Ａでは、近接場光の電場の強さの分布を濃淡で示してある。
【００３６】
プローブ先端部と測定光照射部分Ｐとの距離を調整する駆動制御方法は特に制限されないが、例えば、測定試料Ｓの厚みをあらかじめ測定しておいて、その厚みに応じて金属プローブを近接場光範囲内に配置してもよいし、金属プローブと測定試料Ｓとに働く原子間力を検出し、この原子間力が好適な近接場光強度が得られる値となるように金属プローブを配置する方法としてもよい。例えば、原子間力を用いる方法は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の原理を応用し、光てこやチューニングフォークを駆動制御手段７０とすることにより実施することができる。更に、いったん金属プローブ先端部（金属微粒子２３）を試料Ｓにいったん接触させた後、一定距離離間させる方法としてもよい。接触の検出は、金属プローブのたわみを光てこにより検出する方法や、チューニングフォークにより圧力を検出する方法により実施することができる。
【００３７】
ＳＡＬＤＩ基板１１としては、特に制限されないが、より低パワーの測定光Ｌ１を用いることができるように、高い表面支援効果が得られるものであることが好ましい。例えば、測定光Ｌ１の照射により、表面に局在プラズモンを生じるＳＡＬＤＩ基板等が挙げられる。かかるＳＡＬＤＩ基板の好適な態様については後記する。
【００３８】
光照射手段２１は、レーザ等の単波長光源を備えており、光源から出射される光を導光するミラーなどの導光系を備えていてもよい。単波長光源の波長は、被分析物質Ｒをイオン化可能であり、且つ、金属プローブ２２の先端部又は金属微粒子２３に近接場光又はプラズモンを誘起可能な波長である。本実施形態では、被分析物質Ｒをイオン化と金属プローブ２２及び金属微粒子２３に近接場光やプラズモンを誘起とを１つの光源にて行う構成としているが、それぞれに適した複数の光源を用いる構成としても差し支えない。
【００３９】
金属プローブ２２及び金属微粒子２３としては、上記したように、測定光Ｌ１の照射により近接場光、又はプラズモンを誘起可能であればよいので、少なくとも表面が金属であればよいが、より効果的な電場増強効果が得られることから、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｎｉ，及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなる（不可避不純物を含んでもよい）ものであることが好ましく、Ａｕ又はＡｇであることがより好ましい。
【００４０】
金属プローブ２２の先端に金属微粒子２３を形成する方法としては、蒸着法、斜め蒸着法、スパッタ法、メッキ処理後エッチングする方法などが挙げられる。蒸着法及び斜め蒸着法を用いる場合は、蒸着後高温アニール処理を行うことが好ましい。また、メッキ処理後の加工はエッチングではなくＥＢ法等を用いてもよい。
【００４１】
金属プローブ２２としては、測定光Ｌ１の照射により先端部に近接場光を生じるものであれば特に制限されないが、先端部の径（最大径）が測定光Ｌ１の波長以下であるような場合は、先端部において局所的な表面増強プラズモンポラリトンが生成されるため、近接場光の電場強度は入射場の100倍以上に増強される。従って、先端部の径は測定光Ｌ１の波長以下であることが好ましく、かかる金属プローブ２２とすることにより、被分析物質Ｒをイオン化するために必要な測定光Ｌ１の強度を効果的に低下させることができる。
【００４２】
また、先端部の径が小さい方が、空間分解能の点でも優れる。現在の金属プローブ加工技術レベルにおいては、１０ｎｍ以下の高い空間分解能を実現することも可能である。従って、先端部径をより小さくすることにより、低パワーの光源により高分解能なイオン化を実現することができる。従って、先端部の径は効果的な電場増強効果が得られ、且つ、できるだけ小さい方が好ましい。
【００４３】
更に、金属プローブ２２の先端部に金属微粒子２３を備えた構成では、測定光Ｌ１の照射により、金属微粒子２３において局在プラズモンを生じる。従って、上記先端部の近接場光による電場増強効果と、局在プラズモンによる電場増強効果が同時に得られることから、より効果的に測定光Ｌ１の強度を低下させることができる。この場合、先端部の径が、先端部に表面増強プラズモンポラリトンを生じる大きさである場合には、表面増強プラズモンポラリトンにより、局在プラズモンによる増強電場が更に増強されるという高い相乗効果も得ることができる。例えば、図４Ｂに示されるように先端部に金属微粒子２３を備えない場合、金属プローブ２２の先端部に生じる近接場光の直径は３０ｎｍ程度であるのに対し、図４Ｃ（図４Ａ）に示されるように、直径２３ｒが約３０ｎｍの金微粒子２３を備えた構成では、約３倍の直径９０ｎｍを有する近接場光を生じる。
【００４４】
金属微粒子２３の径２３ｒは、上記金属プローブの先端部の径と同様、効果的な電場増強効果が得られ、且つ、できるだけ小さい方が好ましい。
【００４５】
本実施形態では、ＳＡＬＤＩ基板１１の表面内方向であるＸＹ方向に沿って金属プローブ２２の先端部の位置及び測定光Ｌ１の照射位置を相対的に変化させる位置制御部６０を備え、更に金属プローブ２２のＸＹ方向の位置を検出するＸＹ方向位置センサ８０と、該センサにより検出された金属プローブ２２のＸＹ方向の位置と該位置での質量分析結果とを関連付けて表示する表示部９０とを備えている。従って、試料ＳのＳＡＬＤＩ基板１１表面に平行な面内方向において、質量分析結果の面内分布を表示することができる。
【００４６】
例えば、図５Ａに示される生態試料Ｓにおいて癌化部位を検出するような質量分析が可能である。正常な細胞は、ｍ／ｚ＝３３２６付近にピークが現れるのに対して、癌化した細胞では、ｍ／ｚ＝１１６６０付近にピークが現れる。従って生態試料Ｓに対して面内方向のｍ／ｚ＝３３２６のピークの有無（図５Ｂ）又はｍ／ｚ＝１１６６０の有無（図５Ｃ）を検出する質量分析を実施することにより、癌化した細胞の有無を検出して癌化領域を特定して表示することができる。
【００４７】
上記したように、質量分析装置１は、先端部及び／又は金属微粒子２３の径を好適に設計することにより、高い空間分解能にて被分析物質Ｒを高効率にイオン化すると共に表面から脱離させることができるので、測定光Ｌ１の低パワー化を実現し、被分析物質Ｒが難揮発性の物質や高分子量の物質であっても、フラグメント化や変性を生じることなく、また基板自体の変形を生じることなく、高いＳ／Ｎ比にて高感度な質量分析をすることができる。従って、生体物質における癌化などの細胞の変性領域を精度良く特定することができる。
【００４８】
以下に上記構成の質量分析装置１を用いた質量分析について説明する。
まず、試料Ｓが接触された質量分析用基板１１に電圧Ｖｓ印加され、所定のスタート信号により光照射手段２１から特定波長の測定光Ｌ１が質量分析用基板１１上に載置された試料Ｓの所定の位置Ｐに照射される。質量分析用基板１１は、ＳＡＬＤＩ基板であるので、測定光Ｌ１の照射により、質量分析用基板１１の表面において測定光の電場が増強されるとともに、その電場により増強された測定光Ｌ１の光エネルギーにより試料中の被分析物質Ｒがイオン化され、表面から脱離される。
【００４９】
脱離された被分析物質Ｒｉは、質量分析用基板１１と引き出しグリッド５０２との電位差Ｖｓにより引き出しグリッド５０２の方向に引き出されて加速し、中央の孔を通ってエンドプレート５０３の方向にほぼ直進して飛行し、更にエンドプレート５０３の開口部を通過して検出器３１に到達して検出される。
【００５０】
脱離後の被分析物質Ｒｉの飛行速度は物質の質量に依存し、質量が小さいほど速いため、質量の小さいものから順に検出器３１により検出される。
【００５１】
検出器６５からの出力信号は、分析手段４０内のアンプ４０１により所定レベルに増幅され、その後データ処理部４０２に入力される。データ処理部４０２では、上記スタート信号と同期する同期信号が入力されており、この同期信号とアンプ４０１からの出力信号とに基づいて被分析物質Ｒｉの飛行時間を求めることができるので、その飛行時間から質量を導出して質量スペクトルを得ることができる。
【００５２】
本実施形態では、質量分析装置１がＴＯＦ−ＭＳである場合を例に説明したがその他の質量分析方法にも適用可能である。また、金属プローブ２２の先端に金属微粒子２３を備えた場合を例に説明したが、既にその効果については述べたように、金属微粒子２３を備えていない構成としてもよい。
以下に、本実施形態の質量分析装置に好適なＳＡＬＤＩ基板の態様について説明する。
【００５３】
「質量分析用基板（ＳＡＬＤＩ基板）の第１実施形態」
図６を参照して、本発明に係る第１実施形態の質量分析用基板（ＳＡＬＤＩ基板）について説明する。図６は厚み方向断面図であり、図７はその製造工程を示す図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００５４】
図６に示されるように、本実施形態のＳＡＬＤＩ基板１は、表面１０ｓに接触させた試料に測定光Ｌ１を照射することにより、試料中に含まれる質量分析の被分析物質Ｒを表面１０ｓから脱離させるＳＡＬＤＩ基板であって、基板１００の一表面１００ｓに、測定光Ｌ１の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体２００を備えた微細構造体３００ａと、微細構造体３００ａの表面３００ｓの少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤Ｉとを備えたデバイス構造を有している。
【００５５】
本実施形態において、ＳＡＬＤＩ基板１０は、導電体１２０上に形成され、平面視略同一形状の多数の微細孔１１０ａが、表面１１０ｓにおいて開口して略規則配列した誘電体１１０を備えた基板１００に、微細孔１１０ａ内に充填されている充填部２１０と、微細孔１１０ａ上に表面１１０ｓ（１００ｓ）より突出して形成され、該表面と平行方向の最大径が充填部２１０の径よりも大きく、且つ、局在プラズモンを誘起しうる大きさの径を有する突出部２２０とからなる微細金属体２００が、突出部２２０の少なくとも一部が、互いに離間されように複数固定されたものである。
【００５６】
ＳＡＬＤＩ基板１０において、微細孔１１０ａは誘電体１１０の表面１１０ｓから厚み方向に略ストレートに開孔され、裏面１１０ｒに到達せずに閉口された非貫通孔である。
【００５７】
本実施形態において、誘電体１１０は、図７（図７Ａ〜図７Ｅ）に示されるように、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とし、微少不純物を含んでいてもよい被陽極酸化金属体４００の一部を陽極酸化して得られたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層（金属酸化物層）４１０である。導電体１２０は、陽極酸化されずに残った被陽極酸化金属体４００の非陽極酸化部分４２０により構成されている。
【００５８】
被陽極酸化金属体４００の形状は制限されず、板状等が挙げられる。また、支持体の上に被陽極酸化金属体４００が層状に成膜されたものなど、支持体付きの形態で用いることも差し支えない。
【００５９】
陽極酸化は、例えば、被陽極酸化金属体４００を陽極とし、カーボンやアルミニウム等を陰極（対向電極）として、これらを陽極酸化用電解液に浸漬させ、陽極と陰極の間に電圧を印加することで実施できる。電解液としては制限されず、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸等の酸を、１種又は２種以上含む酸性電解液が好ましく用いられる。
【００６０】
図７Ａに示す被陽極酸化金属体４００を陽極酸化すると、図７Ｂに示されるように、表面４００ｓ（図示上面）から該面に対して略垂直方向に酸化反応が進行し、アルミナ層４１０（１１０）が生成される。
【００６１】
陽極酸化により生成されるアルミナ層４１０（１１０）は、平面視略正六角形状の微細柱状体が隣接して配列した構造を有するものとなる。各微細柱状体の略中心部には、表面４００ｓから深さ方向に微細孔１１０ａが開孔される。また、各微細孔１１０ａ及び微細柱状体の底面は、図示する如く、丸みを帯びた形状を有している。陽極酸化により生成されるアルミナ層の構造は、益田秀樹、「陽極酸化法によるメソポーラスアルミナの調製と機能材料としての応用」、材料技術Vol.15,No.10、1997年、p.34等に記載されている。
【００６２】
陽極酸化条件は、非陽極酸化部分が残り、かつ微細孔１１０ａの深さが、微細金属体２００が容易にアルミナ層１１０（誘電体）から剥がれ落ちない程度に深くなる範囲内で、適宜設計すればよい。電解液としてシュウ酸を用いる場合、好適な条件例としては、電解液濃度０．５Ｍ、液温１５℃、印加電圧４０Ｖが挙げられる。電解時間を変えることで、任意の層厚のアルミナ層４１０（１１０）を生成できる。陽極酸化前の被陽極酸化金属体４０の厚みを、生成されるアルミナ層４１０（１１０）よりも厚く設定しておけば、非陽極酸化部分が残り、非陽極酸化部分からなる導電体４２０（１２０）上に設けられ、平面視略同一形状の多数の微細孔１１０ａが、表面１１０ｓにおいて開口して略規則配列したアルミナ層４１０（誘電体）（１１０）を得ることができる。
【００６３】
各微細孔の径や互いに隣接する微細孔同士の配列ピッチは、陽極酸化条件により制御することができ、測定光Ｌ１の波長より小さいことが好ましい。通常、互いに隣接する微細孔１１０ａ同士のピッチは１０〜５００ｎｍの範囲で、また微細孔の孔径は、５〜４００ｎｍの範囲でそれぞれ制御可能である。特開２００１−９８００号公報や特開２００１−１３８３００号公報には、微細孔の形成位置や孔径をより細かく制御する方法が開示されている。これらの方法を用いることにより、上記範囲内において任意の孔径及び深さを有する微細孔を略規則的に配列形成することができる。
【００６４】
次に、基板１００の各微細孔１１０ａに充填部２１０と突出部２２０とからなる微細金属体２００を形成して微細構造体３００ａを形成する。微細金属体２００は、誘電体１１０の微細孔１１０ａに電気メッキ処理等を施すことにより形成される。
【００６５】
電気メッキ処理を行う場合には、導電体１２０が電極として機能し、電場が強い微細孔１１０ａの底部から優先的に金属が析出する（図７Ｃ）。この電気メッキ処理を継続して行うことにより、微細孔１１０ａ内に金属が充填されて微細金属体２００の充填部２１０が形成される。充填部２１０が形成された後、更に電気メッキ処理を続けると、微細孔１１０ａから充填金属が溢れるが、微細孔１１０ａ付近の電場が強いことから、微細孔１１０ａ周辺に継続して金属が析出していき、充填部２１０上に表面１１０ｓより突出し、充填部２１０の径よりも大きい径を有する突出部２２０が形成され、微細構造体３００ａを得る（図７Ｄ）。
【００６６】
微細金属体２００は、突出部２２０の大きさが、局在プラズモンを誘起可能な大きさであればよいが、最大径が測定光Ｌ１の波長未満であることが好ましい。測定光Ｌ１の波長を考慮すると、突出部２２０の最大径が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００６７】
微細構造体３００ａにおいて、互いに隣接する突出部２２０同士は離間されていることが好ましく、その平均離間距離ｗは、数ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることがより好ましい。平均離間距離ｗが上記範囲内である場合は、その近接部に局在プラズモン効果による電場増強効果の非常に高いホットスポットと呼ばれる領域を生じるため、好ましい。
【００６８】
局在プラズモン現象は、凸部の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで凸部周辺に強い電場を生じる現象であるので、微細金属体２００は、自由電子を有する任意の金属でよく、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ等が挙げられ、電場増強効果の高いＡｕ，Ａｇ等が特に好ましい。
【００６９】
本実施形態では、微細孔１１０ａは誘電体の裏面１１０ｒに到達せずに開孔された非貫通孔であり、微細金属体２００の充填部２１０は微細孔１１０ａ内に充填されたものであるので、微細金属体２００と導電体１２０とは互いに導通されていない。
【００７０】
次いで、微細構造体３００ａの表面３００ｓの少なくとも一部に、イオン化促進剤Ｉを固着させてＳＡＬＤＩ基板１０を得る（図７Ｅ）。イオン化促進剤Ｉの固着方法は特に制限されないが、イオン化促進剤Ｉを含む溶液を表面３００ｓに適量を塗布し、オーブン等で加熱処理して溶媒を除去する方法等が挙げられる。過剰なイオン化促進剤Ｉが固着されないようにするには、加熱処理後にエアガン等で過剰なイオン化促進剤Ｉを飛ばし、再度加熱処理を施す工程を繰り返せばよい。
【００７１】
固着させるイオン化促進剤Ｉの量は特に制限されないが、過剰では、微細金属体２００において局在プラズモンを誘起させるのに充分な測定光Ｌ１を微細金属体２００に到達させることができなくなる、過剰量のイオン化促進剤Ｉが測定時に脱離されて検出されて検出感度を低下させる、等の問題を生じ、過少では、効果的な被分析物質のイオン化を行うことができなくなってしまう。本実施形態では、図６Ｂに示されるように少なくとも隣接する微細金属体２００の突出部２２０同士の間隙の一部に固着されていることが好ましい。
【００７２】
イオン化促進剤Ｉは、測定光Ｌ１の照射により被分析物質にイオンやエネルギーを供与して被分析物質のイオン化を促進させるものであり、かかる機能を有していれば特に制限されないが、被分析物質Ｒｉの検出感度を低下させるような妨害ピークを生じない物質であることが好ましい。生体分子や合成高分子等が被分析物質である場合は、文献Nature Vol.449 1033-1037 (2007)に記載（Supplementary Information、16頁）されている、ビス（トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチル）テトラメチル-ジシロキサン、1,3-ジオクチルテトラメチルジシロキサン、1,3-ビス（ヒドロキシブチル）テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス（3-カルボキシプロピル）テトラメチルジシロキサン等の有機ケイ素化合物が好ましい。その他のイオン化促進剤としては、カーボンナノチューブ、基質、フラーレン等が挙げられる。
【００７３】
また、ニコチン酸、ピコリン酸、3-ヒドロキシピコリン酸、3-アミノピコリン酸、2,5-ジヒドロキシ安息香酸、α-シアノ-4-ヒドロキシ桂皮酸、シナピン酸、2-（４-ヒドロキシフェニルアゾ）安息香酸、2-メルカプトベンゾチアゾール、5-クロロ-２-メルカプトベンゾチアゾール、2,6-ジヒドロキシアセトフェノン、2,４,６-トリヒドロキシアセトフェノン、ジスラノール、ベンゾ[a]ピレン、9-ニトロアントラセン、2-[(2E)-3-(4-tret-ブチルフェニル)-2-メチルプロプ-2-エニリデン]マロノ二トリルなどのＭＡＬＤＩ法で用いられるマトリクス剤をイオン化促進剤Ｉとして使用してもよい。
【００７４】
イオン化促進剤Ｉは、１種の化合物を用いてもよく、また、２種以上の化合物の混合物や積層体として用いてもよい。
【００７５】
上記したように、ＳＡＬＤＩ基板１０は、基板１００の一表面１００ｓに測定光Ｌ１の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体２００を備えた微細構造体３００ａと、微細構造体３００ａの表面３００ｓの少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤Ｉとを備えたものである。ＳＡＬＤＩ基板１０上に接触させた試料Ｓに対して測定光Ｌ１を照射すると、ＳＡＬＤＩ基板１０の複数の微細金属体２００に局在プラズモンが誘起されて表面に増強電場を生じると同時に、イオン化促進剤Ｉが励起され、この増強電場において高められた測定光Ｌ１のエネルギーと、イオン化促進剤Ｉからのプロトン，イオン，エネルギー等の供与によって被分析物質Ｒを高効率にイオン化すると共に表面１０ｓから脱離させることができる。
【００７６】
かかるＳＡＬＤＩ基板を上記実施形態の質量分析装置１に用いた場合、金属プローブ２２（金属微粒子２３）の増強電場の効果とＳＡＬＤＩ基板の増強電場が強め合う配置とすることにより、いわゆるホットスポットと呼ばれる非常に高い増強電場を得ることができる。従って、この非常に高い増強電場により、測定光Ｌ１のエネルギーのみならず、イオン化促進剤Ｉの励起効率も同時に高め、これらの相乗効果により、イオン化効率を格段に向上させ、また、検出される信号の絶対強度を効果的に増強することができる。
【００７７】
上記実施形態の質量分析装置１とＳＡＬＤＩ基板１０とによれば、表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法において、測定光Ｌ１の低パワー化を実現し、被分析物質Ｒが難揮発性の物質や高分子量の物質であっても、被分析物質Ｒのフラグメント化や変性、及び基板自体の変形を生じることなく、高感度に質量分析することができる。
【００７８】
「背景技術」の項に記載したように、これまで、難揮発性の物質や高分子量の物質を、被分析物質への化学的影響を与えずに質量分析するためには、ＭＡＬＤＩ法が採用せざるを得なかったが、これらの物質は化学構造が複雑であるため被分析物質の化学的性質に応じたマトリックス剤と試料との混晶の調製方法の最適化が必須であり、工程が複雑にならざるを得なかった。上記のように、上記実施形態の質量分析装置１及びＳＡＬＤＩ基板１０によれば、表面支援レーザ脱離イオン化法により、被分析物質Ｒのフラグメント化や変性、及び基板自体の変形を生じることなく、難揮発性の物質や高分子量の物質の質量分析を高空間分解能かつ高感度に実施することができる。表面支援レーザ脱離イオン化法では、サンプルの調製は、試料溶液をＳＡＬＤＩ基板の試料接触面上に塗布又は載置するだけで済むことから、本発明によれば、簡易な方法で、且つ、被分析物質Ｒのフラグメント化や変性、及び基板自体の変形を生じることなく、難揮発性の物質や高分子量の物質の高感度な質量分析を行うことができる。
【００７９】
「質量分析用基板（ＳＡＬＤＩ基板）の第２実施形態」
図８を参照して、本発明に係る第２実施形態のＳＡＬＤＩ基板２０について説明する。図８ＡはＳＡＬＤＩ基板２０の厚み方向断面図、図８ＢはＳＡＬＤＩ基板２０’の厚み方向断面図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００８０】
図示されるように、ＳＡＬＤＩ基板２０（２０’）と第1実施形態の質量分析用デバイス１０（１０’）とは、微細金属体２００の充填形態が異なっており、それに伴いイオン化促進剤Ｉの固着形態も異なっている。
【００８１】
ＳＡＬＤＩ基板２０において、微細構造体３００ｂは、第１実施形態と同様の、導電体１２０上に形成され、平面視略同一形状の多数の微細孔１１０ａが、表面１１０ｓにおいて開口して略規則配列した誘電体１１０を備えた基板１００に、複数の微細孔１１０ａの底部に充填された複数の微細金属体２００を備えたものである。
【００８２】
基板１００は第１実施形態と同様であるので好ましい材料や形状、製造方法については記載を省略する。イオン化促進剤Ｉについても好適な材料は第１実施形態と同様である。
【００８３】
微細金属体２００は、第１実施形態と充填形態が異なるが、それ以外は第１実施形態と同様である。従って、充填形態以外の好適な条件等は第１実施形態と同様である。
【００８４】
微細金属体２００の充填方法も第１実施形態と同様、誘電体１１０の微細孔１１０ａに電気メッキ処理等を施すことにより形成される。本実施形態の微細構造体３００ｂは、図７Ｃの状態でメッキ処理等による金属の充填をやめ、次いで、第１実施形態と同様に微細構造体３００ｂの微細構造体３００ａの表面３００ｓの少なくとも一部に、イオン化促進剤Ｉを固着させてＳＡＬＤＩ基板２０を得る（図８Ａ）。
【００８５】
また、微細構造体３００ｂの上面から、個々の微細孔１１０ａの底部に、局在プラズモンを誘起しうる大きさの微細金属体２００が形成されるまで微細金属体２００の構成金属を堆積させた後、微細構造体３００ｂの表面３００ｓ上に堆積された微細金属体２００の構成金属の層を除去する方法によっても容易に充填させることができる。この場合、微細金属体２００の形成方法としては制限されず、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、レーザ蒸着法、及びクラスタイオンビーム法等の気相成長法が好ましい。微細金属体２００は常温下で形成しても加熱下で形成してもよく、形成温度は制限されない。
【００８６】
図８Ａに示されるＳＡＬＤＩ基板２０では、微細孔１１０ａの内部にのみイオン化促進剤Ｉが固着されているが、図８Ｂに示されるＳＡＬＤＩ基板２０’のように、質量分析用デバイスの表面２０ｓにもイオン化促進剤Ｉが固着されていてもよい。どちらの形態も、第１実施形態と同様の方法により製造することができ、図８Ａに示されるＳＡＬＤＩ基板２０の場合は、微細孔１１０ａ内にのみイオン化促進剤Ｉが固着されるように、表面２０ｓに塗布されたイオン化促進剤Ｉを充分に除去することにより得ることができる。
【００８７】
また、微細孔１１０ａの表面２０ｓにおける開口径が小さく、表面２０ｓに塗布されたイオン化促進剤溶液が表面張力により微細孔１１０ａに入らずに表面２０ｓ上にのみ存在する場合は、微細孔１１０ａの底部及び内部にはイオン化促進剤Ｉが固着されておらず、表面２０ｓのみに固着された形態とすることも可能である。
【００８８】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、基板１００の一表面に測定光Ｌ１の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体２００を備えた微細構造体３００ｂと、微細構造体３００ｂの表面３００ｓの少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤Ｉとを備えたものであるので、第１実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００８９】
「質量分析用基板（ＳＡＬＤＩ基板）の第３実施形態」
図９及び図１０を参照して、本発明に係る第３実施形態のＳＡＬＤＩ基板３０（３０’）について説明する。図９ＡはＳＡＬＤＩ基板３０の厚み方向断面図、図９ＢはＳＡＬＤＩ基板３０’の厚み方向断面図である。図１０は、ＳＡＬＤＩ基板３０の製造工程を示す図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００９０】
図示されるように、ＳＡＬＤＩ基板３０（３０’）と第２実施形態のＳＡＬＤＩ基板２０とは、誘電体１１０の表面１１０ｓに金属膜２００ｍを備えている点で異なっている。
【００９１】
ＳＡＬＤＩ基板３０において、微細構造体３００ｃは、第１実施形態と同様の、導電体１２０上に形成され、平面視略同一形状の多数の微細孔１１０ａが、表面１１０ｓにおいて開口して略規則配列した誘電体１１０を備えた基板１００に、複数の微細孔１１０ａの底部に局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の微細金属体２００が固着され、且つ、誘電体１１０の表面１１０ｓの微細孔１１０ａの非開口部分に半透過半反射性の金属膜２００ｍが成膜されたものである。
【００９２】
基板１００は第１実施形態と同様であるので好ましい材料や形状、製造方法については記載を省略する。イオン化促進剤Ｉについても好適な材料は第１実施形態と同様である。
【００９３】
また、微細孔１１０ａの底部に充填された微細金属体２００の好適なサイズや材料は第１実施形態と同様である。
【００９４】
誘電体１１０の表面１１０ｓ上に成膜された半透過半反射性の金属膜２００ｍの膜厚は特に制限されないが、基板１００と金属膜２００ｍとにより共振器構造となるため、金属膜２００ｍが共振器中の全反射光により表面プラズモンを励起可能な膜厚であれば、金属膜２００ｍ上に表面プラズモンによる増強電場を生じることができ、好ましい。金属膜２００ｍの構成材料は特に制限されないが、好適な材料は微細金属体２００と同様のものが挙げられる。
【００９５】
図１０に示されるように、本実施形態の基板１００は、第１及び第２実施形態と同様にして陽極酸化法により形成することができる（図１０Ａ、図１０Ｂ）。
【００９６】
金属膜２００ｍ及び微細金属体２００の形成方法も特に制限されないが、誘電体表面１１０ｓの上面側から、例えば真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、レーザ蒸着法、及びクラスタイオンビーム法等の気相成長法により形成することが好ましい。誘電体表面１１０ｓの上面から上記気相成長法により金属膜２００ｍを成膜すると、微細孔１１０ａの底部にも金属膜２００ｍの構成元素が堆積するため、微細金属体２００及び金属膜２００ｍを同時に形成することができる（図１０Ｃ）。微細金属体２００及び金属膜２００ｍは常温下で形成しても加熱下で形成してもよく、形成温度は制限されない。
【００９７】
次に、微細構造体３００ｃの表面３００ｓの少なくとも一部に、イオン化促進剤Ｉを固着させてＳＡＬＤＩ基板３０を得る。イオン化促進剤Ｉの固着は第１実施形態と同様にして実施することができる（図１０Ｄ、図１０Ｅ）。
【００９８】
図９Ａに示されるＳＡＬＤＩ基板３０では、微細孔１１０ａの内部にのみイオン化促進剤Ｉが固着されているが、図４（ｂ）に示されるＳＡＬＤＩ基板３’のように、ＳＡＬＤＩ基板の表面３０ｓにもイオン化促進剤Ｉが固着されていてもよい。どちらの形態も、第１実施形態と同様の方法により製造することができ、図１０Ａに示されるＳＡＬＤＩ基板３０の場合は、微細孔１１０ａ内にのみイオン化促進剤Ｉが固着されるように、表面３０ｓに塗布されたイオン化促進剤Ｉを充分に除去することにより得ることができる。
【００９９】
また、第２実施形態と同様、微細孔１１０ａの表面３０ｓにおける開口径が小さく、表面３０ｓに塗布されたイオン化促進剤溶液が表面張力により微細孔１１０ａに入らずに表面３０ｓ上にのみ存在する場合は、微細孔１１０ａの底部及び内部にはイオン化促進剤Ｉが固着されておらず、表面３０ｓのみに固着された形態とすることも可能である。
【０１００】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、基板１００の一表面１００ｓに測定光Ｌ１の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体２００を備えた微細構造体３００ｃと、微細構造体３００ｃの表面３００ｓの少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤Ｉとを備えたものであるので、第１実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【０１０１】
また、本実施形態において、金属膜２００ｍにおいて表面プラズモンを生じる場合は、上記微細金属体２００による増強場よりも増強度の高い電場を生じることができるので、より測定光Ｌ１のエネルギーを下げることができ、好ましい。
【０１０２】
上記実施形態では、微細構造体３００ｃにおいて、誘電体表面１１０ｓの非開口部分に金属膜２００ｍが備えられた形態について説明したが、表面１１０ｓの非開口部分に局在プラズモンを誘起しうる大きさの微細金属体２００を固着させた構成としてもよい。かかる構成では、微細構造体３００ｃの表面３００ｓの非開口部分において、局在プラズモンによる増強電場を生じさせることができる。この場合、表面１１０ｓ上に固着された互いに隣接する微細金属体２００同士は離間されていることが好ましく、その平均離間距離ｗは、数ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることがより好ましい。平均離間距離が上記範囲内である場合は、局在プラズモン効果による電場増強効果を効果的に得ることができる。
【０１０３】
表面１１０ｓ上に局在プラズモンを生じる大きさを有する微細金属体２００を固着させる方法としては特に制限されないが、例えば、金属膜２００ｍを表面１１０ｓの微細孔１１０ａの非開口部分に成膜した後（図１０Ｃ）、熱処理により、金属膜２００ｍの構成金属を凝集させて粒子化させる方法が挙げられる。金属膜２００ｍの膜厚がナノオーダである場合は、熱処理によって金属膜２００の構成金属がいったん溶融し、降温過程において、溶融した金属が誘電体１１０の表面１１０ｓに自然に凝集して粒子化すると考えられる。金属膜２００ｍの熱処理方法は制限なく、例えば、レーザアニール、電子ビームアニール、フラッシュランプアニール、ヒータを用いた熱放射アニール、及び電気炉アニール等のアニール処理が挙げられる。
【０１０４】
熱処理温度は、金属膜２００の構成金属が凝集することができれば制限されず、金属膜２００の融点以上かつ誘電体１１の融点未満の温度であることが好ましい。金属膜２００ｍの膜厚がナノオーダである場合は、バルク金属の融点よりもはるかに低い温度において溶融する融点降下現象が顕著に起こるため、この現象を利用すれば、熱処理温度は、金属膜２００の融点以上の温度であり、かつ誘電体１１０の融点未満の温度とすることができる。
【０１０５】
表面１１０ｓ上に金属膜２００を成膜した後に熱処理により形成する方法以外の方法としては、金属コロイドを利用する方法，ＬＢ法，シランカップリング法，斜め蒸着法，マスクを用いた蒸着，クエン酸をＣＴＡＢに置換後自然蒸発（J. Am. Chem. Soc., Vol. 127, 14992-14993, 2005.）等が挙げられる。
【０１０６】
上記ＳＡＬＤＩ基板の第１〜第３実施形態では、被陽極酸化金属体４００の一部を陽極酸化して得られたアルミナ層を誘電体１１０、非陽極酸化部分を導電体１２０としたが、これに限られず、被陽極酸化金属体４００をすべて陽極酸化した後に、別途蒸着等により導電体１２０を成膜してもよい。この場合、導電体１２０の材料は制限なく、任意の金属やＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の導電性の材料等を用いてもよい。
【０１０７】
また、被陽極酸化金属体４００の主成分としてＡｌのみを挙げたが、陽極酸化可能で生成される金属酸化物が透光性を有するものであれば、任意の金属が使用できる。Ａｌ以外では、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｚｎ等が使用できる。被陽極酸化金属体４００は、陽極酸化可能な金属を２種以上含むものであってもよい。用いる被陽極酸化金属の種類によって、形成される微細孔１２０の平面パターンは変わるが、平面視略同一形状の微細孔１２０が隣接して配列した構造を有する誘電体１１０が形成されることには変わりない。
【０１０８】
また、陽極酸化を利用して微細孔１１０ａを規則配列させる場合について説明したが、微細孔１１０ａの形成方法は、陽極酸化に制限されない。表面全面を一括処理でき、大面積化に対応でき、高価な装置を必要としないことから、陽極酸化を利用した上記実施形態は好ましいが、陽極酸化を利用する以外に、樹脂等の基板の表面にナノインプリント技術により規則配列した複数の凹部を形成する、金属等の基板の表面に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）、電子ビーム（ＥＢ）等の電子描画技術により規則配列した複数の凹部を描画する等の微細加工技術が挙げられる。微細孔１２は規則配列させてもよいし、させなくてもよい。
【０１０９】
また、誘電体１１０の裏面１１０ｒに導電体１２０を備えた場合について説明したが、金属体２００を微細孔１１０ａに充填する方法として、電気メッキ等の電極を必要とする方法を用いない場合は、導電体１２０は備えてなくてよい。また、金属体２００の形成後に導電体１２０を除去した構成としてもよい。
【実施例】
【０１１０】
以下に、本発明に係る実施例について説明する。
（実施例１）
下記手順にて、ＳＡＬＤＩ基板を製造した。
被陽極酸化金属体として、アルミニウム板（Ａｌ純度９９．９９％、１０ｍｍ厚）を用意し、このアルミニウム板を陽極とし、アルミニウムを陰極として、アルミニウム板の一部がアルミナ層となる条件で、陽極酸化を実施して微細孔基板を作製した。得られた基板の微細孔の平均径は５０ｎｍ、平均ピッチＰは約１００ｎｍであった。陽極酸化において液温は１５℃とした。その他の反応条件は以下の通りとした。
反応条件：電解液０．５Ｍシュウ酸、印加電圧４０Ｖ、反応時間５時間。
【０１１１】
次いで、非陽極酸化部を電極として用い、微細孔の底部からＡｕメッキ処理を施し、基板表面に溢れさせてマッシュルーム形状の微細金属体の茎部が各微細孔内に充填された微細構造体を作製した。このとき、マッシュルーム状の金属体の頭部同士は、１０ｎｍ程度離間するようにメッキ時間を調整した。
【０１１２】
次に、イオン化促進剤として、ビストリデカフルオロテトラヒドロオクチルテトラメチルジシロキサン溶液を用意し、微細構造体の表面にイオン化促進剤を固着させて本発明の質量分析用基板を得た。イオン化促進剤の固着は、イオン化促進剤の塗布と乾燥、そして過剰分の除去を数回繰り返すことにより行った。乾燥は、１２０度のオーブン中で５０秒間の熱処理とし、過剰分の除去には窒素ガンを使用した。
【０１１３】
図１に示される質量分析装置の基板保持手段に得られたＳＡＬＤＩ基板を固定し、ＳＡＬＤＩ基板上にマウス肝臓細胞切片を載置した。金属プローブは先端径１０ｎｍ（ＳＵＳ製）のプローブ先端部に、斜め蒸着法により金属プローブを８０°傾けた状態で金5 nmの膜厚を蒸着した後、５００℃の炉で２０分間アニールしたものを用い、測定サンプルとの距離を駆動制御可能な構成として、質量分析を実施した。測定条件は下記のとおりである。
測定光（レーザ）波長：３３７ｎｍ（Spectra-Physics製 VSL−３３７）
測定光強度：２μＪ
測定モード：リニアモード
イオンモード：正イオンモード
【０１１４】
図１１Ａは、マウス肝臓細胞の正常部分の質量分析を行った場合のマススペクトルである。図示されるように、測定光強度が２μＪと低パワーであっても、非常に高感度な検出が確認された。
【０１１５】
基板としてＳＡＬＤＩ基板を用いず、先端部に金微粒子を備えていない一般のＡＦＭプローブを用いて同様の測定を実施した場合、質量分析を実施することができなかった。従って、測定光強度を２０μＪとして質量分析を行った結果を図１１Ｂ示す。
【０１１６】
図１１Ａと図１１Ｂとを比較することにより、本発明の質量分析装置によれば、１０分の１の測定光パワーにてより高感度な分析を実現できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、物質の同定等に用いられる質量分析装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 質量分析装置
２１ 光照射手段
２２ 金属プローブ
２３ 金属微粒子
３１ 検出器
４０ 分析手段
５０ 飛翔方向制御手段
６０ 位置制御手段
８０ ＸＹ方向位置センサ
９０ 表示部
１０，１０’，２０ ，３０ 質量分析用基板
１０ｓ、１０’ｓ、２０ｓ、３０ｓ、４０ｓ、５０ｓ 表面（試料接触面）
１００、１００’ 基板
１００ｓ、１００’ｓ 基板表面
１１０ 誘電体
１１０ａ 微細孔
１２０ 導電体
２００ 金属体（微細金属体）
２００ｓ 透光体表面
２１０ 微細孔
３００ａ，３００ｂ，３００ｃ 微細構造体
４００ 被陽極酸化金属体
４１０ 金属酸化物体
４２０ 非陽極酸化部分
２１０ 充填部
２２０ 突出部
Ｌ１ 測定光
Ｒ 被分析物質
Ｒｉ 脱離した被分析物質
Ｉ イオン化促進剤
ｗ 突出部同士の離間距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法に用いられる質量分析用基板と、
該質量分析用基板の表面に接触された試料に測定光を照射して前記試料中の被分析物質を前記表面から脱離させる光照射手段と、
前記測定光の照射により先端部に近接場光を生じる金属プローブと、
脱離した前記被分析物質を検出する検出器と、
前記検出器により検出された検出結果に基づいて前記被分析物質の質量分析をする分析手段とを備えた質量分析装置であって、
前記金属プローブの先端部が、前記測定光の照射により生じる近接場光が前記試料の測定光照射部分に接するように配置されており、
前記金属プローブが、前記試料の測定光照射部分を基点として前記検出器と異なる方向に配置されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
前記金属プローブは、前記先端部に局在プラズモンを誘起可能な金属微粒子を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項３】
前記金属微粒子が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｎｉ，及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなる（不可避不純物を含んでもよい）ことを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記試料を載置する前記質量分析用基板の表面内方向であるＸＹ方向に沿って前記プローブの先端部の位置及び前記測定光の照射位置を相対的に変化させる位置制御部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記プローブのＸＹ方向の位置を検出するＸＹ方向位置センサと、該センサにより検出された前記プローブのＸＹ方向の位置と該位置での質量分析結果とを関連付けて表示する表示部とを更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の質量分析装置。
【請求項６】
前記質量分析用基板が、基板の一表面に、前記測定光の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体を備えた微細構造体と、
該微細構造体の前記表面の少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤とを備えたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項７】
前記微細構造体において、前記基板が、前記表面において開口した複数の有底の微細孔を有する誘電体を備えたものであり、前記複数の金属体が、前記複数の微細孔の少なくとも底部及び／又は前記基板の表面の前記微細孔の非開口部分の少なくとも一部に固着されたものであることを特徴とする請求項６に記載の質量分析装置。
【請求項８】
前記微細構造体において、前記基板が、前記表面において開口した複数の有底の微細孔を有する誘電体を備えたものであり、前記複数の金属体が、前記複数の微細孔内に充填された充填部と、該充填部上に前記表面より突出して形成され、前記表面と平行方向の最大径が前記充填部の径よりも大きい突出部とからなり、
前記複数の金属体の突出部の少なくとも一部が、互いに離間されていることを特徴とする請求項６に記載の質量分析装置。
【請求項９】
互いに隣接する前記突出部同士の平均離間距離が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の質量分析装置。
【請求項１０】
前記イオン化促進剤が、有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項１１】
前記質量分析用基板と前記検出器との間に前記脱離した被分析物質の飛翔方向を制御して前記検出器の検出面に導く飛翔方向制御手段を備えた飛行時間型質量分析装置であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の質量分析装置を用いる分析方法であって、
前記質量分析用基板の表面に試料を接触させた後、該試料の測定部位及び前記金属プローブの先端部に測定光を照射し、
該測定光の照射により前記先端部に生じる近接場光による増強電場と、前記表面の表面支援構造に起因する増強電場とにより増大されたエネルギーを有する前記測定光により、前記試料中に含まれる被分析物質を前記表面から脱離させ、
該脱離した被分析物質を捕捉して質量分析することを特徴とする分析方法。
【請求項１】
表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法に用いられる質量分析用基板と、
該質量分析用基板の表面に接触された試料に測定光を照射して前記試料中の被分析物質を前記表面から脱離させる光照射手段と、
前記測定光の照射により先端部に近接場光を生じる金属プローブと、
脱離した前記被分析物質を検出する検出器と、
前記検出器により検出された検出結果に基づいて前記被分析物質の質量分析をする分析手段とを備えた質量分析装置であって、
前記金属プローブの先端部が、前記測定光の照射により生じる近接場光が前記試料の測定光照射部分に接するように配置されており、
前記金属プローブが、前記試料の測定光照射部分を基点として前記検出器と異なる方向に配置されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
前記金属プローブは、前記先端部に局在プラズモンを誘起可能な金属微粒子を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項３】
前記金属微粒子が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｎｉ，及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなる（不可避不純物を含んでもよい）ことを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記試料を載置する前記質量分析用基板の表面内方向であるＸＹ方向に沿って前記プローブの先端部の位置及び前記測定光の照射位置を相対的に変化させる位置制御部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記プローブのＸＹ方向の位置を検出するＸＹ方向位置センサと、該センサにより検出された前記プローブのＸＹ方向の位置と該位置での質量分析結果とを関連付けて表示する表示部とを更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の質量分析装置。
【請求項６】
前記質量分析用基板が、基板の一表面に、前記測定光の照射により局在プラズモンを誘起しうる大きさの複数の金属体を備えた微細構造体と、
該微細構造体の前記表面の少なくとも一部に固着されたイオン化促進剤とを備えたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項７】
前記微細構造体において、前記基板が、前記表面において開口した複数の有底の微細孔を有する誘電体を備えたものであり、前記複数の金属体が、前記複数の微細孔の少なくとも底部及び／又は前記基板の表面の前記微細孔の非開口部分の少なくとも一部に固着されたものであることを特徴とする請求項６に記載の質量分析装置。
【請求項８】
前記微細構造体において、前記基板が、前記表面において開口した複数の有底の微細孔を有する誘電体を備えたものであり、前記複数の金属体が、前記複数の微細孔内に充填された充填部と、該充填部上に前記表面より突出して形成され、前記表面と平行方向の最大径が前記充填部の径よりも大きい突出部とからなり、
前記複数の金属体の突出部の少なくとも一部が、互いに離間されていることを特徴とする請求項６に記載の質量分析装置。
【請求項９】
互いに隣接する前記突出部同士の平均離間距離が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の質量分析装置。
【請求項１０】
前記イオン化促進剤が、有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項１１】
前記質量分析用基板と前記検出器との間に前記脱離した被分析物質の飛翔方向を制御して前記検出器の検出面に導く飛翔方向制御手段を備えた飛行時間型質量分析装置であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の質量分析装置を用いる分析方法であって、
前記質量分析用基板の表面に試料を接触させた後、該試料の測定部位及び前記金属プローブの先端部に測定光を照射し、
該測定光の照射により前記先端部に生じる近接場光による増強電場と、前記表面の表面支援構造に起因する増強電場とにより増大されたエネルギーを有する前記測定光により、前記試料中に含まれる被分析物質を前記表面から脱離させ、
該脱離した被分析物質を捕捉して質量分析することを特徴とする分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図２】
【図３】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【公開番号】特開２０１０−２７１２１９（Ｐ２０１０−２７１２１９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３９１９（Ｐ２００９−１２３９１９）
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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