Embed Size (px)
Citation preview
Ｐｔ蒸着による有機低分子の レーザー脱離イメージング質量分析
関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授 荒川 隆一
准教授 川崎 英也
レーザ－脱離イオン化法 (MALDIとSALDI)の違い
ステンレス
パルスレーザー光(337 nm)
MALDI(マトリックス支援レーザ－脱離イオン化) 従来法
高度な塗布技術 マトリックス関連イオン
試料のレーザー 脱離イオン化
有機マトリックス (レーザー光を吸収する有機低分子化合物)
試料
ステンレス
試料 無機ナノ粒子 (レーザー光を吸収する金属ナノ粒子)
例: Ag, Au, Cu, Pt
MALDIとは異なり低分子試料の解析が容易
パルスレーザー光(337 nm)
SALDI(表面支援レーザ－脱離イオン化)
2
試料のレーザー 脱離イオン化
マトリックスと試料の共結晶を均一に作成することが重要
最近の方法
MALDIのイメージング質量分析法(MALDI-IMS)
3
Sample ガン患者の胃粘膜 Matrix シナピン酸
So¨ren-Oliver Deininger, Matthias P. Ebert, Arne Fu¨tterer, Marc Gerhard, and Christoph Ro¨cken J. Proteome Research, 2008, 7, 5230–5236
H3CO
HO
OCH3
OH
O
胃粘膜画像化 ↓
病理分析へ
従来法
SALDIを用いたイメージング質量分析法(SALDI-IMS)
4
Sample 20香港ドル紙幣 Matrix 金ナノ粒子(15秒間蒸着)
Ho-Wai Tang, Melody Yee-Man Wong, Sharon Lai-Fung Chan, Chi-Ming Che, and Kwan-Ming Ng, Anal. Chem. 2011, 83, 453–458
インクの分布
最近の方法
香港ドル紙幣
MALDIによるイメージング質量分析法(IMS)は既に実用化されて従来の方法であ
る。しかし、正しいイメージング図を得るためにはマトリックスと試料の共結晶を均一に作成する高度な塗布技術が必要である。
今回のPt蒸着法を用いたSALDI –IMSは、試料表面をPtでスパッタ蒸着する。それを質
量分析装置に導入するだけなので、誰でも簡便・迅速に測定ができる方法である。
Ptスパッタ蒸着法を用いたSALDI-IMSの特色
マトリックス塗布
スパッタ蒸着
Pt蒸着SALDI/IMSの検討
基礎検討 Pt蒸着SALDIの原理について（TEM観察） Pt蒸着SALDI、Au蒸着SALDI、LDIの比較 蒸着膜厚と感度の関係
応用検討
UV照射印刷物の分布解析 ガラス基板TLCの分布解析
Pt蒸着SALDI-IMSの原理
Pt-SALDI-IMS
Sample
Pt depositionin dry process
Expanded
スパッタ蒸着を用いたSALDI-IMSの特徴 簡便な前処理 均一な金属ナノ構造体の作成が可能
スパッタPt蒸着のTEM観察 ⇒ 空孔を有するナノ構造体
Pt蒸着SALDI、Au蒸着SALDI、LDIのスペクトル比較
(d) Pt
(a) Pt
(b) Au
(c) LDI
★
★
★★
★
★★
★
★
0
2
4x10
0
2
4x10
0
2
4x10
0
2000
0
2000
0
2000
0
1
4x10
0
1
4x10
0
1
4x10
300 325 350 375 400 425 450 475 500 525
Crystal violet
Crystal violet
Crystal violet
Rhodamin B
Rhodamin B
Rhodamin B
(e) Au
(f) LDI
Rhodamin 123
Rhodamin 123
Rhodamin 123
(g) Pt
(h) Au
(i) LDI
Inte
nsity
m/z
Rhodamine B
Rhodamine B
Rhodamine B
Rhodamine 123
Rhodamine 123
Rhodamine 123
Pt蒸着
Au蒸着
LDI
Pt蒸着
Au蒸着
LDI
Pt蒸着
Au蒸着
LDI
レーザー強度：60％
N+
NN
Chemical Formula: C25H30N3+
Exact Mass: 372.24
O+ NEt2Et2N
COOH
Chemical Formula: C28H31N2O3+
Exact Mass: 443.23
O+ NH2H2N
COOCH3
Chemical Formula: C21H17N2O3+
Exact Mass: 345.12
Pt蒸着SALDI、Au蒸着SALDI、LDIの強度比較
Pt蒸着SALDIが感度面で有利
蒸着膜厚の検討
NaO3S
SO3Na
O+ NEt2Et2NChemical Formula: C27H29N2Na2O7S2
+
Exact Mass: 603.12
紙に印刷したマゼンダ染料
蒸着膜厚を変えて SALDI/MS測定
膜厚は10～20nmが最適
印刷物のSALDI-IMSについて
試料調整 インクジェットプリンターで紙にパターン印刷 ⇒ UV照射（30 min) Pt蒸着膜厚：20 nm
測定条件 Laser shot number: 200 Laser pitch: 200 um m/z range: 60-2000 Laser Intensity: 70%
5 mm
Pt蒸着
UV照射した印刷物の写真
印刷物は絶縁体のためMALDI-IMSやLDI-IMSが難しい
印刷物の各領域のSALDI-IMSスペクトルの比較
(1) (3)
(2) (4)
各領域で特徴的なマススペクトルが得られる
SALDI-IMSによるカラーマップイメージ
SALDI-IMSにより印刷領域でUV照射により減少する成分を解析
高分解能LC-MSによる未知成分の構造解析
HO3S
SO3H
O+ NEt2Et2NChemical Formula: C27H31N2O7S2
+
Exact Mass: 559.15672
NH2 H+
Chemical Formula: C11H26N+
Exact Mass: 172.21
+
O O OHO OH H+
Chemical Formula: C8H19O5+
Exact Mass: 195.12
+
200 300 400 500 600 700m/z
0
1000
1000
1000
100
Rel
ativ
e A
bund
ance 0
1000
100 559.15765 (Error: 1.66 ppm)
559.15790 (Error: 2.11 ppm)
172.20618 (Error: 1.18 ppm)
172.20630 (Error: 1.88 ppm)
195.12218 (Error: 2.67 ppm)
195.12227(Error: 2.20 ppm)
1-Aminoundecane(Standard)
Acid Red 52(Standard)
Extract ofcomponent (a)
Extract of component (b)
Tetraethylene Glycol(Standard)
Extract ofcomponent (c)
200 300 400 500 600 700m/z
0
1000
1000
1000
100
Rel
ativ
e A
bund
ance 0
1000
100 559.15765 (Error: 1.66 ppm)
559.15790 (Error: 2.11 ppm)
172.20618 (Error: 1.18 ppm)
172.20630 (Error: 1.88 ppm)
195.12218 (Error: 2.67 ppm)
195.12227(Error: 2.20 ppm)
200 300 400 500 600 700m/z
0
1000
1000
1000
100
Rel
ativ
e A
bund
ance 0
1000
100 559.15765 (Error: 1.66 ppm)
559.15790 (Error: 2.11 ppm)
172.20618 (Error: 1.18 ppm)
172.20630 (Error: 1.88 ppm)
195.12218 (Error: 2.67 ppm)
195.12227(Error: 2.20 ppm)
1-Aminoundecane(Standard)
Acid Red 52(Standard)
Extract ofcomponent (a)
Extract of component (b)
Tetraethylene Glycol(Standard)
Extract ofcomponent (c)
高分解能LC-MSによりUV照射で減少する成分の構造を推定
UV照射で減少する印刷領域の成分
NaO3S
SO3Na
O+ NEt2Et2N
Chemical Formula: C27H29N2Na2O7S2+
Exact Mass: 603.12
Chemical Formula: C11H26N+
Exact Mass: 172.21NH2 H++
O O OHO OH Na+
Chemical Formula: C8H18NaO5+
Exact Mass: 217.10
+
(a) Acid Red 52 (pigment) (b) 1-Aminoundecane (additive)
(c) Tetraethylene Glycol (additive) UV照射により印刷領域の 染料や添加剤成分が減少
UV照射で増加する印刷領域の成分
NH2 H++
Chemical Formula: C11H26N+
Exact Mass: 172.21
NH2HO H+
Chemical Formula: C11H26NO+
Exact Mass: 188.20
+ NH2 H+O
Chemical Formula: C11H24NO+
Exact Mass: 186.19
+
UV照射による酸化
UV照射で増加する印刷領域の成分は添加剤アミンの酸化か？
染料のTLCのSALDI-IMS結果
N+
NN
Chemical Formula: C25H30N3+
Exact Mass: 372.24
O+ NEt2Et2N
COOHChemical Formula: C28H31N2O3
+
Exact Mass: 443.23
O+ NH2H2N
COOCH3
Chemical Formula: C21H17N2O3+
Exact Mass: 345.12
光学写真 マスカラー マップ
SALDI-IMSにより目視で困難な 重なった成分の分布と構造解析が可能
糖のTLCのSALDI-IMS結果
SALDI-IMSにより染色が必要な糖でも分布と構造解析が可能
O
OH
HO
HOHO
O O
OH
HO
HO
O O
OH
OH
HO
HO
Na++
Chemical Formula: C18H32NaO16+
Exact Mass: 527.16
O
OH
HO
HOHO
O O
OH
HO
HO
OH
Na++
Chemical Formula: C12H22NaO11+
Exact Mass: 365.11
O
OH
OH
HO
HOHO Na+
Chemical Formula: C6H12NaO6+
Exact Mass: 203.05+
光学写真 マスカラー マップ
Pt蒸着SALDIのまとめ
簡便な前処理で均一なナノ構造体を作製できイメージングMSに有用な手法である
Pt蒸着膜厚は10~20 nmがよい MALDIのイメージングMSが 難しい絶縁性の試料にも適用できる
低分子成分のイオン化が得意である
新技術の特徴・従来技術との比較
従来技術で問題となる熟練を要する高度な塗布技術が不要であり、本技術では、誰でも簡便・迅速に測定ができる。
従来は導電性の基板表面の使用に限られているが、本技術のPtスパッタ蒸着法は非導電性の基板でも使用が可能となった。
本技術の適用により、フイルム、プラスチックなど材料分野の表面分布解析や生体試料中の薬物分布解析に有効であることが期待される。
想定される用途
本イメージング技術の特徴を生かすためには、プラスチック、フイルム、紙、葉、木片およびその他の生体試料などの表面に分布する低分子有機化合物の高感度な分布解析が可能である。
したがって、表面の変性、不良品の検査などが非常に簡便に適用できる。
レーザー脱離イオン化のために、SIMSと異なり単分子表面層のみの分析に限定される。
実用化に向けた課題
現在、工業材料についてイメージング質量分析が可能なところまで開発済み。今後は、生体試料（資料切片）中の低分子有機化合物やバイオ関連物質のイメージング質量分析についても検討を行う予定である。
Ptナノ粒子と試料の相性があるので、有機低分子
であればすべてイメージング測定できるとは考えられない。今後、添加剤、色素、界面活性剤ついて実験データを取得し、材料分野に適用していく場合の条件設定を行っていく。
企業への期待
高度な熟練性が必要であった低分子有機化合物のイメージング質量分析が、Ptスパッタ蒸着技術により誰でも簡単にできる
実用化に向けて、簡易なPtスパッタ装置の開発を期待する
本IMS技術は工業製品の工程管理から生体試料の
分布分析まで幅広く適用できるので、分析対象物を持つ企業との共同研究を希望
IMS技術は、現在急速に発展している技術であり、
世界の多くの研究者が様々な対象物に適用できる状況を作るために協力していただける企業の協力を希望。
本技術に関する知的財産権
発明の名称：白金ナノ粒子蒸着を用いる イメージング質量分析法 出願番号 ：特願2012-033258 出願人 ：学校法人関西大学 発明者 ：荒川 隆一、川崎 英也
【お問合わせ先】
関西大学先端科学技術推進機構コーディネーター
板倉 正
ＴＥＬ：０６－６３６８－１２４５
ＦＡＸ：０６－６３６８－１２４７
e-mail：[email protected]
