(57)【要約】【課題】表面支援レーザ脱離イオン化質量分析法において、測定光の低パワー化を実現し、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】質量分析用デバイス１は、表面１ｓにて開口した微細孔２０を複数有する基材１０を備え、表面１ｓに接触させた試料に測定光Ｌ１を照射することにより、試料中に含まれる被分析物質Ｓを表面１ｓから脱離させるものであって、微細孔２０の側壁面２０ａに凹部２１が形成されたデバイス構造を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に開口した微細孔を複数有する基材を備え、前記表面に接触させた試料に測定光を照射することにより、該試料中に含まれる被分析物質を前記表面から脱離させる質量分析用デバイスであって、
前記微細孔の側壁面に凹部が形成されていることを特徴とする質量分析用デバイス。
【請求項２】
前記表面又は前記微細孔の少なくとも一部にイオン化促進剤が固着されていることを特徴とする請求項１に記載の質量分析用デバイス。
【請求項３】
前記微細孔が有底孔であることを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析用デバイス。
【請求項４】
前記側壁面の少なくとも表面が誘電体からなる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用デバイス。
【請求項５】
前記誘電体がＳｉＯ２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４に記載の質量分析用デバイス。
【請求項６】
前記基材が、被陽極酸化金属体を陽極酸化して得られるものであることを特徴とする請求項４に記載の質量分析用デバイス。
【請求項７】
前記微細孔を第１の微細孔とし、該第１の微細孔が、該微細孔の内壁面にて開口して形成された有底孔である第２の微細孔を複数の有するものである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用デバイス。
【請求項８】
前記第２の微細孔が、一表面にて開口した有底の微細孔を複数有する被陽極酸化金属体を陽極酸化することにより前記微細孔の側壁面に形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の質量分析用デバイス。
【請求項９】
前記被陽極酸化金属体がＡｌであることを特徴とする請求項６又は８に記載の質量分析用デバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の質量分析用デバイスと、
該質量分析用デバイスの前記表面に接触された試料に前記測定光を照射して、前記試料中の質量分析の被分析物質を前記表面から前記表面から脱離させる光照射手段と、
脱離した前記被分析物質を検出して該被分析物質の質量を分析する分析手段とを備えたことを特徴とする質量分析装置。
【請求項１１】
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１０に記載の質量分析装置。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれかに記載の質量分析用デバイスを用いる分析方法であって、
前記質量分析用デバイスの前記表面に試料を接触させた後、該試料の接触された前記表面に測定光を照射し、
該測定光の照射により前記金属微細構造において生じるプラズモンを利用して、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス表面に接触された試料に測定光を照射して、試料中に含まれる質量分析の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に用いられる質量分析用デバイス、及びそれを用いた質量分析装置及び質量分析方法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、質量分析用デバイス上に接触された試料に測定光を照射して被分析物質をデバイスから脱離させ、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、デバイス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】
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る。ＭＡＬＤＩ法は、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）。
【０００５】
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。
【０００６】
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デバイス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デバイスでは、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。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、SALDI-MSのイオン化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、及び基板自体の変形等の問題が未だ残されている。
【０００８】
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の質量分析が可能な質量分析用デバイス、それを備えた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】
【０００９】
本発明の質量分析用デバイスは、表面に開口した微細孔を複数有する基材を備え、前記表面に接触させた試料に測定光を照射することにより、該試料中に含まれる被分析物質を前記表面から脱離させる質量分析用デバイスであって、前記微細孔の側壁面に凹部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本明細書において、凹部の形状は制限されず、微細孔の側壁面が波打った形状の凹凸を有している場合の凹部や、微細孔の側壁面に形成された微細孔、またはストライプ状や格子状に形成された微細溝なども含まれるものとする。また、凹部は、凹部中に存在する被分析物質が、該被分析物質以外の微細孔中の被分析物質がイオン化された後にイオン化されるに充分な深さと開口部を有しているものとする。
【００１１】
本発明の質量分析用デバイスにおいて、前記表面又は前記微細孔の少なくとも一部にイオン化促進剤が固着されていることが好ましい。また、前記微細孔は有底孔であることが好ましい。
【００１２】
本発明の質量分析用デバイスにおいて、前記基材の好適な態様としては、前記微細孔の側壁面の少なくとも表面が誘電体からなるものが挙げられる。かかる誘電体としては、ＳｉＯ２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】
また、前記基材のその他の好適な態様としては、被陽極酸化金属体を陽極酸化して得られるものが挙げられる。
【００１４】
また、前記基材のその他の好適な態様としては、前記微細孔を第１の微細孔とし、該第１の微細孔が、該微細孔の内壁面にて開口して形成された有底孔である第２の微細孔を複数の有するものが挙げられる。前記第２の微細孔は、一表面にて開口した有底の微細孔を複数有する被陽極酸化金属体を陽極酸化することにより前記微細孔の側壁面に形成することができる。前記被陽極酸化金属体としては、Ａｌが好ましい。
【００１５】
本発明の質量分析装置は、上記本発明の質量分析用デバイスと、該質量分析用デバイスの前記表面に接触された試料に前記測定光を照射して、前記試料中の質量分析の被分析物質を前記表面から前記表面から脱離させる光照射手段と、脱離した前記被分析物質を検出して該被分析物質の質量を分析する分析手段とを備えたことを特徴とするものである。本発明の質量分析装置の好適な態様としては、飛行時間型質量分析装置が挙げられる。
【００１６】
本発明の質量分析方法は、上記本発明の質量分析用デバイスを用いる分析方法であって、該質量分析用デバイスの前記表面に試料を接触させた後、該試料の接触された前記表面に測定光を照射し、該測定光の照射により前記金属微細構造において生じるプラズモンを利用して、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】
【００１７】
本発明の質量分析用デバイスは、表面に開口した微細孔を複数有する基材を備え、微細孔の側壁面に凹部が形成された構造を有している。かかる構成では、測定光の照射により、微細孔内の被分析物質が脱離されるが、微細孔側壁面の凹部に存在する試料中（以下、第２イオン化部分とする）の被分析物質よりも、微細孔内に存在する第２イオン化部分以外の試料中（以下、第１イオン化部分とする）の被分析物質がイオン化・脱離されやすいため、まず第１イオン化部分の被分析物質がイオン化・脱離された後に、第２イオン化部分の被分析物質がイオン化・脱離される。このとき、第１イオン化部分の被分析物質は、表面における微細構造と測定光との相互作用（第１の相互作用）と、微細孔側壁の凹凸構造と測定光との相互作用（第２の相互作用）とを利用してイオン化・脱離されるため、表面のみに微細構造を有する従来のデバイスに比して高効率にイオン化される。更に、第２イオン化部分の被分析物質は、第２の相互作用を利用してイオン化されて凹部から飛び出し、微細孔中の未だイオン化されていない被分析物質や別の凹部から飛び出してきたイオンと衝突し合い、お互いのエネルギーを高め合って脱離するため、更にイオン化効率が高くなる。
【００１８】
従って、本発明によれば、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、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。
【００１９】
また、イオン化促進剤を備えた構成では、上記した第1及び第２の微細構造における測定光との相互作用により、測定光のエネルギーのみならず、イオン化促進剤の励起効率も同時に高められる。従って、上記構造とイオン化促進剤とこれらの相乗効果とにより、イオン化効率及び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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
「質量分析用デバイスの第１実施形態」
図１を参照して、本発明に係る第１実施形態の質量分析用デバイスについて説明する。図１は厚み方向断面図であり、図２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。
【００２１】
図１に示されるように、本実施形態の質量分析用デバイス１は、表面１ｓ（１０ｓ）にて開口した微細孔２０を複数有する基材１０を備え、表面１ｓ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を表面１ｓから脱離させる質量分析用デバイスであって、微細孔２０の側壁面２０ａに凹部２１が形成されたデバイス構造を有している。
【００２２】
本実施形態の質量分析用デバイス１において、基材１０は、導電体１２上に平面視略同一形状の多数の微細孔２０が、表面において開口して略規則配列した誘電体１１を備えた構成としている（第１の微細構造）。
【００２３】
微細孔２０は側壁面が波打った形状の凹凸を有するように孔径を変化させながら、誘電体１１の表面から厚み方向に略ストレートに開孔され、裏面に到達せずに閉口された非貫通孔であり、側壁面２０ａには凹部２１を有している。
【００２４】
本実施形態において、誘電体１１は、図２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４０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）４１である。導電体１２は、陽極酸化されずに残った被陽極酸化金属体４０の非陽極酸化部分４２により構成されている。
【００２５】
被陽極酸化金属体４０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４０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。
【００２６】
陽極酸化は、例えば、被陽極酸化金属体４０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。
【００２７】
図２Ａに示す被陽極酸化金属体４０を陽極酸化すると、図２Ｂに示されるように、表面４０ｓ（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４１（１１）が生成される。
【００２８】
陽極酸化により生成されるアルミナ層４１（１１）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４０ｓから深さ方向に微細孔２０が開孔される。また、各微細孔２０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。
【００２９】
陽極酸化の好適な条件例としては、電解液としてシュウ酸を用いる場合、電解液濃度０．５Ｍ、液温１５℃、印加電圧４０Ｖが挙げられる。本実施形態の質量分析用デバイス１では、微細孔２０の側壁面２０ａが波打った形状となるように孔径が変化している。陽極酸化において、印加電圧を変化させることにより、微細孔の孔径を任意の孔径とすることができ、電解時間を変えることで、任意の厚み(深さ)とすることができる。従って、目的とする凹凸形状となるように、印加電圧及び電解時間を設定して陽極酸化を実施すればよい。
【００３０】
例えば、図２Ｂにおいて、所定の深さの微細孔２０が形成された後に印加電圧を高くすることにより、図２Ｃに示されるように微細孔径が大きくなって微細孔２０に凹部２１が形成される。所望の凹凸が得られるように印加電圧及び電解時間を制御し、非貫通孔である微細孔２０を形成することにより、本実施形態の質量分析用デバイス１を得ることができる（図２Ｄ）。
【００３１】
凹部２１は、凹部２１中に存在する被分析物質Ｓが、該被分析物質以外の微細孔２０中の被分析物質がイオン化された後にイオン化されるに充分な深さと開口部の径を有している。
【００３２】
凹部２１の開口部の径は、１〜２０ｎｍの範囲内であることが好ましい。開口部の径は、微細孔側壁２０ａにおける凹凸のピッチによって変化させることができる。上記陽極酸化によれば、微細孔側壁２０ａにおける凹凸のピッチは、１０ｎｍ程度のオーダで制御することができ、本実施形態では１０〜３００ｎｍであることが好ましい。
【００３３】
凹部２１の深さは、微細孔２０ａの孔径により変化させることができ、上記陽極酸化によれば、1ｎｍ程度のオーダで制御することができ、５〜１００ｎｍであることが好ましく、５〜２０ｎｍであることがより好ましい。
【００３４】
また、表面１０ｓにおける微細孔の孔径及び配列ピッチは、測定光Ｌ１との相互作用が効果的に生じる大きさであることが好ましい。「背景技術」に記載したポーラスシリコンにおいて、これらの相互作用を効果的に得るためには、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、サブミクロンオーダ以下であることが好ましいと言われている。一方、質量分析用デバイス１は、微細孔側壁面に凹部を有しており、これらの相乗効果及び製造上の簡易性を併せて考慮すると、各微細孔の径は２０〜５００ｎｍ、互いに隣接する微細孔同士の配列ピッチは、１００ｎｍから５μｍ程度であることが好ましい。
【００３５】
通常の陽極酸化では、互いに隣接する微細孔１１ａ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。
【００３６】
本実施形態では、表面１ｓにおける微細構造と測定光Ｌ１との相互作用（第１の相互作用）と、微細孔側壁における微細構造（凹凸構造）と測定光Ｌ１との相互作用（第２の相互作用）とを利用して被分析物質のイオン化・脱離を実施する。
【００３７】
本実施形態のように、微細構造表面が誘電体である場合は、微細構造に測定光Ｌ１が照射されると、凸部が測定光Ｌ１を吸収して凸部内にエネルギーが閉じ込められる。この閉じ込め効果により測定光Ｌ１のエネルギー及び被分析物質Ｓのエネルギーが高められ、イオン化効率を高めることができる。
【００３８】
上記したように、質量分析用デバイス１は、表面１ｓ（１０ｓ）にて開口した微細孔２０を複数有する基材１０を備え、側壁面２０ａに凹部２１が形成された構造を有している。質量分析用デバイス１の試料接触面（表面）１ｓに、被分析物質Ｓを含む試料を接触させ、試料に対して測定光Ｌ１を照射すると、微細孔２０内の被分析物質Ｓが脱離されるが、微細孔側壁面２０ａの凹部２１に存在する試料中（以下、第２イオン化部分とする）の被分析物質Ｓよりも、微細孔２０内に存在する第２イオン化部分以外の試料中（以下、第１イオン化部分とする）の被分析物質Ｓがイオン化・脱離されやすいため、まず第１イオン化部分の被分析物質Ｓがイオン化・脱離された後に、第２イオン化部分の被分析物質Ｓがイオン化・脱離される。このとき、第１イオン化部分の被分析物質Ｓは、表面１ｓにおける微細構造と測定光Ｌ１との相互作用（第１の相互作用）と、微細孔側壁２０ａの凹凸構造と測定光Ｌ１との相互作用（第２の相互作用）とを利用してイオン化・脱離されるため、表面１ｓのみに微細構造を有する従来のデバイスに比して高効率にイオン化される。更に、第２イオン化部分の被分析物質Ｓは、第２の相互作用を利用してイオン化されて凹部２１から飛び出し、微細孔２０中の未だイオン化されていない被分析物質Ｓや別の凹部２１から飛び出してきたイオンと衝突し合い、お互いのエネルギーを高め合って脱離するため、更にイオン化効率が高くなる。従って、本発明によれば、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、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。
【００３９】
質量分析用デバイス１は、表面１ｓの微細孔１３の非開口部分や、微細孔１３の側壁面１３ａにイオン化促進剤Ｉを固着させた構成としてもよい（図示略）。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プロト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る。
【００４０】
イオン化促進剤Ｉとしては、上記機能を有していれば特に制限されないが、被分析物質Ｓ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。
【００４１】
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もイオン化促進剤Ｉとして使用してもよい。
【００４２】
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１０ｓに適量を塗布してオーブン等で加熱処理を施して乾燥させ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。
【００４３】
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２０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２０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。イオン化促進剤Ｉは、１種類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。
【００４４】
質量分析用デバイス１では、上記した第１の微細構造及び第２の微細構造に起因する相互作用によりイオン化促進剤Ｉの励起効率も高めることができる。従って、イオン化促進剤Ｉを備えた構成とすれば、イオン化効率をより高いものとし、更なる測定光の低パワー化を実現することができる。
【００４５】
「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法を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、本実施形態の質量分析用デバイスによれば、表面支援レーザ脱離イオン化法により、被分析物質Ｓ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可能にすることができる。表面支援レーザ脱離イオン化法では、サンプルの調製は、試料溶液を質量分析用デバイスの試料接触面上に塗布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Ｓ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。
【００４６】
「質量分析用デバイスの第２実施形態」
図３を参照して、本発明に係る第２実施形態の質量分析用デバイス２について説明する。図３Ａは質量分析用デバイス２の厚み方向断面図、図３Ｂは図３Ａの微細孔２０’の表面２０’ａの拡大図である。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。
【００４７】
第1実施形態の質量分析用デバイス１では、微細孔側壁面の凹凸が波打った形状の凹凸面であったのに対し、質量分析用デバイス２は、図３Ａ，Ｂに示されるように、表面２ｓ（１０’ｓ）にて開口した第1の微細孔２０’を複数有する基材１０’を備えたものであり、第1の微細孔２０’は、側壁面２０’ａにて開口して形成された有底孔である第２の微細孔（凹部）２１’を複数備えた構成としている。図では、わかりやすくするために、第２の微細孔２１’の数を少なく示してある。
【００４８】
本実施形態の質量分析用デバイス２において、基材１０’は、図４Ａに示される、表面４０’ｓにて開口した微細孔４３を複数有する被陽極酸化金属体４０’を途中まで陽極酸化して得られる金属酸化物体４１’と非陽極酸化部分４２’とからなる。
【００４９】
陽極酸化は、被陽極酸化金属体４０’の露出されている面のうち、陽極酸化時に電界がかかる面全てにおいて進行する。本実施形態では、少なくとも微細孔４３の側壁面４３ａにおいて陽極酸化が開始されるように電極を配して陽極酸化を実施する。従って、わかりやすくするため、図４では、微細孔４３の側壁面のみが陽極酸化されて、第２の微細孔１４が形成されている場合を示してある（図４Ｂ）。
【００５０】
被陽極酸化金属体４０’の微細孔４３は、本実施形態での第１の微細構造の凹凸構造を決定するものであるので、微細孔４３の径や互いに隣接する第1の微細孔４３同士の配列ピッチは、第１実施形態と同様に測定光Ｌ１との相互作用が効果的に生じる大きさであることが好ましい。しかしながら、本実施形態では以下に示す微細孔側壁の第２の微細孔２１’の製造上の簡便性を考慮すると比較的大きな微細孔径及びピッチであっても差し支えない。
【００５１】
本実施形態において第２の微細孔２１’は、第１実施形態の凹部２１に相当する。従って、好ましい開口部の径や深さについては第１実施形態と同様である。本実施形態では、陽極酸化により第２の微細孔２１’を形成するので、陽極酸化条件を変化させることによりこれらの大きさは制御することができる。
【００５２】
図４Ａに示される被陽極酸化金属体４０’を陽極酸化すると、図４Ｂに示されるように、微細孔４３の側壁面４３ａ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４１’（１１’）が生成される。第１実施形態に記載したように、アルミナ層４１’（１１’）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し、各微細柱状体の略中心部には、側壁面２０’ａから深さ方向に第２の微細孔２１が開孔される（図３Ｂを参照）。以上のようにして質量分析用デバイス２を得ることができる。陽極酸化の詳細については第１実施形態に記載済みであるので、ここでの記載は省略する。
【００５３】
上記したように、質量分析用デバイス２は、表面２ｓ（１０’ｓ）にて開口した第1の微細孔２０’を複数有する基材１０’を備え、第1の微細孔２０’に、側壁面２０’ａにて開口して形成された有底孔である第２の微細孔（凹部）２１’を複数備えたものである。従って、側壁面２０’ａの凹凸構造の形態が異なる以外は第１実施形態の質量分析用デバイスと同様の構成としている。本実施形態では、第２の微細孔２１’が第１実施形態の凹部２１と同様の役割をすることから、第１実施形態の質量分析用デバイス１と同様の作用・効果を奏する。
【００５４】
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、表面２ｓの第1の微細孔２０’の非開口部分や、第1の微細孔２０’の側壁面２０’ａにイオン化促進剤を固着させた構成することにより、より効果的にイオン化効率を高めることができる。イオン化促進剤Ｉの好適な材料は、第１実施形態と同様である。
【００５５】
（設計変更）
上記第１，第２実施形態において、被陽極酸化体の主成分としてＡｌのみを挙げたが、陽極酸化可能であれば、任意の金属及び半導体が使用できる。例えば、Ａｌ以外では、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｚｎ等が使用できる。被陽極酸化体は、陽極酸化可能な金属又は半導体を２種以上含むものであってもよい。用いる被陽極酸化体の種類によって、形成される微細孔の平面パターンは変わるが、平面視略同一形状の微細孔が隣接して配列した構造を有する誘電体が形成されることには変わりない。
【００５６】
第１実施形態では、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それ以外の方法でも構わない。例えば、レジスト剤となりうる樹脂製の基材である場合等は、所定の孔径の微細孔が得られるマスクの上から露光することにより、ある条件において露光光が定在波となるため、パターニング面を定在波の波形に応じた凹凸形状とすることができる。
【００５７】
第２実施形態における、第２の微細孔を形成する場合も、上記陽極酸化を利用した方法は好ましいが、レジスト剤となりうる樹脂製の基材である場合等は、フォトリソグラフィ法により微細孔を形成する方法等を利用することができる。
【００５８】
また、各実施形態において、微細孔は規則配列させてもよいし、させなくてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、基材や微細孔の表面が誘電体からなる場合について説明したが、これに限らず、Ｓｉ等の半導体であってもよいし、金属であってもよい。
【００６０】
表面支援レーザ脱離イオン化法の基板としてポーラスシリコンがよく知られている。ポーラスシリコンはＳｉ基板を陽極化成することにより得ることができ、ポーラスシリコン作製時に、微細孔の側壁面に凹凸を有するように陽極化成条件を変化させることにより、第１実施形態と同様の形状の質量分析用デバイスとすることが可能である。
【００６１】
基材が金属からなる場合、上記した閉じ込め効果に加え、凹凸構造が局在プラズモンが効果的に誘起される大きさである場合は、局在プラズモンによる電場増強効果が併せて得られるため、より効果的にイオン化効率を高めることができる。金属基材に凹凸を有する微細孔を形成する方法としてはナノインプリント法などが挙げられる。
【００６２】
上記実施形態では、凹部が、微細孔の側壁面が波打った形状の凹凸を有している場合の凹部、及び微細孔の側壁面に形成された微細孔である場合について説明したが、凹部の形状はこれらに限らず、ストライプ状や格子状に形成された微細溝などであっても、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
「質量分析装置」
図５を参照して、上記第１実施形態の質量分析用デバイス１を用いる場合を例として、本発明にかかる第１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５は本実施形態の質量分析装置３の構成を示す概略図であり、上記第２実施形態の質量分析用デバイス２を用いた場合も装置構成及び得られる効果は同様である。
【００６４】
図示されるように、質量分析装置３は、真空に保たれたボックス６８内に、上記実施形態の質量分析用デバイス１と、質量分析用デバイス１を保持するデバイス保持手段６０と、質量分析用デバイス１の第１の反射体１０の表面１ｓに接触された試料に測定光Ｌ１を照射して、試料中の質量分析の被分析物質Ｓを第１の反射体１０の表面１ｓから脱離させる第１の光照射手段６１と、脱離した被分析物質Ｓを検出して被分析物質Ｓの質量を分析する分析手段６４とを備え、質量分析用デバイス１と分析手段６４との間に、第１の反射体１０の表面１ｓに対向する位置に配された引き出しグリッド６２と、引き出しグリッド６２の質量分析用デバイス１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６３を備えた構成としている。
【００６５】
光照射手段６１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。単波長光源としては、例えば、波長３３７ｎｍ、パルス幅５０ｐｓ〜５０ｎｓ程度のパルスレーザが挙げられる。
【００６６】
分析手段６４は、測定光Ｌ１の照射により質量分析用デバイス１の第１の反射体１０の表面から脱離され、引き出しグリッド６２及びエンドプレート６３の中央の孔を通過して飛行してきた被分析物質Ｓを検出する検出部６５と、検出部６５の出力を増幅さえるアンプ６６と、アンプ６６からの出力信号を処理するデータ処理部６７により概略構成されている。
【００６７】
以下に上記構成の質量分析装置３を用いた質量分析について説明する。  
まず、試料が接触された質量分析用デバイス１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６１から特定波長の測定光Ｌ１が質量分析用デバイス１の表面１ｓに照射される。測定光Ｌ１の照射により、質量分析用デバイス１の表面１ｓにおいて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の光エネルギーと励起されたイオン化促進剤とにより試料中の被分析物質Ｓが表面１ｓからイオン化され、脱離される。
【００６８】
脱離された被分析物質Ｓは、質量分析用デバイス１と引き出しグリッド６２との電位差Ｖｓにより引き出しグリッド６２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６３の方向にほぼ直進して飛行し、更にエンドプレート６３の孔を通過して検出器６５に到達して検出される。
【００６９】
被分析物質Ｓは、質量分析用デバイス１上の表面修飾の一部等の他の物質が結合された状態であってもよい。脱離後の被分析物質Ｓ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６５により検出される。
【００７０】
検出器６５からの出力信号は、アンプ６６により所定レベルに増幅され、その後データ処理部６７に入力される。データ処理部６７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６６からの出力信号とに基づいて被分析物質Ｓ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。
【００７１】
本実施形態の質量分析装置３は、上記実施形態の質量分析用デバイス１を用いて構成されたものであるので、質量分析用デバイス１と同様の効果を奏する。
【００７２】
本実施形態では、ボックス６８内に、すべてが備えられた構成について説明したが、少なくとも、質量分析用デバイス1、引き出しグリッド６２、エンドプレート６３及び検出器６５がボックス６８内に配置されていればよい。
【００７３】
本実施形態では、質量分析装置３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。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の質量分析用デバイスの厚み方向断面図
【図２Ａ】図１の質量分析用デバイスの製造工程を示す断面図（その１）
【図２Ｂ】図１の質量分析用デバイスの製造工程を示す断面図（その２）
【図２Ｃ】図１の質量分析用デバイスの製造工程を示す断面図（その３）
【図２Ｄ】図１の質量分析用デバイスの製造工程を示す断面図（その４）
【図３Ａ】本発明に係る第２実施形態の質量分析用デバイスの厚み方向断面図
【図３Ｂ】図３Ａにおける微細孔側壁面の拡大図
【図４Ａ】図３Ａの質量分析用デバイスの製造工程を示す断面図（その１）
【図４Ｂ】図３Ａの質量分析用デバイスの製造工程を示す断面図（その２）
【図５】本発明に係る一実施形態の質量分析装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
【００７６】
１，２  質量分析用デバイス
１ｓ，２ｓ  表面（試料接触面）
１０、１０’  基板
１０ｓ、１０’ｓ  基板表面
１１，１１’  誘電体
１２  導電体
２０，２０’  微細孔
２０ａ，２０’ａ  微細孔側壁面
２１  凹部
２１’第２の微細孔
４０  被陽極酸化金属体
４１  金属酸化物体
４２  非陽極酸化部分
４３  微細孔
３  質量分析装置
６１  光照射手段
６４  分析手段
７６  検出手段（分光手段）
Ｌ１  測定光
Ｓ  被分析物質
Ｉ  イオン化促進剤
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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