(57)【要約】【課題】質量分析技術を生体試料分析に適用可能とする体外診断装置を得る。【解決手段】質量分析用基板２の表面に固定した物質をレーザ光Ｌの照射によりイオン化させると共に該表面から脱離させ、イオン化された該物質を捕捉する検出器４を備えた質量分析計10と、検出器４が内部に配置された、大気圧インレット11ａを備えた筐体11と、試料が収容された複数の試料容器20a,20b,20c…から、試料Sを、分注位置P1に配置された質量分析用基板２上の所望の位置に順次ピペッティングするための分注機構30と、質量分析用基板２を、分注位置P1から測定位置P0に搬送する第１の搬送機構40と、測定位置P0で質量分析用基板２を支持し、質量分析用基板２にピペッティングされた複数の試料について順次質量分析を行うために、質量分析用基板２の位置決めを行うステージ機構42と、質量分析用基板２をステージ機構42から退避させる第２の搬送機構44とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析用基板の表面に固定した物質をレーザ光照射によりイオン化させると共に該表面から脱離させ、イオン化された該物質を捕捉する検出器を備えた質量分析計と、
前記検出器が内部に配置された、該内部を高真空に保つことができる筐体であって、外部の測定位置に配置された前記質量分析用基板から脱離した前記イオン化された該物質を該筐体内に導入するための大気圧インレットを備えた筐体と、
試料が収容された複数の試料容器から、前記試料を、分注位置に配置された前記質量分析用基板上の所望の位置に順次ピペッティングするための分注機構と、
前記質量分析用基板を、前記分注位置から前記測定位置に搬送する第１の搬送機構と、
前記測定位置で前記質量分析用基板を支持し、該質量分析用基板にピペッティングされた複数の試料について順次質量分析を行うために、該質量分析用基板の位置決めを行うステージ機構と、
前記質量分析用基板を前記ステージ機構から退避させる第２の搬送機構とを備えたことを特徴とする体外診断装置。
【請求項２】
前記分注位置と前記測定位置との間に、前記質量分析用基板上にピペッティングされた試料を乾燥させるための乾燥手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の体外診断装置。
【請求項３】
前記乾燥手段が、ファンと加熱手段の少なくともいずれかを備えてなるものであることを特徴とする請求項２記載の体外診断装置。
【請求項４】
前記質量分析用基板上にピペッティングされた試料への塵埃の付着を防止するシールド手段を備えたことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の体外診断装置。
【請求項５】
前記質量分析用基板が、Ｓｉ基板の表面をフッ酸処理して形成されたナノスケールの微細構造を有する基板であり、該基板の表面に、前記試料のイオン化を促進するイオン化剤が塗布されてなるものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の体外診断装置。
【請求項６】
前記分注機構、前記第１の搬送機構および第２の搬送機構が、一体的に構成されていることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の体外診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に固定した物質をレーザ光照射により該表面から脱離させ、その脱離した物質を捕捉して質量分析するための質量分析技術を利用した体外診断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レーザ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】
難揮発性の物質や合成高分子等の高分子量の物質の質量分析イオン化法としては、大気圧イオン化法の一種であるエレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ：Electro Spray Ionization）（特許文献１参照）、電界脱離イオン化法（ＦＤ）や高速原子衝撃イオン化法（ＦＡＢ）、マトリクス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）等が挙げられる。中でもＭＡＬＤＩ法は、分子量が1万を超す被分析物質の測定が可能であり、試料に対する化学的な影響も少ない分析法として知られている。
【０００４】
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CHCA、等に混入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。このＭＡＬＤＩ法を飛行時間型質量分析法（Time of Flight Mass Spectroscopy :TOF-MS）に適用したＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳは、生体物質や合成高分子の分野で普及してきており、より高精度な分析を可能とするＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳが検討されている（特許文献２）。
【０００５】
また、さらなる感度の向上を図った、マトリックスを必要としない新たな質量分析方法として、ナノスケールの構造体表面にイニシエータと呼ばれるイオン化促進剤が備えられた基板を用いた、物質のイオン化方法を用いた、ＮＩＭＳ（nanostructure-initiator mass spectrometry)と呼ばれる方法も提案されている（非特許文献１参照。）。また、非特許文献１には、質量分析技術を血液、尿等の生体試料についての体外診断に用いることの可能性についても述べられている。
【特許文献１】特開平５−２１７５４５号公報
【特許文献２】特開平９−３２０５１５号公報
【非特許文献１】Nature Vol.449, 25 October 2007 p.1033-1036
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、現在の質量分析装置は、研究者レベルのユーザにより理化学研究の目的で使用されているに過ぎない。質量分析用基板への試料の滴下は手動で行われており、また、例えばＴＯＦ−ＭＡＳは、一般に内部を高真空に保つことができる筐体内に配置されているため、試料が滴下された質量分析用基板を、筐体内（測定室）に挿入するためには、測定室と外部との間に設けられたロードロックチャンバ（試料前室）と測定室との間の扉を閉とした状態で、基板を試料前室に挿入した後、該試料前室内をロータリポンプで真空引きし、その後、試料前室と測定室との間の扉を開として、基板を測定室へ移動させる必要がある。従って、測定操作に手間がかかるという問題がある。
【０００７】
質量分析技術を体外診断に用いるに当たっては、臨床検査技師が装置を使用することを想定し、測定操作が容易であることを要し、かつ、多数の試料について高速に検査を行えるようにする必要がある。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、容易に操作することができ、かつスループットの高い、質量分析技術を用いた体外診断装置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】
本発明の質量分析技術を用いた体外診断装置は、質量分析用基板の表面に固定した物質をレーザ光照射によりイオン化させると共に該表面から脱離させ、イオン化された該物質を捕捉する検出器を備えた質量分析計と、
前記検出器が内部に配置された、該内部を高真空に保つことができる筐体であって、外部の測定位置に配置された前記質量分析用基板から脱離した前記イオン化された該物質を該筐体内に導入するための大気圧インレットを備えた筐体と、
試料が収容された複数の試料容器から、前記試料を、分注位置に配置された前記質量分析用基板上の所望の位置に順次ピペッティングするための分注機構と、
前記質量分析用基板を、前記分注位置から前記測定位置に搬送する第１の搬送機構と、
前記測定位置で前記質量分析用基板を支持し、該質量分析用基板にピペッティングされた複数の試料について順次質量分析を行うために、該質量分析用基板の位置決めを行うステージ機構と、
前記質量分析用基板を前記ステージ機構から退避させる第２の搬送機構とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
なお、前記分注位置と前記測定位置との間に、前記質量分析用基板上にピペッティングされた試料を乾燥させるための乾燥手段を備えることが望ましい。該乾燥手段としては、例えば、ファンと加熱手段の少なくともいずれかを備えてなるものが好適である。
【００１１】
さらに、前記質量分析用基板上にピペッティングされた試料への塵埃の付着を防止するシールド手段を備えることが望ましい。シールド手段は、クリーンブース等の清浄な環境を維持できる筐体により実現できる。ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter)を備えることがより好ましい。
【００１２】
また、前記質量分析用基板が、Ｓｉ基板の表面をフッ酸処理して形成されたナノメートルスケールの微細構造を有する基板であり、該基板の表面に、前記試料のイオン化を促進するイオン化剤が塗布されてなるものであることが望ましい。  
イオン化剤としては、例えば、C24H20F34OSi2、C20H20F26OSi2等の有機シラン系化合物が挙げられる。
【００１３】
本発明の体外診断装置においては、前記分注機構、前記第１の搬送機構および第２の搬送機構、乾燥手段、シールド手段等が、一体的に構成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の体外診断装置は、自動分注機構、質量分析計、装置内において基板を搬送する第１および第２の搬送機構を備えており、自動ピペッティング作業により効率が向上し、分注から、測定までを自動で行うよう構成されていることから、操作が容易であり、かつ高スループットで、多数の試料についての質量分析を効率よく行うことができる。また、質量分析計を備えていることから、従来の抗体、抗原反応等による診断装置と異なり、生物試料を必要しないため、コストを格段に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の体外診断装置の実施の形態を説明する。
【００１６】
体外診断装置１は、質量分析用基板２の表面に固定した物質をレーザ光照射によりイオン化させると共に該表面から脱離させ、イオン化された該物質を捕捉する検出器４を備えた質量分析計１０と、検出器４が内部に配置された、該内部を高真空に保つことができる筐体であって、外部の測定位置Ｐ0に配置された質量分析用基板２から脱離したイオン化された物質を筐体内に導入するための大気圧インレット１１ａを備えた筐体１１と、試料が収容された複数の試料容器２０ａ、２０ｂ、…から、試料を、分注位置Ｐ1に配置された質量分析用基板上の所望の位置に順次ピペッティングするための自動分注機構３０と、質量分析用基板２を、分注位置Ｐ1から測定位置Ｐ0に搬送する第１の搬送機構４０と、測定位置Ｐ0で質量分析用基板２を支持し、該質量分析用基板２にピペッティングされた複数の試料について順次質量分析を行うために、該質量分析用基板２の位置決めを行うステージ機構４２と、質量分析用基板２をステージ機構４２から退避させる第２の搬送機構４４とを備えている。
【００１７】
また、分注位置Ｐ1と測定位置Ｐ0との間に、質量分析用基板２上にピペッティングされた試料を乾燥させるための乾燥手段５０を備えている。本実施形態においては、乾燥手段５０は、加熱手段であるヒータ５２を備えている。なお、ヒータに代えてファンを備えていてもよいし、ヒータとファンの両者を備えていてもよい。
【００１８】
従来の質量分析測定においては、質量基板上に滴下した試料を自然乾燥させた後、質量分析装置にセッティングするのが一般的であり、乾燥手段による乾燥を行っていなかった。乾燥手段を備えることにより、基板への試料の滴下から測定に至る時間を著しく短縮し、スループットを向上させることができる。
【００１９】
さらに、質量分析用基板上にピペッティングされた試料への塵埃の付着を防止するシールド手段として、質量分析計１０、筐体１１、分注機構３０、乾燥手段５０、搬送機構４０、４４等の各機構を内包するクリーンブース５４を備えている。クリーンブース５４には該クリーンブース５４内を清浄に保つためのＨＥＰＡフィルタ５６を備えたＨＥＰＡユニットを備えている。また、クリーンブース５４には、図示しない試料容器および基板挿入口、基板排出口を備えている。クリーンブース５４内は大気圧であり、基板は基本的に大気圧下にある。
【００２０】
質量分析用基板２は、従前の質量分析装置において用いられるいかなる質量分析用基板を用いてもよいが、特に、Ｓｉ基板の表面をフッ酸処理して形成されたナノ構造を表面に有する基板であり、該基板の表面に、試料のイオン化を促進するイオン化剤が塗布されていることが好ましい。具体的なナノ構造としては、Ｓｉ基板をフッ酸水溶液中でエッチング処理することにより形成される、ポーラスシリコン構造が挙げられる。微細孔の口径、形状および密度はエッチングの条件によって変化させることが可能である。なお、基板の材料はＳｉに限るものではなく、金、白金等の金属からなる基板を用いてもよい。ナノ構造の形成方法もフッ酸処理によるものに限らず、レーザエッチングほか、ナノインプリント等の方法により形成されたものであってもよい。  
イオン化剤としては、C24H20F34OSi2、C20H20F26OSi2、等が望ましく、C11H17ClSi、C9H24N2OSi、C12H26O5Si2等の有機シラン系化合物を用いても良い。
【００２１】
本実施形態の質量分析計１０は、飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）である。図示されるように、質量分析計１０は、筐体１１内部に配置された、後述の質量分析用基板２から脱離したイオン化物質を検出するリニア検出器４およびリフレクトロン検出器５と、質量分析用基板２と検出器４との間に、基板２の表面に対向する位置に配された引き出しグリッド１２と、引き出しグリッド１２の質量分析用基板２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１６と、エンドプレート１６とリニア検出器４との間に設けられた、イオン化物質を反転させるリフレクトロン１８とを備える。図中の符号１５は、TOF用のチューブである。さらに、筐体１１外部に配置された質量分析用基板２の表面に接触された試料にレーザ光Ｌを照射して、分析対象物質を表面から脱離させる光照射手段１９を備えている。
【００２２】
リニア検出器４は、基板２から検出器までイオンを直線的に飛行させる測定モード（リニアモード）で用いられる検出器であり、リフレクトロン検出器５は、リフレクトロン１８という静電場ミラーを用いてイオンの向きを反転させて飛行させる測定モード（リフレクトロンモード）で用いられる検出器であり、いずれもマルチチャンネルプレート型検出器（ＭＣＰ検出器）により構成することができる。
【００２３】
光照射手段１９は、レーザ光源を備えており、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。出力されるレーザ光Ｌ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。
【００２４】
なお、検出器４、５は、該検出器の出力を増幅させる、図示しないアンプに接続され、該アンプはその出力信号を処理する図示しないデータ処理部に接続されており、検出器、アンプおよびデータ処理部により質量分析計の分析部が構成されている。
【００２５】
筐体１１は、内部を高真空に保つためターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）に接続されてＴＭＰによる排気がなされており、質量分析用基板から脱離した分析対象物質を筐体内部へ導入するための大気圧インレット１１ａはロータリーポンプ（ＲＰ）に接続されたＲＰによる排気がなされている。大気圧インレット１１ａで中程度の真空度（〜10-3torr程度)、イオンが自由飛行する筐体内部では高真空（10−6torr程度）が保たれるよう構成されている。
【００２６】
ステージ機構４２は、測定位置Ｐ0に質量分析用基板２を支持する電極を兼ねた保持部４３を備え、保持部４３に支持された質量分析用基板２を二次元的に移動させることが可能な移動ステージ、例えばＸＹステージであり、質量分析用基板２上の複数の分析対象物質が配置されたそれぞれの箇所が、レーザ照射位置に位置するように質量分析用基板２を移動させるものである。
【００２７】
自動分注機構３０は、複数のピペットカートリッジ３２を備え、試料ラック２０に収容された複数の試料容器２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…から、試料容器毎にピペットを交換しつつ順次試料を吸引し、質量分析用基板２上の所定位置に順次ピペッティングする。複数の試料容器を収容するラックは、４８穴、９６穴等のタイタープレートであってもよく、この場合、各穴が個々の試料容器に相当する。
【００２８】
第１の搬送機構４０は、質量分析用基板２を、分注位置Ｐ1から乾燥手段５０を介して測定位置Ｐ0に搬送するものであり、例えば、質量分析用基板は直線的に移動させる第１のリニアスライド機構と、ＸＹステージ４２の保持部に質量分析用基板を押し出す押し出し機構から構成することができる。
【００２９】
第２の搬送機構４４は、質量分析用基板２をステージ機構４２から退避位置Ｐ2に退避させるものであり、例えば、第２のリニアスライド機構と、質量分析用基板２をＸＹステージ４２から第２のリニアスライド機構に移動させる図示しない押し出し機構とから構成することができる。
【００３０】
以下、上記構成の体外診断装置１を用いた検査処理工程を説明する。  
１）まず、ユーザが、クリーンブース内の自動分注器３０に、それぞれ血液試料が注入された複数の試料容器を収容するラック２０を装填すると共に、質量分析用基板２を分注位置Ｐ1に載置する。
【００３１】
２）自動分注機構３０において、複数の試料容器２０ａ、２０ｂ、…を収容するラック２０の試料容器毎にピペットを交換しつつ試料Ｓが質量分析用基板２上の所定位置に順次ピペッティングされる。この際、図２に示すように、複数の試料は、それぞれが質量分析用基板２上の各座標位置ＸiＹｉに順次配置される。
【００３２】
３）その後、質量分析用基板２は第１の搬送機構４０により乾燥手段５０内に搬入される。乾燥手段５０内ではヒータ５２による加熱により試料Ｓが乾燥される。乾燥手段５０内での移動速度あるいは、一時待機時間などは、試料の乾燥時間により適宜設定する。
【００３３】
４）さらに、質量分析用基板２は、第１の搬送機構４０により乾燥手段５０からステージ４２の測定位置Ｐ0へと搬送され、測定位置Ｐ0にて保持部４３に支持される。
【００３４】
５）質量分析計１０により質量分析が行われる。なお、ここではリニアモードで測定を行う場合について説明する。  
Ｘ−Ｙステージ４２により、まず、質量分析用基板２上の位置Ｘ1Ｙ1がレーザ照射位置となるように位置調整される。  
質量分析用基板２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１９から特定波長のレーザ光Ｌが質量分析用基板２上の位置Ｘ１Ｙ１に照射される。レーザ光Ｌの照射により、試料中の分析対象物質がイオン化されると共に基板表面から脱離される。なお、分析対象物質はイオン化された後に脱離されるものであってもよいし、脱離された後にイオン化されるものであってもよい。  
脱離された分析対象物質は、質量分析用基板２と引き出しグリッド１２との電位差Ｖｓにより引き出しグリッド１２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１６の方向にほぼ直進して飛行し、更にエンドプレート１６の孔を通過して検出器４に到達して検出される。  
検出器４からの出力信号は、アンプにより所定レベルに増幅され、その後データ処理部に入力される。データ処理部では、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からの出力信号とに基づいて分析対象物質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。なお、データ処理部に試料容器と質量分析用基板上のピペッティング位置とが関連付けられて記憶されている。  
その後、ステージ４２により、位置Ｘ1Ｙ2にレーザ光が照射されるように基板２の位置を調整し、同様の手順で質量分析を行う。ステージ４２により基板２の位置を順次ずらして複数の試料についての質量分析を順次行う。
【００３５】
６）１つの基板２上の全ての試料についての質量分析が終了した後、基板２は第２の搬送機構４４により測定位置Ｐ0から退避位置Ｐ2に退避される。
【００３６】
７）その後、クリーンブース５４の基板排出口からユーザが基板２を取り出す。
【００３７】
このように、ユーザは工程１）において、質量分析用基板２と試料容器ラックを装填する作業、工程７）において測定終了後の質量分析用基板２を取り出す作業を行うのみであり、基板上への試料の滴下、乾燥および、質量分析工程はすべて本発明の体外診断装置が自動で行う。従って、ユーザの負担は軽く、容易に操作することができ、かつ多数の試料について高効率に検査を行うことができる。
【００３８】
本実施形態では、質量分析計１０がＴＯＦ−ＭＳである場合を例に説明したが、イオン化された試料イオンの質量分析を行う装置としては、ＴＯＦ型のものに限らず、ＩＴ（Ion Trap；イオントラップ型）、ＦＴ（ＩＣＲ）（Fourier-Transform Ion Cyclotron Resonance；フーリエ変換型）、また複数の質量分析手法を組み合わせた手法であるＱｑＴＯＦ（Quadrupole-TOF；四重極-TOF型）、ＴＯＦ−ＴＯＦ（TOF連結型）などの質量分析装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る実施形態の体外診断装置の概略構成図
【図２】本発明に係る体外診断装置で用いられる質量分析用基板２の平面図
【符号の説明】
【００４０】
１    体外診断装置
２    質量分析用基板
４、５    検出器
１０    質量分析装置
１１    筐体
１１ａ    大気圧インレット
１２    引き出しグリッド
１６    エンドプレート
１８    リフレクトロン
１９    光照射手段
２０  試料ラック
２０a、２０b、２０ｃ…  試料容器
３０  分注機構
４０  第１の搬送機構
４２  ステージ
４４  第２の搬送機構
５０  乾燥手段
５２  ヒータ
Ｌ  レーザ光
Ｓ  試料
【図１】
2010071829.tif 000003
【図２】
2010071829.tif 000004