(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の互いに独立した複数の箇所のそれぞれに２種類以上の化学物質を付与する検定試料の作製方法であって、
第１の化学物質を含有する液体をインクジェット方式で、液滴を一以上の整数回吐出して、前記複数の箇所に付与する工程と、
第２の化学物質を含有する液体をインクジェット方式で、液滴を一以上の整数回吐出して、第２の化学物質を前記第１の化学物質を吐出した複数の個所に付与する工程と
を有し、
前記複数の箇所における前記第１の化学物質の物質量は、一液滴中に含まれる第１の化学物質の物質量の１以上の整数倍であり、
前記複数の箇所における前記第２の化学物質の物質量は、一液滴中に含まれる第２の化学物質の物質量の１以上の整数倍であり、
前記第１の化学物質と前記第２の化学物質の反応物が定量分析における分析対象物である
ことを特徴とする定量分析に用いる検量線を作製するための検定試料の作製方法。
【請求項２】
前記第１の化学物質を含有する液体の液滴及び前記第２の化学物質を含有する液体の液滴の容積が５０ｐｌ以下である請求項１に記載の定量分析に用いる検量線を作製するための検定試料の作製方法。
【請求項３】
前記定量分析が、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）による定量分析である請求項１又は２に記載の定量分析に用いる検量線を作製するための検定試料の作製方法。
【請求項４】
基板上の互いに独立した複数の箇所のそれぞれに２種類以上の化学物質を付与する検定試料を用いた検量線の作製方法であって、
第１の化学物質を含有する液体をインクジェット方式で、液滴を一以上の整数回吐出して、前記複数の箇所に付与する工程と、
第２の化学物質を含有する液体をインクジェット方式で、液滴を一以上の整数回吐出して、第２の化学物質を前記第１の化学物質を吐出した複数の個所に付与して検定試料を作成する工程と、
前記複数の箇所における前記第１の化学物質の物質量は、一液滴中に含まれる第１の化学物質の物質量の１以上の整数倍であり、
前記複数の箇所における前記第２の化学物質の物質量は、一液滴中に含まれる第２の化学物質の物質量の１以上の整数倍であり、
前記工程で作成された前記検定試料を測定することにより、前記第１の化学物質と前記第２の化学物質の反応物が分析対象物である定量分析に用いる検量線を作製する工程と、
を有する検量線の作製方法。
【請求項５】
前記第１の化学物質を含有する液体の液滴及び前記第２の化学物質を含有する液体の液滴の容積が５０ｐｌ以下である請求項４に記載の検量線の作製方法。
【請求項６】
前記定量分析が、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）による定量分析である請求項４又は５に記載の検量線の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二種類以上の化学物質が基板上の複数箇所に固定された検量線を作製するための検定試料の作製方法、および該検定試料を用いた検量線の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の成膜技術の進展により、多くの材料およびデバイスが厚さ1μｍ以下の薄膜を主体として構成されるようになりつつある。さらに最近では、高速かつ微細な薄膜作成技術が開発され、電子デバイスやバイオチップといった微細でかつ高機能性が要求される部品においても、複数の機能性膜を基板上に保持することにより作成されるようになってきた。さらには、薄膜中の複数種成分によって生じる微量な化学反応生成物に、センサー的な働きをもたせる機能も重要視されるようになってきている。
【０００３】
この高機能性薄膜部品の増大により、その解析および評価として、より精密かつ微細な手法の開発が進められている。これらの手法は基本的に、
（１）薄膜の機能測定法として、電気伝導度、硬度、光学的機能、Ｘ線反応、イオン反応、などを薄膜より直接的に測定する方法、
（２）薄膜の成分分析法として、ガスクロマトグラフィー、高速液クロマトグラフィー、ＩＣＰ−ＭＳ分析法などといった薄膜の成分を抽出することによる間接的な分析方法、
（３）薄膜の目的とする成分に、蛍光機能物質の添加や同位体元素置換等のマーカー挿入をおこなう方法、
との組み合わせにより行われてきた。特に、薄膜の機能には緻密な成分比が影響するため、正確で精密な成分分析は必要不可欠である。また、薄膜は膜の厚さが非常に薄いため、薄膜が形成されている基板も薄膜の機能を左右する。そのため、異物の混入や前処理過程の導入により、膜の質や全体量が変化することによっても、薄膜の機能が影響を受けるといった問題もある。
上記の理由から、薄膜の機能と成分比の関係を詳細に意味付ける方法として、薄膜の成分を含有する溶液を複数種用意し、それらを複数の成分比を持つように混合したのち、基板上に塗付し目的に近い状態の薄膜を形成し、それを（１）に挙げたような直接的な測定を行うことにより、その信号強度を基準としての濃度成分比の検量線を構築する方法が多く用いられている。
【０００４】
精度の高い検定試料を作るためには、基準になる濃度成分比が正確であることだけではなく、可能な限り薄膜中において各成分が均一に分布していることが望ましい。下記に挙げた非特許文献１は、薄膜中の成分比を均一に分布させるため、スピンコート法により薄膜を形成し、飛行時間型２次イオン質量分析計（以降、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）での分析結果を評価するものである。しかし、この手法では、1つの薄膜の面積は数ｍｍと大きくなる。近年使用されているデバイス類のひとつの面積が数十μｍ程度となりつつあるのと較べると、その差が100倍近くあるため、数μｍの素子中に見られる各成分の局所的な凝集や混合状態などに異なりが生じる。加えて、分析の見地から考えても大きなサイズは不利である。例えば、ＴＯＦ−ＳＩＭＳでは１度に測定される領域は数百μｍと小さく、大きなサイズで形成された塗付膜では、各領域での面内分布は十分に均一とは言えない。さらに、大きなサンプルは一度に測定することが出来ないので、通常は、順次、測定チャンバー内へ導入されて測定されるが、その間に、空気中よりの水分や不純物の付着、または、試料成分の蒸発などにより成分比に異なりが生じる可能性がある。このような理由から、非特許文献１の方法では必ずしも精度の高い検定試料が出来ているとはいえない。
【０００５】
他の分析例として、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析では、Ｎａより重い元素の蛍光Ｘ線は同時に測定可能であり、これらの蛍光Ｘ線強度は１次近似として各元素の濃度に比例するが、吸収および二次励起効果により共存元素である成分比の影響を大きく受ける。そのため、蛍光Ｘ線分析においても、膜成分の定量や機能評価において、実際の成分混合比をコントロールした標準試料の作成が重要となる。
【０００６】
下記に挙げた特許文献１は、蛍光Ｘ線測定での定量において、計算手段を用いて成分混合比の影響を評価するものである。しかし、この手法では、成分比に対応しての蛍光X線強度変化が必ずしも直線的でないため、実際には緻密な計算を行うのは難しい。また、膜の成分数に相当する試料を作成しての測定を行う必要があるため、結局は精度の高い定量用試料を必要とする。このような理由から、特許文献１の方法では精度の高い定量が出来ていない。
【０００７】
以上の理由により、イオン分析、蛍光Ｘ線分析などの多くの分析手法において、微細で、緻密な成分混合比コントロールを行った標準試料の作成が必要とされてきた。
【非特許文献１】P. Lazzeri et al., Surface and Interface Analysis, Vol. 29, 798 (2000)
【特許文献１】特表平05-240808号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の理由により、イオン分析、蛍光Ｘ線分析などの多くの分析手法において、微細で、緻密な成分混合比コントロールを行った標準試料の作成が必要とされてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる、定量分析に用いる検量線を作製するための検定試料の作製方法は、
基板上の互いに独立した複数の箇所のそれぞれに２種類以上の化学物質を付与する検定試料の作製方法であって、
第１の化学物質を含有する液体をインクジェット方式で、液滴を一以上の整数回吐出して、前記複数の箇所に付与する工程と、
第２の化学物質を含有する液体をインクジェット方式で、液滴を一以上の整数回吐出して、第２の化学物質を前記第１の化学物質を吐出した複数の個所に付与する工程と
を有し、
前記複数の箇所における前記第１の化学物質の物質量は、一液滴中に含まれる第１の化学物質の物質量の１以上の整数倍であり、
前記複数の箇所における前記第２の化学物質の物質量は、一液滴中に含まれる第２の化学物質の物質量の１以上の整数倍であり、
前記第１の化学物質と前記第２の化学物質の反応物が定量分析における分析対象物である
ことを特徴とする定量分析に用いる検量線を作製するための検定試料の作製方法である。
【００１０】
本発明にかかる検量線の作製方法は、
基板上の互いに独立した複数の箇所のそれぞれに２種類以上の化学物質を付与する検定試料を用いた検量線の作製方法であって、
第１の化学物質を含有する液体をインクジェット方式で、液滴を一以上の整数回吐出して、前記複数の箇所に付与する工程と、
第２の化学物質を含有する液体をインクジェット方式で、液滴を一以上の整数回吐出して、第２の化学物質を前記第１の化学物質を吐出した複数の個所に付与して検定試料を作成する工程と、
前記複数の箇所における前記第１の化学物質の物質量は、一液滴中に含まれる第１の化学物質の物質量の１以上の整数倍であり、
前記複数の箇所における前記第２の化学物質の物質量は、一液滴中に含まれる第２の化学物質の物質量の１以上の整数倍であり、
前記工程で作成された前記検定試料を測定することにより、前記第１の化学物質と前記第２の化学物質の反応物が分析対象物である定量分析に用いる検量線を作製する工程と、
を有する検量線の作製方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる検定試料によれば、薄膜において、微細な構成成分比の変化、および、不純物の混入などの影響について、実際に混成成分比を変化させた薄膜類似の定量試料を自由な基板上の微小な領域内に迅速に形成することにより、精密な定量を行うことが可能である。また、後述の実施例１に示したように、不純物混入程度の成分比のわずかな違いにより信号強度が変化するような測定においても有効性のある検量線を対応させることが可能である。さらに、後述の実施例２で示したように、複数の混合成分による化学反応生成物量においても、有効性のある検量線を対応させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明における検体試料では、基板上の互いに独立した複数の箇所のそれぞれに２種類以上の化学物質が付与される。
【００１６】
なお、基板への化学物質の固定にはインクジェット法が好適に利用でき、複数の化学物質をインクジェット法により基板に適用して固定領域を形成することができる。更に、各化学物質の固定量の制御を精密に行う上で、複数の化学物質のすべてをそれぞれ独立してインクジェット法により基板に適用することが好ましい。こうすることで、基板上の複数箇所のそれぞれにおける化学物質の固定量を、インクジェット法で付与される液滴の数（重ね打ち）により精密に制御することができる。更に、インクジェット法により付与される液滴の容積は５０ｐｌ以下が好ましい。このように、インクジェットの重ね打ちにより検定試料を作成することから、用いる単位存在量は使用の化学物質を溶解させた溶液の濃度、および、インクジェットの液滴容積との兼ね合いで決まり、また、検量を目的とする範囲に適して、使用する整数倍の範囲が決定されることが望ましい。
【００１７】
一方、本発明では、検体試料を定量の標準試料として利用する。この場合、化学物質が固定された複数箇所が、各箇所における複数の化学物質の割合を変化させてマトリクス状に配置されているものが好ましい。
【００１８】
また、複数の化学物質としては、以下に示すものの中から選択して利用することができる。
直径１μｍ以下の金属微粒子、
直径１μｍ以下の金属化合物からなる微粒子、
直径１μｍ以下の半導体材料からなる微粒子、
数平均分子量が１００００以下の有機化合物、
生体関連物質、
金属イオン、
金属錯体、
ハロゲンイオン、及び
常温、常圧において、水または有機溶媒に１ｐｐｂ以上溶解する物質。
【００１９】
また、本発明の検体試料は、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）による定量分析における標準試料として好適に適用可能である。すなわち、本検定試料の第一の用途は、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）などによる定量分析に供される標準試料である。
【００２０】
本検定試料の第二の用途は、該検定試料を用い、インクジェット法により第三の化学物質を、該検定試料上の複数箇所に固定された化学物質の上に付与し、その反応物の検査に使用すること、即ち各種スクリーニング用の検定試料である。上記の、第三の化学物質とは、生体関連物質または薬剤であることが好ましい。また、上記の検査には飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を用いることが好ましい。
【００２１】
前記のＴＯＦ−ＳＩＭＳによる定量分析を行うには、一次イオンのドーズ量を、１×１０13／ｃｍ2以下の一定値とし、一定の面積から放出される特定の二次イオンの積分強度（カウント数）を利用することが好ましい。前記の定量分析には、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ以外に例えば、蛍光Ｘ線分析、光学応答分析、電気伝導度分析などを例示することができる。
【００２２】
本発明の検定試料は、バブルジェット法に代表されるインクジェット法により上記化学物質の量を制御して基板上に付与されるため、本検定試料を定量分析に供すると高精度な検量線を得ることができる。
【００２３】
本発明において、対象とする化学物質は、上記にあるように金属、有機物などにより構成された物質であるが、このうち水溶性金属錯体を用いて当該物質を基板表面に付与する場合は、例えば特開2000-251665に記載された材料をそのまま使用することができる。この場合はバブルジェット方式を用いることが好ましい。本発明において、前記インクジェット法を用いて化学物質溶液を基板上に付与した検定試料は、必要なら付与後の基板を熱処理してもよい。本発明において、前記インクジェットによる重ね打ちは、特開平4-361055号公報と同様の駆動方式を採用することができる。
【００２４】
本発明において、前記検定用化学物質を基板上に固定するため、必要ならあらかじめ基板表面に処理を施してもよい。例えば、特開平11-187900号公報に記載された方法を利用することもできる。この場合は、当該化学物質がSH基を有する有機物質であることが好ましい。
【００２５】
本発明は、薄膜の機能が、膜の緻密な成分比、膜の厚さ、基板の種類などにより大きく左右される事を正確に評価するための精度の高い検量試料作成を特徴としている。
特に、イオン化のメカニズムにおいては、上記試料状態が大きく信号強度に影響するため、目的とする薄膜機能における試料状態の影響度合いを調べるためには、本発明での検量試料製造手法を必要とする。
【実施例】
【００２６】
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。以下に示す具体例は、本発明にかかる最良の実施形態の一例ではあるが、本発明はかかる具体的形態に限定されるものではない。
（実施例１）
生体材料の成分をSIMSや蛍光X線分析などにより分析する際、不純物として生体材料に含まれるナトリウム(Na)やカリウム(K)の微量混合値が信号量に影響を及ぼすことが考えられる。本発明の手法を用いての生体材料成分定量測定例として、Na、K添加リン酸アンモニウム（NH4H2PO4-正式名称：リン酸２水素アンモニウム-）標準試料を用いたＴＯＦ−ＳＩＭＳでのリン（Ｐ）量定量の検量線作製の具体例を挙げる。
（１）基板洗浄
10ｍｍ×12mm×1ｍｍのシリコン基板(高抵抗p型・市販品)を高純度アセトン、エタノール、および、超純水にそれぞれ浸し、各10分間超音波洗浄処理を行った。
（２）成分混合水溶液調整
ICP-MS用標準水溶液（SPEX社）のＰ(10.1%)、Na(10.1%)、K（5.0%）各試料を、それぞれ純水で100μMに希釈し、標準試料作成用水溶液を作製した。
（３）インクジェット法による定量試料の印字
サーマルジェット法の一種であるバブルジェット法を用いたバブルジェットプリンターＢＪＦ−９５０（キヤノン）用のプリンターヘッドのタンク部に、前記標準水溶液を数１００μｌ注入し、（１）に記述のシリコンウェハ表面にスポッティングした。なお、スポッティング時の吐出量は４pl/ dropletで、スポッティングの範囲は、基板上の２０ｍｍ×３０ｍｍの範囲に、２００ｄｐｉ、すなわち、１２７μｍのピッチで吐出した。この条件では、マトリックス（１５７行２３６列）状にスポッティングされたドットの直径は約５０μｍであった。また、スポッティングには重ね打ちの手法を取り入れ、図１に示すように、各スポット内に存在するリン(Ｐ)に対する、ＮａまたはＫの混合量が、
ａ×ｍ＋ｂ×ｎ          （１ａ）
（ａ=Ｐの１吐出液中に含まれる量、ｂ＝ＮａまたはＫの１吐出液滴に含まれる量、ｍとｎは、０以上の整数を示す。ただし、ｍとｎがともに０の場合を除く。）
となるように、スポッティングを行った。なお、複数の濃度溶液の使用と、スポットの重ね打ちにより、ほぼ任意の存在比を持つドットを形成することが可能である。
【００２７】
なお、本実施例ではバブルジェット方式のプリンターを使用したが、例えばピエゾ方式のプリンターを用いても同様の結果が期待できる。
（４）ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定
図１に示した濃度基準試料を、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ  ＩＶ：ＩＯＮ−ＴＯＦ社）の分析室に搬送し、表１の条件で１次イオンの注入ドーズ量が１×１０12  ａｔｏｍｓ／ｃｍ2になるまで照射して、その間に検出される２次イオンのＰ-の強度を積算して，Ｎａ、Ｋの混合比度合いによる、それぞれの累積強度を求めた。
【００２８】
【表１】
0004711326.tif 000002
図２に、Ｎａ、Ｋのそれぞれで、４行目（ｎ＝３）、５行目（ｎ＝４）、６行目（ｎ＝５）のドットで測定された、Ｐイオンの二次イオン強度の平均値と、Ｐの存在量との関係を示した。各ドットにおけるＰイオンの２次イオン強度は、Ｎａ、Ｋの混入量の違いにより、わずかながら増加することが示された。このように、不純物などのマトリクス効果を定量的に把握できることから、ＴＯＦ−ＳＩＭＳによる高精度な定量分析が可能となった。
【００２９】
（実施例２）
本発明における手法を用いて、複数の混合成分による化学反応生成物量においても有効性のある検量線を対応させることができる。以下に、ペプチド（Morphiceptin：質量数521amu）膜基板上への炭酸ナトリウム(Na2CO3)水溶液滴下によって生成される化学反応物検定試料の作製と評価例を挙げる。
【００３０】
脳内神経伝達物質として良く知られるMorphiceptinの水溶液と、弱酸塩としての炭酸ナトリウム水溶液を用意し、インクジェット法の重ね打ちを用いてそれぞれの成分量を変化させたドットを作成し、その各ドットにおける２成分の化学反応物量についてＴＯＦ−ＳＩＭＳでの２次イオン強度評価をおこなった。
（１）試料作成
実施例１と同様に、Morphiceptinと炭酸ナトリウムの紛体原料を水にそれぞれ溶解させ、Morphiceptin水溶液（1.9×10-4mol/l）と、炭酸ナトリウム水溶液(2.4×10-4 mol/l)を作製し、バブルジェットプリンターによりシリコンウェハ表面にスポッティングを行い、図３に示めされるように、各スポット内に存在するMorphiceptin分子に対する、炭酸ナトリウム分子の混合量が、
ａ×ｍ＋ｂ×ｎ          （１ａ）
（ａ= Morphiceptin分子の１吐出液中に含まれる量、ｂ＝炭酸ナトリウム分子の１吐出液滴に含まれる量、ｍとｎは、０以上の整数を示す。ただし、ｍとｎがともに０の場合を除く。）
となるように、重ね打ちによるスポッティングを行った。
（２）ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定
実施例１と同様に、図３に示した濃度基準試料のＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定を行い、２次イオンとして、Morphiceptin分子由来のイオン（水素原子付加、質量数：522amu）と、化学反応生成物である（Morphiceptin分子＋ナトリウム）イオン（質量数：544amu）の強度を積算して、それぞれの存在量度合いによる、化学反応生成物の累積強度を求めた。
ここで、Morphiceptin分子と炭酸ナトリウムの化学反応は、Morphiceptin分子のカルボキシル基端(COOH)の水素原子とナトリウムが置換反応することによって生じる。
【００３１】
図４に、Morphiceptin分子、炭酸ナトリウムのそれぞれで、ｍ＝５(一定)、ｎ＝１,２,３,・・１０に位置するドットで測定された、反応生成物(Morphiceptin分子＋ナトリウム)と未反応物(Morphiceptin分子＋水素)の二次イオン強度の平均値と各ドットにおける炭酸ナトリウム分子の存在量との関係を示した。これにより、炭酸ナトリウム分子の混合量における化学反応生成物の２次イオン強度は、ある化学平衡に達するまでほぼ比例直線関係で増大し、一方、未反応物の２次イオン強度は比例直線関係で減少することが示された。
【００３２】
（実施例３）
以下、参考として、本発明の様式の検定試料作成による複数種の試料を重ね打ちした１つのドットより、ＴＯＦ−ＳＩＭＳで複数のペプチド親分子を検出した例を示す。実施例１と同様に、３種類のペプチド紛体原料（（１）合成ペプチド：GGGGCGGGGG  質量数634amu、（２）合成ペプチド：YYYYCYYYYY  質量数1588amu、（３）インスリン  質量数5807amu）を極微量の表面活性剤（0.1%wt）を混入させた水2mlにそれぞれ溶解させ、それぞれの濃度が、（１）7.9×10-5mol/l、（２）1.1×10-5 mol/l、（３）8.2×10-6 mol/lの水溶液を作製し、バブルジェットプリンターによりシリコンウェハ表面に10回の重ね打ちスポッティングを行った。TOF-SIMS測定により、図５に示すように、２次イオンとしてペプチド（１）、（２）の親分子イオン（または、Na原子付加のイオン）、および、（３）のインスリン由来のフラグメントイオン（質量数：804amu、1198amu）のイオンイメージを取得した。このイオンイメージにおける１スポット中に存在しているペプチド量を算出すると、（１）2pg、（２）0.7pg、（３）19pgとなる。この結果と、実施例２で示した「ペプチド膜基板上への炭酸ナトリウム水溶液滴下による化学反応物定量的検出」とを組み合わせれば、数10pgオーダーのペプチドと各種薬剤との反応性試験（スクリーニング）が原理的には可能であることが示される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかわる定量試料について、その構成配置を示す平面配置を模式的に示す図である。
【図２】定量試料について、測定される２次イオン強度とドット当たりの物質存在量の関係を示すグラフである。
【図３】本発明にかかわる定量試料について、その構成配置を示す平面配置を模式的に示す図である。
【図４】定量試料について、測定される化学反応生成物、未反応物の２次イオン強度とドット当たりの物質存在量の関係を示すグラフである。
【図５】参考資料として、各種ペプチドを重ね打ちした試料について、測定される２次イオンのイオンイメージを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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