(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次イオン質量分析方法であって、
分析対象分子を含む被分析試料に一次イオンビームを照射する工程と、
前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する工程とを含み、
前記分析対象分子は、分子量５０〜１０，０００の生体関連物質を含み、
前記一次イオンビームは、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームであり、
前記二次イオンは、前記生体関連物質の二次イオンであり、
前記被分析試料におけるアトモル又はサブアトモルレベルの前記生体関連物質が検出可能である、二次イオン質量分析方法。
【請求項２】
前記二次イオンを質量分析する工程が飛行時間型イオン質量分析計を用いて行われ、前記被分析試料から発生する二次電子の検出を分析開始信号とし、続いて発生する二次イオンビームの検出を分析終了信号とする、請求項１記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項３】
前記分析対象分子が、生体高分子である、請求項１又は２に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項４】
二次イオン質量分析を用いたイメージング方法であって、
分析対象分子を含む被分析試料に一次イオンビームを照射する工程と、
前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する工程と、
得られた二次イオンの質量分析結果に基づいて画像処理する工程とを含み、
前記分析対象分子は、分子量５０〜１０，０００の生体関連物質であり、
前記一次イオンビームは、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームであり、
前記二次イオンは、前記生体関連物質の二次イオンであり、
前記被分析試料におけるアトモル又はサブアトモルレベルの前記生体関連物質のイメージングが可能である、イメージング方法。
【請求項５】
前記被分析試料のXY平面に一次イオンビームを走査して照射すること、
前記被分析試料の各照射領域から発生する二次イオンをそれぞれ質量分析すること、及び、
前記二次イオンの質量分析結果に基づいて前記被分析試料の各照射領域における画像信号を得て、前記被分析試料のXY平面に相当するXY座標に前記各照射領域に対応する前記画像信号を表示することを含む、請求項４記載のイメージング方法。
【請求項６】
前記一次イオンビームを走査する方法が、前記一次イオンビームを偏向走査する方法、又は、被分析試料を移動させる方法である、請求項５記載のイメージング方法。
【請求項７】
ピクセルのサイズが、５ｎｍ×５ｎｍ〜２０×２０μｍである、請求項４から６のいずれか一項に記載のイメージング方法。
【請求項８】
前記被分析試料に一次イオンビームを照射して二次イオンを面状に発生させること、
前記被分析試料の面における二次イオンの相対的な位置関係を維持した状態で質量分析を行うこと、及び、
前記二次イオンの分析結果に基づいて画像信号を得て、これを前記位置関係と対応するようにイオン像として表示部に投影することを含む、請求項４記載のイメージング方法。
【請求項９】
前記一次イオンビームのイオン種が、Ａｕ、Ａｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｏ２、Ｃｓ、Ｘｅ、ＳＦ５、Ｃ６０、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃ、及び、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも一つである、請求項４から８のいずれか一項に記載のイメージング方法。
【請求項１０】
前記二次イオン質量分析における分析対象分子が、生体高分子である、請求項４から９のいずれか一項に記載のイメージング方法。
【請求項１１】
被分析試料を二次イオン質量分析する二次イオン質量分析手段、及び、得られた二次イオンの質量分析結果に基づいて画像処理する画像処理手段を含む、請求項４から１０のいずれかに記載のイメージング方法を行うためのイメージング装置であって、
前記二次イオン質量分析手段が、イオン源、被分析試料の表面に一次イオンビームを照射する照射手段、及び、前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する質量分析手段を備え、
前記イオン源は、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上かつイオンエネルギーが１ＭｅＶ以上で、ドーズ量が１０12〜１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2の重イオンビームを発生するイオン源であり、
前記照射手段は、前記イオン源から発生する一次イオンビームを１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上かつイオンエネルギーが１ＭｅＶ以上で、ドーズ量が１０12〜１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2に制御する制御手段を備える、イメージング装置。
【請求項１２】
前記二次イオン質量分析手段は、分析試料のＸＹ平面に一次イオンビームを走査して照射する走査手段を含み、
前記画像処理手段は、前記二次イオンの質量分析結果に基づいて前記被分析試料の各照射領域における画像信号を得る画像信号作成手段、及び、前記被分析試料のＸＹ平面に相当するＸＹ座標に前記各照射領域に対応する前記画像信号を表示する表示手段を含む、請求項１１記載のイメージング装置。
【請求項１３】
前記被分析試料と前記二次イオン質量分析手段との間、又は、前記二次イオン質量分析手段と前記画像処理手段との間に、さらに、拡大イオン光学系を備える、請求項１２記載のイメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次イオン質量分析方法及びイメージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生化学や医学の分野において、新たに、生体を分子レベルで解析し、画像として表示するイメージングマススペクトロメトリー（以下、「ＩＭＳ」という）という手法が着目されている。このＩＭＳは、例えば、二次イオン質量分析法（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｉｏｎ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；以下、「ＳＩＭＳ」という）、レーザー脱離イオン化（ｌａｓｅｒ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ；以下「ＬＤＩ」という）、マトリックス支援レーザー脱離イオン化方法（ｍａｔｒｉｘ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ；以下、「ＭＡＬＤＩ」という）により、試料の任意の部位をイオン化し、飛行時間型質量分析法（ＴＯＦＭＳ）により質量分析を行い、前記試料における物質の分布や局在状態を可視化する方法である（非特許文献１、非特許文献２）。この手法によって、タンパク質、ペプチド、環境ホルモン等の各種有機化合物を測定すれば、例えば、細胞レベルの機能変化を検出することによる超早期診断、テーラーメイド医療、創薬候補の選別、創薬のデリバリーのサーチ、生命現象や疾患の解明等が可能になるため、極めて有用な手法として期待されている。【０００３】
具体的には、ＳＩＭＳを用いたＩＭＳは、３〜２５ｋｅＶに加速し収束させた一次イオンビームを高真空中で試料に照射し、前記試料の表面から物質がスパッタされる際に発生する二次イオンを利用する方法である。通常、一次イオン源としては、Ｇａ+やＩｎ+のイオンビームを発生する液体金属イオン源（ｌｉｑｕｉｄ  ｍｅｔａｌ  ｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ；以下「ＬＭＩ」という）が使用され、イオンビームの収束径は、通常１μｍであり、最大１００ｎｍが実現できる。また、安価な一次イオン源であるＣｓ+イオン銃は、２〜３μｍのスポット径である。【０００４】
また、ＬＤＩは、ＳＩＭＳのように一次ビームではなく、レーザービームを使用する方法である。光照射については、試料または媒質によって吸収される波長のレーザー、試料分子の気化に十分な照射パワー密度、および、適切なパルス幅（１０6〜１０10Ｗ／ｃｍ2）のレーザーであることが必要とされている。代表的な光源としては、４倍波のＮｄ／ＹＡＧレーザー（波長２６６ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ、パルスエネルギー１０ｍ）があげられ、そのスポット径は、通常１〜５μｍ程度で使用されている。【０００５】
ＭＡＬＤＩは、有機分子のイオン化を補助するマトリックスを試料表面に添加してレーザービームを照射する方法であり、前記マトリックスにより、有機分子の分解が抑制され、脱離やイオン化が促進されるというメリットがある。光源としては、通常、Ｎ2レーザー（波長３３７ｎｍ、パルス幅４ｎｓ）や３倍波Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（波長３５５ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ）等が使用され、照射パワーは、ＬＤＩよりもかなり小さい１０5〜１０8Ｗ／ｃｍ2程度である。【０００６】
しかしながら、ＳＩＭＳを用いた場合、面分解能（ｌａｔｅｒａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）には優れるものの、以下のような問題がある。例えば、生体試料中の原子とイオンとの弾性衝突により、タンパク質等の有機分子が破壊されてしまうため、試料表面を分割した極小単位あたり１回の測定しか行うことができない。また、有機分子由来の二次イオン生成量は、一次イオンの積算照射量が一定の値（ｓｔａｔｉｃ  ＳＩＭＳ  ｌｉｍｉｔ）を超えると次第に減少して消滅するが、ＳＩＭＳのｓｔａｔｉｃ  ＳＩＭＳ  ｌｉｍｉｔは、約１０12×１０13個／ｃｍ2であり、一次イオン電流密度を１ｎＡ／μｍ2とすると、照射時間は約１５〜１５０μｓとなり、イメージングにおいては大きな問題点となる。以上のように、１回しか測定を行うことができず、且つ、イオン化効率が悪く有機分子由来の二次イオン生成量が低い場合、十分な測定が行えず、ＳＩＭＳを用いた方法では感度が問題となる。さらに、ＳＩＭＳには、一次イオンの電荷による試料の帯電（チャージアップ）の問題もある。【０００７】
また、ＳＩＭＳは、実用的な質量範囲が５００程度までであることから、タンパク質等を標的とする測定には適していない。そこで、グリセロール等の不揮発性液状化合物を液体マトリックスとして添加する二次イオン質量分析（ｌｉｑｕｉｄ−ＳＩＭＳ、以下「ＬＳＩＭＳ」という）が提案され、実用的な質量範囲を３０００程度まで拡大可能である。しかし、質量範囲の拡大や、ｓｔａｔｉｃ  ＳＩＭＳ  ｌｉｍｉｔを回避して感度を向上させることが可能であるものの、物質分布が乱れてしまうという問題がある。【０００８】
一方、ＬＤＩを用いた場合、ＳＩＭＳのように試料表面のチャージアップの問題がなく、ＳＩＭＳのｓｔａｔｉｃ  ＳＩＭＳ  ｌｉｍｉｔに相当するイオン生成量の減少もＳＩＭＳよりは少ない。しかしながら、１パルスごとのイオン生成量が極めて微量であるため、複数回のパルス照射で測定と信号積算とを繰り返す必要があり、この方法によっても感度の問題がある。【０００９】
そして、ＭＡＬＤＩの場合は、ＳＩＭＳやＬＤＩの実用的な質量範囲が５００程度までであるのに対して、タンパク質のようなこれを超える質量範囲の標的についても測定が可能であり、非常に優れた感度を実現できる。しかしながら、マトリックスの組成や添加方法によっては、物質分布の変動という問題がある。また、マトリックス内部でのエネルギー伝播により、イオン生成部位が、照射スポット径よりも拡大するため、レーザービームを極限に収束しても、高い面分解能が困難である。
【非特許文献１】内藤康秀、「生体試料を対象にした質量顕微鏡」Ｊ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．  Ｖｏｌ．５３，  Ｎｏ．３  ｐ１２５−１３２，  ２００５
【非特許文献２】新間秀一、瀬籐光利、「イメージングマススペクトメトリーの動向」Ｊ．  Ｍａｓｓ．  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．  Ｓｏｃ．  Ｊｐｎ  Ｖｏｌ．５３，  Ｎｏ．４，  ｐ２３０−２３８，  ２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、優れた感度でタンパク質や環境ホルモン等の有機分子の分析が可能となる新たな方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、感度が向上した二次イオン質量分析方法であって、一次イオンビームが照射される領域に分析対象分子がアトモル（ａｍｏｌ）又はサブアトモルレベルで存在する被分析試料を準備する工程と、被分析試料に一次イオンビームを照射する工程と、前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する工程とを含み、前記一次イオンビームは、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームである二次イオン質量分析方法に関する。【００１２】
本発明はまた、二次イオン質量分析を用いたイメージング方法であって、被分析試料に一次イオンビームを照射する工程と、前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する工程と、得られた二次イオンの質量分析結果に基づいて画像処理する工程とを含み、前記一次イオンビームは、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームであるイメージング方法に関する。【００１３】
本発明はさらにまた、被分析試料を二次イオン質量分析する二次イオン質量分析手段、及び、得られた二次イオンの質量分析結果に基づいて画像処理する画像処理手段を含むイメージング装置であって、前記二次イオン質量分析手段が、イオン源、被分析試料の表面に一次イオンビームを照射する照射手段、及び、前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する質量分析手段を備え、前記イオン源は、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームを発生するイオン源であり、前記照射手段は、前記イオン源から発生する一次イオンビームを１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上に制御する制御手段を備えるイメージング装置に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、二次イオン質量分析法（以下、ＳＩＭＳともいう。）において一次イオンビームとして１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビーム（以下、「高速重イオンビーム」ともいう）を使用することにより、被分析試料がタンパク質や多糖類等の生体関連物質であっても、従来のＳＩＭＳのような前記生体関連物質の破壊を抑制でき、イオン化効率にも優れる。このため、本発明によれば、タンパク質等の生体関連物質を高感度で分析することが可能である。また、従来のＬＳＩＭＳやＭＡＬＤＩのようなマトリックスが必須ではないため、高い面分解能も実現できる。また、このように本発明によれば、生体関連物質について高感度での質量分析が可能となるため、得られた分析に従って画像表示（イメージング）を行うことができる。画像表示が可能となれば、生物関連物質の有無やその分布を容易に確認できるため、本発明は、生体関連物質の新たな分析方法として、例えば、臨床、創薬等の医学分野や生物学等の様々な分野において極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明のＳＩＭＳ装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明のイメージング装置の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明のＳＩＭＳの一例を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例における、トレハロース薄膜についての質量スペクトルの結果である。
【図５】図５は、本発明のその他の実施例における、トレハロース薄膜についての質量スペクトルの結果であり、（Ａ）は正イオンの結果、（Ｂ）が負イオンの結果である。
【図６Ａ】図６（Ａ）は、Ａｕイオンビームに対するトレハロースの阻止能（電子的阻止能・核的阻止能）とイオンビームのエネルギーとの関係を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６（Ｂ）は、銅イオンビームに対するトレハロースの阻止能（電子的阻止能・核的阻止能）とイオンビームのエネルギーとの関係を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６（Ｃ）は、炭素イオンビームに対するトレハロースの阻止能（電子的阻止能・核的阻止能）とイオンビームのエネルギーとの関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明のさらにその他の実施例における、アルギニン薄膜についての質量スペクトルの結果である。
【図８】図８は、本発明のさらにその他の実施例における、二次イオン収率と電子的阻止能との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明のさらにその他の実施例における、親イオンと分解イオンとの比を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明のさらにその他の実施例における、トリグリシン薄膜の画像であり、（Ａ）は画素数１５×１５ピクセルの結果、（Ｂ）は、画素数３０×３０ピクセルの結果であり、（Ｃ）は参考のＣＣＤ画像である。
【図１１】図１１（Ａ）は、本発明のさらにその他の実施例における、トリグリシン薄膜の画像写真であり、同図（Ｂ）は、前記トリグリシン薄膜のイオン強度とスキャン座標の関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明のさらにその他の実施例における、トレハロース薄膜についての質量スペクトルの結果である。
【図１３】図１３は、本発明のさらにその他の実施例における、トリグリシン薄膜についての質量スペクトルの結果である。
【図１４】図１４は、ペプチドについての質量スペクトルの結果の一例である。
【図１５】図１５は、ペプチドについてのイメージングの結果の一例である。
【図１６】図１６は、混合脂質試料についての質量スペクトルの結果の一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜ＳＩＭＳ＞
本発明は、一つの態様において、感度が向上した二次イオン質量分析方法（ＳＩＭＳ）であって、一次イオンビームが照射される領域に分析対象分子がアトモル（ａｍｏｌ）又はサブアトモルレベルで存在する被分析試料を準備する工程と、被分析試料に一次イオンビームを照射する工程と、前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する工程とを含み、前記一次イオンビームは、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームである。本発明において「重イオン」とは、Ｈｅイオンよりも重いイオンをいい、ｋｅＶ／ａｍｕは、イオンビームの速度を示す一般的な単位であり、「ａｍｕ」は、Ａｔｏｍｉｃ  Ｍａｓｓ  Ｕｎｉｔの略である。【００１７】
前記一次イオンビームの速度は、前述のように１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上であれば特に制限されないが、好ましくは２ｋｅＶ／ａｍｕ以上であり、より好ましくは４ｋｅＶ／ａｍｕ以上である。また、速度の上限も特に制限されず、例えば、８３，０００ｋｅＶ／ａｍｕ以下であり、８，３００ｋｅＶ／ａｍｕ以下が好ましく、より好ましくは１，２５０ｋｅＶ／ａｍｕ以下である。【００１８】
前記一次イオンビームのイオン源としては、特に制限されないが、例えば、Ａｕ、Ａｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｏ2、Ｃｓ、Ｘｅ、ＳＦ5、Ｃ60、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃ、Ｃｕ等があげられる。この中でも、輝度の高いイオン源をつくりやすいことから、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｂｉ等が好ましい。イオン源がＡｕの場合、一次イオン種は、例えば、Ａｕ+、Ａｕ2+、Ａｕ3+、Ａｕ4+、Ａｕ5+があげられ、イオン原子価が大きい程エネルギーが高いことから、多価イオンが好ましい。【００１９】
前記一次イオンビームは、前記速度を満たしていればよいが、前記分析対象分子の一次イオンビームに対する電子的阻止能が核阻止能と同等または核阻止能より支配的になるイオンエネルギーの重イオンビームであることが好ましい。また、前記分析対象分子の一次イオンビームに対する電子的阻止能と核阻止能とが同等となる境界点のイオンエネルギーは、例えばＡｕイオンの場合、０．５ＭｅＶ以上であることが好ましく、より好ましくは１ＭｅＶ以上であり、特に好ましくは５ＭｅＶ以上であり、その上限は特に制限されないが、例えば、１０００ＭｅＶ以下である。前記阻止能とは、荷電粒子が物質中の単位長さを進む間に、物質との相互作用によってエネルギーを失う度合いを言い、中でも、電子的阻止能とは、荷電粒子と物質の電子系との相互作用による阻止能（非弾性散乱の寄与）であり、核阻止能とは、荷電粒子と原子核との弾性衝突によって生じる阻止能（弾性散乱の寄与）である。なお、各種イオン種に対する分析対象分子の電子的阻止能と核阻止能との関係は、当該技術分野における当業者であれば、技術常識に基づいて知ることができる。【００２０】
さらに、前記一次イオンビームのエネルギーは、特に制限されないが、例えば、０．５ＭｅＶ以上であることが好ましく、より好ましくは１ＭｅＶ以上であり、特に好ましくは５ＭｅＶ以上であり、その上限は特に制限されないが、例えば、１０００ＭｅＶ以下である。【００２１】
本発明において、前記一次イオンビームは、通常、収束イオンビームであり、そのビーム径は、例えば、５〜１０，０００ｎｍであり、好ましくは５〜１０００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。また、一次イオンビームのドーズ量は、特に制限されないが、例えば、１０12〜１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2であり、好ましくは、１０12〜１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2であり、より好ましくは、１０12〜１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。【００２２】
本発明において、前記一次イオンビームは、連続パターンでの照射（非パルス照射）でもよいし、非連続的パターンでの照射（パルス照射）であってもよい。パルス照射において、周波数は、例えば、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚであり、好ましくは、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、より好ましくは、１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、パルス幅は、例えば、５〜１００ｎｓであり、好ましくは、５〜２０ｎｓ、より好ましくは、５ｎｓ以下である。パルス化は、例えば、静電場・静磁場により行うことができる。【００２３】
本発明の方法による飛行時間型イオン質量分析（ＴＯＦＭＳ）は、従来法と同様に、一次イオンビームのパルス照射によって行うことができる。しかしながら、本発明の方法によれば、非パルス照射であってもよい。この非パルス照射によりＴＯＦＭＳが可能である理由は、以下のようなメカニズムに基づく。一次イオンビームを照射すると、二次電子と二次イオンが発生するが、二次電子のパルスは二次イオンのパルスよりも高いという性質を示す。したがって、二次電子と二次イオンのパルスの高さの相違を利用して、分析の開始時と終了時を決定するのである。具体的には、図３の模式図に示すように、連続パターンのイオンを被分析試料に照射してから、まず、二次イオンのパルスよりも高い二次電子のパルス信号を取り出し、これを分析開始信号とする。そして、その後に発生する二次イオンのパルス（二次電子よりも低いパルス）信号を取り出し、これを分析終了信号とする。この分析開始信号から分析終了信号が検出されるまでの時間が飛行時間（ＴＯＦ）となる。このように非パルス照射によれば、イオンの利用効率が低い（例えば、０．１％以下）パルスビームを使用しないため、イオンの利用効率が向上し、分解能の向上も可能である。また、非パルス照射の場合、パルス照射と比較して、ビーム量も少なくてよい（約１ｋｃｐｓ〜１００ｋｃｐｓ）。本発明において検出する二次イオンは、正の二次イオンと負の二次イオンのいずれでもよいが、このような非パルス照射によるＴＯＦＭＳ分析を行う際には、負の二次イオンを検出することが好ましい。さらに、非パルス照射の場合に、二次電子等でパルス間隔をモニターすることによって、パルスのオーバラップによるノイズを低減することも可能である。【００２４】
本発明において、前記一次イオンビームは、通常、真空中で被分析試料に照射すればよい。真空条件としては、特に制限されず、従来のＳＩＭＳと同様の条件が採用でき、例えば、１０-3〜１０-8Ｐａの範囲である。また、例えば、一次イオンを大気と隔てる薄膜を通して試料に入射する方法や、差動排気により差圧を維持することによって、大気中での照射も可能である。【００２５】
本発明の二次イオン質量分析方法において、被分析試料は、一次イオンビームが照射される領域に分析対象分子がアトモル（ａｍｏｌ）又はサブアトモルレベルで存在する被分析試料である。被分析試料としては、分析対象分子を含むものであれば、特に制限されず、例えば、生物関連試料などがあげられる。本発明において、分析対象分子とは、二次イオン質量分析において検出対象とする分子をいう。前記分析対象分子としては、生物関連物質、生体高分子などがあげられ、具体的には、例えば、タンパク質、ポリペプチド、アミノ酸、単糖や多糖等の糖類、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸、脂質、環境ホルモン等があげられる。なお、本発明において生物関連物質とは、例えば、生物から単離した物質には限られず、例えば、酵素反応や化学合成等によって人工的に調製したものであってもよい。本発明において、分析対象分子の分子量は、特に制限されないが、例えば、５０以上であり、好ましくは１００以上であって、その上限も特に制限されず、例えば、１０，０００以下、５，０００以下、２，０００以下であって、例えば、５０〜１０，００００であり、好ましくは、１００〜５，０００であり、より好ましくは、１００〜２，０００であり、さらにより好ましくは１００〜５００である。【００２６】
本発明の二次イオン質量分析方法は、一次イオンビームである重イオンビームのエネルギーが、例えば、０．５ＭｅＶ又はそれ以上になるほど、二次イオンの収率があがるとともに、分析対象分子の分解が起こらなくなるという知見に基づく。すなわち、一般的には、一次イオンビームのエネルギーが高くなるほど一次イオンビームが照射されたときに分析対象分子が分解されやすくなり、たとえ収率が向上しても、感度の向上は望めないと考えられた。しかしながら、本発明の二次イオン質量分析方法では、二次イオン収率の向上とともに分析対象分子の分解が抑制されるため、アトモル又はサブアトモルレベルの分析対象分子を検出でき、高感度な二次イオン質量分析方法が可能となる。本発明の二次イオン質量分析方法によれば、例えば、微量な被分析試料の分析も可能となる。本発明において、アトモル又はサブアトモルとは、例えば、０．０１〜１，０００×１０-18モルであって、好ましくは、０．１〜１００×１０-18モルである。本発明の二次イオン質量分析方法における被分析試料は、一次イオンビームを照射する少なくとも１つの領域に、分析対象分子がアトモル又はサブアトモルレベルで存在すればよい。【００２７】
また、前記被分析試料は、二次イオン収率をより一層向上できることから、例えば、ＭＡＬＤＩで使用されているマトリックス剤をさらに添加したり、前記被分析試料の表面に金属薄膜を蒸着等により形成してもよい。【００２８】
前記被分析試料は、通常、被分析試料用の基板（ステージ）に配置される。前記基板の組成は、特に制限されないが、例えば、Ｓｉ基板、ＩＴＯ等の透明導電膜付き基板、ステンレス等の金属基板、さらには、一次イオンの入射量が少ないことから、ガラス等の絶縁基板等があげられる。また、二次イオン収率をより一層向上できることから、ＡｕやＡｇ等の基板も好ましい。【００２９】
＜イメージング方法＞
本発明は、その他の態様として、二次イオン質量分析を用いたイメージング方法であって、被分析試料に一次イオンビームを照射する工程と、前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する工程と、得られた二次イオンの質量分析結果に基づいて画像処理する工程とを含み、前記一次イオンビームは、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームであるイメージング方法に関する。一次イオンビーム及びその照射条件、並びに、二次イオンの質量分析方法については、上述のとおりである。本発明のイメージング方法において、被分析試料は、分析対象分子を含むもの、例えば、生物関連試料などがあげられ、前記分析対象分子の含有量は特に制限されない。前記分析対象分子としては、上述のとおり、生物関連物質、生体高分子などがあげられる。前記画像処理は、例えば、得られた二次イオンの分析結果を画像信号に変換すること、及び、変換した画像信号を表示することを含み、それらは、従来公知の方法を利用することにより行える。【００３０】
本発明のイメージング方法の一態様として、被分析試料のＸＹ平面に一次イオンビームを走査して照射すること、前記被分析試料の各照射領域から発生する二次イオンをそれぞれ質量分析すること、及び、前記二次イオンの質量分析結果に基づいて前記被分析試料の各照射領域における画像信号を得て、前記被分析試料のＸＹ平面に相当するＸＹ座標に前記各照射領域に対応する前記画像信号を表示することを含むイメージング方法があげられる。【００３１】
一次イオンビームの走査方法は、特に制限されず、例えば、被分析試料を移動させることによって走査してもよいし、一次イオンビームを偏向させて照射部位を移動させてもよいが、操作が容易であることから、例えば、ＸＹ軸ステージ等を用いて、被分析試料を移動させる方法が好ましい。【００３２】
本発明のイメージング方法において、ピクセルのサイズは特に制限されないが、例えば、０．０１×０．０１μｍ〜１０×１０μｍであり、好ましくは０．０１×０．０１μｍ〜５×５μｍであり、より好ましくは０．０１×０．０１μｍ〜１×１μｍである。前記ピクセルは、一般に、画像処理を行う領域を分割した最小の単位であり、一辺の長さは、走査する一次イオンビームの移動量に相当する。すなわち、本発明において、前記ピクセルは、各照射領域と同義である。したがって、例えば、各ピクセルのマススペクトル（分析結果）を画像信号に置き換え、他方、ＸＹ座標をピクセルに分割し、各ピクセルに対応する画像信号を表示することによって、後述するように被分析試料を視覚化できる。【００３３】
また、一個のピクセルの分析に要する時間は、特に制限されないが、例えば、０．０１〜１０ｓｅｃあり、好ましくは０．０１〜１ｓｅｃ、より好ましくは０．０１〜０．１ｓｅｃである。【００３４】
本発明のイメージング方法のその他の態様として、前記被分析試料に一次イオンビームを照射して二次イオンを面状に発生させること、前記被分析試料の面における二次イオンの相対的な位置関係を維持した状態で質量分析を行うこと、及び、前記二次イオンの分析結果に基づいて画像信号を得て、これを前記位置関係と対応するようにイオン像として表示部に投影することを含むイメージング方法があげられる。これは、後述するとおり、一次イオンビームの走査に換えて、拡大イオン光学系を使用しものであり、これにより、例えば、複数の位置から発生した二次イオンを同時に検出できるため、画像処理において、より一層時間の短縮を図ることができる。【００３５】
＜ＳＩＭＳ装置＞
つぎに、本発明において、二次イオン質量分析を行う装置としては、イオン源、被分析試料の表面に一次イオンビームを照射する照射手段、及び、前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する質量分析手段を備え、前記イオン源が、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームを発生するイオン源であり、前記照射手段が、前記イオン源から発生する一次イオンビームを１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上に制御する制御手段を備えるこるＳＩＭＳ装置があげられる。この装置によれば、前述の本発明のＳＩＭＳを実行することができる。前記制御手段としては、特に制限されず、通常のイオン加速器が使用できる。【００３６】
本発明におけるＳＩＭＳ装置の一例を図１に示す。なお、図１は、本発明のＳＩＭＳ装置の一例であって、これには制限されない。同図に示すＳＩＭＳ装置は、イオン源１１と、加速器１２、振分電磁石１３および収束・偏向系１４を含む一次イオンビーム照射手段と、質量分析手段として二次イオン分析器１６とを備える。図示していないが、前記照射手段は、通常、さらに、プラズマを発生するための電極対（カソード電極およびアノード電極）、および、一次イオンの引出し電極を備える。前記質量分析手段は、通常、被分析試料１５と分析器１６との間に、さらに、発生した二次イオンの引出し電極、引き出した二次イオンを増幅させるマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）等の電子増倍素子を備える。また、被分析試料１５は、通常、ステージに配置されるが、前記ステージは、走査分析を行うため、ＸＹ平面上で移動するＸＹ軸ステージが好ましい。【００３７】
この装置を用いて、例えば、以下のようにして被分析試料のＳＩＭＳを行うことができる。まず、アノード電極とカソード電極間に電圧を印加してプラズマを発生させることにより、一次イオン（重イオン）を生成し、さらに、アノード電極と引出し電極との間に電極を印加することによって、前記一次イオンを取り出す。そして、取り出した一次イオンビーム（同図においてＡ）を、加速器１２で１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上となるように加速し、加速した一次イオンビームを、振分電磁石１３の通過によって振分けた後、収束・偏向系１４（例えば、偏向板）により被分析試料の方向に偏向する。この一次イオンビームを被分析試料１５（例えば、生体関連試料）に照射して、二次イオン（同図においてＢ）を発生させる。そして、二次イオン引出し電極に印加して、二次イオンを分析器１６に導入し、質量分析を行う（質量／電荷比）。引き出した二次イオンは、マルチイオンプレート（ＭＣＰ）等の電子増倍素子を通して増幅させた後、分析器１６で質量分析してもよい。図示していないが、一次イオンビームの照射によって発生した二次イオンは、加速電圧によって運動エネルギーを得、フライトチューブ中を分析器に向かって飛行する。このフライトチューブの長さを長くする、あるいは、反射型分析計を用いることによって、さらに分解能を向上させることも可能である。【００３８】
前記装置において、一次イオンビームを走査して照射すれば、被分析試料のＸＹ平面上の分析結果を得ることができる。走査は、例えば、被分析試料を配置しているステージをＸ軸およびＹ軸に移動させることによって行ってもよいし、一次イオンビームを静電場または静磁場により偏向させて照射部位を移動させてもよい。【００３９】
さらに、ミクロトーム等の細胞をスライスする装置（スライサー）や、二次元電気泳動装置と連動させてもよい。前記スライサーを備える場合、例えば、細胞のスライスと分析とを連続的に行うことができるため、例えば、３次元的な分布を解析することが可能となる。また、従来のＭＡＬＤＩでは、被分析試料にマトリックスを添加して試料を調製するため、試料を電気泳動に供した場合、ゲルからの切り出しが必須であったが、本発明の方法によれば、電気泳動に供した試料をそのまま分析することが可能である。このため、電気泳動装置と連動させて、高感度で迅速な分析も可能である。【００４０】
＜イメージング装置＞
本発明は、さらにその他の態様において、被分析試料を二次イオン質量分析する二次イオン質量分析手段、及び、得られた二次イオンの質量分析結果に基づいて画像処理する画像処理手段を含むイメージング装置であって、前記二次イオン質量分析手段が、イオン源、被分析試料の表面に一次イオンビームを照射する照射手段、及び、前記一次イオンビームの照射により前記被分析試料から発生する二次イオンを質量分析する質量分析手段を備え、前記イオン源は、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上の重イオンビームを発生するイオン源であり、前記照射手段は、前記イオン源から発生する一次イオンビームを１．２５ｋｅＶ／ａｍｕ以上に制御する制御手段を備えるイメージング装置に関する。前記二次イオン質量分析手段としては、例えば、上述のＳＩＭＳ装置があげられる。【００４１】
本発明のイメージング装置の一態様として、前記二次イオン質量分析手段が、分析試料のＸＹ平面に一次イオンビームを走査して照射する走査手段を含み、前記画像処理手段が、前記二次イオンの質量分析結果に基づいて前記被分析試料の各照射領域における画像信号を得る画像信号作成手段、及び、前記被分析試料のＸＹ平面に相当するＸＹ座標に前記各照射領域に対応する前記画像信号を表示する表示手段を含むイメージング装置があげられる。前記走査手段としては、例えば、偏向手段や、前記被分析試料の移動手段があげられる。【００４２】
本発明の画像表示装置の一例を図２に示す。なお、図２は、本発明の画像表示装置の一例であって、これには制限されず、また、図１と同一箇所には同一符号を付している。同図に示す画像表示装置は、前記図１に示すＳＩＭＳ装置に加えて、さらに、画像信号作成手段である演算部１７、及び、表示部１８を備える。この装置を用いて、例えば、以下のようにして被分析試料のイメージングを行うことができる。【００４３】
まず、前述と同様にして、一次イオンビーム（図においてＡ）を被分析試料１５のＸＹ平面に走査して照射し、発生した二次イオン（図においてＢ）を分析器１６において質量分析する。この質量分析の分析結果が演算部１７に入力されて画像信号に変換され、この変換された画像信号が、表示部１８に入力されて被分析試料１５の二次元画像が表示される。具体的には、走査照射により各ピクセルの分析結果が得られ、これらの分析結果はそれぞれ画像信号に変換される。この各ピクセルに対応する画像信号を、被分析試料のＸＹ平面に相当するＸＹ座標に表示すればよい。これによって、被分析試料の二次元画像が表示できる。【００４４】
演算部１７における分析結果から画像信号への変換は、特に制限されず、従来公知の方法が採用できる。具体的には、例えば、標的となるｍ／ｚごとに、各ピクセルのイオン信号の強度（例えば、イオンカウント数やイオン電流値等）を、色の濃淡を示す信号に置換すればよい。例えば、イオン信号の強度が相対的に高い程、色の濃度は相対的に濃くなり、イオン信号の強度が相対的に弱い程、色の濃度は相対的に薄く設定できる。このように分析結果（イオン信号の強度）を色の濃度を示す信号に置換し、この信号を表示部に入力する。また、表示の際には、被分析試料のＸＹ平面におけるＸ軸Ｙ軸を基準として、被分析試料の各ピクセル（各照射領域）の座標（ｘ、ｙ）に、各ピクセルの画像信号が示す色が表示されるため、色の濃淡によって被分析試料が二次元画像として表示されることとなる。色の濃淡は、例えば、白から黒までを色の濃度で段階的に分割したグレイスケールで表すことができる。また、この他にも、例えば、Ｚ軸（垂直軸）をイオン信号強度とする三次元図形や、カラー画像での表示も可能である。特にカラー画像として表示する場合、例えば、標的とするｍ／ｚごとに色相を変化させれば、１つの画像において、複数の物質の分布を表示することもできる。【００４５】
また、一次イオンビームの走査を行う方法（いわゆる「ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｍｏｄｅ」）に代えて、拡大イオン光学系を使用してもよい。これは、被分析試料の表面における目的物質の二次元分布を反映するように、二次イオンを面状に発生させ、二次イオンイオンの相対的な位置関係を維持した状態で分析を行い、この分析結果を位置関係と合わせてイオン像として表示部に投影する方法である（ｓｔｉｇｍａｔｉｃ  ｍｏｄｅ：投影型）。具体例としては、例えば、分析器（検出器）の前段または後段に、拡大イオン光学系（例えば、静電レンズ、静電場や磁場における対物レンズ等）を配置すれば、拡大したイオン像を表示部に投影できる。これにより、複数の位置から発生した二次イオンを同時に検出できるため、画像処理において、より一層時間の短縮を図ることができる。
【実施例１】
【００４６】
ＭｅＶの高速重イオンビームを照射して、発生した二次イオンを検出することにより、トレハロースの分析を行った。【００４７】
トレハロース水溶液をスピンコーティングすることによって、単結晶Ｓｉ基板上に厚み１００ｎｍのトレハロース薄膜を形成した。そして、このトレハロース薄膜に下記条件で高速重イオンビームを照射し、発生した二次イオン（負イオン）を検出した。９ＭｅＶ（Ａｕ5+）のイオンビームを照射した際の質量スペクトルの結果を図４に示す。【００４８】
（条件）
入射イオン：３ＭｅＶ（１５ｋｅＶ／ａｍｕ）
６ＭｅＶ（３０ｋｅＶ／ａｍｕ）
９ＭｅＶ（４５ｋｅＶ／ａｍｕ）
試料    ：トレハロース薄膜（分子量３４２．３０）
ビーム量：〜１０ｐＡ（Ｆ．Ｃ．による計測、サプレッサ有）
ビーム径：直径２ｍｍ
パルス  ：５０ナノ秒、繰り返し１０ｋＨｚ
測定時間：５００秒
１回の測定における照射量：〜１０6ｉｏｎｓ
（〜１０8ｉｏｎｓ／ｃｍ2）
入射角：３０°【００４９】
図４に示すように、９ＭｅＶのイオンビームを照射することにより、スペクトルにおいて２分子のグルコースが結合したトレハロース（Ｔ−ＯＨ）のピークが検出できた。通常のＳＩＭＳの場合、２分子のグルコース間の１，１結合が切断されるため、二糖のトレハロースを検出できないが、ＭｅＶのイオンビームを照射することにより、結合を切断することなくトレハロースの検出が可能となることがわかった。【００５０】
また、同様にしてトレハロース薄膜にイオンビーム（６ＭｅＶ  Ａｕ4+）を照射し、発生する正イオンと負イオンとをそれぞれ検出した。この結果を図５に示す。同図（Ａ）が正イオンを示す質量スペクトルであり、同図（Ｂ）が負イオンを示す質量スペクトルである。同図に示すように、正イオンおよび負イオンのいずれによっても、トレハロースのピーク（Ｔ−ＯＨ+、Ｔ−Ｈ-）がそれぞれ検出できた。特にトレハロースのピークがグルコースのピークよりも大きいことから、トレハロースの場合、負イオンの検出がより好ましいといえる。【００５１】
なお、図６（Ａ）に、Ａｕイオンビームに対するトレハロースの阻止能（電子的阻止能・核的阻止能）とイオンビームのエネルギーとの関係を示す。同図において、縦軸が阻止能（ｅＶ／Ａ）、横軸がエネルギー（ＭｅＶ）であり、実線が電子的阻止能、点線が核的阻止能の結果である。同図に示すように、照射するイオンビームのエネルギーが約３ＭｅＶ以上で電子的阻止能が支配的となっていることから、少なくとも１ＭｅＶ以上でイオン照射を行えば、前述と同様の結果が得られるといえる。【００５２】
図６（Ｂ）にＣｕイオンビームに対するトレハロースの阻止能（電子的阻止能・核的阻止能）とイオンビームのエネルギーとの関係を示す。同図において、縦軸が阻止能（ｅＶ／Ａ）、横軸がエネルギー（ＭｅＶ）であり、左の山型の線が電子的阻止能を示し、右の山型の線が核的阻止能を示す。同図に示すように、電子阻止能と核阻止能が同じになるエネルギーが７００ｋｅＶ、１１ｋｅＶ／ａｍｕであり、電子阻止能が核阻止能の２倍になるエネルギーが１２００ｋｅＶ，１９ｋｅＶ／ａｍｕである。【００５３】
図６（Ｃ）にＣイオンビームに対するトレハロースの阻止能（電子的阻止能・核的阻止能）とイオンビームのエネルギーとの関係を図６に示す。同図において、縦軸が阻止能（ｅＶ／Ａ）、横軸がエネルギー（ＭｅＶ）であり、左の山型の線が電子的阻止能を示し、右の山型の線が核的阻止能を示す。同図に示すように、電子阻止能と核阻止能が同じになるエネルギーが１５ｋｅＶ、１．２５ｋｅＶ／ａｍｕであり、電子阻止能が核阻止能の２倍になるエネルギーが３０ｋｅＶ、２５ｋｅＶ／ａｍｕである。
【実施例２】
【００５４】
９ＭｅＶの高速重イオンビーム（Ａｕ5+）を照射して、発生した二次イオンを検出することにより、アルギニンの分析を行った。【００５５】
アルギニン水溶液をスピンコーティングすることによって、単結晶Ｓｉ基板上に厚み１００ｎｍのアルギニン薄膜（分子量１７４．２）を形成した。そして、このアルギニン薄膜に前記実施例１と同じ条件でＭｅＶのイオンビームを照射し、二次イオン（正イオン）を検出した。この質量スペクトルの結果を図７に示す。【００５６】
図７に示すように、アルギニンのピークが検出できた。特に親イオン（Ａｒｇ＋Ｈ）+の大きなピークが観察できたことから、アミノ酸はＭｅＶイオンビームの照射によっても分解され難いことがわかった。
【実施例３】
【００５７】
（１）実施例１および実施例２と同様にしてＳｉ基板表面にトレハロース薄膜およびアルギニン薄膜をそれぞれ形成し、発生する二次イオンの収率と電子的阻止能との関係を確認した。二次イオン収率は、二次イオンと一次イオンの比（二次イオン／一次イオン）として求めた。照射するイオンビームのイオン種、エネルギーおよび規格化エネルギー（速度の２乗）は、以下の通りである。【００５８】
【表１】
0005120955.tif 000002
【００５９】
これらの結果を、図８に示す。同図において、数字はイオンビームのエネルギー（単位ＭｅＶ）を示し、それぞれのシンボルは、アルギニンの正イオン（■）、アルギニンの負イオン（□）、トレハロースの正イオン（▲）、トレハロースの負イオン（△）の結果を示す。同図に示すように、電子阻止能が高いイオンビームを照射することによって、二次イオン収率（Ｙｉｅｌｄ＝Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｉｏｎ／ｐｒｉｍａｒｙ  ｉｏｎ）が向上している。つまり、エネルギーの高いイオンビームを照射することによって、イオン化効率が向上している。【００６０】
（２）アルギニン薄膜に異なるエネルギーのイオンビームを照射し、親イオンと分解イオンの収率比と電子的阻止能との関係を確認した。【００６１】
実施例２と同様にして、Ｓｉ基板上にアルギニン薄膜を形成した。そして、イオンビーム（Ａｕイオン）のエネルギーを、０．５ＭｅＶ、１ＭｅＶ、３ＭｅＶ、６ＭｅＶ、９ＭｅＶに変化させた以外は、前記実施例と同様にして分析を行った。そして、発生した親イオン（Ａｒｇ＋Ｈ）+と分解イオン（Ａｒｇ−ＣＯＯＨ＋Ｈ）+のとの比を収率比（Ａｒｇ−ＣＯＯＨ＋Ｈ）+／（Ａｒｇ＋Ｈ）+として求めた。この結果を図９に示す。【００６２】
同図に示すように、電子阻止能が高いイオンビームを照射することによって、分解イオンが減少した。つまり、エネルギーの高いイオンビームを照射することによって、分解イオンの発生を抑制して、効率良く親イオンを生成させることが可能であることがわかる。【００６３】
（３）検出レベル
前述のように９ＭｅＶ  Ａｕ5+の一次イオンビームをトレハロースに照射した際、トレハロース分子イオンの収量は、約０．１ｍｏｌｅｃｕｌｅ  ｉｏｎｓ／ｐｒｉｍａｒｙ  ｉｏｎｓである。したがって、（ｉ）ビーム径０．３μｍ、（ｉｉ）限界ドーズ量１０12ｐｒｉｍａｒｙ  ｉｏｎｓ／ｃｍ2以下とし、（ｉｉｉ）基板表面にトレハロースが１分子層（２×１０14分子／ｃｍ2）吸着していると仮定すると、１００個のトレハロース分子イオンを検出できる。この際、表面のトレハロースの分子数は、２×１０5分子であることから、０．３アトモルの分子検出が可能になると推測できる。【００６４】
また、イメージングを行った場合に、１ピクセル当たりどの程度のトレハロース分子イオンが検出できるかという点を検討する。９ＭｅＶ  Ａｕ5+の一次イオンビームをトレハロースに照射した際、トレハロース分子イオンの収量は、ＭＣＰ等の電子倍増素子の検出効率を考慮して、約０．１ｍｏｌｅｃｕｌｅ  ｉｏｎｓ／ｐｒｉｍａｒｙ  ｉｏｎｓと考えられる。したがって、（ｉ）１ピクセルを１μｍ×１μｍ（１０-8ｃｍ2）、（ｉｉ）限界ドーズ量１０12ｐｒｉｍａｒｙ  ｉｏｎｓ／ｃｍ2以下と仮定すると、１ピクセル当たり１０００個のトレハロース分子イオンを検出できる。この結果から、イメージングにおいて十分な分子の検出が可能であることがわかる。
【実施例４】
【００６５】
（１）表面をメッシュで覆ったトリグリシン（Ｇｌｙ-Ｇｌｙ-Ｇｌｙ）薄膜に６ＭｅＶの銅イオンビーム（９５ｋｅＶ／ａｍｕ）を照射して質量分析を行い、その結果に基づいてイメージング処理を行った。なお、特に示さない限りは、実施例１と同様の条件とした。【００６６】
トリグリシン水溶液をスピンコーティングすることによって、Ｓｉ基板上に、厚み１００ｎｍのトリグリシン薄膜（１ｃｍ×１ｃｍ）を形成し、さらに、前記トリグリシン薄膜をメッシュで覆った。前記メッシュは、１インチ当たり７０本のワイヤーが通っており（ワイヤーの間隔３６０μｍ）、ワイヤーの太さは約３０μｍであった。【００６７】
そして、このトリグリシン薄膜表面に、走査しながら６ＭｅＶの高速重イオンビーム（銅イオンビーム）を照射し、二次イオン（負イオン）を検出した。そして、検出結果を用いて画像処理を行った。この画像を図１０に示す。なお、同図（Ａ）は、画素数１５×１５ピクセルの結果であり、同図（Ｂ）は、画素数３０×３０ピクセルの結果である。同図に光学顕微鏡像をあわせて示す（同図（Ｃ））。【００６８】
（２）また、前記トリグリシン薄膜に対して、図１１（Ａ）の画像写真に示すように銅イオンビームをＹ軸方向に沿って（図における矢印）走査し、発生する二次イオンの強度を測定した。なお、ピンホール径１０μｍ、スキャン幅１５０μｍ、ステップ幅１μｍとした。この結果を図１１（Ｂ）のグラフに示す。同図から、ビームの半値幅は約５μｍであることがわかった。
【実施例５】
【００６９】
実施例１と同様にして、Ｓｉ基板上にトレハロース薄膜を形成し、その表面に、実施例４と同様のメッシュを配置した。そして、一次イオンとして９ＭｅＶのＡｕ5+ビームを連続照射（１００ｃｐｓ）し、二次電子の検出を分析開始信号、負の二次イオンの検出を分析終了信号としてＴＯＦＭＳを行った。他方、同様のトレハロース薄膜に、以下の条件で非連続的に９ＭｅＶのＡｕ5+ビームを照射（パルス照射）して、ＴＯＦＭＳを行った。これらの結果を図１２に合わせて示す。【００７０】
ビーム径：直径２ｍｍ
ビーム量：５０００ｃｐｓ（連続照射）
〜１０ｐＡ（パルス照射）
パルス  ：５０ナノ秒、繰り返し１０ｋＨｚ（パルス照射）
測定時間：５００秒（パルス照射）２００秒（連続照射）
１回の測定における照射量：〜１０6ｉｏｎｓ
（〜１０8ｉｏｎｓ／ｃｍ2）
入射角：３０°【００７１】
同図に示すように、連続照射によっても、パルス照射に類似したスペクトルが得られ、且つ、分解能も若干優れていた。この結果から、本発明の方法によれば、パルス照射を行うことなくＴＯＦＭＳが可能であることがわかる。また、ビーム量も低減できることから、例えば、装置のコンパクト化も可能である。
【実施例６】
【００７２】
二次イオンが飛行するフライトチューブの長さを変化させた以外は、前記実施例４と同様にしてトリグリシン（Ｇｌｙ-Ｇｌｙ-Ｇｌｙ）薄膜に６ＭｅＶの銅イオンビーム（９５ｋｅＶ／ａｍｕ）を照射して質量分析を行った。これらの質量スペクトルの結果を図１３に示す。【００７３】
同図に示すスペクトルから、長いフライトチューブの分析能がＭ／ΔＭ＝１２０、短いフライトチューブの分解能がＭ／ΔＭ＝４０となり、長さによって分解能が約３倍増加するという結果が得られた。この結果から、フライトチューブの長さを長くすることにより、すなわち、飛行距離を長くすることにより、さらに分解能を向上させることができるといえる。
【実施例７】
【００７４】
Ｓｉ基板上に正方形のビスマス平板を配置して、図１５（Ａ）のような格子状の溝（幅３０μｍ）を作製した。この溝に下記ペプチド（１１５４ｕ）の溶液を滴下して薄膜を形成させ、６ＭｅＶの銅イオンビーム（９５ｋｅＶ／ａｍｕ）を照射して質量分析を行い、その結果に基づきイメージングを行った。その他の質量分析の条件は、実施例1と同様であり、使用したペプヂドは、下記構造のカスパーゼ−３に対する消光性蛍光基質である（ペプチド研究所社製）。
ＭＯＣＡｃ−Ａｓｐ−Ｇｌｕ−Ｖａｌ−Ａｓｐ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｌｙｓ（Ｄｎｐ）−ＮＨ2
上記ペプチドにおいて、ＭＯＣＡｃは（７−Ｍｅｔｈｏｘｙｃｏｕｎａｒｉｎ−４−ｙｌ）Ａｃｅｔｙｌを表し、ＤｎｐはＤｉｎｉｔｒｏｐｈｅｎｙｌを表す。【００７５】
質量スペクトルの結果の一例を図１４に示し、イメージングの結果を図１５（２）に示す。これらの図に示すとおり、分子量が１０００を超える分子についても良好に検出できた。なお、イメージングの空間分解能は５μｍであった。
【実施例８】
【００７６】
所定の割合で混合したホスファチジルコリン（ＰＣ）とホスファチジルイノシトール（ＰＩ）との脂質混合物（それぞれ、Ａｖａｎｔｉ  Ｐｏｌａｒ−Ｌｉｐｉｄｓ社製）を用いてＳｉ基板上に膜を形成し、６ＭｅＶの銅イオンビーム（９５ｋｅＶ／ａｍｕ）を照射して質量分析を行った。その他の質量分析の条件は、実施例１と同様とした。その結果を図１６及び下記表に示す。従来のＳＩＭＳにおいては、被分析試料が脂質の混合物であると、それらを区別して検出できなかったが、本発明の二次イオン質量分析方法であれば、同図及び下記表に示すとおり、混合された複数の脂質分子について定量分析が可能であることが示された。【００７７】
【表２】
0005120955.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明のＳＩＭＳによれば、例えば、被分析試料がタンパク質や多糖類等の生体関連物質であっても、従来のＳＩＭＳのような前記生体関連物質の破壊を抑制でき、イオン化効率にも優れる。このため、本発明によれば、タンパク質等の生体関連物質を高感度で分析することが可能である。また、従来のＬＳＩＭＳやＭＡＬＤＩのようなマトリックスが必須ではないため、高い面分解能も実現できる。また、このように本発明によれば、生体関連物質について高感度での質量分析が可能となるため、得られた分析に従って画像表示を行うことができる。画像表示が可能となれば、生物関連物質の有無やその分布を容易に確認できるため、本発明は、生体関連物質の新たな分析方法として、例えば、臨床、創薬等の医学分野や生物学等の様々な分野において極めて有用である。
【図１】
0005120955.tif 000004
【図２】
0005120955.tif 000005
【図３】
0005120955.tif 000006
【図４】
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【図５】
0005120955.tif 000008
【図６Ａ】
0005120955.tif 000009
【図６Ｂ】
0005120955.tif 000010
【図６Ｃ】
0005120955.tif 000011
【図７】
0005120955.tif 000012
【図８】
0005120955.tif 000013
【図９】
0005120955.tif 000014
【図１０】
0005120955.tif 000015
【図１１】
0005120955.tif 000016
【図１２】
0005120955.tif 000017
【図１３】
0005120955.tif 000018
【図１４】
0005120955.tif 000019
【図１５】
0005120955.tif 000020
【図１６】
0005120955.tif 000021