スライド 1

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

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 deposition in 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 4 x10 0 2 4 x10 0 2 4 x10 0 2000 0 2000 0 2000 0 1 4 x10 0 1 4 x10 0 1 4 x10 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 Int ens it y 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+ N N Chemical Formula: C₂₅H₃₀N₃+ Exact Mass: 372.24 O+ NEt₂ Et₂N COOH Chemical Formula: C₂₈H₃₁N₂O₃+ Exact Mass: 443.23 O+ NH₂ H₂N COOCH₃ Chemical Formula: C₂₁H₁₇N₂O₃+ Exact Mass: 345.12

Pt蒸着SALDI、Au蒸着SALDI、LDIの強度比較

蒸着膜厚の検討 NaO₃S SO₃Na O+ NEt₂ Et₂N Chemical 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

高分解能LC-MSによる未知成分の構造解析 HO₃S SO₃H O+ NEt₂ Et₂N Chemical Formula: C₂₇H₃₁N₂O₇S₂+ Exact Mass: 559.15672 NH_{2 H}+ Chemical Formula: C₁₁H₂₆N+ Exact Mass: 172.21 + O O O HO OH H+ Chemical Formula: C₈H₁₉O₅+ Exact Mass: 195.12 + 200 300 400 500 600 700 m/z 0 1000 1000 1000 100 Rel ati v e A bunda nc e 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 of component (a) Extract of component (b) Tetraethylene Glycol (Standard) Extract of component (c) 200 300 400 500 600 700 m/z 0 1000 1000 1000 100 Rel ati v e A bunda nc e 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) 200 300 400 500 600 700 m/z 0 1000 1000 1000 100 Rel ati v e A bunda nc e 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 of component (a) Extract of component (b) Tetraethylene Glycol (Standard) Extract of component (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+ NEt₂ Et₂N Chemical Formula: C₂₇H₂₉N₂Na₂O₇S₂+ Exact Mass: 603.12 Chemical Formula: C₁₁H₂₆N+ Exact Mass: 172.21 NH_{2 +H}+ O O O HO 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

UV照射で増加する印刷領域の成分 NH_{2 +H}+ Chemical Formula: C₁₁H₂₆N+ Exact Mass: 172.21 NH₂ HO H+ Chemical Formula: C₁₁H₂₆NO+ Exact Mass: 188.20 + _NH 2 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+ N N Chemical Formula: C₂₅H₃₀N₃+ Exact Mass: 372.24 O+ NEt₂ Et₂N COOH Chemical Formula: C₂₈H₃₁N₂O₃+ Exact Mass: 443.23 O+ NH₂ H₂N 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 HO HO O O OH HO HO O O OH OH HO HO Na+ +

Chemical Formula: C₁₈H₃₂NaO₁₆+ Exact Mass: 527.16 O OH HO HO HO O O OH HO HO OH Na+ +

Chemical Formula: C₁₂H₂₂NaO₁₁+ Exact Mass: 365.11 O OH OH HO HO HO 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]