JP7226006B2 - Organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry and laser desorption/ionization mass spectrometry using the same - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板、並びに、それを用いたレーザー脱離/イオン化質量分析法に関する。 The present invention relates to an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry and laser desorption/ionization mass spectrometry using the same.
質量分析法(mass spectrometry:MS)は、測定対象分子を含む試料(サンプル)をイオン化して測定対象分子由来のイオンを質量電荷比(質量/電荷(m/z))によって分離して検出することにより、その測定対象分子の化学構造に関する情報を得る分析方法である。このような質量分析法(MS)において、試料のイオン化は分析の可否や得られるスペクトルの質を左右する重要な過程であり、その方法(イオン化法)としては、例えば、レーザー脱離/イオン化法(laser desorption/ionization:LDI)が知られている。そして、近年では、そのようなレーザー脱離/イオン化法(LDI)を採用した質量分析法において、その分析の精度をより向上させるために、様々な種類の分析用基板の検討が進められている。 Mass spectrometry (MS) ionizes a sample containing a molecule to be measured, and separates and detects ions derived from the molecule to be measured according to the mass-to-charge ratio (mass/charge (m/z)). This is an analysis method for obtaining information on the chemical structure of the molecule to be measured. In such mass spectrometry (MS), the ionization of a sample is an important process that determines whether analysis is possible and the quality of the spectrum obtained. (laser desorption/ionization: LDI) is known. In recent years, in mass spectrometry employing such laser desorption/ionization (LDI), various types of substrates for analysis have been studied in order to further improve the accuracy of the analysis. .
例えば、特開2014-115187号公報(特許文献1)においては、レーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有する有機シリカ多孔体をレーザー脱離/イオン化質量分析用の基板(有機シリカ基板)として利用することが開示されている。また、特開2018-185200号公報(特許文献2)においては、レーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有し、平均細孔径が5~50nmの細孔を有し、かつ、表面開口率が33~70%である有機シリカ多孔膜を備えるレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板が開示されている。このような特許文献1~2に記載のようなレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板は、レーザー脱離/イオン化質量分析法に用いた場合に、質量分析時にマトリクス化合物を利用しなくても、測定対象分子のシグナルを十分な感度で検出することが可能なものであった。しかしながら、特許文献1~2に記載のような有機シリカ基板であっても、測定対象分子を付着させた領域内の複数の測定点において再現性の高い質量分析を行うといった点においては必ずしも十分なものではなかった。
For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-115187 (Patent Document 1), an organic silica porous material having an organic group capable of absorbing laser light as a skeleton is used as a substrate (organic silica substrate) for laser desorption/ionization mass spectrometry. disclosed to use. Further, in JP 2018-185200 A (Patent Document 2), it has an organic group capable of absorbing laser light in its skeleton, has pores with an average pore diameter of 5 to 50 nm, and has a surface aperture ratio disclosed is an organosilica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry, comprising an organosilica porous membrane having a λ of 33-70%. Such organic silica substrates for laser desorption/ionization mass spectrometry as described in
本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、質量分析時にマトリクス化合物を利用しなくても測定対象分子のシグナルを十分に高感度に検出することを可能とするとともに、測定対象分子を含む試料を付着させた領域内において複数の測定点に対して質量分析を行った場合に、得られるマススペクトルのシグナル強度の均一性をより高いものとすることができ、各測定点においてより再現性の高い質量分析を行うことを可能とするレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板、及び、それを用いたレーザー脱離/イオン化質量分析法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and makes it possible to detect the signal of a molecule to be measured with sufficiently high sensitivity without using a matrix compound during mass spectrometry, When mass spectrometry is performed on a plurality of measurement points in the region to which the sample containing the molecule to be measured is attached, the uniformity of the signal intensity of the mass spectrum obtained can be increased, and each measurement An object of the present invention is to provide an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry that enables mass spectrometry with higher reproducibility at a point, and a laser desorption/ionization mass spectrometry method using the same. do.
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、レーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板を、レーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有する有機シリカからなる有機シリカ薄膜を備えるものとし、前記レーザー光を吸収可能な有機基を波長200~1200nmの範囲に極大吸収波長を有するものとし、かつ、前記有機シリカ薄膜を該有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されているものとすることにより、質量分析時にマトリクス化合物を利用しなくても測定対象分子のシグナルを十分に高感度に検出することが可能となるとともに、測定対象分子を含む試料を付着させた領域内において複数の測定点に対して質量分析を行った場合に、得られるマススペクトルのシグナル強度の均一性をより高いものとすることができ、各測定点においてより再現性の高い質量分析を行うことが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry is an organic silica substrate having an organic group capable of absorbing laser light in its skeleton. A silica thin film is provided, the organic group capable of absorbing laser light has a maximum absorption wavelength in a wavelength range of 200 to 1200 nm, and the organic silica thin film extends from the surface of the organic silica thin film in the depth direction. By containing 0.5 to 4.0 at% of titanium oxide in the region up to 10 nm in terms of titanium element ratio, the signal of the molecule to be measured can be obtained without using a matrix compound during mass spectrometry. can be detected with sufficiently high sensitivity, and the signal intensity of the mass spectrum obtained when mass spectrometry is performed on multiple measurement points in the region where the sample containing the molecule to be measured is attached The inventors have found that it is possible to increase the uniformity of , and it is possible to perform mass spectrometry with higher reproducibility at each measurement point, and have completed the present invention.
すなわち、本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板は、レーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有する有機シリカからなる有機シリカ薄膜を備え、前記レーザー光を吸収可能な有機基が波長200~1200nmの範囲に極大吸収波長を有し、かつ、該有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で1.0~2.0at%含有されていることを特徴とするものである。 That is, the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention comprises an organic silica thin film made of organic silica having an organic group capable of absorbing laser light in its skeleton, and the organic group capable of absorbing laser light is has a maximum absorption wavelength in the wavelength range of 200 to 1200 nm, and titanium oxide has a titanium element ratio of 1.0 to 2.0 nm within a range of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film. It is characterized by containing 0 at % .
上記本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板においては、前記レーザー光を吸収可能な有機基が波長200~600nmの範囲に極大吸収波長を有することが好ましい。 In the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention, the organic group capable of absorbing laser light preferably has a maximum absorption wavelength in the wavelength range of 200 to 600 nm.
また、上記本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板においては、前記有機シリカ薄膜が表面にラフネスファクターが1.4以上の凹凸構造を有する薄膜であることが好ましい。 In the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention, the organic silica thin film preferably has an uneven structure with a roughness factor of 1.4 or more on its surface.
さらに、上記本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板においては、前記有機シリカ薄膜が表面に疎水基を有することが好ましい。 Furthermore, in the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention, the organic silica thin film preferably has a hydrophobic group on its surface.
また、本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析法は、レーザー脱離/イオン化質量分析法に用いる分析用基板が、上記本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板であることを特徴とする方法である。 Further, in the laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention, the substrate for analysis used in the laser desorption/ionization mass spectrometry is the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention. It is a method characterized by
なお、本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板によって、上記目的が達成される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、先ず、本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板(以下、場合により、単に「本発明の有機シリカ基板」と称する。)は、波長200~1200nmの範囲に極大吸収波長を有する、レーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有する有機シリカからなる薄膜を備える。このような有機シリカ薄膜にレーザー光を照射すると、前記薄膜中の前記有機基によりレーザー光が吸収され、その薄膜に吸収されたレーザー光のエネルギーを、基板上に載置(担持)されている測定対象分子に効率よく移動せしめることが可能となり、これにより測定対象分子の脱離/イオン化が可能となる(かかる性能を、以下、場合により「LDI支援性能」と称する)。言い換えると、本発明の有機シリカ基板においては、前記有機シリカ薄膜中の有機基が、質量分析時に照射されたレーザー光を吸収し、かかるレーザー光の吸収に伴って生じるエネルギー(例えばレーザー光の吸収により有機基が光励起し、それに伴って生じる熱エネルギー等)を、有機シリカ薄膜の表面に担持されている測定対象分子(分析対象物質)に対して移動させることが可能であるため、効率のよいエネルギー移動を行うことができ、これにより測定対象分子(分析対象物質)の効率的な脱離/イオン化が可能となる。そして、このようなLDI支援性能により、本発明の有機シリカ基板は、レーザー光のエネルギーをより効率よく利用できるものとなることから、質量分析時に、いわゆるマトリクス支援レーザー脱離/イオン化法(matrix-assisted laser desorption/ionization:MALDI)に用いられるマトリクス化合物(低分子量の添加物)を利用しなくても、測定対象分子をより効率よく脱離/イオン化することが可能であるものと推察される。 The reason why the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention achieves the above object is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. That is, first, the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as the “organic silica substrate of the present invention”) has a maximum absorption wavelength in the range of 200 to 1200 nm. and a thin film made of organic silica having a skeleton of an organic group capable of absorbing laser light. When such an organic silica thin film is irradiated with laser light, the laser light is absorbed by the organic groups in the thin film, and the energy of the laser light absorbed by the thin film is placed (carried) on the substrate. It is possible to efficiently move the molecule to be measured, thereby enabling desorption/ionization of the molecule to be measured (such performance is hereinafter sometimes referred to as "LDI support performance"). In other words, in the organic silica substrate of the present invention, the organic group in the organic silica thin film absorbs the laser light irradiated during mass spectrometry, and the energy generated accompanying the absorption of the laser light (for example, the absorption of the laser light The organic group is photoexcited by the photoexcitation, and the accompanying thermal energy, etc.) can be transferred to the molecule to be measured (substance to be analyzed) supported on the surface of the organic silica thin film, so it is efficient Energy transfer can be performed, which enables efficient desorption/ionization of molecules to be measured (analytes). Due to such LDI-assisting performance, the organic silica substrate of the present invention can utilize the energy of the laser light more efficiently. It is presumed that it is possible to more efficiently desorb/ionize the molecule to be measured without using a matrix compound (low-molecular-weight additive) used in assisted laser desorption/ionization (MALDI).
また、本発明においては、前記有機シリカ薄膜が、該有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物をチタン元素比で0.5~4.0at%含有するものとなっている。このようなチタン酸化物は、極性を有しており、分析対象物質の有する極性官能基と相互作用することから、本発明の有機シリカ基板において測定対象分子(例えばポリペプチド等の分析対象物質)の吸着点(吸着部位)として機能する。そして、本発明の有機シリカ基板は、その表面上に特定の濃度(チタン元素比で0.5~4.0at%)でチタン酸化物が存在することから、その有機シリカ基板の表面上には均一に吸着点が存在することとなる。そのため、本発明の有機シリカ基板は、測定対象分子を担持させた場合にチタン酸化物が存在しない場合と比較して、より均一に測定対象分子を担持させることが可能であるものと推察される。 Further, in the present invention, the organic silica thin film contains 0.5 to 4.0 atomic % of titanium oxide in terms of titanium element ratio in a region within a range of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film. It is a thing. Such titanium oxide has polarity and interacts with the polar functional group of the substance to be analyzed. functions as an adsorption point (adsorption site) of Since titanium oxide is present on the surface of the organic silica substrate of the present invention at a specific concentration (0.5 to 4.0 at % in terms of titanium element ratio), the surface of the organic silica substrate has Adsorption points are uniformly present. Therefore, it is presumed that the organic silica substrate of the present invention can support the molecules to be measured more uniformly than when the molecules to be measured are supported in the absence of titanium oxide. .
ここで、表面にチタン酸化物を含まない従来の有機シリカ薄膜を有機シリカ基板として利用した場合について、以下、図1を参照しながら検討する。すなわち、先ず、従来の有機シリカ薄膜10の表面に測定対象分子を含む試料(サンプル)の溶液11を塗布すると(図1(a))、かかる溶液11の溶媒の蒸発にしたがって溶液中に含まれた試料Sが徐々に担持されていき(図1(b))、最終的に溶媒が完全に除去(蒸発)されると、溶液11中に含まれていた試料Sが全て有機シリカ薄膜10の表面に担持される。このように、溶液11からの溶媒の除去に伴って有機シリカ薄膜10の表面に試料Sが担持されることとなる。しかしながら、従来の有機シリカ薄膜10の表面には、測定対象分子(分析対象物質)を含む試料Sの吸着が可能となるような部位が必ずしも均一に存在しないため、本発明の有機シリカ基板と比較すると、試料Sの担持を必ずしも均一なものとすることができず、溶液11を塗布した領域内において、試料Sの担持量(付着量)が少ないか或いは試料Sが担持されていない領域Vが発生し易くなってしまうものと考えられる。
Here, a case where a conventional organic silica thin film containing no titanium oxide on the surface is used as an organic silica substrate will be discussed below with reference to FIG. That is, first, when a
これに対して、本発明の有機シリカ基板は、その表面上に特定の濃度(チタン元素比で0.5~4.0at%)でチタン酸化物が存在し、そのチタン酸化物が試料の吸着効果を有するものであることから、その吸着効果に基づいて、基板上に溶液を塗布した際に、溶液に含まれる試料の吸着(基板上への試料の付着)をより均一なものとすることができ、かかる試料の吸着に基づいて、測定対象分子を付着させた領域内において複数の測定点に対して質量分析を行った場合に、得られるマススペクトルのシグナル強度の均一性をより高いものとすることができ、これにより、各測定点において、より再現性の高い質量分析を行うことが可能となるものと本発明者らは推察する。このように、本発明の有機シリカ基板は、前記有機シリカ薄膜の表面上に、分析対象物質に対する吸着部位であるチタン酸化物が上述のような割合で導入されていることから、測定対象分子(分析対象物質)を含む試料の担持(付着)をより高度に均一化することができ、有機シリカ基板上の分析領域内(測定対象分子を含む試料を付着させた領域内)において複数点の測定を行った場合に、いずれの測定点においても測定対象分子(分析対象物質)のシグナルを同程度の強度で検出でき、また、その測定点の位置によらずに再現性よく測定対象分子(分析対象物質)のシグナルを検出することが可能であるものと本発明者らは推察する。 In contrast, the organic silica substrate of the present invention has titanium oxide present on its surface at a specific concentration (0.5 to 4.0 at % in terms of titanium element ratio), and the titanium oxide adsorbs the sample. Since it has an effect, based on the adsorption effect, when the solution is applied on the substrate, the adsorption of the sample contained in the solution (attachment of the sample to the substrate) is made more uniform. Based on such adsorption of the sample, when mass spectrometry is performed on a plurality of measurement points in the region where the molecule to be measured is attached, the uniformity of the signal intensity of the mass spectrum obtained is higher. As a result, the present inventors speculate that mass spectrometry with higher reproducibility can be performed at each measurement point. As described above, in the organic silica substrate of the present invention, the titanium oxide, which is the adsorption site for the substance to be analyzed, is introduced onto the surface of the organic silica thin film in the above ratio, so that the molecules to be measured ( It is possible to make the support (attachment) of the sample containing the molecule to be analyzed highly uniform, and to measure multiple points within the analysis area (the area where the sample containing the molecule to be measured is attached) on the organic silica substrate. , the signal of the molecule to be measured (analyte) can be detected with the same intensity at any measurement point, and the molecule to be measured (analyte) can be detected with good reproducibility regardless of the position of the measurement point. The present inventors presume that it is possible to detect the signal of the target substance).
本発明によれば、質量分析時にマトリクス化合物を利用しなくても測定対象分子のシグナルを十分に高感度に検出することを可能とするとともに、測定対象分子を含む試料を付着させた領域内において複数の測定点に対して質量分析を行った場合に、得られるマススペクトルのシグナル強度の均一性をより高いものとすることができ、各測定点においてより再現性の高い質量分析を行うことを可能とするレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板、及び、それを用いたレーザー脱離/イオン化質量分析法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect the signal of the molecule to be measured with sufficiently high sensitivity without using a matrix compound during mass spectrometry. When mass spectrometry is performed at multiple measurement points, the uniformity of the signal intensity of the mass spectrum obtained can be made higher, and mass spectrometry with higher reproducibility can be performed at each measurement point. It is possible to provide an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry and a laser desorption/ionization mass spectrometry using the same.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will now be described in detail with reference to its preferred embodiments.
[レーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板]
本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板は、レーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有する有機シリカからなる有機シリカ薄膜を備え、前記レーザー光を吸収可能な有機基が波長200~1200nmの範囲に極大吸収波長を有し、かつ、該有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されていることを特徴とするものである。
[Organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry]
The organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention comprises an organic silica thin film made of organic silica having an organic group capable of absorbing laser light in its skeleton, and the organic group capable of absorbing laser light has a wavelength of It has a maximum absorption wavelength in the range of 200 to 1200 nm, and titanium oxide is 0.5 to 4.0 at% in terms of titanium element in a region of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film. It is characterized by containing
本発明にかかる有機シリカ薄膜は、レーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有する有機シリカからなる薄膜である。 The organic silica thin film according to the present invention is a thin film made of organic silica having an organic group capable of absorbing laser light in its skeleton.
このように、薄膜を構成する有機シリカは、レーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有するものである。このような「レーザー光を吸収可能な有機基」は、波長200~1200nm(より好ましくは200~600nm、更に好ましくは250~450nm、特に好ましくは300~400nm)の範囲に吸収極大波長を有する有機基である。このような有機基の吸収極大波長が前記下限未満では、レーザー脱離/イオン化法(LDI)に利用した場合において、そのような波長のレーザー光を吸収させると、測定対象物(測定対象分子)とともに、有機シリカ薄膜中の有機基が該光により分解されてしまい、結果的に効率よく質量分析することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、レーザー光を吸収させても、測定対象分子のイオン化に必要な光エネルギーを得ることが困難となる傾向にある。このように、前記有機基が上記波長範囲に吸収極大波長を有することで、質量分析に利用する波長域のレーザー光をより効率よく吸収させることが可能となる。 Thus, the organic silica constituting the thin film has an organic group capable of absorbing laser light in its skeleton. Such an “organic group capable of absorbing laser light” is an organic group having a maximum absorption wavelength in the wavelength range of 200 to 1200 nm (more preferably 200 to 600 nm, still more preferably 250 to 450 nm, particularly preferably 300 to 400 nm). is the base. If the absorption maximum wavelength of such an organic group is less than the lower limit, when laser desorption/ionization (LDI) is used, when laser light with such a wavelength is absorbed, the object to be measured (molecule to be measured) At the same time, the organic groups in the organic silica thin film are decomposed by the light, and as a result, efficient mass spectrometry tends to be difficult. , it tends to be difficult to obtain the light energy necessary for ionizing the molecule to be measured. In this way, the organic group having a maximum absorption wavelength in the above wavelength range makes it possible to more efficiently absorb laser light in the wavelength range used for mass spectrometry.
また、前記有機シリカ薄膜が骨格に有する「レーザー光を吸収可能な有機基」としては、例えば、質量分析の際に利用するレーザー光を吸収することが可能な構造部分を有する有機基等が挙げられる。このような有機基としては、その利用するレーザー光の波長にもよるが、レーザー光を吸収することが可能な構造部分として芳香環を有する有機基(例えばトリフェニルアミン、ナフタルイミド、フルオレン、アクリドン、メチルアクリドン、クアテルフェニル、アントラセン等)が挙げられる。このように、前記レーザー光を吸収可能な有機基(波長200~600nmの範囲に吸収極大波長を有する有機基)としては、例えば、それぞれ置換基を有していてもよい、トリフェニルアミン、ナフタルイミド、スチリルベンゼン、フルオレン、ジビニルベンゼン、ジビニルピリジン、アクリドン、メチルアクリドン、クアテルフェニル、アントラセン等が挙げられる。 Further, examples of the "organic group capable of absorbing laser light" that the organic silica thin film has in the skeleton include an organic group having a structural portion capable of absorbing laser light used in mass spectrometry. be done. As such an organic group, depending on the wavelength of the laser light to be used, an organic group having an aromatic ring as a structural portion capable of absorbing laser light (e.g., triphenylamine, naphthalimide, fluorene, acridone , methylacridone, quaterphenyl, anthracene, etc.). As described above, the organic group capable of absorbing laser light (an organic group having a maximum absorption wavelength in the wavelength range of 200 to 600 nm) includes, for example, triphenylamine, na phthalimide, styrylbenzene, fluorene, divinylbenzene, divinylpyridine, acridone, methylacridone, quaterphenyl, anthracene and the like.
さらに、このようなレーザー光を吸収可能な有機基(好ましくは波長200~600nmの範囲に吸収極大波長を有する有機基)としては、10個以上の炭素を含む芳香族有機基であることがより好ましい。このような芳香族有機基によれば、より効率よくレーザー光を吸収することが可能となる。このような芳香族有機基としては、例えば、それぞれ置換基を有していてもよい、トリフェニルアミン、ナフタルイミド、スチリルベンゼン、フルオレン、アクリドン、メチルアクリドン、クアテルフェニル、アントラセン、ピレン、アクリジン、フェニルピリジン、ぺリレン、ペリレンビスイミド、ジフェニルピレン、テトラフェニルピレン、ポルフィリン、フタロシアニン、ジケトピロロピロール、ジチエニルベンゾチアジアゾール等が挙げられる。また、前記有機シリカ薄膜は、有機基として1種の有機基を単独で有するものであっても、あるいは、複数種の有機基を組み合わせて有するものであってもよい。このような有機基の中でも、光照射に対する化学的安定性の観点から、トリフェニルアミン、ナフタルイミド、ピレン、ペリレン、及び、アクリドンのうちの少なくとも1種を含むこと(前記有機基の少なくとも1種がトリフェニルアミン、ナフタルイミド、ピレン、ペリレン、及び、アクリドンのうちの少なくとも1種であること)が好ましい。 Furthermore, such an organic group capable of absorbing laser light (preferably an organic group having a maximum absorption wavelength in the wavelength range of 200 to 600 nm) is more preferably an aromatic organic group containing 10 or more carbon atoms. preferable. Such an aromatic organic group enables more efficient absorption of laser light. Examples of such aromatic organic groups include, for example, triphenylamine, naphthalimide, styrylbenzene, fluorene, acridone, methylacridone, quaterphenyl, anthracene, pyrene, acridine, each of which may have a substituent. , phenylpyridine, perylene, perylenebisimide, diphenylpyrene, tetraphenylpyrene, porphyrin, phthalocyanine, diketopyrrolopyrrole, dithienylbenzothiadiazole and the like. Further, the organic silica thin film may have one type of organic group alone as an organic group, or may have a combination of a plurality of types of organic groups. Among such organic groups, from the viewpoint of chemical stability against light irradiation, at least one of triphenylamine, naphthalimide, pyrene, perylene, and acridone (at least one of the organic groups is at least one of triphenylamine, naphthalimide, pyrene, perylene and acridone).
また、前記有機シリカ薄膜において「有機基を骨格に有する」とは、シリカ薄膜のシリカ骨格を形成するケイ素(Si)に、直接又は間接的に(他の元素を介して)結合された前記有機基が存在していることを意味する。なお、このような有機シリカ薄膜としては、シロキサン構造(式:-(Si-O)y-構造)を形成するケイ素原子同士が有機基により架橋された構造(架橋構造)を有することにより、骨格に有機基が導入されていることがより好ましい。 In addition, in the organic silica thin film, “having an organic group in its skeleton” means that the organic means that a group is present. Such an organic silica thin film has a structure (crosslinked structure) in which silicon atoms forming a siloxane structure (formula: -(Si-O) y -structure) are crosslinked by an organic group. It is more preferable that an organic group is introduced into.
また、前記有機シリカ薄膜において、該有機シリカを構成するケイ素及び前記レーザー光を吸収可能な有機基の含有割合は、該有機基の質量に対するケイ素の質量の比率([ケイ素の質量]/[有機基の質量])を基準として0.05~0.50(より好ましくは0.10~0.40、更に好ましくは0.10~0.35、特に好ましくは0.15~0.35)の範囲にあることが好ましい。このような質量比([ケイ素の質量]/[有機基の質量])が前記下限未満では有機シリカ薄膜の架橋密度が低くなり、十分に膜が硬化しない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、相対的に有機基の密度が低下することでレーザー光の吸収強度が低下する傾向にあり、更には、凹凸構造(例えば多孔構造)を有する膜を製造しようとする場合に、製膜の段階で架橋度が過度に上昇し、ナノインプリントにより凹凸構造を形成することが困難になる傾向にある。このような質量比の有機シリカ薄膜としては、レーザー光を吸収可能な有機基として波長200~600nmの範囲に極大吸収波長を有する有機基を有しかつケイ素及び前記有機基の含有割合が、前記有機基の質量に対するケイ素の質量の比率([ケイ素の質量]/[有機基の質量])を基準として0.05~0.50(より好ましくは0.10~0.40、更に好ましくは0.10~0.35、特に好ましくは0.15~0.35)の範囲にある有機ケイ素化合物の重合体(縮合体)からなる薄膜を好適に利用することができる。 In the organic silica thin film, the content ratio of silicon constituting the organic silica and the organic group capable of absorbing laser light is the ratio of the mass of silicon to the mass of the organic group ([mass of silicon]/[organic Group mass]) based on the A range is preferred. When such a mass ratio ([mass of silicon]/[mass of organic group]) is less than the above lower limit, the crosslink density of the organic silica thin film tends to be low and the film tends not to be sufficiently cured. When the density of the organic group is relatively decreased, the absorption intensity of the laser beam tends to be decreased. At some stage, the degree of cross-linking tends to increase excessively, making it difficult to form an uneven structure by nanoimprinting. The organic silica thin film having such a mass ratio has an organic group having a maximum absorption wavelength in the wavelength range of 200 to 600 nm as an organic group capable of absorbing laser light, and the content ratio of silicon and the organic group is 0.05 to 0.50 (more preferably 0.10 to 0.40, more preferably 0 0.10 to 0.35, particularly preferably 0.15 to 0.35).
このような有機ケイ素化合物としては、下記一般式(1-i)~(1-iv): Examples of such organosilicon compounds include the following general formulas (1-i) to (1-iv):
[式(1-i)~(1-iv)中、Xはm価の有機基を示し、R1は、アルコキシ基(好ましくは炭素数1~5のアルコキシ基)、ヒドロキシル基(-OH)、アリル基(CH2=CH-CH2-)、エステル基(好ましくは炭素数1~5のエステル基)及びハロゲン原子(塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子)からなる群から選択される少なくとも一つを示し、R2は、アルキル基及び水素原子からなる群から選択される少なくとも一つを示し、n及び(3-n)はそれぞれケイ素原子(Si)に結合しているR1及びR2の数を示し、nは1~3の整数を示し、mは1~4の整数を示し、式(1-iv)中のLは単結合又はエーテル基、エステル基、アミノ基、アミド基及びウレタン基からなる群から選択されるいずれか1種の2価の有機基を示し、式(1-iv)中のYは炭素数1~4のアルキレン基を示す。]
で表され、かつ、ケイ素及び光を吸収可能な有機基の含有割合が、レーザー光を吸収可能な有機基の質量に対するケイ素の質量の比率([ケイ素の質量]/[有機基の質量])を基準として0.05~0.50の範囲にある有機ケイ素化合物が好ましい。なお、このような一般式(1-i)~(1-iv)で表される化合物中の「レーザー光を吸収可能な有機基」に関して、前記一般式(1-i)で表される化合物においては該式中においてXで表される基(m価の有機基(結合手は省略))が「レーザー光を吸収可能な有機基」となり、前記一般式(1-ii)で表される化合物においては、式:
[In the formulas (1-i) to (1-iv), X represents an m-valent organic group, R 1 represents an alkoxy group (preferably an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms), a hydroxyl group (-OH), , an allyl group (CH 2 ═CH—CH 2 —), an ester group (preferably an ester group having 1 to 5 carbon atoms) and a halogen atom (chlorine atom, fluorine atom, bromine atom, iodine atom). R 2 represents at least one selected from the group consisting of an alkyl group and a hydrogen atom, and n and (3-n) are each bonded to a silicon atom (Si) R 1 and R 2 , n is an integer of 1 to 3, m is an integer of 1 to 4, L in formula (1-iv) is a single bond or an ether group, an ester group, an amino group, represents any one divalent organic group selected from the group consisting of an amide group and a urethane group, and Y in formula (1-iv) represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms. ]
and the content ratio of silicon and the organic group capable of absorbing light is the ratio of the mass of silicon to the mass of the organic group capable of absorbing laser light ([mass of silicon] / [mass of organic group]) Organosilicon compounds in the range of 0.05 to 0.50 on the basis of are preferred. Regarding the "organic group capable of absorbing laser light" in the compounds represented by the general formulas (1-i) to (1-iv), the compounds represented by the general formula (1-i) In the formula, the group represented by X (m-valent organic group (bonds are omitted)) is an “organic group capable of absorbing laser light” and is represented by the general formula (1-ii) In compounds, the formula:
[式(I)中、Xはm価の有機基を示し、mは1~4の整数を示す(このように、X及びmは、一般式(1-i)~(1-iv)中のX及びmと同義である)。]
で表される有機基が「レーザー光を吸収可能な有機基」となり、また、前記一般式(1-iii)で表される化合物においては、式:
[In formula (I), X represents an m-valent organic group, and m represents an integer of 1 to 4 (thus, X and m are represented by general formulas (1-i) to (1-iv) are synonymous with X and m in ). ]
The organic group represented by is an "organic group capable of absorbing laser light", and in the compound represented by the general formula (1-iii), the formula:
[式(II)中、Xはm価の有機基を示し、mは1~4の整数を示す(このように、X及びmは、一般式(1-i)~(1-iv)中のX及びmと同義である)。]
で表される有機基が「レーザー光を吸収可能な有機基」となり、前記一般式(1-iv)で表される化合物においては、式:
X-(L-Y)m- (III)
[式(III)中、Xはm価の有機基を示し、Lは単結合又はエーテル基、エステル基、アミノ基、アミド基及びウレタン基からなる群から選択されるいずれか1種の2価の有機基を示し、Yは炭素数1~4のアルキレン基を示し、mは1~4の整数を示す(このように、X、L、Y及びmは、一般式(1-iv)中のX、L、Y及びmと同義である)。]
で表される有機基が「レーザー光を吸収可能な有機基」となる。このように、化合物中のケイ素と結合する基であって式中のXで示す基を含有する構造部分の有機基が「レーザー光を吸収可能な有機基」となる。
[In formula (II), X represents an m-valent organic group, and m represents an integer of 1 to 4 (thus, X and m are represented by general formulas (1-i) to (1-iv) are synonymous with X and m in ). ]
The organic group represented by is an "organic group capable of absorbing laser light", and in the compound represented by the general formula (1-iv), the formula:
X—(L—Y) m − (III)
[In the formula (III), X represents an m-valent organic group, L is a single bond or any one divalent selected from the group consisting of an ether group, an ester group, an amino group, an amide group and a urethane group represents an organic group, Y represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, m represents an integer of 1 to 4 (thus, X, L, Y and m are in the general formula (1-iv) are synonymous with X, L, Y and m of ). ]
The organic group represented by is the "organic group capable of absorbing laser light". Thus, the organic group of the structural portion containing the group represented by X in the formula, which is a group that bonds to silicon in the compound, is an "organic group capable of absorbing laser light".
前記有機シリカ薄膜としては、上記一般式(1-i)~(1-iv)で表され、かつ、ケイ素及び光を吸収可能な有機基の含有割合が、その光を吸収可能な有機基の質量に対するケイ素の質量の比率([ケイ素の質量]/[有機基の質量])を基準として0.05~0.50の範囲にある有機ケイ素化合物からなる群(以下、該有機ケイ素化合物からなる群を、便宜上、場合により単に「化合物群(A)」と称する)の中から選択される少なくとも1種の有機ケイ素化合物の重合体からなる有機シリカ薄膜が好ましい。このように、前記有機シリカ薄膜としては、前記化合物群(A)の中から選択される1種の有機ケイ素化合物の重合体からなる有機シリカ薄膜が好ましい。 The organic silica thin film is represented by the above general formulas (1-i) to (1-iv), and the content ratio of silicon and the organic group capable of absorbing light is equal to that of the organic group capable of absorbing light. A group consisting of organosilicon compounds in the range of 0.05 to 0.50 based on the ratio of the mass of silicon to the mass ([mass of silicon]/[mass of organic group]) (hereinafter referred to as For convenience, the group is sometimes simply referred to as "compound group (A)"). Thus, the organic silica thin film is preferably an organic silica thin film made of a polymer of one type of organic silicon compound selected from the compound group (A).
このような化合物群(A)の中から選択される少なくとも1種の有機ケイ素化合物の重合体からなる有機シリカ薄膜によれば、いわゆる光捕集アンテナ機能をより効率よく発現させることが可能な傾向にあり、これにより、より効率よく測定対象分子をイオン化することが可能となる傾向にある。なお、ここにいう「光捕集アンテナ機能」とは、光を照射した場合に光エネルギーを吸収して励起したエネルギーを細孔の内部に集約する機能をいい、かかる機能を利用すれば、吸収したレーザー光の光エネルギーを細孔の内部に担持された測定対象分子により効率よく移動させることが可能となる傾向にある。なお、このような「光捕集アンテナ機能」の定義は特開2008-084836号公報に記載されている定義と同様である。 According to the organic silica thin film composed of a polymer of at least one organic silicon compound selected from the compound group (A), the so-called light-collecting antenna function tends to be exhibited more efficiently. , which tends to make it possible to ionize molecules to be measured more efficiently. The term "light collection antenna function" used herein refers to the function of absorbing light energy when irradiated with light and concentrating the excited energy inside the pores. It tends to be possible to efficiently move the light energy of the laser beam that has been applied to the molecule to be measured carried inside the pores. The definition of such a "light collection antenna function" is the same as the definition described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-084836.
また、このような化合物群(A)の中から選択される少なくとも1種の有機ケイ素化合物の重合体は、シロキサン構造(式:-(Si-O)y-で表される構造)を形成するケイ素原子同士が有機基により架橋された構造(架橋構造)を有するものとなり、これにより骨格に前記有機基を有する構造のものとなる(いわゆる「架橋型有機シリカ薄膜」となる)。ここで、上記一般式(1-i)で表されかつ式中のR1がエトキシ基、nが3、mが2である有機ケイ素化合物の重合反応を一例として、かかる架橋構造について説明すると、下記一般式(2): In addition, the polymer of at least one organosilicon compound selected from the compound group (A) forms a siloxane structure (structure represented by the formula: -(Si-O) y -). It has a structure (crosslinked structure) in which silicon atoms are crosslinked by organic groups, and thereby has a structure having the above-mentioned organic groups in the skeleton (so-called "crosslinked organic silica thin film"). Here, taking as an example the polymerization reaction of an organosilicon compound represented by the general formula (1-i) in which R 1 is an ethoxy group, n is 3, and m is 2, such a crosslinked structure will be explained. The following general formula (2):
[式中、Xはm価の有機基を示し、pは繰り返し単位の数に相当する整数を示す。]
で表されるような反応により、重合後に得られる有機シリカ薄膜は、有機基(X)によりシロキサン構造(式:-(Si-O)y-で表される構造)を形成するケイ素原子が架橋された構造の繰り返し単位を有するものとなる(なお、pの数は特に制限されないが、一般的には10~1000程度の範囲であることが好ましい。)。なお、このような架橋構造が形成された場合(有機シリカ薄膜が前記架橋型有機シリカ薄膜となる場合)には、これを質量分析に利用した場合、照射レーザー光をより効率よく吸収し、有機シリカ薄膜の細孔内に担持された測定対象分子に対して、より効率良く励起エネルギーを移動できる傾向にある。なお、前記一般式(2)で表される繰り返し単位を有する重合体からなる有機シリカは、その有機シリカ中の前記有機基(X)の総量(質量)とSiの総量(質量)の比率([ケイ素の質量]/[有機基の質量])が0.05~0.50の範囲の値であることが好ましい。
[In the formula, X represents an m-valent organic group, and p represents an integer corresponding to the number of repeating units. ]
In the organic silica thin film obtained after polymerization, the silicon atoms forming a siloxane structure (structure represented by the formula: -(Si-O) y -) with the organic group (X) are crosslinked. (Although the number of p is not particularly limited, it is generally preferably in the range of about 10 to 1000.). In addition, when such a crosslinked structure is formed (when the organic silica thin film becomes the crosslinked organic silica thin film), when this is used for mass spectrometry, the irradiated laser light is absorbed more efficiently, and the organic There is a tendency that the excitation energy can be transferred more efficiently to the molecule to be measured supported in the pores of the silica thin film. In addition, the organic silica composed of a polymer having a repeating unit represented by the general formula (2) has a ratio of the total amount (mass) of the organic group (X) to the total amount (mass) of Si in the organic silica [mass of silicon]/[mass of organic group]) is preferably in the range of 0.05 to 0.50.
また、上記一般式(1-i)~(1-iv)におけるR1としては、縮合反応(重合反応)を制御し易いという観点からアルコキシ基及び/又はヒドロキシル基が好ましい。なお、同一分子中に複数のR1が存在する場合、R1は同一でも異なっていてもよい。このような一般式(1-i)~(1-iv)におけるR2として選択され得るアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましい。なお、同一分子中に複数のR2が存在する場合、R2は同一でも異なっていてもよい。 Further, as R 1 in the general formulas (1-i) to (1-iv), an alkoxy group and/or a hydroxyl group are preferable from the viewpoint of easy control of the condensation reaction (polymerization reaction). In addition, when a plurality of R 1 are present in the same molecule, the R 1 may be the same or different. An alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferable as the alkyl group that can be selected as R 2 in general formulas (1-i) to (1-iv). In addition, when multiple R 2 are present in the same molecule, the R 2 may be the same or different.
上記一般式(1-i)~(1-iv)において、式中のn及び(3-n)は、それぞれケイ素原子(Si)に結合しているR1及びR2の数を示す。ここにおいて、nは1~3の整数を示すが、縮合した後の構造をより安定なものとすることが可能であるという点から、nが3であることが特に好ましい。 In general formulas (1-i) to (1-iv) above, n and (3-n) indicate the numbers of R 1 and R 2 bonded to silicon atoms (Si), respectively. Here, n represents an integer of 1 to 3, and n is particularly preferably 3 from the viewpoint that the structure after condensation can be made more stable.
さらに、上記一般式(1-i)~(1-iv)中のmは、前記有機基(X)に直接又は間接的に結合しているケイ素原子(Si)の数を示す。このようなmは1~4の整数を示す。このようなmは、安定なシロキサンネットワークを形成し易いという観点から、2~4(特に好ましくは2~3)であることがより好ましい。 Furthermore, m in the above general formulas (1-i) to (1-iv) represents the number of silicon atoms (Si) directly or indirectly bonded to the organic group (X). Such m represents an integer of 1-4. Such m is more preferably 2 to 4 (particularly preferably 2 to 3) from the viewpoint of easy formation of a stable siloxane network.
また、式(1-iv)中のLとしては、高い化学的安定性確保の観点から、単結合又はエーテル基であることがより好ましい。なお、同一分子中に複数のLが存在する場合、Lは同一でも異なっていてもよい。更に、式(1-iv)中のYとしては、重合後のケイ素の高密度化と膜の柔軟性の両立の観点から、エチレン基又はプロピレン基であることがより好ましい。なお、同一分子中に複数のYが存在する場合、Yは同一でも異なっていてもよい。 Further, from the viewpoint of ensuring high chemical stability, L in formula (1-iv) is more preferably a single bond or an ether group. When multiple L's are present in the same molecule, the L's may be the same or different. Furthermore, Y in formula (1-iv) is more preferably an ethylene group or a propylene group from the viewpoint of achieving both high density of silicon after polymerization and flexibility of the film. When multiple Y's are present in the same molecule, Y's may be the same or different.
また、上記一般式(1-i)~(1-iv)中のXはm価の有機基を示す。また、このようなm価の有機基としては、中でも、下記一般式(101)~(112): Further, X in the general formulas (1-i) to (1-iv) represents an m-valent organic group. In addition, among such m-valent organic groups, the following general formulas (101) to (112):
[上記一般式(101)~(112)中、記号*は、該記号を付した結合手が上記式(1-i)~(1-iv)中のXに結合する結合手であることを示す。]
で表される有機基が特に好ましい。なお、このような一般式(101)~(112)で表される有機基において、有機基の高密度化及び安定固定化の観点から、記号*で表される結合手は直接ケイ素に結合していることがより好ましい。
[In the above general formulas (101) to (112), the symbol * indicates that the bond with the symbol is a bond that bonds to X in the above formulas (1-i) to (1-iv). show. ]
An organic group represented by is particularly preferred. In the organic groups represented by the general formulas (101) to (112), the bond represented by the symbol * is directly bonded to silicon from the viewpoint of increasing the density of the organic group and stably immobilizing it. more preferably.
さらに、有機シリカ薄膜が有する「レーザー光を吸収可能な有機基」としては、波長300~400nmのレーザー光の吸収能力と高い化学的安定性の観点からは、ナフタルイミド環を構造中に含む有機基であることが好ましく、上記一般式(102)~(103)で表される有機基(ナフタルイミド環を構造中に含む有機基)のうちのいずれかが特に好ましい。 Furthermore, as the "organic group capable of absorbing laser light" possessed by the organic silica thin film, from the viewpoint of the ability to absorb laser light with a wavelength of 300 to 400 nm and high chemical stability, an organic group containing a naphthalimide ring in the structure is preferred, and any one of the organic groups represented by the general formulas (102) to (103) (organic groups containing a naphthalimide ring in the structure) is particularly preferred.
また、このようなレーザー光を吸収可能な有機基を骨格に有する有機シリカからなる有機シリカ薄膜としては、1種の有機基を単独で含有するものであってもよく、あるいは、2種以上の有機基を組み合わせて含有するものであってもよい。なお、2種以上の有機基を組み合わせて含有する有機シリカ薄膜としては、上記一般式(1-i)~(1-iv)のうちのいずれかで表され且つXの種類が異なる、複数種の有機ケイ素化合物の重合体等が挙げられる。 Further, such an organic silica thin film made of organic silica having an organic group capable of absorbing laser light in its skeleton may contain one type of organic group alone, or may contain two or more types of organic groups. It may contain a combination of organic groups. As the organic silica thin film containing two or more organic groups in combination, a plurality of types represented by any of the above general formulas (1-i) to (1-iv) and different types of X are and polymers of organosilicon compounds.
なお、前述の化合物群(A)の中から選択される少なくとも1種の有機ケイ素化合物の重合体としては、本発明の効果を損なわない範囲(例えば薄膜自体が有機基の質量に対するケイ素の質量の比率などの条件を満たす範囲)で、その重合体を調製する有機ケイ素化合物に、前述の化合物群(A)の中から選択されるもの以外の他の有機ケイ素化合物を含んでいてもよい。このような他の有機ケイ素化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシランといったテトラアルコキシシラン等が挙げられる。 The polymer of at least one organosilicon compound selected from the compound group (A) described above should be used within a range that does not impair the effects of the present invention (for example, the thin film itself has a ratio of the mass of silicon to the mass of the organic group). The organosilicon compound for preparing the polymer may contain an organosilicon compound other than those selected from the compound group (A) as long as the conditions such as the ratio are satisfied. Such other organosilicon compounds include, for example, tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetrabutoxysilane.
また、このような有機シリカ薄膜としては、レーザー光が照射される範囲において、より多くの試料分子を、より均質に基板表面に吸着させることが可能となるといった観点から、凹凸構造を有する薄膜であることがより好ましい。また、このような凹凸構造を有する有機シリカ薄膜としては、表面にラフネスファクターが1.4以上(より好ましくは1.7以上、特に好ましくは2.0以上)の凹凸構造を有する薄膜であることが更に好ましい。このようなラフネスファクターが前記下限未満ではレーザー光の吸収量が低下し、それにともないLDI支援性能も低下する傾向にある。なお、「ラフネスファクター」とは、実表面積/幾何表面積で表される値をいう。このようなラフネスファクターの値は、有機シリカ薄膜の表面形状をSEMやAFMにより測定して、凹凸構造が付与されたことによる表面積増加分を算出し、その値を用いて、平滑面に対する凹凸面の表面積の比を算出することにより求めることができる。 In addition, as such an organic silica thin film, a thin film having an uneven structure is used from the viewpoint that more sample molecules can be adsorbed more uniformly on the substrate surface in the range irradiated with laser light. It is more preferable to have The organic silica thin film having such an uneven structure should be a thin film having an uneven structure with a roughness factor of 1.4 or more (more preferably 1.7 or more, particularly preferably 2.0 or more) on the surface. is more preferred. If the roughness factor is less than the lower limit, the amount of laser light absorbed decreases, and the LDI support performance tends to decrease accordingly. The "roughness factor" means a value represented by actual surface area/geometric surface area. The value of such a roughness factor is obtained by measuring the surface shape of the organic silica thin film by SEM or AFM, calculating the surface area increase due to the provision of the uneven structure, and using that value, the uneven surface with respect to the smooth surface. can be obtained by calculating the ratio of the surface areas of
また、有機シリカ薄膜が凹凸構造を有する場合、その凹凸構造としては、柱状の空隙部からなる細孔が形成された多孔構造、あるいは、柱状体が配列されたピラーアレイ構造であることが好ましい。なお、ここにいう「柱状」は、略円柱、略多角柱等のいわゆる柱状のものの他、略円錐状、略多角錐状等のような、両端部の大きさ(直径、長さ等)が異なる形状のものも含む概念である。このような凹凸構造は、ナノインプリントにより効率よく製造できる。例えば、ナノインプリントに用いるモールドをピラーアレイ構造を有するものとした場合には、その構造の特性が転写された多孔構造を前記薄膜の凹凸構造とすることができ、反対に、ナノインプリントに用いるモールドを柱状の空隙部からなる細孔が形成された多孔構造を有するものとした場合には、その構造の特性が転写されたピラーアレイ構造を前記薄膜の凹凸構造とすることができる。また、ナノインプリントにより凹凸構造を形成する場合(ナノインプリント転写構造である凹凸構造を形成する場合)、凹凸構造を有するモールドを用いて、その特性の転写や反転を繰り返して凹凸構造を形成してもよい。 Further, when the organic silica thin film has an uneven structure, the uneven structure is preferably a porous structure in which pores composed of columnar voids are formed, or a pillar array structure in which columnar bodies are arranged. In addition, the "columnar shape" referred to here is not only a so-called columnar shape such as a substantially cylindrical column and a substantially polygonal column, but also a substantially conical shape, a substantially polygonal pyramid shape, etc., in which the size (diameter, length, etc.) of both ends is different. This is a concept that includes objects with different shapes. Such an uneven structure can be efficiently manufactured by nanoimprinting. For example, when the mold used for nanoimprinting has a pillar array structure, the porous structure to which the characteristics of the structure are transferred can be the concave-convex structure of the thin film. In the case where the thin film has a porous structure in which pores consisting of voids are formed, a pillar array structure in which the characteristics of the structure are transferred can be used as the uneven structure of the thin film. In addition, when forming an uneven structure by nanoimprinting (when forming an uneven structure that is a nanoimprint transfer structure), a mold having an uneven structure may be used to form an uneven structure by repeatedly transferring and reversing its characteristics. good.
また、このような凹凸構造としては、凹凸構造の軸方向が該有機シリカ薄膜の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直な方向にあるものであることが好ましい。この点について、図面を参照しながら簡単に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 In addition, as for such a concave-convex structure, the axial direction of the concave-convex structure is substantially perpendicular to the surface of the organic silica thin film opposite to the surface on which the concave-convex structure is formed. is preferred. This point will be briefly described with reference to the drawings. In the following description and drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
図2は、前記有機シリカ薄膜を備える構造体(多層構造体:積層体)の好適な一実施形態を模式的に示す概略縦断面図である。図2に示す積層体(多層構造体)は、基材100と、有機シリカ薄膜101とを備える(なお、このような基材100については後述する)。ここで、「凹凸構造の軸方向が該有機シリカ薄膜の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直な方向にある」とは、例えば、有機シリカ薄膜101の凹凸部分の空隙部(凹部の空間)が柱状の細孔である場合(有機シリカ薄膜101が多孔構造を有する場合)、かかる細孔の空間形状(空隙部の形状)の長軸の方向が有機シリカ薄膜101の凹凸構造が形成されている側の面S1とは反対側の面S2の表面に対して略垂直となっていることをいい、また、有機シリカ薄膜101の凹凸部分の凸部が柱状体(ピラー状)である場合(有機シリカ薄膜101がピラーアレイ構造を有する場合)、かかる柱状体(ピラー状)の長軸の方向が、有機シリカ薄膜101の凹凸構造が形成されている側の面S1とは反対側の面S2の表面に対して略垂直となっていることをいう。このように、「凹凸構造の軸方向」とは、凹凸構造が多孔構造の場合には細孔の長軸の方向をいい、また、凹凸構造がピラーアレイ構造の場合には柱状体(ピラー)の長軸の方向をいう。また、ここにいう「長軸」とは、細孔の空隙部の形状又は柱状体の重心部を通る長手方向の軸をいい、柱状体の縦断面図に基づいて求めることができる。
FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view schematically showing a preferred embodiment of a structure (multilayer structure: laminate) comprising the organic silica thin film. The laminate (multilayer structure) shown in FIG. 2 includes a
ここで、「略垂直」という概念について図3を参酌しながら説明する。図3は、図2に示す領域Rの拡大図である。ここで、図2及び図3に示す凹凸部分の空隙部(凹部の空間)が柱状の細孔である場合(凹部が柱状の細孔である多孔構造が形成されている場合)を例にして説明すると、凹凸構造の軸方向が面S2の表面に対して略垂直な方向にあるとは、有機シリカ薄膜101の凹凸構造が形成されている面S1とは反対側の面S2の表面に対して、細孔の空間形状(空隙部の柱状の形状)の長軸C(細孔の長軸C)がなす角度αが90°±30°(より好ましくは90°±20°)の範囲にあることをいう。なお、凸部が柱状体(ピラー状)である場合(有機シリカ薄膜101がピラーアレイ構造を有する場合)においても、凹凸構造の軸方向が面S2の表面に対して略垂直な方向にあるとは、有機シリカ薄膜101の凹凸構造が形成されている面S1とは反対側の面S2の表面に対して、かかる柱状体(ピラー状)の長軸がなす角度が90°±30°(より好ましくは90°±20°)の範囲にあることをいう。
Here, the concept of "substantially perpendicular" will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged view of region R shown in FIG. Here, taking as an example the case where the voids (spaces of the recessed portions) of the uneven portions shown in FIGS. To explain, the fact that the axial direction of the uneven structure is substantially perpendicular to the surface of the surface S2 means that the surface S2 of the organic silica
このように、有機シリカ薄膜101に形成されている凹凸構造は、その凹凸構造の軸方向が有機シリカ薄膜101の面S2の表面に対して略垂直な方向(90°±30°、より好ましくは90°±20°)にあることが好ましい(該凹凸構造の軸方向と有機シリカ薄膜101の面S2の表面とのなす角度が略垂直(90°±30°、より好ましくは90°±20°)となるような方向にあることが好ましい)。なお、有機シリカ薄膜101に形成されている凹凸構造の軸方向が前記方向にない場合には、質量分析に利用する場合にレーザ光を照射しても、凹凸の空隙部(細孔の場合には細孔空間)に吸着させた分子を膜外に脱離、気化させることが困難となる傾向にある。なお、図2に示す積層体(多層構造体)の場合、有機シリカ薄膜101の面S2の表面は、平面であり、有機シリカ薄膜101が基材100上に積層されており、かつ、基材100の表面に対向する面となる。また、凹凸構造の軸方向が有機シリカ薄膜101の面S2の表面に対して略垂直な方向にあるか否かの判断は、以下のようにして行う。すなわち、有機シリカ薄膜の断面を原子間力顕微鏡(AFM)測定により求めて、任意の100点以上の凹凸構造の軸方向をそれぞれ測定して、いずれの凹凸の軸方向も凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直(90°±30°、より好ましくは90°±20°)となっている場合に、凹凸構造の軸方向が有機シリカ薄膜の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直な方向にあるものと判断できる。
Thus, in the uneven structure formed on the organic silica
また、このような有機シリカ薄膜は、凹部が柱状の細孔により形成されてなる凹凸構造を有する多孔膜、又は、凸部が柱状体により形成されかつ該柱状体が配列されてなるピラーアレイからなる凹凸構造を有する薄膜であることが好ましい。すなわち、このような凹凸構造としては、凹部が柱状の細孔により形成されてなる凹凸構造であること、又は、凸部が柱状体により形成されかつ該柱状体が配列されてなるピラーアレイからなる凹凸構造であることが好ましい。 In addition, such an organic silica thin film is a porous film having an uneven structure in which concave portions are formed by columnar pores, or a pillar array in which convex portions are formed by columnar bodies and the columnar bodies are arranged. A thin film having an uneven structure is preferable. That is, such an uneven structure may be an uneven structure in which the concave portions are formed by columnar pores, or an uneven structure in which the convex portions are formed by columnar bodies and composed of a pillar array in which the columnar bodies are arranged. A structure is preferred.
このような有機シリカ薄膜の凹凸構造において、凸部の壁面間の距離の平均値は、5~500nmであることが好ましく、5~200nmであることがより好ましく、5~100nmであることが更に好ましい。このような凸部の壁面間の距離の平均値が前記下限未満では凹凸の空隙部(細孔の場合には細孔空間)に分子量の大きな分子を導入して吸着させることが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると凹凸構造の形成による表面積の増加効果を十分に得られない傾向にある。なお、このような凸部の壁面間の距離の平均値は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて凹凸構造を測定し、凹凸構造の断面図(縦断面図)を求めて、該断面図に基づいて、任意の100点以上の凸部について、該凸部の高さが後述の凸部の平均高さの半分となる位置(なお、壁面間の距離の測定に利用される凸部の高さ位置は、その凸部ごとに、該凸部と最近接の凸部との間の凹部の最下点を、高さの基準(高さが0nmである)とみなして求める)において、該凸部と最近接の凸部との間の壁面間の距離(水平方向の距離)を求めて、その平均を計算することにより求めることができる。なお、このように凸部の高さが後述の凸部の平均高さの半分となる位置における、最近接の凸部間の壁面間距離(水平方向の距離)を凸部間の距離とみなすことで、凸部が、両端部の大きさ(直径、長さ等)が異なる柱状体の形状を有するものであっても、その柱状体間の距離を測定でき、これにより、例えば、凹部に導入する測定対象分子等の種類に応じて、その設計を適宜検討することも可能となる。すなわち、かかる凸部間の壁面間距離は、凹部の空隙部の大きさの指標として利用できる。なお、このような凸部の壁面間の距離は、凹部が柱状の細孔により形成されてなる凹凸構造である場合においては、細孔の直径とみなすことができる。このような観点から、凹部が柱状の細孔により形成されてなる凹凸構造である場合には該細孔の平均細孔直径が、5~500nm(より好ましくは5~200nm、更に好ましくは5~100nm)であることが好ましいといえ、同様に、凸部が柱状体により形成されかつ該柱状体が配列されてなるピラーアレイからなる凹凸構造である場合、凸部の壁面間の距離(ピラー間の距離)の平均値は5~500nm(より好ましくは5~200nm、更に好ましくは5~100nm)であることが好ましいといえる。 In such a concave-convex structure of the organic silica thin film, the average value of the distance between the wall surfaces of the convex portions is preferably 5 to 500 nm, more preferably 5 to 200 nm, and further preferably 5 to 100 nm. preferable. If the average value of the distance between the wall surfaces of such convex portions is less than the lower limit, it tends to be difficult to introduce and adsorb molecules with a large molecular weight into the uneven voids (pore spaces in the case of pores). On the other hand, when the above upper limit is exceeded, there is a tendency that the effect of increasing the surface area due to the formation of the uneven structure cannot be sufficiently obtained. In addition, the average value of the distance between the wall surfaces of such a convex portion is obtained by measuring the uneven structure using an atomic force microscope (AFM), obtaining a cross-sectional view (longitudinal cross-sectional view) of the uneven structure, and obtaining the cross-sectional view Based on, for any 100 or more convex portions, the position where the height of the convex portion is half the average height of the convex portion described later (the height of the convex portion used for measuring the distance between the wall surfaces The height position is obtained by considering the lowest point of the concave portion between the convex portion and the nearest convex portion as the height reference (height is 0 nm) for each convex portion). It can be obtained by obtaining the wall-to-wall distance (horizontal distance) between the convex portion and the nearest convex portion and calculating the average thereof. The distance between the wall surfaces (horizontal distance) between the nearest protrusions at the position where the height of the protrusions is half the average height of the protrusions described later is regarded as the distance between the protrusions. Therefore, even if the projection has a columnar shape with different sizes (diameter, length, etc.) at both ends, the distance between the columns can be measured. It is also possible to appropriately consider the design according to the type of the molecule to be measured to be introduced. In other words, the wall-to-wall distance between the protrusions can be used as an index of the size of the voids of the recesses. The distance between the wall surfaces of such projections can be regarded as the diameter of the pores when the recesses have an uneven structure formed of columnar pores. From this point of view, when the recesses have an uneven structure formed by columnar pores, the average pore diameter of the pores is 5 to 500 nm (more preferably 5 to 200 nm, more preferably 5 to 500 nm). 100 nm). Similarly, when the protrusions are formed of pillars and the protrusions have a pillar array in which the pillars are arranged, the distance between the wall surfaces of the protrusions (between the pillars distance) is preferably 5 to 500 nm (more preferably 5 to 200 nm, still more preferably 5 to 100 nm).
また、このような有機シリカ薄膜の凹凸構造において、凸部の平均高さ(凹部の平均深さ)は、前記凸部の壁面間の距離の平均値以上であることが好ましく、20~1500nmとすることが更に好ましく、50~500nmとすることが特に好ましい。なお、凸部の平均高さ(凹部の平均深さ)は、後述の膜の厚みTと同程度の範囲とすることがより好ましい。このような凸部の平均高さ(凹部の平均深さ)が前記下限未満では凹凸構造の形成による表面積の増加効果を十分に得られない傾向にあり、他方、前記上限を超えると有機シリカ薄膜を質量分析に利用する場合にレーザ光を照射しても、空隙部(細孔の場合には細孔空間内)の深部に吸着された分子を膜外に脱離、気化させることが困難となる傾向にある。なお、ここにいう凸部の平均高さ(凹部の平均深さ)は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて凹凸構造を測定し、凹凸構造の断面図(縦断面図)を求めて、該断面図に基づいて、任意の100点以上の凸部に対して、隣接する凹部のうちの最も低い位置にある点(凹部の最下点)と該凸部の頂点の高さの差(垂直方向の距離)を求めて、その平均を計算することで求めることができる。 Further, in such an uneven structure of the organic silica thin film, the average height of the protrusions (average depth of the recesses) is preferably equal to or greater than the average distance between the wall surfaces of the protrusions, and is 20 to 1500 nm. is more preferable, and 50 to 500 nm is particularly preferable. It is more preferable that the average height of the projections (average depth of the recesses) is in the same range as the thickness T of the film described later. If the average height of the protrusions (average depth of the recesses) is less than the lower limit, the effect of increasing the surface area due to the formation of the uneven structure tends to be insufficient. is used for mass spectrometry, it is difficult to desorb and evaporate the molecules adsorbed in the deep part of the pores (in the pore space in the case of pores) outside the membrane even if laser light is irradiated. tend to become The average height of the protrusions (average depth of the recesses) referred to here is obtained by measuring the uneven structure using an atomic force microscope (AFM) and obtaining a cross-sectional view (longitudinal cross-sectional view) of the uneven structure. Based on the cross-sectional view, for any 100 or more convex portions, the difference between the lowest point (the lowest point of the concave portion) among the adjacent concave portions and the height of the apex of the convex portion ( It can be obtained by obtaining the vertical distance) and calculating the average.
また、このような凹凸構造としては、凹凸の平均ピッチが20~1000nmであることが好ましく、20~500nmであることがより好ましく、20~200nmであることが更に好ましい。このような凹凸の平均ピッチが前記下限未満では高アスペクト比の凹凸構造の製造が困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると凹凸構造の形成による表面積の増加効果を十分に得られない傾向にある。このような平均ピッチとしては、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて凹凸構造を測定し、凹凸構造の断面図(縦断面図)を求めて、該断面図に基づいて、任意の100点以上の凸部について、その凸部と最近接の凸部との間において、凸部の頂点(凸部の断面形状が略長方形状等の形状で、凸部の上部が凸部の頂点を含む直線となっている場合(例えば凸部が円柱状で上部が平面である場合)には、その上部の中心点)間の水平方向の距離を測定し、それぞれの測定値の平均として求められる値を採用する。 In addition, the average pitch of the uneven structure is preferably 20 to 1000 nm, more preferably 20 to 500 nm, even more preferably 20 to 200 nm. If the average pitch of such unevenness is less than the lower limit, it tends to be difficult to produce a textured structure with a high aspect ratio. There is a tendency. As such an average pitch, the uneven structure is measured using an atomic force microscope (AFM), a cross-sectional view (longitudinal cross-sectional view) of the uneven structure is obtained, and based on the cross-sectional view, any 100 points or more With respect to the convex portion, between the convex portion and the nearest convex portion, the vertex of the convex portion (the cross-sectional shape of the convex portion is a shape such as a substantially rectangular shape, and the upper portion of the convex portion is a straight line that includes the vertex of the convex portion (For example, if the convex part is cylindrical and the upper part is flat), measure the horizontal distance between the center points of the upper part) and calculate the average of each measured value. adopt.
なお、このような有機シリカ薄膜の凹凸構造が、凸部が柱状体により形成されかつ該柱状体が配列されてなるピラーアレイからなる凹凸構造である場合、該柱状体の短軸の平均長さは10~500nmであることが好ましく、10~200nmであることがより好ましく、10~150nmであることが更に好ましい。このような短軸の平均長さが前記下限未満では高アスペクト比の凹凸構造の製造が困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると凹凸構造の形成による表面積の増加効果を十分に得られない傾向にある。このような柱状体の短軸の長さは、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて凹凸構造を測定し、凹凸構造の断面図(縦断面図)を求めて、該断面図に基づいて、任意の100点以上の柱状体の短軸の長さを求めて、その平均を計算することにより求めることができる。なお、ここにいう柱状体の短軸とは、柱状体の重心を通り且つ長軸と垂直な軸をいい、柱状体の縦断面図に基づいて求めることができる。 When the uneven structure of such an organic silica thin film is a pillar array in which the protrusions are formed by columnar bodies and the columnar bodies are arranged, the average length of the short axis of the columnar bodies is It is preferably 10 to 500 nm, more preferably 10 to 200 nm, even more preferably 10 to 150 nm. If the average length of the minor axis is less than the lower limit, it tends to be difficult to produce a textured structure with a high aspect ratio. tend not to be The length of the short axis of such a columnar body is determined by measuring the uneven structure using an atomic force microscope (AFM), obtaining a cross-sectional view (longitudinal cross-sectional view) of the uneven structure, and based on the cross-sectional view, It can be obtained by obtaining the length of the short axis of the columnar body at arbitrary 100 points or more and calculating the average. The short axis of the columnar body here means an axis that passes through the center of gravity of the columnar body and is perpendicular to the long axis, and can be obtained based on the vertical cross-sectional view of the columnar body.
また、本発明において、前記有機シリカ薄膜は、該有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されているものである。このようなチタン酸化物の含有量(前述のチタン元素比)が前記下限未満では、試料分子の吸着部位の形成が不十分となり、分析領域内における分析対象物質のシグナル強度の均一性が低下し、他方、前記上限を超えると有機基によるレーザー光の吸収及びそのようなレーザー光の吸収により生じたエネルギーの分析対象物質への伝達が阻害されることとなる。また、有機基によるレーザー光の吸収及びそのようなレーザー光の吸収により生じたエネルギーの分析対象物質への伝達が阻害されることを十分に抑制しつつ、試料分子の吸着部位をより均一に形成することが可能となることから、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.7~3.0at%含有されていることがより好ましく、1.0~2.0at%含有されていることが更に好ましい。 Further, in the present invention, the organic silica thin film contains 0.5 to 4.0 atomic % of titanium oxide in terms of titanium element ratio in a region within a range of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film. There is. If the content of such titanium oxide (the aforementioned titanium element ratio) is less than the lower limit, the formation of adsorption sites for sample molecules is insufficient, and the uniformity of the signal intensity of the substance to be analyzed within the analysis region decreases. On the other hand, if the above upper limit is exceeded, the absorption of laser light by the organic groups and the transmission of the energy generated by such absorption of the laser light to the substance to be analyzed will be inhibited. In addition, while sufficiently suppressing the absorption of laser light by the organic groups and the inhibition of the transmission of the energy generated by such absorption of the laser light to the substance to be analyzed, the adsorption sites of the sample molecules are formed more uniformly. From the fact that it is possible to make it possible, it is possible to contain 0.7 to 3.0 at % of titanium oxide in a region within a range of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film. More preferably, the content is 1.0 to 2.0 at %.
なお、本発明において、前記チタン元素比(前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内に含有されている前記チタン酸化物の前記チタン元素比[単位:at%])は、以下のようにして求められる値を採用する。すなわち、このようなチタン元素比としては、X線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)によって検出される、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内に存在する全ての元素の含有率(原子比)を求め、測定される全元素の総量に対するチタン元素の含有比(原子比:チタン元素の元素構成比)を求めることで得られる値を採用する。このようなXPSは、物質の最表面から深さ方向に10nm程度以内の領域の元素の比率を調べる際に利用することができる方法である。なお、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内に含まれる元素(例えば、有機基の種類によっても異なるが、ケイ素、炭素、酸素、窒素、チタン等)の含有率(原子比)は、市販のXPS装置によって分析できることから(水素は検出不可)、そのような市販のXPS装置によって測定できる前記領域内に存在する全ての元素(水素を除く全元素)の量(原子量)をそれぞれ求め、その総量に対するチタン元素の比を(原子%:チタン元素の元素構成比)を算出することで求めることができる。なお、測定方法や測定装置の種類、測定条件等は、同様な結果が得られるのであれば、特に制限されないが、測定装置としてXPS装置(アルバックファイ社製の商品名「PHI 5000 Versaprobe II」)を用いて、下記測定条件を採用することが好ましい。
[X線光電子分光法の測定条件]
X線源 :AlKα,1486.6ev
光電子取出角 :45°
分析領域 :直径100μmの領域
パスエネルギー :93.8eV
エネルギーステップ:0.2eV。
In the present invention, the titanium element ratio (the titanium element ratio of the titanium oxide contained in a region within a range of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film [unit: at %]) adopts the value obtained as follows. That is, such a titanium element ratio exists within a range of up to 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film, which is detected by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The content ratio (atomic ratio) of all the elements to be measured is obtained, and the content ratio of the titanium element to the total amount of all the elements to be measured (atomic ratio: element composition ratio of the titanium element) is adopted. Such XPS is a method that can be used to examine the ratio of elements in a region within about 10 nm in the depth direction from the outermost surface of a substance. In addition, the content of elements (for example, silicon, carbon, oxygen, nitrogen, titanium, etc., although it varies depending on the type of organic group) contained within a range of up to 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film. Since the (atomic ratio) can be analyzed by a commercial XPS device (hydrogen is not detectable), the amount of all elements (all elements except hydrogen) present in the region that can be measured by such a commercial XPS device ( atomic weight), and the ratio of the titanium element to the total amount (atomic %: element composition ratio of the titanium element). The measurement method, type of measurement device, measurement conditions, etc. are not particularly limited as long as similar results can be obtained. It is preferable to adopt the following measurement conditions using .
[Measurement conditions for X-ray photoelectron spectroscopy]
X-ray source: AlKα, 1486.6ev
Photoelectron extraction angle: 45°
Analysis region: 100 μm diameter region Pass energy: 93.8 eV
Energy step: 0.2 eV.
また、本発明においては、前記有機シリカ薄膜が表面に疎水基を有することが好ましい。このような疎水基を有することで、分析対象物質を含む試料溶液を薄膜上に滴下する際に着液面積をより小さくでき、分析対象物質の担持密度をより高めて、LDI-MS時において、分析対象物質のシグナル強度をより向上させることが可能となる。 Further, in the present invention, the organic silica thin film preferably has a hydrophobic group on its surface. By having such a hydrophobic group, the liquid contact area can be made smaller when the sample solution containing the substance to be analyzed is dropped onto the thin film, and the carrying density of the substance to be analyzed can be increased, and during LDI-MS, It becomes possible to further improve the signal intensity of the substance to be analyzed.
また、このような疎水基としては、疎水性の観点から、脂肪族系の炭素骨格を主骨格とする基(疎水基)であることが好ましい。ここで、「脂肪族系の炭素骨格」とは、脂肪族系炭化水素と同様の炭素骨格構造を有する部分を含み、骨格中に複数の炭素原子(C)を有している構造(骨格)をいい、脂肪族系炭化水素の炭素原子のみにより形成された骨格であってもよいし、脂肪族系炭化水素の炭素原子とその他の原子(ヘテロ原子)との結合により形成された骨格(脂肪族系炭化水素の炭素の少なくとも一部がヘテロ原子(例えば酸素原子、窒素原子等)で置換されてなるような構造を有する骨格)であってもよい。 From the viewpoint of hydrophobicity, such a hydrophobic group is preferably a group having an aliphatic carbon skeleton as a main skeleton (hydrophobic group). Here, the “aliphatic carbon skeleton” includes a portion having a carbon skeleton structure similar to that of aliphatic hydrocarbons, and a structure (skeleton) having a plurality of carbon atoms (C) in the skeleton. It may be a skeleton formed only by carbon atoms of aliphatic hydrocarbons, or a skeleton formed by bonding carbon atoms of aliphatic hydrocarbons and other atoms (hetero atoms) (fatty It may also be a skeleton having a structure in which at least part of the carbon atoms of the family hydrocarbon is substituted with a heteroatom (for example, an oxygen atom, a nitrogen atom, etc.).
このような疎水基としては、特に制限されないが、アルキル基、フッ素原子含有基、及び、アルコキシ基からなる群から選択される少なくとも1種の基が好ましい。 Although such a hydrophobic group is not particularly limited, at least one group selected from the group consisting of an alkyl group, a fluorine atom-containing group, and an alkoxy group is preferable.
また、このような疎水基として好適なフッ素原子含有基としては、例えば、フルオロアルキル基、フルオロエーテル基等が挙げられる。ここで、フルオロアルキル基とは、水素原子の少なくとも一部がフッ素原子に置換されたアルキル基(水素原子が部分的にフッ素原子に置換されたアルキル基又はパーフルオロアルキル基)を意味する。このようなフルオロアルキル基(水素原子の少なくとも一部がフッ素原子に置換されたアルキル基)の主骨格(炭素骨格)の炭素数(アルキル鎖の炭素数)は3以上(更に好ましくは4以上、特に好ましくは5以上)であることが好ましい。このような炭素数が前記下限未満では十分な疎水性をえることができなくなる傾向にある。このようなフルオロアルキル基としては、例えば、式:CF3-、CF3-CH2-、CF3-CF2-、CF3-CH2-CH2-、CF3-CF2-CH2-、CF3-CF2-CF2-、CF3-CF2-CH2-CH2-、F-CH2-CF2-CH2-CH2-、CF2(CF3)-CH2-CH2-で表される基等が挙げられる。 Examples of fluorine atom-containing groups suitable as such hydrophobic groups include fluoroalkyl groups and fluoroether groups. Here, the fluoroalkyl group means an alkyl group in which at least part of hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms (an alkyl group or a perfluoroalkyl group in which hydrogen atoms are partially substituted with fluorine atoms). The number of carbon atoms (the number of carbon atoms in the alkyl chain) of the main skeleton (carbon skeleton) of such a fluoroalkyl group (an alkyl group in which at least part of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms) is 3 or more (more preferably 4 or more, 5 or more) is particularly preferable. If the number of carbon atoms is less than the above lower limit, there is a tendency that sufficient hydrophobicity cannot be obtained. Such fluoroalkyl groups include , for example , the _ _ , CF 3 -CF 2 -CF 2 -, CF 3 -CF 2 -CH 2 -CH 2 -, F-CH 2 -CF 2 -CH 2 -CH 2 -, CF 2 (CF 3 )-CH 2 -CH A group represented by 2- and the like can be mentioned.
また、前記フッ素原子含有基として好適なフルオロエーテル基は、下記一般式(i): Further, a fluoroether group suitable as the fluorine atom-containing group is represented by the following general formula (i):
[式(i)中、R10は、水素原子の少なくとも一部がフッ素原子に置換された2価のアルキレン基(フッ化アルキレン基)を示す。]
で表される構造を有する基をいう。このような式(i)中のR10(水素原子の少なくとも一部がフッ素原子に置換されたアルキレン基(フッ化アルキレン基))としては、下記一般式(ii):
-CnF2n- (ii)
[式(ii)中、nは1~20(好ましくは1~10、更に好ましくは1~5、特に好ましくは1~3)の整数を示す。]
で表される2価のパーフルオロアルキレン基がより好ましい。このような式(i)で表される構造として好適なものとしては、例えば、式:-CF2-O-、-CF2-CF2-O-、-CF2-CF2-CF2-O-で表される基等が挙げられる。
[In formula (i), R 10 represents a divalent alkylene group (fluorinated alkylene group) in which at least part of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms. ]
A group having a structure represented by R 10 (alkylene group in which at least part of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms (fluorinated alkylene group)) in formula (i) has the following general formula (ii):
-CnF2n- ( ii)
[In formula (ii), n represents an integer of 1 to 20 (preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, particularly preferably 1 to 3). ]
A divalent perfluoroalkylene group represented by is more preferable. Suitable structures represented by formula (i) include, for example, the formulas: -CF 2 -O-, -CF 2 -CF 2 -O-, -CF 2 -CF 2 -CF 2 - A group represented by O— and the like can be mentioned.
このような式(i)で表される構造を有するフルオロエーテル基としては、例えば、下記一般式(iii): Examples of the fluoroether group having the structure represented by formula (i) include the following general formula (iii):
[式(iii)中、R20は水素原子、フッ素原子、メチル基、及び、トリフルオロメチル基のうちのいずれかを示し、R10は上記一般式(i)中のR10と同義であり、aは1~200の整数(繰り返しの数)を示し、R21は2価のアルキレン基又は水素原子の少なくとも一部がフッ素原子に置換された2価のアルキレン基(フッ化アルキレン基)を示す。]
で表される基を好適なものとして例示できる。このような式(iii)中のR20としては、フッ化アルキル基の有する高い疎水性を考慮すると、トリフルオロメチル基又はフッ素原子であることがより好ましい。また、R21としての2価のアルキレン基は、式:-CnH2n-[式中のnは整数(より好ましくは1~10のうちのいずれかの整数、更に好ましくは1~5のうちのいずれかの整数、特に好ましくは1~3のうちのいずれかの整数)を示す。]で表される基である。また、R21としての前記2価のフッ化アルキレン基としては、式:-CnH2n-で表される基の水素原子の少なくとも一部がフッ素原子に置換されたものであればよく、特に制限されないが、例えば、式:-CF2-、-CF(CF3)-、-CH2-CF2-、-CF2-CF2-、-CF2-CF2-CH2-CH2-、-CH2-CF2-CH2-CH2-、-CF(CF3)-CH2-CH2-で表される基等が好適なものとして挙げられる。
[In formula (iii), R 20 represents any one of a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, and a trifluoromethyl group, and R 10 has the same definition as R 10 in the general formula (i); , a represents an integer of 1 to 200 (number of repetitions), R 21 represents a divalent alkylene group or a divalent alkylene group in which at least part of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms (fluorinated alkylene group) show. ]
A group represented by can be exemplified as a suitable one. Considering the high hydrophobicity of the fluorinated alkyl group, R 20 in such formula (iii) is more preferably a trifluoromethyl group or a fluorine atom. In addition, a divalent alkylene group as R 21 has the formula: —C n H 2n — [wherein n is an integer (more preferably any integer from 1 to 10, more preferably from 1 to 5 any integer of 1 to 3, particularly preferably any integer of 1 to 3). ] is a group represented by Further, the divalent fluorinated alkylene group as R 21 may be a group represented by the formula: —C n H 2n — in which at least part of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms. Examples include, but are not limited to, formulas: -CF 2 -, -CF(CF 3 )-, -CH 2 -CF 2 -, -CF 2 -CF 2 -, -CF 2 -CF 2 -CH 2 -CH 2 Groups represented by -, -CH 2 -CF 2 -CH 2 -CH 2 -, and -CF(CF 3 )-CH 2 -CH 2 - are preferred.
また、このような疎水基は、それぞれ側鎖を含んでいてもよい。このような側鎖を形成し得る基としては、疎水性の観点からは、アルキル基、フッ化アルキル基、フルオロエーテル基、及び、アルコキシ基からなる群から選択される少なくとも1種の基が好ましい。このような側鎖を含む疎水基としては、例えば、該疎水基の主骨格を形成する脂肪族系の炭素骨格に結合している原子(例えば、水素原子やハロゲン原子)の少なくとも一部が、上記側鎖を形成し得る基(アルキル基、フッ化アルキル基、フルオロエーテル基、及び、アルコキシ基からなる群から選択される少なくとも1種の基)に置換された基等を例示することができる。 Each such hydrophobic group may also contain a side chain. From the viewpoint of hydrophobicity, the group capable of forming such a side chain is preferably at least one group selected from the group consisting of an alkyl group, a fluorinated alkyl group, a fluoroether group, and an alkoxy group. . As the hydrophobic group containing such a side chain, for example, at least part of the atoms (e.g., hydrogen atoms and halogen atoms) bonded to the aliphatic carbon skeleton forming the main skeleton of the hydrophobic group is A group substituted with a group capable of forming the side chain (at least one group selected from the group consisting of an alkyl group, a fluorinated alkyl group, a fluoroether group, and an alkoxy group) can be exemplified. .
なお、このような疎水基は、例えば、後述の疎水性材料(前記疎水基を有する疎水性材料)を用いて、有機シリカ薄膜の表面に導入することができ、そのような疎水性材料からなる層を有機シリカ薄膜の表面に形成してもよい。なお、疎水性材料や、その導入方法については、後述する。 In addition, such a hydrophobic group can be introduced to the surface of the organic silica thin film by using, for example, a hydrophobic material (hydrophobic material having the hydrophobic group) described later, and A layer may be formed on the surface of the organic silica thin film. The hydrophobic material and its introduction method will be described later.
また、このような有機シリカ薄膜の厚みTは、20~2000nmであることが好ましく、50~1000nmであることがより好ましく、100~500nmであることが更に好ましい。このような厚みが前記下限未満では、質量分析の基板として利用した場合にレーザー光を十分に吸収できず、測定対象分子の脱離及びイオン化の効率が低下してしまう傾向にあり、他方、前記上限を超えると、質量分析の基板として利用した場合に、レーザー光が薄膜の深部まで到達せず、深部に測定対象分子が吸着されていた場合に、その測定対象分子の脱離及びイオン化の効率が低下する傾向にある。 The thickness T of such an organic silica thin film is preferably 20 to 2000 nm, more preferably 50 to 1000 nm, even more preferably 100 to 500 nm. If the thickness is less than the lower limit, the laser beam cannot be sufficiently absorbed when used as a substrate for mass spectrometry, and the efficiency of desorption and ionization of molecules to be measured tends to decrease. When the upper limit is exceeded, when the laser beam does not reach the deep part of the thin film when used as a substrate for mass spectrometry, and the molecule to be measured is adsorbed in the deep part, the efficiency of desorption and ionization of the molecule to be measured tends to decline.
また、本発明の有機シリカ基板は、例えば、図2や図3に示すように、前記有機シリカ薄膜を基材100上に積層した積層体などの形態としてもよい。このような基材としては、有機シリカ薄膜を支持することが可能なものであればよく、特に制限されないが、例えば、シリコン基材(Si基材)、石英基材、ガラス基材、各種金属基材、各種薄膜、等のような、シリカ膜を製造する際に利用することが可能な公知の基材を適宜利用できる。このような基材としては、その形態は特に制限されないが、平板状のものが好ましい。
Further, the organic silica substrate of the present invention may be in the form of a laminate in which the organic silica thin film is laminated on a
このような本発明の有機シリカ基板の製造するために好適に利用可能な方法としては、特に制限されないが、例えば、レーザー光を吸収可能な有機基を有する前記有機ケイ素化合物(より好ましくは前記化合物群(A)の中から選択される1種の有機ケイ素化合物)を部分的に重合せしめて得られたゾル溶液を用いて、前記基材上に該ゾル溶液の塗膜を形成した後、これを硬化せしめることにより、有機シリカ薄膜を得る第一工程と、前記第一工程により得られた有機シリカ薄膜の表面にチタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランを、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されるように、接触せしめた後に反応させて、有機シリカ薄膜の表面上にチタン酸化物を含有する層を形成せしめることにより、上記本発明の有機シリカ基板を得る第二工程とを含む方法(以下、このような第一工程及び第二工程を含む方法を、便宜上、単に「方法(I)」と称する)を採用することができる。なお、前記方法(I)を採用した場合において、例えば、第一工程において、前記ゾル溶液を用いて塗膜を形成した後、完全に硬化する前に、その塗膜にナノインプリントにより凹凸構造を形成し、その後、硬化せしめることにより、前述の凹凸構造を有する多孔膜(有機シリカ薄膜)を得ることも可能である。また、前記方法(I)を採用した場合において、例えば、第二工程において、有機シリカ薄膜の表面にチタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランを接触させる際に、疎水性材料も同時に接触させる等することにより、前記チタン酸化物からなる層を、チタン酸化物と;疎水性材料及び/又はその反応物と;を含む層として、得られる有機シリカ薄膜を、表面に疎水基を有するものとすることも可能である。以下、このような方法(I)について、第一工程と第二工程を分けて簡単に説明する。 The method that can be suitably used for producing such an organic silica substrate of the present invention is not particularly limited. A sol solution obtained by partially polymerizing an organosilicon compound selected from group (A)) is used to form a coating film of the sol solution on the substrate, followed by and applying titanium alkoxide and tetraalkoxysilane to the surface of the organic silica thin film obtained in the first step in a depth direction of 10 nm from the surface of the organic silica thin film. Titanium oxide is contained on the surface of the organic silica thin film by contacting and reacting so that 0.5 to 4.0 atomic % of titanium oxide is contained in the range of up to and a second step of obtaining the organic silica substrate of the present invention by forming a layer (hereinafter, for convenience, the method including such first and second steps is simply referred to as "method (I)". ) can be adopted. In the case where the method (I) is employed, for example, in the first step, after forming a coating film using the sol solution and before it is completely cured, the coating film is formed with an uneven structure by nanoimprinting. Then, by curing, it is possible to obtain a porous film (organic silica thin film) having the uneven structure described above. Further, when the method (I) is employed, for example, in the second step, when the titanium alkoxide and tetraalkoxysilane are brought into contact with the surface of the organic silica thin film, a hydrophobic material is also brought into contact at the same time. The layer made of titanium oxide may be a layer containing titanium oxide; be. Hereinafter, such method (I) will be briefly described separately for the first step and the second step.
(第一工程)
このような方法(I)の第一工程は、レーザー光を吸収可能な有機基を有する前記有機ケイ素化合物(より好ましくは前記化合物群(A)の中から選択される1種の有機ケイ素化合物)を部分的に重合せしめて得られたゾル溶液を用いて、前記基材上に該ゾル溶液の塗膜を形成した後、これを硬化せしめることにより、有機シリカ薄膜を得る工程である。
(First step)
The first step of such method (I) is the organosilicon compound having an organic group capable of absorbing laser light (more preferably, one organosilicon compound selected from the compound group (A)) A sol solution obtained by partially polymerizing is used to form a coating film of the sol solution on the substrate, followed by curing to obtain an organic silica thin film.
このような第一工程に利用するゾル溶液(コロイド溶液)は、前記レーザー光を吸収可能な有機基を有する有機ケイ素化合物を部分的に重合せしめて得られるものである。このようなゾル溶液は、前記有機ケイ素化合物(より好ましくは前記化合物群(A)の中から選択される1種の有機ケイ素化合物)を用いる以外は、シリカ構造体を製造する分野において、いわゆるゾル-ゲル法として知られる公知の方法を採用することにより適宜形成することができる。なお、このようなゾル溶液は、前記有機ケイ素化合物を部分的に加水分解及び縮合反応せしめて得られる部分重合物を含む溶液であることが好ましい。このような溶液に利用する溶媒としては、特に制限されず、いわゆるゾル-ゲル法に用いられる公知の溶媒を適宜利用でき、例えば、メタノール、エタノール、メトキシエタノール、1-プロパノール、2-プロパノール(イソプロパノール)、アセトン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド、1,4-ジオキサン、アセトニトリル等の有機溶媒が挙げられる。このような溶媒の中でも室温付近での揮発性及び有機化合物の高い溶解性の観点から、メトキシエタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフランが好ましい。 The sol solution (colloidal solution) used in the first step is obtained by partially polymerizing the organosilicon compound having an organic group capable of absorbing laser light. Such a sol solution is a so-called sol in the field of producing silica structures, except that the organosilicon compound (more preferably, one organosilicon compound selected from the compound group (A)) is used. - can be suitably formed by employing a known method known as the gel method; Such a sol solution is preferably a solution containing a partial polymer obtained by partially hydrolyzing and condensing the organosilicon compound. The solvent used for such a solution is not particularly limited, and a known solvent used in the so-called sol-gel method can be appropriately used. ), acetone, tetrahydrofuran, N,N-dimethylformamide, 1,4-dioxane and acetonitrile. Among such solvents, methoxyethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1,4-dioxane, and tetrahydrofuran are preferred from the viewpoint of volatility around room temperature and high solubility of organic compounds.
また、このようなゾル溶液を調製する際に、前記有機ケイ素化合物を部分的に重合せしめるための諸条件(温度や反応時間)は特に制限されず、用いる有機ケイ素化合物の種類に応じて、例えば、反応温度を0~100℃程度、反応時間は5分~24時間程度としてもよい。また、このような部分的な重合を効率よく進行せしめるといった観点からは、酸触媒を利用することが好ましい。このような酸触媒としては、塩酸、硝酸、硫酸といった鉱酸等が挙げられる。 Further, when preparing such a sol solution, the conditions (temperature and reaction time) for partially polymerizing the organosilicon compound are not particularly limited, and depending on the type of the organosilicon compound used, for example, , the reaction temperature may be about 0 to 100° C., and the reaction time may be about 5 minutes to 24 hours. Moreover, from the viewpoint of allowing such partial polymerization to proceed efficiently, it is preferable to use an acid catalyst. Examples of such acid catalysts include mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid.
このようなゾル溶液を調製するための方法としては、例えば、前記有機ケイ素化合物と前記溶媒と前記酸触媒とを含む溶液を準備し、かかる溶液を室温(20~28℃、好ましくは25℃)で0.5~12時間程度撹拌することによって、前記有機ケイ素化合物を部分的に重合(部分加水分解および部分重縮合)させて、ゾル溶液を調製する方法を採用してもよい。このように撹拌して反応させる場合において、前記撹拌時間が前記下限未満になると、シリル基の加水分解反応が不十分となり、製膜後の膜の硬化反応が進行し難い傾向にある。 As a method for preparing such a sol solution, for example, a solution containing the organosilicon compound, the solvent, and the acid catalyst is prepared, and the solution is heated to room temperature (20 to 28°C, preferably 25°C). for about 0.5 to 12 hours to partially polymerize (partially hydrolyze and partially polycondense) the organosilicon compound to prepare a sol solution. In the case where the reaction is carried out by stirring as described above, if the stirring time is less than the lower limit, the hydrolysis reaction of the silyl groups becomes insufficient, and the curing reaction of the formed film tends to be difficult to proceed.
なお、前記ゾル溶液には、本発明の効果を損なわない範囲で、前記有機ケイ素化合物以外の他の有機ケイ素化合物(例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシランといったテトラアルコキシシラン等)を更に含有させてもよい。 Note that the sol solution contains other organosilicon compounds other than the above organosilicon compounds (eg, tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetrabutoxysilane, etc.) within a range that does not impair the effects of the present invention. It may be contained further.
また、ゾル溶液としては、溶媒中の前記有機ケイ素化合物の含有量が0.2~20質量%であることが好ましく、0.5~7質量%であることがより好ましい。このような有機ケイ素化合物の含有量が前記下限未満では厚みを制御しながら均一膜を製造することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えるとゾル溶液中において反応を制御することが困難となり、安定なゾル溶液を調製することが困難となる傾向にある。 As for the sol solution, the content of the organosilicon compound in the solvent is preferably 0.2 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 7% by mass. If the content of the organosilicon compound is less than the lower limit, it tends to be difficult to produce a uniform film while controlling the thickness. It tends to be difficult to prepare a stable sol solution.
さらに、このようなゾル溶液としては、溶媒中の前記有機ケイ素化合物の含有量が2~200g/Lであることが好ましく、5~100g/Lであることがより好ましい。このような有機ケイ素化合物の含有量が前記下限未満では厚みを制御しながら均一膜を製造することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えるとゾル溶液中において反応を制御することが困難となり、安定なゾル溶液を調製することが困難となる傾向にある。 Furthermore, in such a sol solution, the content of the organosilicon compound in the solvent is preferably 2 to 200 g/L, more preferably 5 to 100 g/L. If the content of the organosilicon compound is less than the lower limit, it tends to be difficult to produce a uniform film while controlling the thickness. It tends to be difficult to prepare a stable sol solution.
また、このようなゾル溶液は、前記有機ケイ素化合物を部分的に重合せしめて形成した後、製造時のコンタミネーション防止及びより高い平滑性の確保の観点から、メンブレンフィルター等で濾過した後に製膜に利用することが好ましい。 In addition, such a sol solution is formed by partially polymerizing the organosilicon compound, and then filtered with a membrane filter or the like from the viewpoint of preventing contamination during production and ensuring higher smoothness. It is preferable to use
また、上記のゾル溶液から得られる塗膜の形成方法は特に制限されず、ゾル溶液を、型にキャストする方法や各種コーティング方法で基材に塗布する方法が好適に採用される。さらに、このようなコーティング方法としては、公知の方法(例えば、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーターなどを用いて塗布する方法、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング等といった方法)を適宜採用することができる。 The method of forming the coating film obtained from the sol solution is not particularly limited, and a method of casting the sol solution into a mold or a method of coating the base material by various coating methods is preferably employed. Furthermore, as such a coating method, a known method (for example, a method of coating using a bar coater, a roll coater, a gravure coater, etc., a method such as dip coating, spin coating, spray coating, etc.) can be appropriately adopted. can.
また、このようなゾル溶液から得られる膜(未硬化又は半硬化)の厚みとしては、0.1~100μmであることが好ましく、0.1~25μmであることがより好ましい。このような膜の厚みが前記下限未満では基板全面において膜の厚みを均等に保つことが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると流動や液だれによって膜厚にむらができ易い傾向にある。 The thickness of the film (uncured or semi-cured) obtained from such a sol solution is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 0.1 to 25 μm. If the thickness of such a film is less than the lower limit, it tends to be difficult to keep the thickness of the film uniform over the entire surface of the substrate. It is in.
また、このような塗膜を硬化させる方法としては、用いた有機ケイ素化合物の種類に応じて、その加水分解及び縮合反応が進行するような条件を適宜採用すればよく、その温度や加熱時間等は特に制限されないが、25~150℃程度の温度で1~48時間程度の時間加熱せしめることが好ましい。このように加熱することで、前記有機ケイ素化合物及び/又は前記有機ケイ素化合物の部分重合物の加水分解及び縮合反応を更に進行せしめることが可能となり、これにより、前記ゾル溶液から得られる塗膜を硬化せしめて前記有機シリカ薄膜を形成することが可能となる。なお、このような硬化工程においては、残留するアルコキシ基の加水分解や薄膜の硬化をより効率よく進行せしめるために、前記塗膜を、上記温度範囲(25~150℃)で加熱しながら1~48時間程度、塩酸の蒸気に暴露することが好ましい。このような塩酸の蒸気の暴露により、塗膜の表面のみならず、内部における反応促進が可能となり、残留するアルコキシ基の加水分解や薄膜の硬化をより効率よく進行せしめることが可能となると共に、得られる薄膜の表面に水酸基を露出させることも可能となり、第二工程において、かかる水酸基と、チタニアアルコキシドとをより効率よく反応させることや、場合により、疎水性材料を反応させることが可能となる。 In addition, as a method for curing such a coating film, depending on the type of the organosilicon compound used, conditions may be appropriately adopted such that the hydrolysis and condensation reactions proceed, and the temperature, heating time, etc. is not particularly limited, but it is preferable to heat at a temperature of about 25 to 150° C. for a time of about 1 to 48 hours. By heating in this manner, the hydrolysis and condensation reactions of the organosilicon compound and/or the partially polymerized organosilicon compound can be further advanced, thereby forming a coating film obtained from the sol solution. It becomes possible to form the organic silica thin film by curing. In such a curing step, in order to allow the hydrolysis of the remaining alkoxy groups and the curing of the thin film to proceed more efficiently, the coating film is heated in the above temperature range (25 to 150 ° C.) while heating from 1 to 1 Exposure to hydrochloric acid vapors for about 48 hours is preferred. By exposure to such hydrochloric acid vapor, it is possible to promote the reaction not only on the surface of the coating film but also on the inside, and it is possible to proceed more efficiently with hydrolysis of the remaining alkoxy groups and curing of the thin film. It is also possible to expose hydroxyl groups on the surface of the obtained thin film, and in the second step, it is possible to react such hydroxyl groups with titania alkoxide more efficiently, and in some cases, to react with a hydrophobic material. .
なお、このような第一工程においては、前述のように、前記ゾル溶液を用いて塗膜を形成した後、硬化する前に、その塗膜にナノインプリントにより凹凸構造を形成し、その後、硬化せしめることにより、得られる有機シリカ薄膜を凹凸構造を有する多孔膜(有機シリカ薄膜)とすることも可能である。このように、第一工程においてナノインプリント工程(ナノインプリントにより凹凸構造を形成して硬化せしめる工程)を採用する場合には、ナノインプリント工程において、溶媒が蒸発することによる構造収縮の影響が最小化するように、前記ゾル溶液から得られる膜を、溶媒が除去されている膜(溶媒を除去する処理を施した膜であっても、揮発性の溶媒を利用して塗布工程において溶媒を揮発(除去)させて得られる膜であってもよい)とすることが好ましい。なお、このようなゾル溶液から得られる塗膜は、そのゾル溶液の溶媒の種類によっては、膜を形成する工程(塗布工程等)において、溶媒がほとんど蒸発(揮発)する場合があり、そのような場合には、特に溶媒を除去する処理を施さなくても、溶媒の蒸発(揮発)による構造収縮の影響を最小化することが可能である。また、ここにいう「ナノインプリント」には、いわゆるナノインプリント法として知られた公知の技術を適宜採用可能であり、微細な凹凸パターンが形成されたモールド(ナノ構造体)を用いて、そのモールドのパターンを転写する方法(ナノインプリント法)を適宜採用することが可能である。 In such a first step, as described above, after forming a coating film using the sol solution, before curing, the coating film is formed with an uneven structure by nanoimprinting, and then cured. Thus, the obtained organic silica thin film can be made into a porous film (organic silica thin film) having an uneven structure. In this way, when the nanoimprinting step (the step of forming a concave-convex structure by nanoimprinting and curing it) is employed in the first step, the effects of structural shrinkage due to evaporation of the solvent in the nanoimprinting step should be minimized. , the film obtained from the sol solution is treated by volatilizing (removing) the solvent in the coating process using a volatile solvent, even if the film has been treated to remove the solvent. It may be a film obtained by In the coating film obtained from such a sol solution, most of the solvent may evaporate (volatilize) in the process of forming the film (coating process, etc.) depending on the type of solvent used in the sol solution. In this case, it is possible to minimize the effect of structural shrinkage due to evaporation (volatilization) of the solvent without performing any special treatment to remove the solvent. In addition, for the “nanoimprint” referred to herein, a known technique known as a so-called nanoimprint method can be appropriately adopted, and a mold (nanostructure) on which a fine uneven pattern is formed is used to form a pattern of the mold. It is possible to appropriately adopt a method of transferring (nanoimprint method).
このようなナノインプリントに用いるモールドとしては、公知のナノインプリント法に利用可能なモールドを適宜利用することができ、市販品を利用してもよい。また、このようなモールド(ナノ構造体)としては、微細な凹凸パターンが形成されたナノ構造体等、所望の凹凸構造が形成されているものであれば適宜利用することができる。 As a mold used for such nanoimprinting, a mold that can be used for a known nanoimprinting method can be appropriately used, and a commercially available product may be used. Moreover, as such a mold (nanostructure), any mold having a desired uneven structure, such as a nanostructure having a fine uneven pattern, can be appropriately used.
このようなナノインプリントに用いるモールドとしては、形成される有機シリカ薄膜の凹凸構造の軸方向が該有機シリカ薄膜の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直な方向となるような、凹凸構造を有するものであることが好ましい。そのようなモールドを用いることで、モールドの凹凸の特性を転写して、凹凸構造の軸方向が薄膜の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直な方向となる、凹凸構造を有する有機シリカ薄膜を効率よく製造することが可能となる。例えば、凹凸構造が形成された平板をモールドとして利用する場合、そのモールドの凹凸構造を、凹凸構造の軸方向が該平板の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直な方向となっているものとすることで、該モールドの凹凸パターンを転写させた際に、より効率よく、有機シリカ薄膜に形成される凹凸構造の軸方向を、該有機シリカ薄膜の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直な方向とすることが可能である。 As a mold used for such nanoimprinting, the axial direction of the uneven structure of the organic silica thin film to be formed is substantially perpendicular to the surface of the organic silica thin film opposite to the surface on which the uneven structure is formed. It is preferable that it has an uneven structure that provides a direction. By using such a mold, the unevenness characteristics of the mold are transferred, and the axial direction of the unevenness structure is a direction substantially perpendicular to the surface of the thin film opposite to the surface on which the unevenness structure is formed. Thus, it becomes possible to efficiently produce an organic silica thin film having an uneven structure. For example, when a flat plate on which an uneven structure is formed is used as a mold, the uneven structure of the mold is placed on the surface of the flat plate opposite to the surface on which the uneven structure is formed. When the concave-convex pattern of the mold is transferred, the axial direction of the concave-convex structure formed on the organic silica thin film is more efficiently aligned with the direction of the organic silica thin film. The direction can be substantially perpendicular to the surface opposite to the surface on which the uneven structure is formed.
また、このようなナノインプリントに利用するモールドの凹凸構造は、凸部が柱状体により形成されかつ該柱状体が配列されてなるピラーアレイからなる凹凸構造、又は、凹部が柱状の細孔により形成されてなる凹凸構造であることが好ましい。なお、このようなモールドの凹凸構造は、ナノインプリントによりその凹凸構造の特性を転写(反転)させて有機シリカ薄膜に凹凸構造を形成するために利用するものであることから、その凹凸構造の好適な条件は、前述の有機シリカ薄膜の凹凸構造において説明した各種条件(例えば、平均細孔直径、平均ピッチ等)と同様となる。 In addition, the concave-convex structure of the mold used for such nanoimprinting is a concave-convex structure consisting of a pillar array in which the convex portions are formed by columnar bodies and the columnar bodies are arranged, or a concave-convex structure in which the concave portions are formed by columnar pores. It is preferable that the concave-convex structure is In addition, since the concave-convex structure of such a mold is used to transfer (reverse) the characteristics of the concave-convex structure by nanoimprinting to form the concave-convex structure on the organic silica thin film, the concave-convex structure is suitable for the mold. The conditions are the same as the various conditions (e.g., average pore diameter, average pitch, etc.) described above for the uneven structure of the organic silica thin film.
また、ナノインプリントにより凹凸構造を形成して硬化せしめる方法としては、前記ゾル溶液から得られる膜(ゾル溶液の塗膜(未硬化又は半硬化)、ゾル溶液の塗膜に対して溶媒を除去する処理を施した膜(未硬化又は半硬化)等であってもよい)の表面に、前記モールドに形成されている凹凸の特性が転写(反転)されるように、モールドを乗せた後、該モールドを乗せたままの状態で前記ゾル溶液から得られる膜を加熱して硬化させる方法を採用することが好ましい。なお、このようにして加熱して硬化した薄膜からモールドを除去した後、薄膜中に残留するアルコキシ基の加水分解や薄膜の硬化をより十分に進行させるといった観点から、該薄膜を塩酸の蒸気に暴露してもよい。このようにして、ナノインプリントにより効率よく前記多孔膜を形成することができ、これを前記有機シリカ薄膜として利用することが可能である。 In addition, as a method of forming an uneven structure by nanoimprinting and curing it, a film obtained from the sol solution (a coating film of the sol solution (uncured or semi-cured), a treatment of removing the solvent from the coating film of the sol solution, etc. After the mold is placed on the surface of the film (which may be uncured or semi-cured), so that the characteristics of the unevenness formed on the mold are transferred (inverted), the mold It is preferable to employ a method in which the film obtained from the sol solution is cured by heating while it is placed thereon. After removing the mold from the thin film cured by heating in this manner, the thin film is treated with hydrochloric acid vapor from the viewpoint of sufficiently advancing the hydrolysis of the alkoxy groups remaining in the thin film and the curing of the thin film. may be exposed. In this way, the porous film can be efficiently formed by nanoimprinting, and it can be used as the organic silica thin film.
(第二工程)
方法(I)の第二工程は、前記第一工程により得られた有機シリカ薄膜の表面にチタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランを、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されるように接触せしめた後に反応させて、有機シリカ薄膜の表面上にチタン酸化物を含有する層を形成せしめることにより、上記本発明の有機シリカ基板を得る工程である。
(Second step)
In the second step of method (I), titanium alkoxide and tetraalkoxysilane are applied to the surface of the organic silica thin film obtained in the first step in a region of up to 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film. is brought into contact with titanium oxide so that it contains 0.5 to 4.0 at% of titanium element ratio, and then reacted to form a layer containing titanium oxide on the surface of the organic silica thin film, This is the step of obtaining the organic silica substrate of the present invention.
このような第二工程に用いるチタンアルコキシドとしては、特に制限されないが、有機シリカ薄膜の表面上に、より効率よくチタン酸化物を含有する層(チタン酸化物を含む表面近傍の領域)を形成せしめることが可能となることから、テトラアルコキシチタンであることが好ましい。また、このようなテトラアルコキシチタンとしては、例えば、テトラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラブトキシチタンを挙げることができ、中でも、有機シリカ薄膜の表面にチタンアルコキシドを接触させるために、テトラアルコキシチタンを蒸発させて、その蒸気を接触させる方法を採用する場合、より沸点が低く、かつ加水分解反応性が高いものが望ましいことから、テトラエトキシチタン、テトラプロポキシチタンがより好ましく、テトラエトキシチタンが特に好ましい。 The titanium alkoxide used in such a second step is not particularly limited, but is capable of forming a layer containing titanium oxide (a region near the surface containing titanium oxide) more efficiently on the surface of the organic silica thin film. Tetraalkoxytitanium is preferred because it is possible to Examples of such tetraalkoxytitanium include tetraethoxytitanium, tetrapropoxytitanium, and tetrabutoxytitanium. Among them, tetraalkoxytitanium is used to bring the titanium alkoxide into contact with the surface of the organic silica thin film. When a method of evaporating and contacting the vapor is employed, tetraethoxytitanium and tetrapropoxytitanium are more preferable, and tetraethoxytitanium is particularly preferable, since those having a lower boiling point and higher hydrolytic reactivity are desirable. .
また、第二工程に用いるテトラアルコキシシランとしては、特に制限されないが、有機シリカ薄膜の表面にチタンアルコキシドを接触させるために、テトラアルコキシチタンを蒸発させて、その蒸気を接触させる方法を採用する場合に、より沸点が低くかつ加水分解反応性が高いものが望ましいことから、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシランが好ましく、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシランがより好ましく、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランが特に好ましい。 The tetraalkoxysilane used in the second step is not particularly limited, but when a method of evaporating tetraalkoxytitanium and bringing the vapor into contact with the surface of the organic silica thin film is employed. Tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetraisopropoxysilane are preferred, and tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetrapropoxysilane are preferred because those having a lower boiling point and higher hydrolysis reactivity are desirable. More preferred are tetramethoxysilane and tetraethoxysilane.
また、有機シリカ薄膜の表面上に疎水基を導入する場合(有機シリカ薄膜を、表面に疎水基を有するものとする場合)には、有機シリカ薄膜の表面上に、チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランを接触させる際に、前記チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランとともに、前述の疎水基を有する疎水性材料を有機シリカ薄膜の表面上に接触させることが好ましい。 In the case of introducing a hydrophobic group onto the surface of the organic silica thin film (when the organic silica thin film has a hydrophobic group on the surface), titanium alkoxide and tetraalkoxysilane are added onto the surface of the organic silica thin film. At the time of contact, it is preferable to bring the aforementioned hydrophobic material having a hydrophobic group into contact with the surface of the organic silica thin film together with the titanium alkoxide and tetraalkoxysilane.
このような疎水性材料としては、前述の疎水基を有するとともに有機シリカのシリカ骨格と共有結合可能な官能基を有する疎水性材料が好ましい。このような有機シリカのシリカ骨格と共有結合可能な官能基としては、特に制限されないが、例えば、下記一般式(iv):
Me-Z (iv)
[式(iv)中、Meはチタン以外の金属原子を示し、Zは加水分解性の置換基を示す。]
で表される構造部分を有する基が挙げられる。
As such a hydrophobic material, a hydrophobic material having the aforementioned hydrophobic group and a functional group capable of covalently bonding with the silica skeleton of the organic silica is preferable. The functional group that can be covalently bonded to the silica skeleton of such organic silica is not particularly limited, but for example, the following general formula (iv):
Me-Z (iv)
[In formula (iv), Me represents a metal atom other than titanium, and Z represents a hydrolyzable substituent. ]
A group having a structural portion represented by is mentioned.
このような式(iv)中のMeとしては、例えば、ケイ素原子等が挙げられる。また、このような加水分解性の置換基としては、特に制限されず、ハロゲン原子、アルコキシ基等が挙げられる。このような加水分解性の置換基に関する式:-Zで表される基としては、加水分解反応性及び沸点の制御がより容易となることから、下記一般式(v):
-OR30 (v)
[R30は炭素数1~5(更に好ましくは1~3、特に好ましくは1~2)のアルキル基を示す。]
で表されるアルコキシ基がより好ましい。なお、このようなR30の炭素数が前記上限を超えると、加水分解反応性が低下するとともに沸点が高くなってしまい、有機シリカ薄膜の表面に疎水性材料を接触させるために、疎水性材料を蒸発させて、その蒸気を接触させる方法を採用する場合に、処理温度において蒸発量が低下する傾向にある。
Examples of Me in such formula (iv) include a silicon atom and the like. Moreover, such hydrolyzable substituents are not particularly limited, and include halogen atoms, alkoxy groups, and the like. Formula for such a hydrolyzable substituent: As a group represented by -Z, since it becomes easier to control hydrolysis reactivity and boiling point, the following general formula (v):
-OR 30 (v)
[R 30 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms (more preferably 1 to 3, particularly preferably 1 to 2 carbon atoms). ]
An alkoxy group represented by is more preferable. If the number of carbon atoms in R 30 exceeds the above upper limit, the hydrolysis reactivity is lowered and the boiling point is raised. is vaporized and the vapor is contacted, the amount of vaporization tends to decrease at the treatment temperature.
なお、このような式:-OR30で表されるアルコキシ基が金属原子(Me)に結合した構造部分を有することにより、前記有機シリカ薄膜上の水酸基(-OH)と、容易に加水分解反応させることが可能となり、これにより、前記金属原子(Me)を酸素を介して、シリカ骨格を形成するケイ素原子(Si)に対して、より効率よく導入することが可能となり(式:Me-O-Si(かかる式中のSiはシリカ骨格を形成するケイ素原子)で表される構造部分をより効率よく形成することが可能となり)、前記有機シリカ薄膜を形成する有機シリカのシリカ骨格と前記疎水性材料をより効率よく反応(共有結合)させることが可能となる。 In addition, since the alkoxy group represented by the formula: -OR 30 has a structural portion bonded to the metal atom (Me), the hydroxyl group (-OH) on the organic silica thin film can be easily hydrolyzed. This makes it possible to more efficiently introduce the metal atom (Me) via oxygen into the silicon atom (Si) forming the silica skeleton (formula: Me—O -Si (Si in this formula is a silicon atom that forms a silica skeleton) can be formed more efficiently), the silica skeleton of the organic silica that forms the organic silica thin film, and the hydrophobic This makes it possible to react (covalently bond) organic materials more efficiently.
また、このような有機シリカのシリカ骨格と共有結合可能な官能基としては、前記金属原子(Me)がケイ素原子である場合、例えば、下記一般式(vi):
-Si(Z)3-x(R30)x (vi)
[式(vi)中、Zは式(iv)中のZと同義であり(上記式(v):R30O-で表されるアルコキシ基であることがより好ましい)、R30は上記式(v)中のR30と同義であり、xは0~2(好ましくは0~1、更に好ましくは0)の整数を示す。]
で表される基が好ましい。
Further, when the metal atom (Me) is a silicon atom, the functional group capable of covalently bonding with the silica skeleton of such organic silica may be, for example, the following general formula (vi):
—Si(Z) 3-x (R 30 ) x (vi)
[In the formula (vi), Z has the same definition as Z in the formula (iv) (more preferably an alkoxy group represented by the above formula (v): R O- ), and R It has the same definition as R 30 in (v), and x represents an integer of 0 to 2 (preferably 0 to 1, more preferably 0). ]
A group represented by is preferred.
このような有機シリカのシリカ骨格と共有結合可能な官能基を有する疎水性材料としては、前記式(iv)中の金属原子(Me)がケイ素原子である場合、前記式(iv)中の加水分解性の置換基(Z)の種類に応じて、例えば、トリメトキシ(3,3,3-トリフルオロプロピル)シラン、トリメトキシ(1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル)シラン、トリエトキシ(1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロオクチル)シラン)等のフッ化アルキルトリアルコキシシラン;トリフルオロプロピルジメチルクロロシラン等のトリフルオロアルキルジアルキルクロロシラン;トリメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラン、トリプロピルクロロシラン等のトリアルキルクロロシラン;(プタデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロデシル)ジメチルクロロシラン等の疎水基を含有するシラン化合物等を好適なものとして挙げることができる。 As the hydrophobic material having a functional group capable of covalently bonding with the silica skeleton of the organic silica, when the metal atom (Me) in the formula (iv) is a silicon atom, the hydrolyzed Depending on the decomposable substituent (Z), for example, trimethoxy(3,3,3-trifluoropropyl)silane, trimethoxy(1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl)silane, triethoxy(1H, Fluorinated alkyltrialkoxysilanes such as 1H,2H,2H-tridecafluorooctyl)silane); trifluoroalkyldialkylchlorosilanes such as trifluoropropyldimethylchlorosilane; trialkylchlorosilanes such as trimethylchlorosilane, triethylchlorosilane, tripropylchlorosilane; Preferred examples include silane compounds containing hydrophobic groups such as (ptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)dimethylchlorosilane.
また、このような疎水性材料としては、例えば、前記疎水基を有する金属アルコキシド、側鎖に前記疎水基を有するとともにシリカ骨格と共有結合可能な官能基を有するシリコーン樹脂、ハロゲン原子含有トリアルキルシラン化合物(クロロトリアルキルシラン、ヨードトリアルキルシラン等)等が好適なものとして挙げられる。また、このような疎水性材料としては、加水分解反応性及び沸点の制御がより容易となるといった観点からは、前記疎水基を有する金属アルコキシドが特に好ましい。このような疎水基を有する金属アルコキシドとしては、前記疎水基を有するアルコキシシラン化合物であることが更に好ましく、シリカ骨格と、より安定した結合形成が可能であることから、下記一般式(vii):
D-Si(OR30)3 (vii)
[式中、R30は上記式(v)中のR30と同義であり、Dは前記疎水基を示す。]
で表されるアルコキシシラン化合物が特に好ましい。
Examples of such hydrophobic materials include metal alkoxides having the above-mentioned hydrophobic groups, silicone resins having the above-mentioned hydrophobic groups in side chains and having functional groups capable of covalently bonding with silica skeletons, and trialkylsilanes containing halogen atoms. Suitable examples include compounds (chlorotrialkylsilane, iodotrialkylsilane, etc.). As such a hydrophobic material, a metal alkoxide having the hydrophobic group is particularly preferable from the viewpoint of easier control of hydrolysis reactivity and boiling point. As such a metal alkoxide having a hydrophobic group, it is more preferable to be an alkoxysilane compound having the above-mentioned hydrophobic group, and since it is possible to form a more stable bond with the silica skeleton, the following general formula (vii):
D-Si(OR 30 ) 3 (vii)
[In the formula, R 30 has the same definition as R 30 in the above formula (v), and D represents the hydrophobic group. ]
An alkoxysilane compound represented by is particularly preferred.
また、第二工程において、前記有機シリカ薄膜の表面に前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランを接触せしめるための方法としては、例えば、チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシラン(更に、必要に応じて前記疎水性材料)を含む溶液を前記有機シリカ薄膜の表面上に塗布する方法(例えば、前記溶液をスプレー等により塗布する方法)、密封可能な容器内に前記有機シリカ薄膜を導入して、前記チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランの蒸気(場合により前記疎水性材料の蒸気を含む)に暴露する方法を適宜採用できる。 In the second step, the method for bringing the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane into contact with the surface of the organic silica thin film includes, for example, titanium alkoxide and tetraalkoxysilane (and, if necessary, the hydrophobic material ) on the surface of the organic silica thin film (for example, a method of applying the solution by spraying or the like), introducing the organic silica thin film into a sealable container, and removing the titanium alkoxide and tetra A method of exposing to vapor of alkoxysilane (optionally including vapor of the hydrophobic material) can be employed as appropriate.
このように、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランを前記有機シリカ薄膜の表面上に接触せしめる際に利用する前記チタンアルコキシドの量(使用量)は、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されるように前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランを接触せしめるといった観点から、前記チタンアルコキシドと前記テトラアルコキシシランとの総量に対して、質量比で15~30質量%(より好ましくは20~25質量%)とすることが好ましい。このようなチタンアルコキシドの使用量が前記下限未満ではチタン酸化物の導入量が不足し、吸着部位を十分に形成することが困難となり、分析領域内において分析対象物質のシグナル強度の均一性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとチタン酸化物の導入量が増えて、有機基によるレーザー光の吸収やレーザー光の吸収により生じたエネルギーの分析対象物質への伝達が阻害され、これにより質量分析時の分析対象物質のシグナル強度が低下する可能性がある。 Thus, the amount of the titanium alkoxide used when the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane are brought into contact with the surface of the organic silica thin film (the amount used) is 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film. From the viewpoint of contacting the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane so that the titanium oxide is contained in the range of 0.5 to 4.0 at% in terms of titanium element ratio, the titanium alkoxide and the tetraalkoxy It is preferably 15 to 30% by mass (more preferably 20 to 25% by mass) relative to the total amount of silane. If the amount of titanium alkoxide used is less than the above lower limit, the introduction amount of titanium oxide is insufficient, making it difficult to form sufficient adsorption sites, and the uniformity of the signal intensity of the substance to be analyzed within the analysis area decreases. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, the amount of titanium oxide introduced increases, which inhibits the absorption of laser light by organic groups and the transmission of energy generated by the absorption of laser light to the substance to be analyzed. may reduce the signal intensity of the analyte during mass spectrometry.
また、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランを前記有機シリカ薄膜の表面上に接触せしめる際に利用する前記チタンアルコキシドの量(使用量)は、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されるように前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランを接触せしめるといった観点から、前記チタンアルコキシドと前記テトラアルコキシシランとの総量に対して、金属元素換算([前記チタンアルコキシド中のチタンの量]/([前記チタンアルコキシド中のチタンの量]+[前記テトラアルコキシシラン中のケイ素の量]))で10~25at%(より好ましくは15~20at%)とすることが好ましい。このようなチタンアルコキシドの使用量が前記下限未満ではチタン酸化物の導入量が不足し、吸着部位を十分に形成することが困難となり、分析領域内において分析対象物質のシグナル強度の均一性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、チタン酸化物の導入量が増えて、有機基によるレーザー光の吸収やレーザー光の吸収により生じたエネルギーの分析対象物質への伝達が阻害され、これにより質量分析時の分析対象物質のシグナル強度が低下する可能性がある。
Further, the amount of the titanium alkoxide used when the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane are brought into contact with the surface of the organic silica thin film (the amount used) is set to a depth of up to 10 nm from the surface of the organic silica thin film. From the viewpoint of contacting the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane so that the titanium oxide is contained in the range of 0.5 to 4.0 at% in terms of titanium element ratio, the titanium alkoxide and the
また、前記チタンアルコキシドと前記テトラアルコキシシランとともに、前記疎水性材料を用いる場合、前記チタンアルコキシド、前記テトラアルコキシシラン及び前記疎水性材料を前記有機シリカ薄膜の表面上に接触せしめる際に利用する前記チタンアルコキシドの量(使用量)は、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されるように、これらの成分を接触せしめるといった観点から、前記チタンアルコキシドと前記テトラアルコキシシランと前記疎水性材料との総量に対して、質量比で15~30質量%(より好ましくは20~25質量%)とすることが好ましい。このようなチタンアルコキシドの使用量が前記下限未満ではチタン酸化物の導入量が不足し、吸着部位を十分に形成することが困難となり、分析領域内において分析対象物質のシグナル強度の均一性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、チタン酸化物の導入量が増えて、有機基によるレーザー光の吸収やレーザー光の吸収により生じたエネルギーの分析対象物質への伝達が阻害され、これにより質量分析時の分析対象物質のシグナル強度が低下する可能性がある。 Further, when the hydrophobic material is used together with the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane, the titanium used when the titanium alkoxide, the tetraalkoxysilane and the hydrophobic material are brought into contact with the surface of the organic silica thin film. The amount (usage amount) of the alkoxide is such that the titanium oxide is contained in a range of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film in an amount of 0.5 to 4.0 at % in terms of titanium element ratio. From the viewpoint of bringing these components into contact with each other, the mass ratio is 15 to 30% by mass (more preferably 20 to 25% by mass) with respect to the total amount of the titanium alkoxide, the tetraalkoxysilane, and the hydrophobic material. is preferred. If the amount of titanium alkoxide used is less than the above lower limit, the introduction amount of titanium oxide is insufficient, making it difficult to form sufficient adsorption sites, and the uniformity of the signal intensity of the substance to be analyzed within the analysis area decreases. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, the amount of titanium oxide introduced increases, inhibiting the absorption of laser light by organic groups and the transmission of the energy generated by the absorption of laser light to the substance to be analyzed, This may reduce the signal intensity of the analyte during mass spectrometry.
また、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランとともに前記疎水性材料を用いる場合において、前記疎水性材料が上記式(vii)で表されるアルコキシシラン化合物である場合、前記チタンアルコキシド、前記テトラアルコキシシラン及び前記疎水性材料を前記有機シリカ薄膜の表面上に接触せしめる際に利用する前記チタンアルコキシドの量(使用量)は、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されるように、これらの成分を接触せしめるといった観点から、前記チタンアルコキシドと前記テトラアルコキシシランと前記疎水性材料との総量に対して、金属元素換算([前記チタンアルコキシド中のチタンの量]/([前記チタンアルコキシド中のチタンの量]+[前記テトラアルコキシシラン中のケイ素の量]+[前記疎水性材料中のケイ素の量]))で5~20at%(より好ましくは10~15at%)とすることが好ましい。このようなチタンアルコキシドの使用量が前記下限未満ではチタン酸化物の導入量が不足し、吸着部位を十分に形成することが困難となり、分析領域内において分析対象物質のシグナル強度の均一性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、チタン酸化物の導入量が増えて、有機基によるレーザー光の吸収やレーザー光の吸収により生じたエネルギーの分析対象物質への伝達が阻害され、これにより質量分析時の分析対象物質のシグナル強度が低下する可能性がある。なお、このように、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランとともに前記疎水性材料を用いる場合、前記テトラアルコキシシランの含有量は、前記チタンアルコキシドと前記テトラアルコキシシランと前記疎水性材料との総量に対して、金属元素換算([前記テトラアルコキシシラン中のケイ素の量]/([前記チタンアルコキシド中のチタンの量]+[前記テトラアルコキシシラン中のケイ素の量]+[前記疎水性材料中のケイ素の量]))で、60~90at%(より好ましくは70~80at%)とすることが好ましい。 Further, when the hydrophobic material is used together with the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane, and the hydrophobic material is the alkoxysilane compound represented by the formula (vii), the titanium alkoxide, the tetraalkoxysilane and The amount (use amount) of the titanium alkoxide used when the hydrophobic material is brought into contact with the surface of the organic silica thin film is such that titanium With respect to the total amount of the titanium alkoxide, the tetraalkoxysilane, and the hydrophobic material, from the viewpoint of contacting these components so that the oxide is contained in an amount of 0.5 to 4.0 at% in terms of titanium element ratio, , in terms of metal elements ([amount of titanium in the titanium alkoxide]/([amount of titanium in the titanium alkoxide] + [amount of silicon in the tetraalkoxysilane] + [amount of silicon in the hydrophobic material ])) is preferably 5 to 20 at % (more preferably 10 to 15 at %). If the amount of titanium alkoxide used is less than the above lower limit, the introduction amount of titanium oxide is insufficient, making it difficult to form sufficient adsorption sites, and the uniformity of the signal intensity of the substance to be analyzed within the analysis area decreases. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, the amount of titanium oxide introduced increases, inhibiting the absorption of laser light by organic groups and the transmission of the energy generated by the absorption of laser light to the substance to be analyzed, This may reduce the signal intensity of the analyte during mass spectrometry. When the hydrophobic material is used together with the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane, the content of the tetraalkoxysilane is set relative to the total amount of the titanium alkoxide, the tetraalkoxysilane, and the hydrophobic material. , in terms of metal elements ([amount of silicon in the tetraalkoxysilane]/([amount of titanium in the titanium alkoxide] + [amount of silicon in the tetraalkoxysilane] + [silicon in the hydrophobic material amount])) is preferably 60 to 90 at % (more preferably 70 to 80 at %).
また、第二工程において、前記有機シリカ薄膜の表面に前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランを接触せしめるための方法として、密封可能な容器内に前記有機シリカ薄膜を導入して、前記チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランの蒸気(場合により前記疎水性材料の蒸気を含む)に暴露する場合、例えば、密封可能な容器内に前記有機シリカ薄膜を導入した後、該密封可能な容器内に、開口部を有する別の容器(例えば小瓶など)内に入れた状態で前記チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシラン(更に、必要に応じて前記疎水性材料)を導入し(すなわち、前記チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシラン(更に、必要に応じて前記疎水性材料)が添加されている開口部を有する別の容器を、前記有機シリカ薄膜が導入された密封可能な容器内に導入し)、その後、該密封可能な容器を密封した後、加熱して、前記チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランの蒸気(場合により前記疎水性材料の蒸気を含む)に、前記有機シリカ薄膜の表面に暴露する方法(以下、便宜上、場合により、単に「方法(i)」と称する。)を採用することができる。 In the second step, as a method for bringing the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane into contact with the surface of the organic silica thin film, the organic silica thin film is introduced into a sealable container, and the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane are When exposed to vapor of alkoxysilane (optionally including vapor of the hydrophobic material), for example, after introducing the organic silica thin film into a sealable container, the sealable container has an opening. The titanium alkoxide and tetraalkoxysilane (and optionally the hydrophobic material) are introduced (i.e., the titanium alkoxide and tetraalkoxysilane (and A separate container having an opening in which the hydrophobic material is added) was introduced into the sealable container into which the organic silica thin film was introduced), and then the sealable container was sealed. After that, a method of exposing the surface of the organic silica thin film to the vapor of the titanium alkoxide and tetraalkoxysilane (including the vapor of the hydrophobic material in some cases) by heating (hereinafter, for convenience, sometimes simply "method (i)”) can be adopted.
このような有機シリカ薄膜を導入するための密封可能な容器としては、特に制限されず、公知の容器を適宜利用できる。また、このような密封可能な容器の材質等も特に制限されず、例えば、フッ素樹脂(例えば、テフロン(登録商標))製の容器等を適宜利用してもよい。 A sealable container for introducing such an organic silica thin film is not particularly limited, and a known container can be appropriately used. Also, the material of such a sealable container is not particularly limited, and for example, a container made of fluororesin (for example, Teflon (registered trademark)) may be used as appropriate.
また、上述のような方法(i)を採用する場合においては、前記密封可能な容器内に、前記チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシラン(更に必要に応じて前記疎水性材料)が添加されている開口部を有する別の容器を導入した後に該密封可能な容器を密封する。このような工程に際しては、チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランの加水分解反応及び脱水縮合反応を制御するといった観点から、前記チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシラン(更に必要に応じて前記疎水性材料)が添加されている開口部を有する別の容器を導入する際に、ガス雰囲気を不活性ガス(例えば、アルゴン、窒素等)からなる雰囲気(不活性ガス雰囲気)とすることが好ましい。また、密封可能な容器を密封した後においても、チタンアルコキシド及びテトラアルコキシシランの加水分解反応及び脱水縮合反応を制御するといった観点から、容器内のガス雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。 Further, in the case of adopting the method (i) as described above, the sealable container has an opening to which the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane (and the hydrophobic material as necessary) are added. The sealable container is sealed after introducing another container having In such a step, the titanium alkoxide and tetraalkoxysilane (and the hydrophobic material as necessary) are added from the viewpoint of controlling the hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction of the titanium alkoxide and tetraalkoxysilane. It is preferable that the gas atmosphere is an inert gas (eg, argon, nitrogen, etc.) atmosphere (inert gas atmosphere) when introducing another container having an opening where the gas is contained. Further, even after the sealable container is sealed, the gas atmosphere in the container is preferably an inert gas atmosphere from the viewpoint of controlling the hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction of titanium alkoxide and tetraalkoxysilane.
また、方法(i)を採用する場合において、前記密封可能な容器を密封した後に加熱する際の条件は、特に制限されないが、不活性ガス雰囲気下、120~180℃(より好ましくは140~160℃)の温度条件で0.5~1.5時間(より好ましくは0.8~1.2時間)加熱する条件とすることが好ましい。このような加熱温度及び加熱時間が前記下限未満ではチタン酸化物の導入量が不足し、分析対象物質の吸着部位であるチタン酸化物が十分に形成されないことで、分析領域内において分析対象物質のシグナル強度の均一性が低下するとなる傾向にあり、他方、前記上限を超えるとチタン酸化物の導入量が増えて、有機基によるレーザー光の吸収やレーザー光の吸収により生じたエネルギーの分析対象物質への伝達が阻害され、これにより質量分析時の分析対象物質のシグナル強度が低下する可能性がある。 In the case of adopting method (i), the conditions for heating after sealing the sealable container are not particularly limited, but in an inert gas atmosphere, 120 to 180 ° C. ° C.) for 0.5 to 1.5 hours (more preferably 0.8 to 1.2 hours). If the heating temperature and heating time are less than the above lower limits, the introduction amount of titanium oxide is insufficient, and the titanium oxide, which is the adsorption site for the target substance, is not sufficiently formed. On the other hand, if the above upper limit is exceeded, the amount of titanium oxide introduced increases, and the absorption of laser light by organic groups or the energy generated by the absorption of laser light is the substance to be analyzed. transmission to , which may reduce the signal strength of the analyte during mass spectrometry.
なお、このような方法(i)を採用することで、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランの蒸気(場合により前記疎水性材料の蒸気を含む)に、前記有機シリカ薄膜の表面をより均一に暴露することが可能となる。また、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランの蒸気(場合により前記疎水性材料の蒸気を含む)に、前記有機シリカ薄膜の表面を暴露することで、より均一に、前記有機シリカ薄膜の表面上に前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランを接触させることが可能となる。なお、このような方法(i)を採用して前記有機シリカ薄膜の表面上に前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランの蒸機を接触させることで、前記有機シリカ薄膜の表面の水酸基と、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランとの加水分解反応を進行せしめ、これにより、前記有機シリカ薄膜の表面上に、チタン酸化物を含む層(チタニアとシリカの複合酸化物層、場合により更に前記疎水性材料の反応物を含む層)をより均一に形成することも可能となる。 By adopting such method (i), the surface of the organic silica thin film is more uniformly exposed to the vapor of the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane (including the vapor of the hydrophobic material in some cases). It becomes possible to Further, by exposing the surface of the organic silica thin film to the vapor of the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane (including the vapor of the hydrophobic material in some cases), the It becomes possible to bring the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane into contact. By employing the method (i) and bringing the vapor of the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane into contact with the surface of the organic silica thin film, the hydroxyl groups on the surface of the organic silica thin film and the titanium alkoxide are and the hydrolysis reaction with the tetraalkoxysilane, thereby forming a layer containing titanium oxide (composite oxide layer of titania and silica, optionally further containing the hydrophobic material) on the surface of the organic silica thin film. It is also possible to form the layer containing the reactant more uniformly.
また、このようにしてチタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシラン(更に、必要に応じて前記疎水性材料)を前記有機シリカ薄膜の表面上に接触せしめた後においては、これらを反応させることにより、前記有機シリカ薄膜の表面上にチタン酸化物を含む層(チタニアとシリカの複合酸化物層)を形成することが可能となる。このようにして、前記有機シリカ薄膜の表面にチタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランを接触せしめた後に反応させてチタン酸化物を含む層を形成することにより、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物をチタン元素比で0.5~4.0at%含有させることが可能となる。なお、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシラン(更に、必要に応じて前記疎水性材料)を前記有機シリカ薄膜の表面上に接触せしめて反応させる方法としては、特に制限されず、例えば、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランの蒸気を前記有機シリカ薄膜の表面上に接触させた後に、大気中に暴露させ、大気中に含まれる水蒸気と反応させることで加水分解反応及び脱水縮合反応を進行させる方法等が挙げられる。 Further, after the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane (and the hydrophobic material, if necessary) are brought into contact with the surface of the organic silica thin film in this manner, the organic silica thin film is reacted with the organic It becomes possible to form a layer containing titanium oxide (a composite oxide layer of titania and silica) on the surface of the silica thin film. In this way, the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane are brought into contact with the surface of the organic silica thin film and then reacted to form a layer containing titanium oxide. It becomes possible to contain 0.5 to 4.0 atomic % of titanium oxide in the region up to 10 nm in terms of titanium element ratio. The method of contacting and reacting the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane (and the hydrophobic material, if necessary) on the surface of the organic silica thin film is not particularly limited. and a method in which the vapor of the tetraalkoxysilane is brought into contact with the surface of the organic silica thin film, then exposed to the atmosphere, and reacted with water vapor contained in the atmosphere to proceed with the hydrolysis reaction and the dehydration condensation reaction. is mentioned.
このようにして、前記チタン酸化物を含む層を形成することにより、より効率よく、前記有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内にチタン酸化物がチタン元素比で0.5~4.0at%含有されたものとすることが可能である。 By forming the layer containing the titanium oxide in this way, it is possible to more efficiently form the titanium oxide in a region of up to 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film in terms of the titanium element ratio. .5 to 4.0 at % can be contained.
なお、第二工程において、前記チタン酸化物を含む層を、例えば、前記有機シリカ薄膜の表面上で、前記有機シリカ薄膜の表面上の水酸基、前記チタンアルコキシド及び前記テトラアルコキシシランの加水分解反応を進行せしめて形成した場合において、そのチタン酸化物を含む層の表面上に、前記疎水性材料の溶液を塗布して、前記疎水性材料からなる層(疎水層)を別途形成することにより、前記有機シリカ薄膜の表面上に疎水基を導入してもよい。 In the second step, the layer containing the titanium oxide is formed, for example, on the surface of the organic silica thin film by hydrolysis reaction of hydroxyl groups on the surface of the organic silica thin film, the titanium alkoxide and the tetraalkoxysilane. In the case where the titanium oxide-containing layer is formed in advance, a layer (hydrophobic layer) made of the hydrophobic material is separately formed by applying a solution of the hydrophobic material on the surface of the layer containing the titanium oxide, thereby A hydrophobic group may be introduced onto the surface of the organic silica thin film.
以上、本発明の有機シリカ基板の製造するために好適に利用可能な方法として、前記第一工程及び前記第二工程を含む方法(I)を説明したが、本発明の有機シリカ基板の製造するために好適に利用可能な方法は、かかる方法(I)に限定されるものではなく、例えば、前記チタン酸化物を含む層を形成する工程として、液層中でチタン酸化物を含む層を形成する工程を採用して有機シリカ基板を製造する方法等を適宜利用することもできる。 As described above, the method (I) including the first step and the second step has been described as a method that can be suitably used for producing the organic silica substrate of the present invention. The method that can be preferably used for the purpose is not limited to the method (I). For example, as the step of forming the layer containing titanium oxide, a layer containing titanium oxide is formed in a liquid layer. A method of manufacturing an organic silica substrate by adopting a step of carrying out the above steps can also be used as appropriate.
以上、本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板について説明したが、以下、本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析法を説明する。 The organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention has been described above. Hereinafter, the laser desorption/ionization mass spectrometry method of the present invention will be described.
[レーザー脱離/イオン化質量分析法]
本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析法は、レーザー脱離/イオン化質量分析法に用いる分析用基板が、上記本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板であることを特徴とする方法である。
[Laser desorption/ionization mass spectrometry]
The laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention is characterized in that the analysis substrate used in the laser desorption/ionization mass spectrometry is the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention. It is a way to
このようなレーザー脱離/イオン化質量分析の方法としては、分析用基板として上記本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板(以下、場合により、単に「上記本発明の有機シリカ基板」と称する)を用いること以外は特に制限されずに、公知の方法で採用している条件と同様の条件を採用してレーザー脱離/イオン化質量分析する方法を採用できる。 As a method for such laser desorption/ionization mass spectrometry, the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention (hereinafter, sometimes simply referred to as "the organic silica substrate of the present invention") is used as a substrate for analysis. (referred to as "") is not particularly limited, and a method of laser desorption/ionization mass spectrometry employing conditions similar to those employed in known methods can be employed.
また、このようなレーザー脱離/イオン化質量分析の方法としては、例えば、分析用基板として上記本発明の有機シリカ基板を用い、該有機シリカ基板の表面上に、測定対象分子を含む試料を担持せしめた後、該基板上の試料担持部位にレーザー光を照射することにより、前記測定対象分子を脱離/イオン化して質量分析を行う方法を好適な方法として採用することができる。以下、このような本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析法として好適に採用することが可能な質量分析法について簡単に説明する。 Further, as a method of such laser desorption/ionization mass spectrometry, for example, the organic silica substrate of the present invention is used as an analysis substrate, and a sample containing molecules to be measured is supported on the surface of the organic silica substrate. After that, a method of desorbing/ionizing the molecules to be measured by irradiating the sample-carrying portion on the substrate with a laser beam and performing mass spectrometry can be adopted as a suitable method. A mass spectrometry method that can be suitably employed as the laser desorption/ionization mass spectrometry method of the present invention will be briefly described below.
このような方法に用いる試料は、測定対象分子を含むものである。このような測定対象分子としては特に制限されないが、本発明により、より高い検出感度で測定することが可能となることから、生体由来の分子又は生体試料中の分子であることが好ましい。このような生体由来の分子又は生体試料中の分子としては、糖、タンパク質、ペプチド、糖タンパク質、糖ペプチド、核酸、糖脂質等がより好ましく、これらの分子に対しては、本発明の効果をより高度なものとすることが可能となる傾向にある。また、このような測定対象分子としては、天然物から調製されるもの、天然物を化学的又は酵素学的に一部改変して調製されるものの他、化学的又は酵素学的に調製されるものであってもよい。また、生体に含まれる分子の部分構造を有するものや生体に含まれる分子を模倣して作製されたものであってもよい。 A sample used in such a method contains molecules to be measured. Although such a molecule to be measured is not particularly limited, it is preferably a biologically-derived molecule or a molecule in a biological sample, since the present invention enables measurement with higher detection sensitivity. Sugars, proteins, peptides, glycoproteins, glycopeptides, nucleic acids, glycolipids and the like are more preferable as such molecules derived from a living organism or molecules in a biological sample, and the effects of the present invention can be obtained for these molecules. It tends to be possible to make it more advanced. In addition, such molecules to be measured include those prepared from natural products, those prepared by chemically or enzymatically partially modifying natural products, and those prepared chemically or enzymatically. can be anything. Moreover, it may have a partial structure of a molecule contained in a living body, or may be produced by imitating a molecule contained in a living body.
また、このような試料(測定対象分子を含む試料)は、測定対象分子そのものであってもよいし、あるいは、測定対象分子を含むもの(例えば、生体の組織、細胞、体液や分泌物(例えば、血液、血清、尿、精液、唾液、涙液、汗、糞便等)等)であってもよい。このように、前記試料(測定対象分子を含む試料)としては、直接生体試料を用いてもよい。また、試料の前駆体(測定対象分子の前駆体等)を上記本発明の有機シリカ基板の表面上に担持させた後に酵素処理等を行なって、有機シリカ基板の表面上で測定対象分子を調製してもよい。この場合には、前記試料前駆体を、上記本発明の有機シリカ基板に担持させた後に処理を行なうことで、結果的に試料を有機シリカ基板の表面上に担持することとなる。 In addition, such a sample (sample containing the molecule to be measured) may be the molecule to be measured itself, or a sample containing the molecule to be measured (e.g., biological tissue, cell, body fluid, or secretion (e.g., , blood, serum, urine, semen, saliva, tears, sweat, feces, etc.). In this way, a biological sample may be directly used as the sample (sample containing molecules to be measured). After the precursor of the sample (precursor of the molecule to be measured, etc.) is supported on the surface of the organic silica substrate of the present invention, an enzyme treatment or the like is performed to prepare the molecule to be measured on the surface of the organic silica substrate. You may In this case, the sample precursor is supported on the organic silica substrate of the present invention and then treated, so that the sample is supported on the surface of the organic silica substrate.
また、前述の「測定対象分子」としては、上記試料に含有されている分子であって、その化学構造を決定したい分子そのものであってもよく、あるいは、上記試料に含有されている分子であって、その化学構造を決定したい分子を誘導体化した分子(例えば、いわゆる標識分子を化学構造を決定したい分子に結合させることにより得られる質量分析に供される分子)であってもよい。このように、「測定対象分子」は、誘導化していない分子であってもよく、あるいは、標識分子により誘導化した分子であってもよい。なお、誘導化の有無は特に制限されず、利用する有機シリカ薄膜の有機基の種類や、化学構造を決定したい分子の種類等に応じて適宜決定すればよい。このように、化学構造を決定したい分子によっては必ずしも誘導化を行なう必要はない。なお、このような測定対象分子の分子量については特に限定はないが、他の測定方法での正確な測定が困難であり本発明の特徴をより発揮し易いことから、160以上であることが好ましく、500以上であることがより好ましく、1000以上であることが特に好ましい。 In addition, the above-mentioned "molecules to be measured" may be molecules contained in the sample whose chemical structure is to be determined, or molecules contained in the sample. Alternatively, it may be a molecule obtained by derivatizing a molecule whose chemical structure is to be determined (for example, a molecule subjected to mass spectrometry obtained by binding a so-called labeled molecule to a molecule whose chemical structure is to be determined). Thus, the "measurement target molecule" may be a non-derivatized molecule or a molecule derivatized with a labeling molecule. The presence or absence of derivatization is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the type of organic group of the organic silica thin film to be used, the type of molecule whose chemical structure is to be determined, and the like. Thus, derivatization may not be necessary depending on the molecule whose chemical structure is to be determined. Although the molecular weight of such a molecule to be measured is not particularly limited, it is preferably 160 or more because accurate measurement by other measuring methods is difficult and the characteristics of the present invention are more likely to be exhibited. , is more preferably 500 or more, and particularly preferably 1000 or more.
また、前記測定対象分子として、化学構造を決定したい分子を誘導体化した分子を利用する場合、その誘導体化は、前記有機基が吸収した光エネルギー(前記有機シリカ薄膜が吸収した光エネルギー)を受容可能にする標識分子、好ましくは、上記有機シリカ薄膜の発光スペクトルとスペクトルの重なりを有する吸収帯を有する標識分子と共有結合させることにより行うことが好ましい。 In addition, when a molecule obtained by derivatizing a molecule whose chemical structure is to be determined is used as the molecule to be measured, the derivatization is performed by receiving light energy absorbed by the organic group (light energy absorbed by the organic silica thin film). It is preferable to carry out covalent bonding with a labeling molecule that enables the absorption, preferably a labeling molecule having an absorption band that overlaps the emission spectrum of the organic silica thin film.
このような標識分子は、有機シリカ薄膜から供与されるエネルギーの受容体としての効果を有するものであれば特に限定されないが、蛍光標識試薬として市販されている分子を利用してもよい。このような標識分子としては、例えば、ピレン誘導体、fluorescein誘導体、rhodamine誘導体、シアニン色素、Alexa Fluor(登録商標)、2-アミノアクリドン、6-アミノキノリン等が挙げられる。 Such labeling molecules are not particularly limited as long as they have the effect of accepting energy provided from the organic silica thin film, but molecules commercially available as fluorescent labeling reagents may be used. Examples of such labeling molecules include pyrene derivatives, fluorescein derivatives, rhodamine derivatives, cyanine dyes, Alexa Fluor (registered trademark), 2-aminoacridone, 6-aminoquinoline and the like.
また、エネルギー供与体である有機シリカ薄膜とエネルギー受容体である標識分子の組合せは、エネルギー移動の効率、有機シリカ薄膜の発光スペクトルと測定対象分子の吸収スペクトルとの重なり、相互作用の強度等の点から適宜決定できる。例えば、有機シリカ薄膜としてトリフェニルアミン基を有する架橋型有機シリカ薄膜を利用する場合は、標識分子として、2-アミノアクリドン等を好適に利用でき、また、有機シリカ薄膜としてメチルアクリドン基を有する架橋型有機シリカ薄膜を利用する場合は、標識分子として、4-Fluoro-7-nitrobenzofurazan、4-Fluoro-7-sulfobenzofurazan、3-Chlorocarbonyl-6,7-dimethoxy-1-methyl-2(1H)-quinoxalinone等を好適に利用できる。このような標識分子は、対象分子と化学結合し易い官能基を有することが好ましく、誘導体化は別の容器で行ってから使用してもよいし、上記本発明の有機シリカ基板の表面上で行ってもよい。 In addition, the combination of the organic silica thin film as the energy donor and the labeling molecule as the energy acceptor will affect the efficiency of energy transfer, the overlap between the emission spectrum of the organic silica thin film and the absorption spectrum of the molecule to be measured, and the strength of interaction. It can be determined appropriately from the points. For example, when a crosslinked organic silica thin film having a triphenylamine group is used as the organic silica thin film, 2-aminoacridone or the like can be suitably used as the labeling molecule, and a methylacridone group can be used as the organic silica thin film. When using a crosslinked organic silica thin film having - quinoxalinone and the like can be preferably used. Such a labeling molecule preferably has a functional group that easily chemically bonds with the target molecule. you can go
なお、上記本発明の有機シリカ基板を分析用基板として用いることによって測定対象分子をより効率よくイオン化することが可能となる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、先ず、本発明の有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜に対してレーザー光が照射されると、該膜中の有機基によりレーザー光が吸収される。このようにしてレーザー光を吸収させることで、前記有機シリカ薄膜に吸収された光エネルギーを測定対象分子(エネルギー受容体)に移動させることが可能となる。このように、本発明にかかる有機シリカ薄膜は、レーザー光を照射すると、光エネルギーを測定対象分子(エネルギー受容体)に移動させるエネルギー供与体として作用する。なお、このような有機シリカ薄膜(エネルギー供与体)から測定対象分子(エネルギー受容体)へのエネルギー移動としては、発光を経由しないエネルギー移動(例えば分子間の励起エネルギー移動や電子移動、あるいは、熱エネルギーとしての移動)、及び、発光を経由するエネルギー移動(例えばレーザー光を吸収した有機シリカ薄膜の有機基から発せられた光を測定対象分子が吸収するエネルギー移動(発光再吸収によるエネルギー移動))が考えられる。そして、このようなエネルギー移動により、レーザー光を利用してより効率よく測定対象分子を脱離/イオン化することが可能となるものと本発明者らは推察する。 The reason why the molecules to be measured can be ionized more efficiently by using the organic silica substrate of the present invention as a substrate for analysis is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. . That is, first, when the organic silica thin film included in the organic silica substrate of the present invention is irradiated with laser light, the laser light is absorbed by the organic groups in the film. By absorbing the laser light in this manner, the light energy absorbed by the organic silica thin film can be transferred to the molecule to be measured (energy acceptor). Thus, the organic silica thin film according to the present invention acts as an energy donor that transfers light energy to molecules to be measured (energy acceptors) when irradiated with laser light. As for the energy transfer from such an organic silica thin film (energy donor) to the molecule to be measured (energy acceptor), energy transfer not via light emission (for example, intermolecular excitation energy transfer, electron transfer, or thermal transfer as energy), and energy transfer via light emission (for example, energy transfer in which the molecule to be measured absorbs light emitted from an organic group of an organic silica thin film that has absorbed laser light (energy transfer due to reabsorption of light emission)) can be considered. The present inventors presume that such energy transfer enables more efficient desorption/ionization of molecules to be measured using laser light.
また、本発明においては、このようなエネルギー移動により、レーザー光を利用してより効率よく測定対象分子を脱離/イオン化することを可能とするものであると考えられることから、測定対象分子と有機基は以下の関係を満たすようにして選択することが好ましい。すなわち、前記エネルギー移動(有機シリカ薄膜(エネルギー供与体)から測定対象分子(エネルギー受容体)へのエネルギー移動)がどのようなものであっても、より効率よくエネルギー移動させることが可能となるといった観点からは、上記有機シリカ薄膜中の前記有機基により照射レーザー光を吸収させた後に、該有機シリカ薄膜の有機基から発せられる光のスペクトル(有機基からの発光スペクトル)と、前記測定対象分子の吸収スペクトルとが少なくともある1つの波長において重なるようにして、有機基及び測定対象分子を選択することがより好ましい。このように、前記有機基からの発光スペクトルと前記測定対象分子の吸収スペクトルとが少なくともある1つの波長において重なっている場合には、有機シリカ薄膜が吸収した光エネルギー又は有機シリカ薄膜の励起エネルギーが測定対象分子により効率よく移動する傾向にある。特に、発光を経由してエネルギー移動する場合、上記有機シリカ薄膜が照射レーザー光を吸収して発光するものであり、かつ、該有機シリカ薄膜の発光スペクトル(有機基からの発光スペクトル)と、上記測定対象分子の吸収スペクトルとが、少なくともある1つの波長において重なっていることがより好ましい。このような発光により有機シリカ薄膜から出た光エネルギーが測定対象分子に効率よく移動する傾向にあるためである。 In addition, in the present invention, such energy transfer is thought to make it possible to more efficiently desorb/ionize the molecule to be measured using laser light. The organic groups are preferably selected so as to satisfy the following relationships. That is, regardless of the energy transfer (energy transfer from the organic silica thin film (energy donor) to the molecule to be measured (energy acceptor)), the energy can be transferred more efficiently. From the point of view, after the irradiation laser light is absorbed by the organic group in the organic silica thin film, the spectrum of light emitted from the organic group of the organic silica thin film (luminescence spectrum from the organic group) and the molecule to be measured It is more preferable to select the organic group and the molecule to be measured such that the absorption spectrum of the . Thus, when the emission spectrum from the organic group and the absorption spectrum of the molecule to be measured overlap at least one wavelength, the light energy absorbed by the organic silica thin film or the excitation of the organic silica thin film Energy tends to transfer more efficiently to the molecule being measured. In particular, when the energy is transferred via light emission, the organic silica thin film absorbs the irradiated laser light and emits light, and the emission spectrum of the organic silica thin film (the emission spectrum from the organic group) and the above More preferably, the absorption spectrum of the molecule to be measured overlaps at least one wavelength. This is because the light energy emitted from the organic silica thin film by such light emission tends to efficiently move to the molecule to be measured.
また、エネルギー移動の形式がどのようなものであっても(発光を経由する場合であっても、発光を経由しない場合であっても)、上記有機シリカ薄膜の発光スペクトルの短波長端の方が、上記測定対象分子の吸収スペクトルの長波長端より短波長側にあることによって、該有機シリカ薄膜の発光スペクトルと、該測定対象分子の吸収スペクトルとが、少なくともある1つの波長において重なっていることがより好ましい。このような場合には、有機シリカ薄膜が吸収した光エネルギーが、光エネルギー又は励起エネルギーとして測定対象分子に対して、より効率よく移動する傾向にある。 In addition, regardless of the form of energy transfer (whether via light emission or not), the short wavelength end of the emission spectrum of the above organic silica thin film is on the short wavelength side of the absorption spectrum of the molecule to be measured, so that the emission spectrum of the organic silica thin film and the absorption spectrum of the molecule to be measured overlap at least one wavelength. is more preferable. In such a case, the light energy absorbed by the organic silica thin film tends to move more efficiently to the molecule to be measured as light energy or excitation energy.
このようなレーザー脱離/イオン化質量分析法においては、質量分析に際して、先ず、有機シリカ基板の表面上に、測定対象分子を含む試料を担持せしめる。このような試料の担持方法としては特に制限されないが、例えば、上記有機シリカ基板の表面に対して前記試料を含む溶液を塗布し、溶媒を除去することで試料を載置することにより、上記本発明の有機シリカ基板に対して試料を担持する方法を採用することが好ましい。このような試料を含む溶液に利用する溶媒としては特に制限されないが、試料溶液の蒸発速度や、試料溶液の着液時の濡れ広がり方の点で、より良好な結果が得られることから、水、アセトニトリル、エタノール、アセトン、及び、これらの2種以上の混合溶媒を利用することが好ましい。また、前記試料を含む溶液を塗布する方法は特に制限されないが、生体試料等で極微量のものを扱う必要性がある場合にも好適に応用でき、更に実験操作の簡便性がより高いものとなることから、該溶液を滴下することにより塗布する方法を採用することが好ましい。なお、前述のように、試料前駆体(酵素処理前の分子)を上記本発明の有機シリカ基板に担持した後に酵素処理を行なって、該基板上で測定対象分子(酵素処理物)を調製することにより、結果的に上記本発明の有機シリカ基板の表面上に、測定対象分子(酵素処理物)を含む試料を担持してもよい。このように、上記本発明の有機シリカ基板上に最終的に測定対象分子を含む試料(測定対象分子そのもの、測定対象分子の誘導化物、測定対象分子と標準物質との混合物等)を担持することが可能であれば、試料を担持する方法は特に制限されない。 In such a laser desorption/ionization mass spectrometry method, a sample containing molecules to be measured is first supported on the surface of an organic silica substrate during mass spectrometry. The method for supporting such a sample is not particularly limited. It is preferable to adopt the method of supporting the sample on the organic silica substrate of the invention. The solvent used for the solution containing such a sample is not particularly limited. , acetonitrile, ethanol, acetone, and a mixed solvent of two or more thereof are preferably used. In addition, the method of applying the solution containing the sample is not particularly limited, but it can be suitably applied when it is necessary to handle an extremely small amount of a biological sample, etc., and the simplicity of the experimental operation is further enhanced. Therefore, it is preferable to employ a method of coating by dropping the solution. As described above, after the sample precursor (molecules before enzymatic treatment) is supported on the organic silica substrate of the present invention, enzymatic treatment is carried out to prepare molecules to be measured (enzyme-treated product) on the substrate. As a result, a sample containing molecules to be measured (enzyme-treated product) may be supported on the surface of the organic silica substrate of the present invention. In this way, a sample containing the molecule to be measured (the molecule itself to be measured, a derivative of the molecule to be measured, a mixture of the molecule to be measured and a standard substance, etc.) is finally supported on the organic silica substrate of the present invention. is possible, the method of supporting the sample is not particularly limited.
本発明においては、上述のようにして、上記本発明の有機シリカ基板の表面上に測定対象分子を含む試料を担持せしめた後、該膜の試料担持部位にレーザー光を照射することにより、前記測定対象分子を脱離/イオン化して質量分析を行う。 In the present invention, a sample containing molecules to be measured is supported on the surface of the organic silica substrate of the present invention as described above, and then the sample-supported portion of the film is irradiated with a laser beam to obtain the above-described A molecule to be measured is desorbed/ionized and subjected to mass spectrometry.
このような質量分析に用いるレーザー光源としては、特に制限されず、例えば、窒素レーザー(337nm)、YAGレーザー3倍波(355nm)、NdYAGレーザー(256nm)、炭酸ガスレーザー(9400nm、10600nm)等のレーザー光源が挙げられるが、有機シリカ薄膜が効率的に光を吸収できる波長のレーザー光源であるという観点から、窒素レーザー又はYAGレーザー3倍波のレーザー光源が好ましい。 The laser light source used for such mass spectrometry is not particularly limited. A laser light source may be mentioned, but a nitrogen laser or a YAG laser triple wave laser light source is preferable from the viewpoint that the organic silica thin film can efficiently absorb light.
また、前記レーザー光源(例えば窒素レーザーの光源)を用いて、レーザー光を前記有機シリカ基板上の試料担持部位に照射する。このようにしてレーザー光を試料担持部位に照射することで、前記測定対象分子を脱離/イオン化することが可能となる。なお、イオン化のメカニズムは、既に説明した通り、レーザーの照射部位に存在する前記有機基により照射レーザーが吸収され、吸収された光エネルギーが効率よく測定対象分子に移動することにより生じるものであると本発明者らは推察する。なお、レーザー光の照射条件(照射強度、照射時間等)は特に制限されず、測定対象分子に応じて、公知の質量分析の条件の中から最適となる条件を適宜選択して設定すればよい。 Also, the sample carrying portion on the organic silica substrate is irradiated with laser light using the laser light source (for example, nitrogen laser light source). By irradiating the sample carrying portion with the laser beam in this way, it is possible to desorb/ionize the molecules to be measured. As already explained, the mechanism of ionization is that the irradiated laser is absorbed by the organic group present at the laser irradiation site, and the absorbed light energy is efficiently transferred to the molecule to be measured. The inventors speculate. The irradiation conditions (irradiation intensity, irradiation time, etc.) of the laser beam are not particularly limited, and the optimum conditions may be appropriately selected from known mass spectrometry conditions according to the molecule to be measured. .
また、質量分析のためのイオンの分離検出方法は特に限定されず、二重収束法、四重極集束法(四重極(Q)フィルター法)、タンデム型四重極(QQ)法、イオントラップ法、飛行時間(TOF)法等を適宜採用でき、これによりイオン化した分子を質量/電荷比(m/z)に従って分離し検出することが可能である。なお、このようなイオンの分離検出には、市販の装置を適宜利用でき、例えば、ブルカー・ダルトニクス社製の質量分析計(商品名「autoflex」等)、Shimadzu社製のイオントラップ飛行時間型質量分析計(商品名「AXIMA-QIT等」)等を適宜利用してもよい。このようにして、イオン化された測定対象分子の質量分析を行うことができる。 In addition, the method for separating and detecting ions for mass spectrometry is not particularly limited, and includes a double focusing method, a quadrupole focusing method (quadrupole (Q) filter method), a tandem quadrupole (QQ) method, an ion Trapping methods, time-of-flight (TOF) methods, etc. can be employed as appropriate, whereby ionized molecules can be separated and detected according to their mass/charge ratio (m/z). For such separation and detection of ions, a commercially available device can be used as appropriate. An analyzer (trade name “AXIMA-QIT, etc.”) or the like may be used as appropriate. In this manner, mass spectrometry of the ionized molecules to be measured can be performed.
なお、このような本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析法は、分析用基板として上記本発明の有機シリカ基板を用いていることから、種々の有機分子や生体分子などの中から選択される測定対象分子を高感度で検出でき、また、表面及びその近傍に存在するチタン酸化物により、より均一に測定対象分子を含む試料を基板上に吸着させて担持することができることから、測定対象分子を含む試料の担持領域内(分析領域内)において複数の測定点に対して分析を行う場合に、その測定点の位置によらず、各測定点において均一性が十分に高いシグナル強度を検出でき(各測定点において同程度の強度のシグナルを測定でき)、測定対象分子を再現性よく検出できることから、測定対象分子に対する再現性の高い質量分析を行うことが可能である。さらに、本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析法は、上記本発明の有機シリカ基板を用いていることから、基板中の有機シリカ薄膜が有するLDI支援性能に由来して、測定時にマトリクス化合物(低分子有機物)を必ずしも利用する必要がないことから、マトリクス由来のピークを検出することなく、マトリクス由来のシグナルが検出される分子領域においても、測定対象分子に由来するピークを高感度で測定することも可能である。 Since the laser desorption/ionization mass spectrometry method of the present invention uses the organic silica substrate of the present invention as a substrate for analysis, it can be selected from various organic molecules and biomolecules. The target molecule can be detected with high sensitivity, and the sample containing the target molecule can be more uniformly adsorbed and supported on the substrate by the titanium oxide present on the surface and its vicinity. When performing analysis on multiple measurement points within the sample carrying area (within the analysis area) containing (A signal with a similar intensity can be measured at each measurement point), and the molecule to be measured can be detected with high reproducibility, so that mass spectrometry can be performed on the molecule to be measured with high reproducibility. Furthermore, since the laser desorption/ionization mass spectrometry method of the present invention uses the organic silica substrate of the present invention, the matrix compound ( Since it is not necessary to use low-molecular-weight organic substances), the peak derived from the target molecule can be measured with high sensitivity even in the molecular region where the signal derived from the matrix is detected without detecting the peak derived from the matrix. is also possible.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
下記式(A):
(Example 1)
Formula (A) below:
[式(A)中、iPrで表される基はイソプロピル基を示す。]
で表される化合物(75mg;該化合物における有機基の質量に対するケイ素の質量([ケイ素の質量]/[有機基の質量])の比率:0.174[ケイ素の質量割合が17.4質量%の化合物]、なお、ここにいう「有機基」は、上記式(A)から2つの式:-Si(OiPr)3で表される基を除いた残基をいう)を、1.0mLの2-プロパノールに溶解せしめて混合液を得た。次いで、該混合液に2M(mol/L)の塩酸を10μL添加し、室温で60分間(1時間)撹拌し、ゾル溶液を調製した。次に、得られたゾル溶液をメンブレンフィルターで濾過して不純物を取り除いた後、濾過後のゾル溶液50μLを、1cm角サイズ(縦10mm、横10mmの大きさ)のシリコン基板上に滴下し、スピンコート(回転数:1500rpm、継続時間:10秒)することで、前記シリコン基板上に有機シリカ薄膜を形成した。なお、このようにして前記ゾル溶液から得られた膜(有機シリカ薄膜)は、スピンコート時に溶媒の大半(ほとんど)が蒸発(揮発)した。このように製膜時に溶媒の大半が蒸発により除去されるため、塗膜の正確な膜厚を求めることは困難であったが、製膜直後の膜の原子間力顕微鏡(AFM)観察により、膜厚が200~350nmの範囲にあることを確認した。このようにして、シリコン基板(基材)上に有機シリカ薄膜が積層された積層体を得た。
[In the formula (A), the group represented by i Pr represents an isopropyl group. ]
The ratio of the mass of silicon to the mass of the organic group in the compound ([mass of silicon]/[mass of organic group]) represented by (75 mg): 0.174 [mass ratio of silicon is 17.4% by mass compound], and the term “organic group” as used herein refers to a residue obtained by removing two groups represented by —Si(O i Pr) 3 from the above formula (A). A mixture was obtained by dissolving in 0 mL of 2-propanol. Next, 10 μL of 2M (mol/L) hydrochloric acid was added to the mixed solution and stirred at room temperature for 60 minutes (1 hour) to prepare a sol solution. Next, after filtering the obtained sol solution with a membrane filter to remove impurities, 50 μL of the filtered sol solution was dropped onto a 1 cm square silicon substrate (10 mm long and 10 mm wide), An organic silica thin film was formed on the silicon substrate by spin coating (rotation speed: 1500 rpm, duration: 10 seconds). In the film (organic silica thin film) obtained from the sol solution in this way, most (almost) of the solvent evaporated (volatilized) during the spin coating. Since most of the solvent is removed by evaporation during film formation, it was difficult to obtain an accurate film thickness of the coating film. It was confirmed that the film thickness was in the range of 200 to 350 nm. Thus, a laminate was obtained in which the organic silica thin film was laminated on the silicon substrate (base material).
次に、得られた積層体と、6M(mol/L)の塩酸300μLが入った小瓶と、をテフロン(登録商標)製の密閉可能な容器の底面にそれぞれ固定した後、該容器を密封して、80℃で3時間加熱することにより、該容器内において塩酸の蒸気にシリコン基板(基材)上の有機シリカ薄膜を暴露した。このような塩酸の蒸気の暴露により、残留アルコキシ基の加水分解及び薄膜の硬化を更に進行させることが可能となるとともに有機シリカ薄膜の表面に水酸基を露出させることが可能となる。このようにして塩酸の蒸気に暴露した後の積層体(基材/有機シリカ薄膜の順に積層された積層体)を、テフロン(登録商標)製の別の密閉可能な容器に移した後、ガス雰囲気をアルゴンガス雰囲気として、該容器内の積層体の近傍に、テトラメトキシシラン(別名:オルトケイ酸テトラメチル(Tetramethyl orthosilicate)、略称「TMOS」:150μL)及びテトラエトキシチタン(別名:オルトチタン酸テトラエチル(Tetraethyl orthotitanate)、略称「TEOTi」:50μL)を入れた小瓶を固定した。次に、アルゴンガス雰囲気下、該密閉可能な容器を密封し、その密封した容器内において、アルゴンガス雰囲気下、150℃で1時間加熱する処理を施して、前記積層体の有機シリカ薄膜の表面上にチタン酸化物を含有する層(TMOS及びTEOTiの反応物からなる層)を形成することにより、表面近傍にチタン酸化物が導入された有機シリカ薄膜を備えるレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板(表面近傍にチタン酸化物が導入された有機シリカ薄膜が基材上に積層された積層体)を得た。 Next, the obtained laminate and a small bottle containing 300 μL of 6 M (mol/L) hydrochloric acid were fixed to the bottom of a sealable container made of Teflon (registered trademark), and then the container was sealed. The organic silica thin film on the silicon substrate (substrate) was exposed to hydrochloric acid vapor in the container by heating at 80° C. for 3 hours. Such exposure to hydrochloric acid vapor makes it possible to further promote hydrolysis of the residual alkoxy groups and curing of the thin film, and to expose hydroxyl groups on the surface of the organic silica thin film. After the laminate (laminate laminated in the order of base material/organic silica thin film) after being exposed to the vapor of hydrochloric acid in this way is transferred to another sealable container made of Teflon (registered trademark), the gas is The atmosphere is an argon gas atmosphere, and tetramethoxysilane (a.k.a. Tetramethyl orthosilicate, abbreviated as “TMOS”: 150 μL) and tetraethoxytitanium (a.k.a. tetraethyl orthotitanate) are placed in the vicinity of the laminate in the container. (Tetraethyl orthotitanate), abbreviated as “TEOTi”: 50 μL), was fixed. Next, the sealable container is sealed under an argon gas atmosphere, and the surface of the organic silica thin film of the laminate is heated at 150° C. for 1 hour in the sealed container under an argon gas atmosphere. By forming a titanium oxide-containing layer (a layer consisting of a reactant of TMOS and TEOTi) on the top, a laser desorption/ionization mass spectrometer having an organic silica thin film in which titanium oxide is introduced near the surface is obtained. An organic silica substrate (a laminate in which an organic silica thin film having a titanium oxide introduced in the vicinity of the surface is laminated on a substrate) was obtained.
[実施例1で得られた有機シリカ基板の特性の評価]
〈有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜の有機基の特性について〉
実施例1で得られた有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜中の有機基の吸収波長を測定するために、以下のようにして測定用試料を形成して、紫外/可視吸収スペクトルを測定した。すなわち、先ず、実施例1と同様にしてゾル溶液を調製し、メンブレンフィルターで濾過した後、かかる濾過後のゾル溶液を石英基板上にスピンコート(回転数:1500rpm、継続時間:10秒)することにより、有機シリカ薄膜を形成し、これを測定用の試料とした。
[Evaluation of properties of the organic silica substrate obtained in Example 1]
<Characteristics of the organic group of the organic silica thin film provided by the organic silica substrate>
In order to measure the absorption wavelength of the organic group in the organic silica thin film provided in the organic silica substrate obtained in Example 1, a measurement sample was formed as follows and the ultraviolet/visible absorption spectrum was measured. That is, first, a sol solution was prepared in the same manner as in Example 1, filtered through a membrane filter, and then the filtered sol solution was spin-coated on a quartz substrate (rotation speed: 1500 rpm, duration: 10 seconds). Thus, an organic silica thin film was formed, and this was used as a sample for measurement.
このような測定用の試料の紫外/可視吸収スペクトルを図4に示す。このような測定用の試料の紫外/可視吸収スペクトルの結果(図4)からも明らかなように、実施例1で得られた有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜(上記式(A)で表される化合物(有機ケイ素化合物)の重合物)中の有機基は243nm、344nm、354nmに吸収極大波長を持つことが、その紫外/可視吸収スペクトルから確認され、実施例1で得られた有機シリカ薄膜中の有機基はレーザー光を吸収可能であることが確認された。 FIG. 4 shows the UV/visible absorption spectrum of a sample for such measurements. As is clear from the results of the ultraviolet/visible absorption spectrum of such a measurement sample (FIG. 4), the organic silica thin film (represented by the above formula (A)) included in the organic silica substrate obtained in Example 1 It was confirmed from the ultraviolet/visible absorption spectrum that the organic group in the compound (organosilicon compound polymer) has absorption maximum wavelengths of 243 nm, 344 nm, and 354 nm, and the organic silica thin film obtained in Example 1 It was confirmed that the organic groups inside were capable of absorbing laser light.
〈有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜のXPS分析〉
実施例1で得られた有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜に関して、X線光電子分光法(XPS)により、該薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内に存在する成分を検出し、測定された全元素(Si、Ti、C、N、O)の総量に対するチタン(Ti)の含有比率(原子%:at%)を求めることにより、有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内に存在するチタン酸化物の量を求めた。なお、測定された全元素(Si、Ti、C、N、O)の総量に対するチタン(Ti)の含有比率は、XPSで観測されたTiのスペクトルの結合エネルギーがチタンの化学結合状態として酸化物を示す値であったことから、そのままチタン酸化物の含有量であるものとみなした。また、測定に際しては、測定装置としてXPS装置(アルバックファイ社製の商品名「PHI 5000 Versaprobe II」)を用いて、下記測定条件を採用した。
[X線光電子分光法の測定条件]
X線源 :AlKα,1486.6ev
光電子取出角 :45°
分析領域 :直径100μmの領域
パスエネルギー :93.8eV
エネルギーステップ:0.2eV。
<XPS analysis of organic silica thin film provided on organic silica substrate>
Regarding the organic silica thin film provided in the organic silica substrate obtained in Example 1, components existing within a range of up to 10 nm in the depth direction from the surface of the thin film were detected by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). , by determining the content ratio (atomic %: at%) of titanium (Ti) with respect to the total amount of all measured elements (Si, Ti, C, N, O), 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film The amount of titanium oxide present in the range of up to was determined. In addition, the content ratio of titanium (Ti) to the total amount of all measured elements (Si, Ti, C, N, O) is that the binding energy of the spectrum of Ti observed by XPS is an oxide as a chemical bonding state of titanium. , it was regarded as the content of titanium oxide. In the measurement, an XPS device (trade name “PHI 5000 Versaprobe II” manufactured by ULVAC-PHI) was used as a measurement device, and the following measurement conditions were adopted.
[Measurement conditions for X-ray photoelectron spectroscopy]
X-ray source: AlKα, 1486.6ev
Photoelectron extraction angle: 45°
Analysis region: 100 μm diameter region Pass energy: 93.8 eV
Energy step: 0.2 eV.
このようなXPS測定の結果、実施例1で得られた有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜は、該薄膜の表面から深さ方向10nmの範囲にチタン酸化物がチタン元素比で1.8at%含まれていることが確認された。 As a result of such XPS measurement, the organic silica thin film included in the organic silica substrate obtained in Example 1 contained 1.8 atomic % of titanium oxide in the range of 10 nm in the depth direction from the surface of the thin film. It was confirmed that
(比較例1)
塩酸の蒸気に暴露した後の積層体の有機シリカ薄膜の表面上にチタン酸化物を含有する層を形成する際に、密封した容器内において、アルゴンガス雰囲気下、150℃で1時間加熱する処理を施す代わりに、密封した容器内において、アルゴンガス雰囲気下、150℃で2時間加熱する処理を施した以外(チタン酸化物を含有する層を形成する際の加熱処理時間を1時間から2時間に変更した以外)は、実施例1と同様にして、表面近傍にチタン酸化物が導入された有機シリカ薄膜を備えるレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板(表面近傍にチタン酸化物が導入された有機シリカ薄膜が基材上に積層された積層体)を得た。
( Comparative Example 1 )
A treatment of heating at 150°C for 1 hour in an argon gas atmosphere in a sealed container when forming a layer containing titanium oxide on the surface of the organic silica thin film of the laminate after exposure to hydrochloric acid vapor Instead of applying, in a sealed container, in an argon gas atmosphere, heat treatment was performed at 150 ° C. for 2 hours, except that the heat treatment time when forming the layer containing titanium oxide was 1 hour to 2 hours. ) was prepared in the same manner as in Example 1, using an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry with an organic silica thin film in which titanium oxide was introduced in the vicinity of the surface (titanium oxide was introduced in the vicinity of the surface). Thus, a laminate was obtained in which the introduced organic silica thin film was laminated on the base material.
なお、実施例1で得られた有機シリカ基板の特性の評価を行う際に行った「有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜のXPS分析」と同様の方法を採用して、比較例1で得られた有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜の表面から深さ方向10nmの範囲に存在するチタン酸化物の量を測定したところ、該薄膜の表面から深さ方向10nmの範囲にチタン酸化物がチタン元素比で2.8at%含まれていることが確認された。なお、比較例1で形成した有機シリカ薄膜は、上記式(A)で表される化合物を用いて形成されたものであることを考慮すれば、実施例1で形成した有機シリカ薄膜と同様にレーザー光を吸収可能な有機基を有すること(その薄膜中の有機基が243nm、344nm、354nmに吸収極大波長を持つこと)は明らかである。 In addition, the same method as "XPS analysis of the organic silica thin film included in the organic silica substrate" performed when evaluating the characteristics of the organic silica substrate obtained in Example 1 was used. When the amount of titanium oxide existing in a range of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film provided on the organic silica substrate was measured, the amount of titanium oxide in the range of 10 nm in the depth direction from the surface of the thin film was was confirmed to contain 2.8 at %. Considering that the organic silica thin film formed in Comparative Example 1 was formed using the compound represented by the above formula (A), it was formed in the same manner as the organic silica thin film formed in Example 1. It is clear that the thin film has an organic group capable of absorbing laser light (the organic group in the thin film has absorption maximum wavelengths of 243 nm, 344 nm and 354 nm).
(実施例2)
レーザー脱離/イオン化質量分析法に用いる分析用の基板として、実施例1で得られた有機シリカ基板を利用し、以下のようにして、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)を行った。
(Example 2 )
Using the organic silica substrate obtained in Example 1 as an analytical substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry, laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) was performed as follows. rice field.
すなわち、先ず、測定対象分子としてアンジオテンシンIを選択し、アンジオテンシンIを、溶媒としての0.1質量%トリフルオロ酢酸水溶液(0.1質量%の濃度でトリフルオロ酢酸を水に溶解させた水溶液)中に溶解して、濃度が1.0pmol/μLのアンジオテンシンIの溶液(A)を得た。次に、前記溶液(A)を、実施例1で得られた有機シリカ基板の前記有機シリカ薄膜の表面上に1.0μL滴下することにより塗布した。次いで、前記溶液(A)を塗布した後の有機シリカ基板を自然乾燥させて、該基板の前記有機シリカ薄膜の表面上にアンジオテンシンI(試料)を担持した。次いで、アンジオテンシンIを担持した領域(溶液を塗布した箇所)内において、任意に選択した異なる10点の領域(直径100μmの円形の10点の異なる領域)をそれぞれ測定点として、各測定点に対して、分析装置としてブルカー・ダルトニクス社製の質量分析計(MALDI-TOF-MS装置、商品名「Autoflex」)を用いて、それぞれ、N2レーザー(波長:337nm)を照射し、リフレクトロンモードで質量分析を行った。なお、分析時には、測定点ごとに、N2レーザーはレーザー強度30%の条件で10回積算照射し(N2レーザーを測定点ごとに計10ショットずつ照射し)、スペクトルを積算することによりマススペクトルを求めた。 That is, first, angiotensin I is selected as a molecule to be measured, and angiotensin I is added to a 0.1% by mass trifluoroacetic acid aqueous solution as a solvent (aqueous solution in which trifluoroacetic acid is dissolved in water at a concentration of 0.1% by mass). to obtain a solution (A) of angiotensin I with a concentration of 1.0 pmol/μL. Next, 1.0 μL of the solution (A) was applied onto the surface of the organic silica thin film of the organic silica substrate obtained in Example 1 by dropping. Next, the organic silica substrate coated with the solution (A) was air-dried to carry angiotensin I (sample) on the surface of the organic silica thin film of the substrate. Next, within the region carrying angiotensin I (where the solution was applied), arbitrarily selected 10 different regions (10 different circular regions with a diameter of 100 μm) were used as measurement points, and each measurement point Then, using a mass spectrometer (MALDI-TOF-MS device, trade name “Autoflex”) manufactured by Bruker Daltonics as an analysis device, each was irradiated with an N 2 laser (wavelength: 337 nm), in reflectron mode. Mass spectrometry was performed. At the time of analysis, the N2 laser was irradiated 10 times at a laser intensity of 30% for each measurement point (a total of 10 shots of the N2 laser was irradiated at each measurement point), and the spectrum was integrated to obtain a mass. A spectrum was obtained.
このような質量分析の結果として、任意の1箇所の測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のマススペクトル(LDI-MSスペクトル)のグラフを図5及び図6に示す。また、10点の異なる測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のシグナル強度を図7に示す。なお、図7中の測定点8のLDI-MSスペクトルが図5及び6に示すものである。このような図5~6に示す結果から、実施例1で得られた有機シリカ基板を利用した場合には、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)により、アンジオテンシンI(Angiotensin I)に相当するシグナル(m/z=1296.2)が同位体パターンを伴って明確に確認できることが分かり、また、図7に示す結果からいずれの測定点においても同程度のシグナル強度が確認できることが分かった。
As a result of such mass spectrometry, the graphs of the mass spectrum (LDI-MS spectrum) of angiotensin I (monoisotopic mass: 1295.6 Da) at any one measurement point are shown in FIGS. 5 and 6. shown. FIG. 7 shows the signal intensity of angiotensin I (monoisotopic mass: 1295.6 Da) at 10 different measurement points. 5 and 6 show the LDI-MS spectrum of the
(比較例2)
実施例1で得られた有機シリカ基板を利用する代わりに、比較例1で得られた有機シリカ基板を利用した以外は、実施例2と同様にして、任意に選択した異なる10点の領域(10点の測定点)に対して、それぞれ質量分析を行った。
( Comparative example 2 )
Ten arbitrarily selected different regions ( 10 measurement points) were subjected to mass spectrometry.
このような質量分析の結果として、10点の異なる測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のシグナル強度を図8に示す。図8に示す結果から、比較例1で得られた有機シリカ基板を利用した場合には、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)により、いずれの測定点においても同程度のシグナル強度が確認できることが分かった。 FIG. 8 shows the signal intensity of angiotensin I (monoisotopic mass: 1295.6 Da) at 10 different measurement points as a result of such mass spectrometry. From the results shown in FIG. 8, when the organic silica substrate obtained in Comparative Example 1 was used, laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) showed similar signal intensities at any measurement point. I have found that it can be verified.
(比較例3)
実施例1で調製した濾過後のゾル溶液と同様のものを調製し、1cm角サイズ(縦10mm、横10mmの大きさ)のシリコン基板上に滴下し、実施例1と同様の条件でスピンコート(回転数:1500rpm、継続時間:10秒)することで、シリコン基板(基材)上に有機シリカ薄膜を形成し、得られた積層体(シリコン基板(基材)上に有機シリカ薄膜が積層された積層体)をそのまま、比較のためのレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板とした(実施例1で採用している方法において得られる、塩酸の蒸気に暴露する前の積層体と同様のものを、比較のためのレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板とした)。
(Comparative Example 3 )
A sol solution similar to the filtered sol solution prepared in Example 1 was prepared, dropped onto a 1 cm square silicon substrate (10 mm long and 10 mm wide), and spin-coated under the same conditions as in Example 1. (Rotation speed: 1500 rpm, duration: 10 seconds) to form an organic silica thin film on a silicon substrate (base material), and the resulting laminate (an organic silica thin film is laminated on a silicon substrate (base material). The laminate obtained by the method used in Example 1 was used as an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry for comparison. was used as an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry for comparison).
(比較例4)
比較例3で採用している方法と同様にして積層体を得た後、該積層体と、6M(mol/L)の塩酸300μLが入った小瓶と、をテフロン(登録商標)製の密閉可能な容器の底面にそれぞれ固定した後、該容器を密封して、80℃で3時間加熱することにより、該容器内において塩酸の蒸気にシリコン基板(基材)上の有機シリカ薄膜を暴露し、シリコン基板(基材)上に有機シリカ薄膜が積層された積層体からなる、比較のためのレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板を得た。
(Comparative Example 4 )
After obtaining a laminate in the same manner as in Comparative Example 3 , the laminate and a small bottle containing 300 μL of 6 M (mol / L) hydrochloric acid are sealed with Teflon (registered trademark). After fixing to the bottom of each container, the container is sealed and heated at 80 ° C. for 3 hours to expose the organic silica thin film on the silicon substrate (base material) to the vapor of hydrochloric acid in the container, For comparison, an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry was obtained, which consisted of a laminate in which an organic silica thin film was laminated on a silicon substrate (base material).
(比較例5~6)
実施例1で得られた有機シリカ基板を利用する代わりに、比較例3で得られた有機シリカ基板及び比較例4で得られた有機シリカ基板をそれぞれ利用した以外は、実施例2と同様にして、任意に選択した異なる10点の領域(10点の測定点)に対して、それぞれ質量分析を行った。
(Comparative Examples 5-6 )
The procedure of Example 2 was repeated except that instead of using the organic silica substrate obtained in Example 1, the organic silica substrate obtained in Comparative Example 3 and the organic silica substrate obtained in Comparative Example 4 were used . Then, mass spectrometry was performed on 10 different arbitrarily selected regions (10 measurement points).
このような10点の測定点に対するレーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)の結果として、比較例3で得られた有機シリカ基板を用いた場合(比較例5)の各測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のシグナル強度を示すグラフを図9に示し、比較例4で得られた有機シリカ基板を用いた場合(比較例6)の各測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のシグナル強度を示すグラフを図10に示す。図9及び図10に示す結果から、比較例3~4で得られた有機シリカ基板を用いた場合には、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)を行った場合に、実施例1及び比較例1で得られた有機シリカ基板を利用した場合と比較すると、測定点ごとにシグナル強度のばらつきの点で必ずしも十分なものではないことが分かった。 As a result of laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) for such 10 measurement points, angiotensin at each measurement point when using the organic silica substrate obtained in Comparative Example 3 (Comparative Example 5 ) A graph showing the signal intensity of I (monoisotopic mass: 1295.6 Da) is shown in FIG. A graph showing the signal intensity of angiotensin I (Monoisotopic mass: 1295.6 Da) of . From the results shown in FIGS. 9 and 10, when the organic silica substrates obtained in Comparative Examples 3 and 4 were used, laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) was performed. And when compared with the case of using the organic silica substrate obtained in Comparative Example 1 , it was found that the variation in signal intensity at each measurement point was not always sufficient.
[実施例1、比較例1及び比較例3~4で得られた有機シリカ基板を用いた質量分析の結果(実施例2、比較例2及び比較例5~6の質量分析の結果)について]
実施例1、比較例1及び比較例3~4で得られた有機シリカ基板をそれぞれ用いた質量分析の結果(任意に選択した異なる10点の領域(10点の測定点)の質量分析の結果(図7~10))から(実施例2、比較例2及び比較例5~6の質量分析の結果から)、各有機シリカ基板を用いた場合の10点の測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のシグナル強度の平均値及びその標準偏差を求め、表1に示す。
[Results of mass spectrometry using the organic silica substrates obtained in Example 1 , Comparative Example 1 and Comparative Examples 3 and 4 (results of mass spectrometry of Example 2, Comparative Example 2 and Comparative Examples 5 and 6 )]
Results of mass spectrometry using the organic silica substrates obtained in Example 1 , Comparative Example 1 , and Comparative Examples 3 and 4 (10 different arbitrarily selected regions (10 measurement points) of mass spectrometry From the results (FIGS. 7-10)) (from the mass spectrometry results of Example 2, Comparative Example 2 and Comparative Examples 5-6) , angiotensin I (mono Table 1 shows the average value of the signal intensity of the isotopic mass (Monoisotopic mass: 1295.6 Da) and its standard deviation.
表1に示す結果からも明らかなように、表面から深さ方向10nmの範囲に所定量のチタン酸化物を含んだ有機シリカ薄膜を備える実施例1及び比較例1で得られた有機シリカ基板を用いた場合には、比較例3~4で得られた有機シリカ基板(その基板が備える有機シリカ薄膜にチタン酸化物は導入されていない)を用いた場合と対比して、10点の測定点に対してレーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)を行った場合に、得られるマススペクトルのシグナル強度の平均値がより高い値となっており、実施例1及び比較例1で得られた有機シリカ基板を用いた場合には、より高感度の測定が可能であることが分かった。また、表1に示す結果からも明らかなように、実施例1及び比較例1で得られた有機シリカ基板を用いた場合には、比較例3~4で得られた有機シリカ基板を用いた場合と対比して、10点の測定点に対してレーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)を行った場合に、得られるマススペクトルのシグナル強度の標準偏差が小さな値となることが分かった。このような表1に示す結果と図7~10に示す結果とから、表面から深さ方向10nmの範囲に所定量のチタン酸化物を含んだ有機シリカ薄膜を備える実施例1及び比較例1で得られた有機シリカ基板を用いた場合には、測定点ごとのシグナル強度のばらつきがより抑制されて、得られるマススペクトルのシグナル強度の均一性がより高いものとなることが分かった。 As is clear from the results shown in Table 1, the organic silica substrates obtained in Example 1 and Comparative Example 1, which have an organic silica thin film containing a predetermined amount of titanium oxide in a range of 10 nm in the depth direction from the surface, were used. When used, compared with the case of using the organic silica substrate obtained in Comparative Examples 3 and 4 (no titanium oxide was introduced into the organic silica thin film provided on the substrate), 10 measurement points When laser desorption / ionization mass spectrometry (LDI-MS) is performed for It was found that higher sensitivity measurement is possible when using an organic silica substrate. Further, as is clear from the results shown in Table 1, when the organic silica substrates obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were used, the organic silica substrates obtained in Comparative Examples 3 and 4 were used. In contrast to the case, when laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) is performed for 10 measurement points, the standard deviation of the signal intensity of the mass spectrum obtained is found to be a small value. rice field. From the results shown in Table 1 and the results shown in FIGS. It was found that when the obtained organic silica substrate was used, the variation in signal intensity at each measurement point was further suppressed, and the uniformity of the signal intensity of the obtained mass spectrum was improved.
このような結果から、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)の分析用基板として、表面から深さ方向10nmの範囲に所定量のチタン酸化物を含んだ有機シリカ薄膜を備える実施例1及び比較例1で得られた有機シリカ基板を用いた場合には、複数の測定点において同条件で測定をした場合に、各測定点においてマススペクトルのシグナル強度の均一性がより高くなり、より再現性の高い質量分析を行うことが可能であることが分かった。 From these results, Example 1 comprising an organic silica thin film containing a predetermined amount of titanium oxide in a range of 10 nm in the depth direction from the surface as a substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) analysis. And when the organic silica substrate obtained in Comparative Example 1 is used, when measurements are performed at a plurality of measurement points under the same conditions, the uniformity of the signal intensity of the mass spectrum at each measurement point becomes higher, and the It was found that mass spectrometry with high reproducibility can be performed.
(実施例3)
塩酸の蒸気に暴露した後の積層体の有機シリカ薄膜の表面上にチタン酸化物を含有する層を形成する際に、テトラメトキシシラン(TMOS:150μL)及びテトラエトキシチタン(TEOTi:50μL)を入れた小瓶を用いる代わりに、テトラメトキシシラン(TMOS:150μL)、テトラプロポキシチタン(Tetrapropyl orthotitanate:TPOTi:50μL)、及び、疎水性材料としてのトリメトキシ(1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル)シラン(Trimethoxy(1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl)silan:長鎖のフルオロアルキルシラン(FAS-9):25μL)を入れた小瓶を用いた以外は、実施例1と同様にして、表面近傍にチタン酸化物が導入された有機シリカ薄膜を備えるレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板(表面近傍にチタン酸化物が導入された有機シリカ薄膜が基材上に積層された積層体)を得た。
(Example 3 )
Tetramethoxysilane (TMOS: 150 μL) and tetraethoxytitanium (TEOTi: 50 μL) were added when forming a layer containing titanium oxide on the surface of the organic silica thin film of the laminate after exposure to hydrochloric acid vapor. Tetramethoxysilane (TMOS: 150 μL), Tetrapropyl orthotitanate (TPOTi: 50 μL), and trimethoxy(1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl)silane as a hydrophobic material instead of using a small vial. In the same manner as in Example 1, except that a vial containing (Trimethoxy (1H, 1H, 2H, 2H-nonafluorohexyl) silane: long-chain fluoroalkylsilane (FAS-9): 25 μL) was used. An organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry (a laminate in which an organic silica thin film with titanium oxide introduced near the surface is laminated on a substrate) comprising an organic silica thin film with titanium oxide introduced. Obtained.
なお、実施例1で得られた有機シリカ基板の特性の評価を行う際に行った「有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜のXPS分析」と同様の方法を採用して、実施例3で得られた有機シリカ基板が備える有機シリカ薄膜の表面から深さ方向10nmの範囲に存在するチタン酸化物の量を測定したところ、該薄膜の表面から深さ方向10nmの範囲にチタン酸化物がチタン元素比で1.1at%含まれていることが確認された。なお、実施例3で形成した有機シリカ薄膜は、上記式(A)で表される化合物を用いて形成されたものであることを考慮すれば、実施例1で形成した有機シリカ薄膜と同様にレーザー光を吸収可能な有機基を有すること(その薄膜中の有機基が243nm、344nm、354nmに吸収極大波長を持つこと)は明らかである。また、チタン酸化物を含有する層を形成する際に疎水性材料(トリメトキシ(1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル)シラン)を利用していることから、実施例3で形成した有機シリカ薄膜の表面には、かかる疎水性材料に由来して、1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル基(疎水基)が導入されていることは明らかである。 In addition, the same method as "XPS analysis of the organic silica thin film included in the organic silica substrate" performed when evaluating the characteristics of the organic silica substrate obtained in Example 1 was used. When the amount of titanium oxide existing in a range of 10 nm in the depth direction from the surface of the organic silica thin film provided on the organic silica substrate was measured, the amount of titanium oxide in the range of 10 nm in the depth direction from the surface of the thin film was was confirmed to be contained at 1.1 at %. Considering that the organic silica thin film formed in Example 3 was formed using the compound represented by the above formula (A), the organic silica thin film formed in Example 1 was It is clear that the thin film has an organic group capable of absorbing laser light (the organic group in the thin film has absorption maximum wavelengths of 243 nm, 344 nm and 354 nm). In addition, since a hydrophobic material (trimethoxy(1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl)silane) is used when forming the layer containing titanium oxide, the organic silica formed in Example 3 It is clear that 1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl groups (hydrophobic groups) are introduced into the surface of the thin film from such a hydrophobic material.
(実施例4)
実施例1で得られた有機シリカ基板を利用する代わりに、実施例3で得られた有機シリカ基板を利用した以外は、実施例2と同様にして、任意に選択した異なる10点の領域(10点の測定点)に対して、それぞれ質量分析を行った。
(Example 4 )
10 arbitrarily selected different regions ( 10 measurement points) were subjected to mass spectrometry.
このような質量分析の結果として、任意の1箇所の測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のマススペクトル(LDI-MSスペクトル)のグラフを図11及び図12に示し、また、10点の異なる測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のシグナル強度を図13に示す。図11及び図12に示す結果から、実施例3で得られた有機シリカ基板を利用した場合には、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)により、アンジオテンシンI(Angiotensin I)に相当するシグナル(m/z=1296.2)が同位体パターンを伴って明確に確認できることが分かった。このように、図11及び図12に示す結果から、実施例3で得られた有機シリカ基板を利用した場合には、十分に高感度な測定が可能であることが分かった。また、図13に示す結果から、実施例3で得られた有機シリカ基板を利用した場合には、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)により、10点の異なる測定点のいずれの位置においても同程度のシグナル強度が確認できることが分かった。なお、実施例3で得られた有機シリカ基板を利用したレーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)の結果から10点の異なる測定点のシグナル強度の平均値及びその標準偏差を求めたところ、シグナル強度の平均値は2408.9であり、かつ、シグナル強度の標準偏差は69.3であった。このような結果と比較例5~6の測定結果(表1参照)とから、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)に実施例3で得られた有機シリカ基板を利用した場合、測定点ごとのシグナル強度のばらつきがより抑制されて、各測定点においてマススペクトルのシグナル強度の均一性がより高く、より再現性の高い質量分析を行うことが可能であることが分かった。 As a result of such mass spectrometry, the graphs of the mass spectrum (LDI-MS spectrum) of angiotensin I (monoisotopic mass: 1295.6 Da) at any one measurement point are shown in FIGS. 11 and 12. , and the signal intensity of angiotensin I (monoisotopic mass: 1295.6 Da) at 10 different measurement points is shown in FIG. From the results shown in FIGS. 11 and 12, when the organic silica substrate obtained in Example 3 is used, it corresponds to Angiotensin I by laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS). It was found that the signal (m/z=1296.2) was clearly identifiable with the isotope pattern. Thus, from the results shown in FIGS. 11 and 12, it was found that the use of the organic silica substrate obtained in Example 3 enables measurement with sufficiently high sensitivity. Further, from the results shown in FIG. 13, when the organic silica substrate obtained in Example 3 was used, laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) determined any position of 10 different measurement points. It was found that the same level of signal intensity could be confirmed even in From the results of laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) using the organic silica substrate obtained in Example 3 , the average value of the signal intensity at 10 different measurement points and its standard deviation were obtained. , the average signal intensity was 2408.9 and the standard deviation of the signal intensity was 69.3. From these results and the measurement results of Comparative Examples 5 and 6 (see Table 1), it can be concluded that when the organic silica substrate obtained in Example 3 is used for laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS), measurement It was found that the variation in signal intensity from point to point was further suppressed, the uniformity of the signal intensity of the mass spectrum was higher at each measurement point, and it was possible to perform mass spectrometry with higher reproducibility.
(実施例5)
濃度が1.0pmol/μLのアンジオテンシンIの溶液(A)を用いる代わりに、平均分子量が約1000g/molのポリエチレングリコールジメチルエーテル(Polyethylene glycol dimethyl ether:略称「PEGDME」)を0.1質量%トリフルオロ酢酸水溶液に溶解して得られた、濃度が1.0pmol/μLのポリエチレングリコールジメチルエーテルの溶液(B)を用い、任意に選択した10点の測定点に対して測定を行う代わりに、任意の1点の測定点に対して測定を行った以外は、実施例4と同様にして、PEGDMEを担持した領域(溶液を塗布した箇所)内の任意の測定点に対して質量分析を行った。
(Example 5 )
Instead of using an angiotensin I solution (A) with a concentration of 1.0 pmol/μL, polyethylene glycol dimethyl ether (abbreviated as “PEGDME”) with an average molecular weight of about 1000 g/mol was added to 0.1% by mass of trifluoro Using a polyethylene glycol dimethyl ether solution (B) with a concentration of 1.0 pmol/μL obtained by dissolving in an aqueous acetic acid solution, instead of measuring 10 arbitrarily selected measurement points, any 1 Mass spectrometry was performed on an arbitrary measurement point in the region supporting PEGDME (the location where the solution was applied) in the same manner as in Example 4 , except that the measurement was performed on the point measurement point.
このような質量分析の結果として、任意の1箇所の測定点のポリエチレングリコールジメチルエーテル(平均分子量:約1000g/mol)のマススペクトル(LDI-MSスペクトル)のグラフを図14に示す。図14に示す結果からも明らかなように、得られたマススペクトルにおいて、ポリエチレングリコールジメチルエーテルのシグナル(m/z=1081.2)が明瞭に確認された。このような結果から、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)に実施例3で得られた有機シリカ基板を利用した場合(実施例5)においては、ポリエチレングリコールジメチルエーテルに対して十分に高感度な分析を行うことが可能であることが分かった。 As a result of such mass spectrometry, FIG. 14 shows a graph of a mass spectrum (LDI-MS spectrum) of polyethylene glycol dimethyl ether (average molecular weight: about 1000 g/mol) at one arbitrary measurement point. As is clear from the results shown in FIG. 14, a polyethylene glycol dimethyl ether signal (m/z=1081.2) was clearly confirmed in the obtained mass spectrum. From these results, it was found that when the organic silica substrate obtained in Example 3 was used for laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) (Example 5 ), it was sufficiently high for polyethylene glycol dimethyl ether. It turned out that it is possible to perform a sensitive analysis.
(実施例6)
濃度が1.0pmol/μLのアンジオテンシンIの溶液(A)を用いる代わりに、サブスタンスP(Substance P:P物質)を0.1質量%トリフルオロ酢酸水溶液に溶解して得られた、濃度が1.0pmol/μLのサブスタンスPの溶液(C)を用いた以外は、実施例4と同様にして、任意に選択した異なる10点の領域(10点の測定点)に対して、それぞれ質量分析を行った。
(Example 6 )
Instead of using the solution (A) of angiotensin I with a concentration of 1.0 pmol / μL, Substance P (Substance P: P substance) was dissolved in an aqueous solution of 0.1% by mass of trifluoroacetic acid, and the concentration was 1 Mass spectrometry was performed on 10 arbitrarily selected different regions (10 measurement points) in the same manner as in Example 4 , except that the solution (C) of .0 pmol / μL of substance P was used. gone.
このような質量分析の結果として、任意の1箇所の測定点のサブスタンスP(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1346.7Da)のマススペクトル(LDI-MSスペクトル)のグラフを図15及び16に示す。図15及び図16に示す結果からも明らかなように、得られたマススペクトルにおいて、サブスタンスPのシグナル(m/z=1347.0)が同位体パターンを伴って明瞭に確認された。このような結果から、レーザー脱離/イオン化質量分析(LDI-MS)に実施例3で得られた有機シリカ基板を利用した場合(実施例6)においては、サブスタンスPに対しても十分に高感度な分析を行うことが可能であることが分かった。なお、このような質量分析(実施例6)において、10点の異なる測定点のマススペクトルのシグナル強度は、ほぼ同等程度であり、シグナル強度の平均値は2315.6であり、かつ、シグナル強度の標準偏差が116.5であったことから、各測定点においてマススペクトルのシグナル強度の均一性が十分に高く、十分に再現性の高い質量分析を行うことが可能であることが分かった。 As a result of such mass spectrometry, the graph of the mass spectrum (LDI-MS spectrum) of substance P (monoisotopic mass: 1346.7 Da) at any one measurement point is shown in FIGS. 15 and 16. show. As is clear from the results shown in FIGS. 15 and 16, the substance P signal (m/z=1347.0) was clearly confirmed with the isotope pattern in the obtained mass spectrum. From these results, when the organic silica substrate obtained in Example 3 is used for laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) (Example 6 ), it is sufficiently high for substance P. It turned out that it is possible to perform a sensitive analysis. In such mass spectrometry (Example 6 ), the signal intensities of the mass spectra at 10 different measurement points were approximately the same, the average value of the signal intensities was 2315.6, and the signal intensity was 116.5, it was found that the uniformity of the signal intensity of the mass spectrum at each measurement point was sufficiently high, and mass spectrometry with sufficiently high reproducibility could be performed.
(実施例7)
上記式(A)で表される化合物(180mg)を、2.0mLの1-プロパノールに溶解せしめて混合液を得た。次いで、該混合液に2M(mol/L)の塩酸を24μL添加し、室温で60分間(1時間)撹拌し、ゾル溶液を調製した。次に、得られたゾル溶液をメンブレンフィルターで濾過して不純物を取り除いた後、濾過後のゾル溶液を、2cm角サイズ(縦20mm、横20mmの大きさ)のシリコン基板上に滴下し、スピンコート(回転数:1400rpm、継続時間:4秒)することで、前記シリコン基板上に有機シリカ薄膜(膜厚:200~350nmの範囲)を形成した。次いで、前述のようにしてシリコン基板上にスピンコートにより薄膜を形成した直後に、ポリエチレンテレフタレート製のナノモールド(綜研化学製の商品名「FleFimo」、ナノピラーアレイ、ピッチ250nm、ピラー直径150nm、ピラー高さ250nm)を、該薄膜の表面上に素早く載せて、平板プレス機を用いて1.4トン(ton)の条件で2時間加圧した。その後、前記ナノモールドを除去して、基材上に凹凸構造を有する有機シリカ薄膜が積層された積層体を得た。
(Example 7 )
The compound represented by formula (A) (180 mg) was dissolved in 2.0 mL of 1-propanol to obtain a mixed solution. Next, 24 μL of 2M (mol/L) hydrochloric acid was added to the mixed solution and stirred at room temperature for 60 minutes (1 hour) to prepare a sol solution. Next, after filtering the obtained sol solution with a membrane filter to remove impurities, the filtered sol solution was dropped onto a 2 cm square silicon substrate (20 mm long and 20 mm wide) and spun. By coating (rotation speed: 1400 rpm, duration: 4 seconds), an organic silica thin film (thickness: in the range of 200 to 350 nm) was formed on the silicon substrate. Next, immediately after forming a thin film on the silicon substrate by spin coating as described above, a nanomold made of polyethylene terephthalate (trade name “FleFimo” manufactured by Soken Chemical, nanopillar array, pitch 250 nm,
次に、得られた積層体と、6M(mol/L)の塩酸300μLが入った小瓶と、をテフロン(登録商標)製の密閉可能な容器の底面にそれぞれ固定した後、該容器を密封して、80℃で3時間加熱することにより、該容器内において塩酸の蒸気にシリコン基板(基材)上の凹凸構造を有する有機シリカ薄膜を暴露した。このような塩酸の蒸気の暴露により、残留アルコキシ基の加水分解及び薄膜の硬化を更に進行させることが可能となるとともに有機シリカ薄膜の表面に水酸基を露出させることが可能となる。このようにして、塩酸の蒸気に暴露した後の積層体(基材/凹凸構造を有する有機シリカ薄膜の順に積層された積層体)を得た。このようにして塩酸の蒸気に暴露した後の積層体(基材/凹凸構造を有する有機シリカ薄膜の順に積層された積層体)を、テフロン(登録商標)製の別の密閉可能な容器に移した後、ガス雰囲気をアルゴンガス雰囲気として、該容器内の積層体の近傍に、テテトラメトキシシラン(TMOS:150μL)、テトラプロポキシチタン(TPOTi:50μL)、及び、疎水性材料としてのトリメトキシ(1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル)シラン(25μL)を各々入れた小瓶を固定した。次に、アルゴンガス雰囲気下、該密閉可能な容器を密封し、その密封した容器内において、アルゴンガス雰囲気下、150℃で1時間加熱する処理を施して、前記積層体の有機シリカ薄膜の表面上にチタン酸化物を含有する層(TMOS、TEOTi及び疎水性材料の反応物からなる層)を形成することにより、表面近傍にチタン酸化物が導入された凹凸構造を有する有機シリカ薄膜を備えるレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板(表面近傍にチタン酸化物が導入された、凹凸構造を有する有機シリカ薄膜が基材上に積層された積層体)を得た。 Next, the obtained laminate and a small bottle containing 300 μL of 6 M (mol/L) hydrochloric acid were fixed to the bottom of a sealable container made of Teflon (registered trademark), and then the container was sealed. Then, the organic silica thin film having the uneven structure on the silicon substrate (base material) was exposed to the vapor of hydrochloric acid in the container by heating at 80° C. for 3 hours. Such exposure to hydrochloric acid vapor makes it possible to further promote hydrolysis of residual alkoxy groups and curing of the thin film, and to expose hydroxyl groups on the surface of the organic silica thin film. In this way, a laminate (laminate in which substrate/organic silica thin film having uneven structure was laminated in this order) after exposure to hydrochloric acid vapor was obtained. After being exposed to the vapor of hydrochloric acid in this way, the laminate (laminate in which the base material/the organic silica thin film having the concave-convex structure was laminated in this order) was transferred to another sealable container made of Teflon (registered trademark). Then, the gas atmosphere is changed to an argon gas atmosphere, and tetramethoxysilane (TMOS: 150 μL), tetrapropoxytitanium (TPOTi: 50 μL), and trimethoxy (1H) as a hydrophobic material are placed in the vicinity of the laminate in the container. , 1H,2H,2H-nonafluorohexyl)silane (25 μL) each was secured. Next, the sealable container is sealed under an argon gas atmosphere, and the surface of the organic silica thin film of the laminate is heated at 150° C. for 1 hour in the sealed container under an argon gas atmosphere. A laser equipped with an organic silica thin film having an uneven structure in which titanium oxide is introduced near the surface by forming a layer containing titanium oxide (a layer consisting of TMOS, TEOTi and a reaction product of a hydrophobic material) on the top An organic silica substrate for desorption/ionization mass spectrometry (a laminate in which an organic silica thin film having an uneven structure with titanium oxide introduced near the surface is laminated on the substrate) was obtained.
なお、実施例7で採用している基板の製造方法からも明らかなように、凹凸構造を有する有機シリカ薄膜が積層された積層体を利用している以外は、基本的に、実施例3で採用している条件と同様の条件で、有機シリカ薄膜の表面近傍にチタン酸化物を導入していることから、得られた有機シリカ基板(実施例7)においては、有機シリカ薄膜の表面から深さ方向に10nmまでの範囲の領域内に存在するチタン酸化物の量が、実施例3で得られた有機シリカ基板とほぼ同等となることは明らかである。また、実施例7で形成した有機シリカ薄膜は、上記式(A)で表される化合物を用いて形成されたものであることを考慮すれば、実施例1で形成した有機シリカ薄膜と同様にレーザー光を吸収可能な有機基を有すること(その薄膜中の有機基が243nm、344nm、354nmに吸収極大波長を持つこと)は明らかである。また、チタン酸化物を含有する層を形成する際に疎水性材料(トリメトキシ(1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル)シラン)を利用していることから、実施例7で形成した有機シリカ薄膜の表面には、かかる疎水性材料に由来して、1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル基(疎水基)が導入されていることは明らかである。 As is clear from the method of manufacturing the substrate employed in Example 7 , basically the same as in Example 3 was used, except that a laminate in which organic silica thin films having an uneven structure were laminated was used. Since the titanium oxide was introduced in the vicinity of the surface of the organic silica thin film under the same conditions as those employed, in the obtained organic silica substrate (Example 7 ), the It is clear that the amount of titanium oxide present in the region up to 10 nm in the vertical direction is approximately the same as that of the organic silica substrate obtained in Example 3 . Considering that the organic silica thin film formed in Example 7 was formed using the compound represented by the above formula (A), the organic silica thin film formed in Example 1 was It is clear that the thin film has an organic group capable of absorbing laser light (the organic group in the thin film has absorption maximum wavelengths of 243 nm, 344 nm and 354 nm). In addition, since a hydrophobic material (trimethoxy(1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl)silane) is used when forming the layer containing titanium oxide, the organic silica formed in Example 7 It is clear that 1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl groups (hydrophobic groups) are introduced into the surface of the thin film from such a hydrophobic material.
[実施例7で調製した有機シリカ薄膜の表面の凹凸構造について]
〈凹凸構造を有する有機シリカ薄膜の顕微鏡による測定〉
上述のような凹凸構造を有する有機シリカ薄膜(多孔質有機シリカ薄膜)の製造時に、前記ナノモールドを除去した後の凹凸構造を有する有機シリカ薄膜(6mol/Lの塩酸の蒸気に曝露する前の薄膜)の表面形状を、走査型電子顕微鏡(SEM)及び原子間力顕微鏡(AFM)により測定した。なお、走査型電子顕微鏡(SEM)としては、日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡(商品名「SU3500」)を用い、また、原子間力顕微鏡としては、測定装置として走査型プローブ顕微鏡(SPM/AFM:日立ハイテクサイエンス製の商品名「NanoNavi E-sweep」)を利用した。
[Regarding the uneven structure of the surface of the organic silica thin film prepared in Example 7 ]
<Microscopic measurement of an organic silica thin film having an uneven structure>
At the time of manufacturing the organic silica thin film having an uneven structure (porous organic silica thin film) as described above, the organic silica thin film having an uneven structure after removing the nanomold (before exposure to 6 mol/L hydrochloric acid vapor) The surface morphology of the thin films) was measured by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). As the scanning electron microscope (SEM), a scanning electron microscope manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation (trade name "SU3500") was used, and as the atomic force microscope, a scanning probe microscope (SPM /AFM: A product name "NanoNavi E-sweep" manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.) was used.
このような測定の結果として、実施例7で調製した有機シリカ薄膜の表面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図17に示す。図17に示すSEM像からも明らかように、実施例7で調製した有機シリカ薄膜には、ナノモールドの構造が転写された規則的なナノ多孔質構造(細孔構造)が形成されていることが分かった。 As a result of such measurements, a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the organic silica thin film prepared in Example 7 is shown in FIG. As is clear from the SEM image shown in FIG. 17, the organic silica thin film prepared in Example 7 has a regular nanoporous structure (pore structure) in which the structure of the nanomold is transferred. I found out.
また、原子間力顕微鏡(AFM)による測定に際しては、測定箇所を変えて複数箇所について測定を行って、各測定箇所においてそれぞれ断面図(縦断面図)を求めた。そして、このようなAFM測定により得られた複数の断面図から、任意の100点の凹凸構造の軸方向(細孔の長軸の方向)を測定したところ、測定した凹凸構造の軸方向はいずれも、有機シリカ薄膜の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して90°±30°の範囲内の角度となっており、凹凸構造の軸方向は有機シリカ薄膜の凹凸構造が形成されている面とは反対側の面の表面に対して略垂直に配向していることが確認された。また、このようなAFM測定により得られる断面図から、任意の100点の凸部について、その凸部ごとに、後述の平均高さの半分の高さの位置における最近接の凸部との間の壁面間距離(水平方向の距離)を測定して、その平均を求め、凸部の壁面間の距離の平均値(細孔の平均細孔直径)を測定したところ、有機シリカ薄膜の凹凸構造の凸部の壁面間の距離の平均値(細孔の平均細孔直径)は140nmであることが確認された。また、有機シリカ薄膜のAFM測定により得られる断面図から、任意の100点の凹凸構造に関して凸部の平均高さ(細孔(凹部)の平均深さ)を求めたところ、凸部の高さ(凹部の深さ)の平均値は200nmであることが分かった。また、任意の100点以上の凸部について、その凸部と最近接の凸部との間において、凸部の頂点間の水平方向の距離を測定して、凹凸の平均ピッチを求めたところ、凹凸の平均ピッチは260nmであった。更に、上気凹凸構造が付与されたことによる表面積の増加分を算出し、この値を用いて平滑面に対する凹凸面の表面積の比を算出することにより前記有機シリカ薄膜の表面のラフネスファクターを測定したところ、かかる薄膜表面の凹凸構造のラフネスファクターは2.5であった。 In addition, when measuring with an atomic force microscope (AFM), the measurement was performed at a plurality of locations by changing the measurement location, and a cross-sectional view (longitudinal cross-sectional view) was obtained at each measurement location. Then, from a plurality of cross-sectional views obtained by such AFM measurement, when the axial direction (long axis direction of the pore) of the uneven structure at arbitrary 100 points was measured, the axial direction of the measured uneven structure Also, the angle is within the range of 90°±30° with respect to the surface of the organic silica thin film opposite to the surface on which the uneven structure is formed, and the axial direction of the uneven structure is the direction of the organic silica thin film. It was confirmed that they were oriented substantially perpendicularly to the surface opposite to the surface on which the uneven structure was formed. In addition, from the cross-sectional view obtained by such AFM measurement, for each convex portion of arbitrary 100 points, the distance between the nearest convex portion at a position half the average height described later and the nearest convex portion By measuring the distance between the wall surfaces (horizontal distance) of the organic silica thin film and calculating the average value, the average value of the distance between the wall surfaces of the convex portions (average pore diameter of the pores) was measured. It was confirmed that the average value of the distance between the wall surfaces of the projections (average pore diameter of pores) was 140 nm. In addition, when the average height of the protrusions (average depth of the pores (recesses)) was obtained for the uneven structure at arbitrary 100 points from the cross-sectional view obtained by AFM measurement of the organic silica thin film, the height of the protrusions was It was found that the average value of (depth of recesses) was 200 nm. In addition, for any 100 or more convex portions, the horizontal distance between the vertices of the convex portion and the nearest convex portion was measured, and the average pitch of the concave and convex portions was obtained. The average pitch of the unevenness was 260 nm. Furthermore, the roughness factor of the surface of the organic silica thin film is measured by calculating the increase in the surface area due to the provision of the uneven structure, and using this value to calculate the ratio of the surface area of the uneven surface to the smooth surface. As a result, the roughness factor of the uneven structure on the thin film surface was 2.5.
(実施例8)
実施例1で得られた有機シリカ基板を利用する代わりに、実施例7で得られた有機シリカ基板(凹凸構造を有する有機シリカ薄膜を備える基板)を利用した以外は、実施例2と同様にして、任意に選択した異なる10点の領域(10点の測定点)に対して、それぞれ質量分析を行った。
(Example 8 )
The procedure of Example 2 was repeated except that instead of using the organic silica substrate obtained in Example 1 , the organic silica substrate obtained in Example 7 (a substrate provided with an organic silica thin film having an uneven structure) was used. Then, mass spectrometry was performed on 10 different arbitrarily selected regions (10 measurement points).
このような質量分析の結果として、任意の1箇所の測定点のアンジオテンシンI(モノアイソトピック質量(Monoisotopic mass):1295.6Da)のマススペクトル(LDI-MSスペクトル)のグラフを図18及び図19に示す。図18及び図19に示す結果からも明らかなように、得られたマススペクトルにおいて、アンジオテンシンI(Angiotensin I)に相当するシグナル(m/z=1296.2)が同位体パターンを伴って明瞭に確認され、十分に高感度な分析を行うことが可能であることが分かった。なお、このような質量分析(実施例8)において、10点の異なる測定点のマススペクトルのシグナル強度は、ほぼ同等程度であり、シグナル強度の平均値は976.1であり、かつ、シグナル強度の標準偏差が276.2であった。 As a result of such mass spectrometry, graphs of the mass spectrum (LDI-MS spectrum) of angiotensin I (monoisotopic mass: 1295.6 Da) at any one measurement point are shown in FIGS. 18 and 19. shown in As is clear from the results shown in FIGS. 18 and 19, in the obtained mass spectrum, a signal (m/z=1296.2) corresponding to Angiotensin I is clearly accompanied by an isotope pattern. It was confirmed that it was possible to perform sufficiently sensitive analysis. In such mass spectrometry (Example 8 ), the signal intensities of the mass spectra at 10 different measurement points were approximately the same, the average value of the signal intensities was 976.1, and the signal intensity The standard deviation of was 276.2.
以上説明したように、本発明によれば、質量分析時にマトリクス化合物を利用しなくても測定対象分子のシグナルを十分に高感度に検出することを可能とするとともに、測定対象分子を含む試料を付着させた領域内において複数の測定点に対して質量分析を行った場合に、得られるマススペクトルのシグナル強度の均一性をより高いものとすることができ、各測定点においてより再現性の高い質量分析を行うことを可能とするレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板、及び、それを用いたレーザー脱離/イオン化質量分析法を提供することが可能となる。したがって、本発明のレーザー脱離/イオン化質量分析用の有機シリカ基板は、レーザー脱離/イオン化法(LDI)に利用するための分析用基板として特に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, it is possible to detect a signal of a molecule to be measured with sufficiently high sensitivity without using a matrix compound during mass spectrometry, and a sample containing a molecule to be measured can be detected. When mass spectrometry is performed on a plurality of measurement points within the attached region, the uniformity of the signal intensity of the resulting mass spectrum can be made higher, and the reproducibility is higher at each measurement point. It is possible to provide an organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry that enables mass spectrometry, and a laser desorption/ionization mass spectrometry method using the same. Therefore, the organic silica substrate for laser desorption/ionization mass spectrometry of the present invention is particularly useful as an analytical substrate for use in laser desorption/ionization (LDI).
10…チタン酸化物を含まない従来の有機シリカ薄膜、11…測定対象分子を含む試料(サンプル)の溶液、S…試料、V…試料が担持されていない領域、101…有機シリカ薄膜、S1…凹凸構造を有する有機シリカ薄膜の凹凸構造が形成されている側の面、S2…面S1と反対側の面(凹凸構造が形成されていない側の面)、C…凹凸構造を有する有機シリカ薄膜の細孔の空間形状(空隙部の柱状の形状)の長軸、α…面S2と細孔の空間形状の長軸Cとがなす角度、T…凹凸構造を有する有機シリカ薄膜の厚み。 10... conventional organic silica thin film containing no titanium oxide, 11... solution of sample (sample) containing molecules to be measured, S... sample, V... region where sample is not supported, 101... organic silica thin film, S1 . _ Major axis of spatial shape of pores (columnar shape of voids) of organic silica thin film, α: Angle formed by plane S2 and major axis C of spatial shape of pores, T: Organic silica thin film having uneven structure thickness.
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