【技術】イオンが衝突した音でナノ構造の超伝導を壊し高分子量イオンを高感度検出　既存TOF質量分析装置の限界を克服−産総研

産総研など、高分子量イオンの高速検出を実現する超伝導体検出器を開発

産業技術総合研究所(産総研)の研究者などで構成される研究グループは、超伝導ナノ
ストリップイオン検出器を開発したことを発表した。同成果は、産総研 計測フロンティア研究
部門 超分光システム開発研究グループの小池正記 研究グループ長、イタリア学術会議
サイバネティクス研究所(CNR)のロベルト クリスチャーノ 博士、横浜国立大学(横浜国大)
吉川信行 教授らによるもので、詳細は2012年5月20〜24日に加バンクーバーで開催される
「第60回アメリカ質量分析学会」にて発表される。

ライフサイエンス分野などで使われる分析装置の1つである「飛行時間型質量分析装置」は、
原子や分子をイオン化した後に数kVの電圧で加速して、一定距離を飛行させ、イオン検出
器で検出し、飛行時間から原子や分子の同定、構造解析などを行うという仕組みだ。十分な
質量分解能を得るため、イオン検出器にはナノ秒の高速応答が必要だが、質量が4,000程度を
超えると検出感度が低下するため、分析可能な質量範囲が限られていたほか、イオンの電荷
数を識別できないため、イオンの質量を直接決定できないといった限界があった。

質量分析装置では、イオンのエネルギーは数keVと低いため、タンパク質などの質量の大きな
イオンは検出器表面に付着する程度の弱い衝突しか起こさない。これを検出するために、
従来は衝突によって、時折、表面から放出される二次電子を電子増倍管で増幅していた。
二次電子は、質量が増すとともに放出されにくくなるため検出感度が低下していた。

一方、超伝導検出器は、イオンが衝突したときに生じる音(フォノン)によって超伝導状態が
壊れることを利用する検出器で今回の研究では、超伝導体(ニオブあるいは窒化ニオブ)の
ストリップ線を厚みが数10nm、線幅が数100nmと小さくし、これらを数mmの領域に直並列に
配置したナノ構造を持つ超伝導検出器を開発した。

http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/05/21/066/images/012l.jpg
図1 超伝導ナノストリップイオン検出器の外観(a)と構造の模式図(b)。ナノストリップよる回折の
ため、虹色が見える。(a)のスケールの目盛は1mm。ニオブあるいは窒化ニオブのストリップ線は、
厚み数10nm、線幅数100nm

ナノ構造の超伝導体の優れた特性と、検出器として重要な十分な有感面積を両立させており、
約-270℃に冷却することで超伝導状態となる。ストリップ線がナノサイズの線幅にまで細くして
あるため、イオンの衝突によってフォノンが生じるとストリップ線の幅全体で超伝導状態から常
伝導状態へと変わり抵抗が生じる。この抵抗によりナノ秒程度の電圧パルスが生成され、イオンを
高速で検出することが可能となる。また、フォノンは、どのような質量のイオンの衝突に対しても
ほぼ同様に発生するため、質量の大きな分子でも高感度で高速検出できるという仕組みだ。

http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/05/21/066/images/013l.jpg
図2 従来のイオン検出と超伝導によるイオン検出の相違。質量分析では質量の大きいイオンは
検出器表面に付着する程度の弱い衝突しか起こさない。この場合でも音(フォノン)が発生する
ため、超伝導が壊れる

図3にホルモンである生体分子「アンギオテンシンI」のイオンが、今回開発した超伝導検出器に
衝突したときに観測された電圧パルス波形を示す。パルス幅は1ns以下と高速であるほか、
分子量が大きい免疫グロブリンの多量体でも同様にナノ秒パルスが観測され、分子量が600,
000の大質量のイオンでも高速検出が可能であることが示された。

http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/05/21/066/images/014l.jpg
図3 生体分子アンギオテンシンIのイオン1個の衝突に対応するナノ秒出力パルス波形(a)と、
その出力パルスをデジタル信号に変換する超伝導デジタル回路(SFQ)(b)。SFQ回路は国際
超電導産業技術研究センターの微細加工プロセスを用いて作製

また、併せてこの高速パルスを処理するために、単一磁束量子(SFQ)を情報の媒体とした
高速の超伝導デジタル回路(SFQ集積回路)を開発。この回路により、イオンが検出器に衝突
して発生する高速の電圧パルスをSFQに変換して、質量スペクトルを測定することに成功した。

>>2辺りに続く
マイナビニュース/2012/05/21
http://news.mynavi.jp/news/2012/05/21/066/index.html

さらに研究グループは、イオンの電荷数識別は検出器に加える電流バイアス値を変えることに
より可能であることを見出した。図4は、酵素であるリゾチームの多量体イオンを測定した例で、
電流バイアスが低い場合には、(a)のように単量体から6量体の2価イオンのみが観測される
一方、電流バイアスを高くすると、(b)のように単量体から6量体の1価イオンが主に観測された。
通常の質量分析では、例えば、m/zが同じになる単量体の1価イオンと2量体の2価イオンを
区別できないが、超伝導を使うことで可能となり、同様のオーバーラップは、2量体の1価イオンと
4量体の2価イオンなどでも生じる。

http://news.mynavi.jp/news/2012/05/21/066/images/014l.jpg
図4 酵素であるリゾチームの多量体の分析例。例えば、わずかに生じる2量体の2価イオン
(2+2と表記)は、単量体の1価イオン(1+1と表記)とm/zが同じであるため、通常の質量分析
では区別できない。今回開発した超伝導検出器を使用すると、強度が弱い2量体の2価
イオンのピークを抽出することができる

なお、研究グループでは今後、多様なハイスループット分析を実現するために、検出器の有感
面積を拡大、超伝導デジタル回路のデータ処理能力向上を予定している。また、今回開発
した超伝導検出器の動作には-270℃の極低温環境が必要だが、液体ヘリウムの供給を
必要としない自動冷却システムを構築していることから、2年後をめどに超伝導検出器を搭載
した飛行時間型質量分析装置を整備し、先端機器共用イノベーションプラットフォームにて
分析依頼を受け付ける予定だとしている。

ナノ構造の超伝導体で高分子量イオンを高感度検出−既存質量分析装置の限界を克服−
産業技術総合研究所プレスリリース　2012年5月18日
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20120518/pr20120518.html

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【精密機器】日立ハイテク、小型の質量分析装置を開発-捜査現場で薬物判定
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/bizplus/1337751719/-100
【分析機器】島津製作所、高感度・高速のガスクロマトグラフ質量分析計を発売 画像あり
http://anchorage.2ch.net/test/read.cgi/bizplus/1274372271/-100

何の事やらサッパリわかんね

よくわかんねえからダイエーかヨーカ堂で置き換えて説明してくれ

これはスゲェェェ　のか？
分けわからんw

今までは
・衝突までの時間計ったり
・衝突した時に破片（電子）が出たかを見てたけど
これからは
・衝突したときの音を頼りにします
ってこと？

ここで言う「音」は空気とかの振動とは違うのかな。

空気を揺らすほど大きな音が生じるとは思えないな・・・
直接素子にイオン化したたんぱく質の破片ぶつけるってことなの？
だとしたら素子の洗浄とかどうすんだろ・・・

なお、イオンは不買です

竹井咲　〈　はつーか　さんじゅーにちはー　五パーセント　おーふー

なるほど、全くワカラン

>>6
でかい装置（箪笥くらいの大きさ）の全体的な構成は変わりない。よって
>・衝突までの時間計ったり
は、そのまま。

中に入っている部品（検出器）の原理が変わった、と。
音っていうか衝突の衝撃が部品に与える振動だろうなあ。
超伝導（電気抵抗ゼロ）だったのが振動によって一時的に抵抗ありの状態に変わるから
それを電気信号として検出してなんやかんや処理するということだな。

その手があったか！

SF過ぎて理解できない

超伝導はフォノンによって生じる現象だから
フォノンによって妨害されるというのはわかるんだけど…

結局、分子の質量を計るための機械ってことなのかな？
1個ずつ計れるのはいいことなんだろうけど、構造はわからないとなると
需要はどのくらいあるんだろう…。

>>15
めちゃくちゃある
分子は目に見えない
どうやって構造を決定する？
様々な根拠を揃えて推測するしかないのだ
質量がわかるだけで大助かりだ

ナノの世界を理解しようとしても素人には限界があるな。

もしかしてハヤブサが持ち帰った物質なんかに使うのか

やっぱり　朝鮮起源でっか？

つまりイオンでお買い物しようと駐車場で車を止めようとバックしたら
壁にぶつかり、その音で警備員がやって来て壁の弁償をさせられ
高濃度のストレスが検知され過食に陥り
体重計の限界を超えたって事だろ
みんな　わかったか？

なるほど!

うひょよｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗ

これで測り放題だあああああああああああ

やっぱ勉強は大切だな

>>15
MALDIがノーベル賞取ったところで需要は察してくださいよ

なるほど、そうか
まるでわからん

じ・・・ジャスコは？

どういう分野に貢献できるの？
材料関係かな

フォノンって音子って訳すけど、音じゃないよ。

>>1-2
＞イオンを高速衝突させるとジャスコとニチイが検出される。

まで読んだ。

岡田商店、倒産しろハゲ

イオンにもストリッパーがいるんだね

>>18
韓国起源になるには一般に注目されることが必要だ
ちょっとマニアックすぎないか？

ふっふ〜ん♪

同じ力で飛ばせば届く時間の差で質量がわかると
それでどれだけ重い分子のイオンでも触れれば起こる電子パルスを利用して検出可能になりましたと
さらに電荷数も識別可能になりましたと

>>1
ジョセフソン素子で検出するのかと思ったら
超伝導回路の方かﾜﾗﾀ

>>15>>26
記事によれば生体高分子が念頭にあるようだから、
例としては

タンパクにはアミノ酸残基の配列とは別に
生体内で化学修飾（翻訳後修飾）が施されていることがあり、
これは通常のシークエンシング手順では読めないから
質量分析を組み合わせることによってその修飾を検出したりなあ。

あるいはDNAにおいてもメチル化のような化学修飾が起こりうる
（エピジェネティクス）。

また、配列じたいの問題（変異、もしくは末端の削除）でも
目的によってはシークエンス読むより質量分析のが
作業効率のよい場合もあるだろう。

おれは最近のピペット業界の動向を知らんから上記は古いが、
他にもいろいろとあるんじゃね

http://www.shimadzu.co.jp/news/tec/tec06.html
こういう装置の感度を良くしましたという話か

フォノンって音だったのか

イオンは甘え