CN1979138A - 可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒 - Google Patents
可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是有关一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，包含有：一壳体，内部具有一容室，该壳体的顶底面各具有至少一观视孔连通于该容室且彼此相对同轴，位于该壳体顶面的观视孔底端与位于该壳体底面的观视孔顶端相距小于50μm；通过此该容室具有极薄的厚度，即使内部注入液体样品，亦不会使电子显微镜的电子束无法穿透，进而可供观测；并可供置入一般样品或活体细胞，通过以配合供电子显微镜进行观测。
Description
技术领域
本发明是与电子显微镜有关，特别是指一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒。
背景技术
现有技术中，在操作电子显微镜来观察物体时，通常是受限于电子显微镜内的样品腔室的真空环境，使得待观察的物体必须为非挥发性的物体方能进行观察。若是挥发性物体，例如液态或气态的流体物质，在置入真空样品腔室后产生的大量气体，不仅会造成电子束无法通过物体进行绕射或成像的实验，亦会导致显微镜电子枪等高真空区域的真空度下降或造成污染，而损坏电子显微镜。
由上可知，受限于真空环境的限制，传统电子显微镜只能在其样品腔室内观察固态物质的结构，或观察脱水后的生物细胞(例如原核细胞prokaryote的细菌，与真核细胞eukaryote的动植物)，病毒等等生物组织，并不能观察流体样品或流体环境中具有生理功能的细胞与病毒等等，当然更无法在一大气压的流体环境下观察细胞核内DNA转录(transcription)RNA、RNA转译(translation)蛋白质(protein)、细胞质内微管体(microtubules)等生化反应过程，以及神经肌肉接合(neuromuscular junction)处的传导生理(physiology of transduction)机制等等生命现象过程。
因此，必须有一种装置可在其内部置入活体细胞或活体组织，并可将该装置置入于电子显微镜内进行观察。目前，虽已有部份人士提出在电子显微镜内提供一种可观测的环境，例如Gai P.L.领导的研究群在2002年展示的成果虽可在电子显微镜下观察气、液、固相化学反应的实验(Gai P.L.，Microscopy & Microanalysis 8，21，2002)。但是其缺点是无法有效的控制液、气样品层的厚度，以避免电子束无法穿透或大幅降低显微镜分辨率。同时自样品室逸散的高压蒸气或从外界注入气室区的高压气体将充满电子显微镜样品室中上下极块(pole pieces)间的整个空间，也会造成电子因撞击过多气体分子产生的多重散射效应变得非常严重，而导致电子束无法顺利成像或进行电子绕射的实验。
此外，Gai P.L.的设计仍必须将显微镜的主体分解才能将这些零件安装，故量产的可能性不高。
有鉴于此，本案发明人乃经过不断的试作与实验后，终于发展出本发明的样品盒，而可解决前述问题，可用来置入一般样品或活体细胞，通过以配合供电子显微镜进行观测。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其可供置入一般样品或活体细胞，通过以配合供电子显微镜进行观测。
本发明的次一目的在于提供一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其具有极薄的厚度，即使内部注入液体，亦不会使电子显微镜的电子束无法穿透，进而可供观测。
依据本发明所提供的一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，包含有：一壳体，内部具有一容室，该壳体的顶底面各具有至少一观视孔连通于该容室且彼此相对同轴，位于该壳体顶面的观视孔底端与位于该壳体底面的观视孔顶端相距小于50μm；其具有极薄的厚度，即使内部注入液体样品，亦不会使电子显微镜的电子束无法穿透，进而可供观测；并可供置入一般样品或活体细胞，通过以配合供电子显微镜进行观测。
为了详细说明本发明的构造及特点所在，兹举以下的五较佳实施例并配合图式说明如后，其中：
附图说明
图1是本发明第一较佳实施例的立体示意图；
图2是本发明第一较佳实施例的剖视示意图；
图3是本发明第一较佳实施例的动作示意图；
图4是本发明第一较佳实施例的另一动作示意图；
图5(A)(B)(C)是本发明第一较佳实施例的示意图，分别显示观视孔的不同的断面形状；
图6是本发明第二较佳实施例的剖视示意图；
图7是本发明第三较佳实施例的剖视示意图；
图8是本发明第四较佳实施例的立体示意图；
图9是本发明第五较佳实施例的剖视示意图；
图10是本发明第五较佳实施例的动作示意图。
具体实施方式
如图1至图2所示，本发明第一较佳实施例所提供的一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒10，主要具有：
一壳体11，可为一体成型或组合而成，本实施例中是由一底座12与一盖体14所组成者为例，该底座12与该盖体14间是于两侧各以一卡榫15相接合，该壳体11内部具有一容室16，该壳体11的顶底面各具有至少一观视孔17连通于该容室16且彼此相对同轴，各该观视孔17的孔径介于5μm-500μm之间，而以50μm为最佳，位于该壳体11顶面的观视孔17底端与位于该壳体11底面的观视孔17顶端相距小于50μm。各该观视孔17于靠近该容室16的一端形成较薄的环板171，该环板171具有一穿孔172，该穿孔172的孔径小于该观视孔17，而于各该观视孔17的孔壁及该环板171外表面及该壳体11的外表面施以疏水或超疏水处理，例如制造许多直径在数百奈米以内的柱状物(pillar)，并在其表面附着一层疏水性自我组装单分子膜(self-assembly monomolecular layer)，可以使得水滴在此表面的接触角(contact angle)大于150度，以达超疏水的功效，或是使用其它现有的超疏水方法以达不沾水的排水性；并于该壳体11内壁及该环板171靠近该容室16的端面及该穿孔172的孔壁施以亲水处理，使水可以保存于该壳体11内；通过由上述的表面疏水或超疏水处理，添加过量的水则会受到该观视孔17的孔壁及该环板171外表面所排斥，而不会残留在观视孔17的孔壁与环板171外壁面。本实施例中，该壳体11是以微影蚀刻技术(microlithography)〔此法包含黄光制程、蚀刻制程等〕制成。或者是亦可使用激光微细加工(lasermicromachining)或机械微细加工(mechanical micromachining)等技术制造。该壳体11的一侧具有一注入孔18。
前述的样品盒10在使用时，在对该样品盒10内置入液体91及活体细胞样品92时，可将该液体91及活体细胞样品92由该注入孔18注入，或者是将适量的液体91及活体细胞样品92先直接滴入容室16的底座12内，随后再覆盖上盖体14，而底座12与盖体14再以一粘着剂接合；该样品盒10可置于电子显微镜(图中未示)中的一观测盒21中，如图3所示，该观测盒21具有一气室22以及分别位于该气室22上下方的一缓冲室24，该样品盒10是置于该气室22内，该气室22上下方各具有一气孔23，而该观测盒21顶底端各具有一外孔25，该外孔25与该气孔23以及该观视孔17同轴。
在操作时，是对该气室22提供预定压力的蒸气，例如总压为一大气压的饱和水蒸气(或未饱和水蒸气)与特定气体的混合气体，该特定气体可为氮气、氧气、二氧化碳与惰性气体等，该气室22内的水蒸气可抑制该容室16内的水的蒸发速率，另外，可供提供一大气压的特定气体于该气室22中，并控制该特定气体压力与该样品盒10内的水溶液的压力差小于或等于该容室16内水溶液的临界溢漏压力(Keller S.et al.，Journal of Food Protection 66，1260，2003)，通过此可避免该容室16内的液体溶液自该观视孔17流出，而仅以蒸气形态缓慢挥发进入该缓冲室24内。对该缓冲室24持续进行抽气，所以从该气室22逸散进入该二缓冲室24的蒸气与气体会被抽走而不会逸散出该观测盒21而进入电子显微镜中，而进行观测时，是使电子显微镜的电子束通过该外孔25以及该气孔23以及该观视孔17，即可对该样品盒10内的样品进行观测。
如图4所示，若于该样品盒10内置入活体细胞样品92并注入预定压力的水蒸气(例如一大气压的饱和水蒸气)与特定气体的混合气体93(该特定气体可为氮气、氧气、二氧化碳与惰性气体等)时，则该样品盒10可置于电子显微镜(图中未示)中的另一种观测盒21’中，该观测盒21’内部的空间是包覆该样品盒10，且该观测盒21’顶底端各具有一外孔25’，该外孔25’与该观视孔17同轴。而通过由各该观视孔17的小口径来限制该样品盒10内的气体或液体蒸气缓慢向外逸散至该观测盒21’内部，可达到保持该样品盒10内部蒸气环境的效果，而向外逸散的微量气体或液体蒸气亦可透过注入孔18持续补充的。又，通过由对该观测盒21’内部抽气来避免蒸气与特定气体的混合气体93经由该外孔25’逸散出该观测盒21’而进入电子显微镜中。
本发明的同轴的上下观视孔17距离(小于50μm)是属关键，该距离可保持该样品盒10内的液体不会太厚，确保电子束能穿透进而成像，而该样品盒10内可维持水蒸气或液体，即可置入活体细胞来供观测，亦即，本发明可观测活体细胞或细菌或病毒，当然亦可观测不具生命功能的细胞或其它一般样品。
又，各该观视孔17的断面形状并不以前揭诸实施例的形状为限，而亦可为图5(A)所示的直孔状观视孔17’，亦可为图5(B)所示的外大内小的推拔状观视孔17”，或亦可为如图5(C)所示的外大内渐小的阶梯状观视孔17。
请再参阅图6，本发明第二较佳实施例所提供的一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒30，主要概同于前揭第一实施例，不同的处在于：
该样品盒30上同轴二观视孔37中，其中一观视孔37(例如下方的观视孔37)内的环板371上的穿孔372上更封设一非结晶性薄膜374，例如非结晶碳膜。该薄膜374的厚度约为100至50奈米间，故不会造成电子束产生电子多重散射的问题，而该样品盒30置入于前揭第一实施例所配合的观测盒21或21’时，可依同样的条件来在该样品盒30内置入液体或气体，并可依同样的操作方式来操作。
请再参阅图7，本发明第三较佳实施例所提供的一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒40，主要概同于前揭第一实施例，不同的处在于：
该样品盒40上同轴二观视孔47内的环板471上的穿孔472均封设一非结晶性薄膜474，例如非结晶碳膜。该薄膜474的厚度约为100至50奈米间，故不会造成电子束产生电子多重散射的问题。在操作时，可将该样品盒40直接置于电子显微镜(图中未示)中来观测，通过由该薄膜474的设置，可使得样品盒40内的液体或气体被保持在该样品盒40内。又或可将该样品盒40置于电子显微镜内的一观测盒中，利用该观测盒的气室及缓冲室来提供减压的效果(同第一实施例，容不赘述)，可通过以降低该薄膜474两面的压力差，使得薄膜474可以做得更薄，并可降低对电子束的影响。
如图8所示，本发明第四较佳实施例所提供的一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒50，主要概同于前揭第一实施例，不同的处在于：
该样品盒50的壳体51顶底面亦可设置多组同轴的观视孔57，可提供更多的观测位置。本实施例的其余操作方式是概同于前揭第一实施例，容不再予赘述。
请再参阅图9，本发明第五较佳实施例所提供的一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒60，主要具有：
一壳体61，是以微影蚀刻法制造，该壳体61可为一体成型或组合而成，该壳体61内部具有至少一隔板611将其内部分隔出一容室66以及至少一厚度极薄的气室69，该容室66的顶底面各具有至少一观视孔67设于该隔板611，各该观视孔67是连通于该容室66且彼此相对同轴，位于该容室66顶面的该观视孔67底端与位于该容室66底面的该观视孔67顶端相距小于50μm；该气室69是包覆住该观视孔67，且该气室69的顶底面各具有至少一气孔691，该气孔691与该观视孔67同轴。各该气孔691靠近于该气室69的一端与最接近的观视孔67靠近于该气室69的一端间的距离可介于5000μm-5μm之间。且该壳体61于该容室66的一侧设有一注入孔68，以及于该气室69的一侧设有一注气孔692。
在操作时，可将该样品盒60置于电子显微镜内的一观测盒71中，并可配合一治具81实施，如图10所示，该观测盒71内部的空间是包覆该样品盒60，且该观测盒71顶底端各具有一外孔75，该外孔75与该气孔691以及该观视孔67同轴，并可通过由该治具透过该注气孔692对该气室69注入水蒸气或其与特定气体的混合气体。其余的操作方式概同于前揭第一实施例，容不赘述。
又，该壳体61内容室66顶底面的各该观视孔67的穿孔上均可封设一非晶质薄膜，设置薄膜的方式请参阅前揭第三实施例，或亦可仅在下方(或上方)的各该观视孔67的穿孔上设置非晶质薄膜。而其实施与操作方式概同于前揭实施例，容不赘述。
前述诸实施例中，样品盒内是可供置入活体细胞样品92(示于图4)，活体细胞样品92可固定于样品盒内壁面(包含内侧壁面或内部的顶底面)，固定方法即在盒内壁上涂布一层如右旋旋光性的聚离胺酸(poly-D-lysine)的类的细胞固定剂，或是将细胞固定于如图6及图7所示观视孔上设置的薄膜；通过此，该样品盒亦可做为小型培养皿，可直接培养待分析的细胞样品于此样品盒内。又，可通过由注入孔18注入液体培养液与其它待分析的流体物质，并透过一流出孔(图中未示)流出，使培养液或待分析的流体物质在容室16，66内循环流动。而对于图6所示观视孔37仅单边封设薄膜374与图2所示观视孔17未封设薄膜的情形来说，在对注入孔18注入活体细胞92及培养液或是待测的液体样品91时，在操作上是提供预定压力的特定气体于配合操作的观测盒的气室中，并控制该特定气体压力与注入该容室内的液体压力差小于或等于该容室内液体溶液的临界溢漏压力(Keller S.et al.，Journal of Food Protection 66，1260，2003)，通过此可使注入的培养液或待分析的液体样品在容室内循环流动而不会自该观视孔流出。此外，亦可利用对该注入孔18抽水或注水，通过以控制该容室16，66内液体样品91的量及其压力。
由上可知，本发明的优点在于：
一、可供置入一般样品或活体细胞，通过以配合供电子显微镜进行观测。而可依前揭各实施例中所揭露的操作方法来操作。
二、本发明可有效控制流体样品厚度，即使内部注入液体，亦可维持该液体的厚度不变。此外，利用微影蚀刻法制造的样品盒，其内部含有液体样品的容室以及含有蒸气与气体的气室的厚度均极薄，故不会造成电子束产生电子多重散射问题而影响观测的分辨率。
本发明所揭露的各组件，仅是为举例说明，并非用来限制本案的范围，本案的范围仍应以申请专利范围为准，由本发明所衍生的其它的变化及转用，亦应为本案的申请专利范围所涵盖。
Claims (15)
1.一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于包含有：
一壳体，内部具有一容室，该壳体的顶底面各具有至少一观视孔连通于该容室且彼此相对同轴，位于该壳体顶面的观视孔底端与位于该壳体底面的观视孔顶端相距小于50μm。
2.依据权利要求1所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述各该观视孔的孔径介于5μm-500μm之间。
3.依据权利要求2所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述该壳体是由一底座与一盖体所组成。
4.依据权利要求3所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述该盖体及该底座间是以至少一卡榫相接合。
5.依据权利要求3所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述至少一该观视孔封设一薄膜。
6.依据权利要求3所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述各该观视孔于靠近该容室的一端形成较薄的环板，该环板具有一穿孔，该穿孔的孔径小于该观视孔。
7.依据权利要求6所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述该环板靠近该容室的端面及该穿孔孔壁是施以亲水处理。
8.依据权利要求3所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述各该观视孔可呈直孔状，或为外大内小的推拔状，或为外大内渐小的阶梯状。
9.依据权利要求3所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述：各该观视孔的孔壁是施以疏水处理或超疏水处理。
10.依据权利要求3所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述该壳体内壁是施以亲水处理。
11.依据权利要求3所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述该壳体是以微影蚀刻法或激光微细加工或机械微细加工。
12.依据权利要求3所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述该壳体的一侧设有一注入孔。
13.一种可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：包含有：
一壳体，内部具有至少一隔板将该壳体内部分隔出一容室以及至少一气室，该容室的顶底面各具有至少一观视孔设于该隔板，各该观视孔是连通于该容室且彼此相对同轴，位于该容室顶面的该观视孔底端与位于该容室底面的该观视孔顶端相距小于50μm；该气室是至少包覆住该观视孔，且该气室的顶底面各具有至少一气孔，该气孔与该观视孔同轴。
14.依据权利要求13所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述各该气孔靠近于该气室的一端与最接近的观视孔靠近于该气室的一端间的距离介于5000μm-5μm之间。
15.依据权利要求13所述的可供观测一般样品/活体细胞的电子显微镜用样品盒，其特征在于：所述该壳体于该容室的一侧设有一注入孔，以及于该气室的一侧设有一注气孔。
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