CN1979748A - 电子显微镜用的封闭式观测环境 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关一种电子显微镜用的封闭式观测环境，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；各该观视孔封设一薄膜；由此，可于该容室内置入一般样品或活体细胞，以配合供电子显微镜进行观测。且可将液体或气体封于该壳体内，解决液体或气体可能向外逸散的问题。
Description
技术领域
本发明与电子显微镜有关，特别是指一种电子显微镜用的封闭式观测环境。
背景技术
按，公知技术中，在操作电子显微镜来观察物体时，通常受限于电子显微镜内的样品腔室的真空环境，使得待观察物体必须为非挥发性的固体方能进行观察。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会产生的大量气体，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，或观察干燥脱水后的生物细胞(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内或细胞间各种胞器的运作，例如细胞核内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.(Gai P.L.，Microscopy &Microanalysis 8，21，2002)。但是其缺点是无法将样品室的压力维持接近常压或较高的压力状态下进行观察与分析，是因液体为维持其液气平衡的稳定状态而会迅速挥发殆尽，所以必须持续补充液体进入样品室，但此举将造成待观测的样品产生严重的流动或新旧样品混合不均的问题而影响观测的真实性。另外大量挥发的高压蒸气或从外界注入气室区的高压气体将充满上下极块间的整个空间，也会造成电子因撞击大量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。同时，其样品室的设计无法有效控制注入的液体量，故极易造成液体厚度过厚使得电子束无法穿透样品，导致无法观测与分析。
同时其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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子显微镜用的封闭式观测环境。
为实现上述目的，本发明提供电子显微镜用的封闭式观测环境，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；各该观视孔封设一薄膜。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中各该观视孔的孔径介于5μm-500μm之间。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中各该薄膜设于各该观视孔靠近该容室的一端。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中各该薄膜的至少一端面设有复数肋条。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中该等肋条以平行或交叉或同心圆或辐射状的方式布设于各该薄膜上。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中各该薄膜与该壳体一体成型。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中该等肋条与各该薄膜一体成型。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中该壳体的一侧设有一注入孔，另一侧设有一流出孔。
本发明提供的电子显微镜用的封闭式观测环境，还包含有：
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，各该观视孔连通于该容室；该气室至少涵盖住该等观视孔，且该壳体的顶底面各具有至少一气孔，该等气孔与该等观视孔同轴；各该气孔封设一薄膜；该壳体于该气室的一侧设有至少一气压平衡孔。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中各该薄膜设于各该气孔靠近于该气室的一端。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中该壳体于该容室的一侧设有一注入孔，并于该容室的另一侧设有一流出孔。
本发明提供的电子显微镜用的封闭式观测环境，还包含有：
一壳体，内部具有至少二隔板将该壳体内部分隔出一容室以及至少一气室以及至少一缓冲室，该容室的顶底面各具有至少一观视孔设于一该隔板，各该观视孔连通于该容室；该气室至少涵盖住该等观视孔，且该气室的顶底面各具有至少一气孔设于另一该隔板；该缓冲室至少涵盖住该等气孔，且该壳体的顶底面各具有至少一外孔，该等外孔与该等气孔与该等观视孔同轴；各该外孔封设一薄膜；该壳体于该气室的一侧设有至少一注气孔，以及于该缓冲室的一侧设有至少一抽气孔。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中各该薄膜设于各该外孔靠近于该缓冲室的一端。
所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其中该壳体于该容室的一侧设有一注入孔，并于该容室的另一侧设有一流出孔。
由本发明，可供置入一般样品或活体细胞，藉以配合供电子显微镜进行观测，在内部注入液体或气体时，不会有蒸气或液体逸出而产生大量气体的问题，观测上更为容易、清淅。
附图说明
图1为本发明第一较佳实施例的立体示意图。
图2为本发明第一较佳实施例的剖视示意图。
图3(A)(B)(C)(D)为本发明第一较佳实施例的示意图，显示薄膜的状态。
图4为本发明第一较佳实施例的操作示意图。
图5为本发明第一较佳实施例的另一剖视示意图，显示壳体由盖体与座体结合的状态。
图6为本发明第二较佳实施例的剖视示意图。
图7为本发明第二较佳实施例的操作示意图。
图8为本发明第三较佳实施例的剖视示意图。
图9为本发明第三较佳实施例的操作示意图。
图10为本发明第三较佳实施例的另一剖视示意图，显示配合样品治具的状态。
具体实施方式
为了详细说明本发明的构造及特点所在，举以下的三较佳实施例并配合附图说明如后：
如图1至图3(A)所示，本发明第一较佳实施例所提供的一种电子显微镜用的封闭式观测环境10，主要具有：
一壳体11，为一体成型，内部具有一容室12，该壳体11的顶底面各具有至少一观视孔13连通于该容室12且彼此相对同轴；各该观视孔13封设一薄膜131，该薄膜131可为非结晶碳膜或较具弹性的高分子膜等，其厚度约为100至20奈米(nm)间，该薄膜131位于该观视孔13靠近该容室12的一端。且本实施例中，各该薄膜131于其外端面设置复数肋条132，该等肋条132彼此交叉设置，可以强化各该薄膜131的强度，使得其至少可承受一大气压的压差而不致破裂；该壳体11与该等薄膜131与该等肋条132可由公知的微影蚀刻方式制造并一体成型。各该观视孔13的孔径介于5μm-500μm之间，较佳孔径为50μm。该壳体11的一侧设有一注入孔111，另一侧设有一流出孔112。
在对该封闭式观测环境10内置入样品99的方式是，将液体以及待观测样品99(例如活体细胞)自该壳体11的注入孔111注入至该容室12，并利用该流出孔112来适时让注入的液体或蒸气或气体流出，以做为压力调节；此外，亦可利用对该流出孔112抽取液体样品，以控制该容室12内液体样品量。当待观测样品99为活体细胞时，则可在该容室12内注入培养液或蒸气，并可将活体细胞的样品99固定在该薄膜131或容室12内壁面，其固定方法是在薄膜131或容室12内壁面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。本实施例中，该等肋条132除了以交叉方式(图3(A))设置于该薄膜131上的外，如图3(B)(C)(D)所示，亦可以平行或同心圆或辐射状的方式布设于各该薄膜131上，而此薄膜131与肋条132可以公知的微影蚀刻方式制造。
在进行观测时，如图4所示，将该封闭式观测环境10配合一样品治具92实施，并置入至电子显微镜90中，并使该电子显微镜90的电子束(图中未示)通过该二观视孔13，由此可观测到位于该容室12内的样品99，并进行成像。其中，由于该等观视孔13上设有薄膜131，因此该容室12内的液体或蒸气不会经由该等观视孔13流出或逸散至该壳体11外，电子显微镜90内的真空环境即不会被破坏。由此可达到观视活体细胞样品99或其它样品的功效。
又，该壳体11除了如图2所示可为一体成型的外，如图5所示，该壳体11亦可由一盖体14与一座体15组合而成，可在样品99置入座体15后，再将该盖体14盖上，再将该盖体14与该座体15间以一黏着剂(图中未示)接合。
请再参阅图6，本发明第二较佳实施例所提供的一种电子显微镜用的封闭式观测环境20，主要具有：
一壳体21，内部具有至少一隔板24，本实施例中为二隔板24，该等隔板24将该壳体21内部分隔出一容室22以及二气室25，分别位于该容室22的上方及下方，该容室22的顶底面各具有至少一观视孔23设于该隔板24，各该观视孔23连通于该容室22；该二气室25涵盖于该二观视孔23，且该气室25的顶底面各具有至少一气孔26，该等气孔26与该等观视孔23同轴；各该气孔26封设有一薄膜261，各该薄膜261设于各该气孔26靠近于该气室25的一端；该壳体21于各该气室25的一侧设有一气压平衡孔251。该壳体21于该容室22的一侧设有一注入孔211，并于该容室22的另一侧设有一流出孔212。
各该观视孔23其剖面构造在本实施例中，为外大内小的推拔状，并且于该观视孔23的孔壁及该隔板24外的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，以达不沾水的排水性。而该壳体21可以公知的微影蚀刻方式制造并一体成型，故该容室22与该气室25均可被控制在极薄的厚度，故可减少电子束通过气室时产生的电子多重散射的问题。在对该封闭式观测环境20置入待观测样品99时，可将液体以及待观测样品99自一体成型的壳体21的注入孔211注入至该容室22内，注入过多的样品可自流出孔212排出，而从观视孔23溢漏出来的液体样品，则会受到观视孔23孔壁及该隔板24外的超疏水表面所排斥，而在壳体21直立置放时自气压平衡孔251流出；另外，为避免液体样品自观视孔23溢出，亦可选择在操作时提供预定压力的特定气体于该气室25中，并控制该特定气体压力与注入该容室22内的液体压力差小于或等于该容室22内液体溶液的临界溢漏压力(Keller S.et al.，Journal of FoodProtection 66，1260，2003)，由此可使注入的培养液或待分析的液体样品在容室22内循环流动而不会自该观视孔23流出。在进行观测时，可视实验需要而停止培养液与待分析液体样品的循环流动。
本第二实施例在操作时，是将该电子显微镜用的封闭式观测环境20配合一样品治具92实施，并置入于电子显微镜90内的状态概同于前述第一实施例，如图7所示，通过该注入孔211对该容室22内注入液体及样品99(可为活体细胞)，通过该气压平衡孔251来对该气室25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25内的水蒸气可抑制该容室22内的水的蒸发速率，另外，亦可供提供一大气压的特定气体于该气室25中，并控制该特定气体压力与该容室22内的液体的压力差小于或等于该容室22内水溶液的临界溢漏压力，由此可避免该容室22内的液体溶液自该等观视孔23流出，而仅以蒸气形态缓慢挥发进入该气室25内。而由该气压平衡孔251可对该气室25内的气体及蒸气进行平衡调节。
本第二实施例中，由于该等气孔26上设有薄膜261，因此该气室25内的蒸气或气体不会经由该等气孔26逸散至该壳体21外，电子显微镜90内的真空环境即不会被破坏。由此可达到观视活体细胞或其它样品99的功效。
请再参阅图8，本发明第三较佳实施例所提供的一种电子显微镜用的封闭式观测环境30，主要具有：
一壳体31，内部具有至少二隔板34，本实施例中系为四隔板34，该等隔板34将该壳体31内部分隔出一容室32、以及分隔出二气室35分别位于该容室32上下方、以及分隔出二缓冲室37分别位于该二气室35的上下方。该容室32的顶底面各具有至少一观视孔33设于一该隔板34，各该观视孔33连通于该容室32；该二气室35涵盖住该等观视孔33，且位于上方的该气室35的顶面具有一气孔36设置一该隔板34，位于下方的该气室35的底面具有一气孔36设置于一该隔板34；该二缓冲室37涵盖住该等气孔36，且该壳体31的顶部及底部分别具有一外孔38，该等外孔38与该等气孔36与该等观视孔33同轴；各该外孔38封设一薄膜381，各该薄膜381设于各该外孔38靠近于各该缓冲室37的一端；该壳体31于该气室35的一侧设有至少一注气孔351，以及于各该缓冲室37的一侧设有一抽气孔371。该壳体31具有一注入孔311位于该容室32的一侧，以及具有一流出孔312位于该容室32的另一侧。
在对该电子显微镜用的封闭式观测环境30置入待观测样品99时，可将液体以及待观测样品99自该壳体31的注入孔311注入至该容室32内，在操作时提供预定压力的特定气体于该气室35中，并控制该特定气体压力与注入该容室32内的液体压力差小于或等于该容室32内液体溶液的临界溢漏压力，由此可避免液体样品自观视孔33溢出。对该二缓冲室37则需持续进行抽气。
本第三实施例在操作时，置入于电子显微镜90内的状态概同于前揭第一实施例，如图8及图9所示，是通过该注入孔311对该容室32内注入液体及样品99或活体细胞，并通过该注气孔351对该气室35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35内的水蒸气可抑制该容室32内的水的蒸发速率，另外，亦可提供一大气压的特定气体于该气室35中，并控制该特定气体压力与该容室32内的水溶液的压力差小于或等于该容室32内水溶液的临界溢漏压力，由此可避免该容室32内的液体溶液自该等观视孔33流出，而仅以蒸气形态缓慢挥发进入该气室35内，而该气室35内的气体及蒸气亦会经由该二气孔36向外逸散至该二缓冲室37。对该二缓冲室37持续进行抽气，由此可将从该气室35逸散进入该二缓冲室37的蒸气与气体会被抽走，而不会累积在该二缓冲室37内。在进行观测时，使电子显微镜90的电子束通过该等外孔38以及该等气孔36以及该等观视孔33，即可对该容室32内的样品99(可为活体细胞)进行观测。
前述第三实施例中，该等缓冲室37分为上下各一层仅为举例说明的用，并非为了限制本发明范围，上下多层缓冲室亦可达到观测的需求，并属于本发明的等效变化，而应为本发明的申请专利范围所涵盖。
又，再如图9所示，本发明的主要结构亦可与样品治具92(SpecimenHolder)结合在一起，而可以气室35’与缓冲室37’配合该样品治具92本身的盒体94所形成的容室32’来成型，其使用方式与前述第三实施例相同，容不赘述。
另外，图10显示以类同于前述第三实施例的二缓冲室37”配合该样品治具92本身的盒体94”所形成的容室32”与气室35”配合样品治具92的实施状态，一体成型的该盒体94”可以公知的微影蚀刻方式制造，故该气室35”可具有极薄的厚度以减少电子束通过气室时所产生的电子多重散射的问题；又，本实施状态较前述第三实施例所述还增加一缓冲室，可使得该气室35”内的气体压力可操作达到更高压的环境。
本发明在前述三实施例中，描述出薄膜设置于各种不同位置的状态，然此为举例而已，并无意用以限制本发明的范围，以第三实施例的架构为例(参阅图8)，薄膜除了可设置于外孔上，亦可仅设置于观视孔与气孔其中之一，或薄膜亦可设置于观视孔、气孔与外孔其中之二，而可同样具有双边封闭的效果，且具有与前揭实施例相同的功效以及相同的操作方式。
而前述诸多实施例中，该薄膜设置的位置仅为举例说明之用，并非以靠近某一室(容室，气室，缓冲室)的一端为限制，故其等效的变化，应为本发明的申请专利范围所涵盖。
另外，前述诸实施例中，各该容室32内可供置入活体细胞样品99，活体细胞样品99可固定于该容室32的内壁面或内侧壁面，或是在第一实施例中把活体细胞样品99固定于一该观视孔13上设置的薄膜131。
由上可知，本发明的优点在于：
一、可提供一观察样品或活体细胞的环境：本发明可于该容室中置入一般样品或活体细胞，以配合供电子显微镜进行观测，解决了公知技术无法对活体细胞进行观测的问题。
二、不会损坏电子显微镜：本发明在该容室内注入液体或气体时，可由该等薄膜的设置来避免该容室内的蒸气或液体逸出。故本技术不仅观测上容易、清淅，且不会损坏电子显微镜。
本发明所描述的各组件，仅为举例说明，并非用来限制本发明的范围，本发明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，亦应为本申请的专利范围所涵盖。
Claims (14)
1.一种电子显微镜用的封闭式观测环境，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；各该观视孔封设一薄膜。
2.依据权利要求1所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中各该观视孔的孔径介于5μm-500μm之间。
3.依据权利要求1所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中各该薄膜设于各该观视孔靠近该容室的一端。
4.依据权利要求3所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中各该薄膜的至少一端面设有复数肋条。
5.依据权利要求4所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中该等肋条以平行或交叉或同心圆或辐射状的方式布设于各该薄膜上。
6.依据权利要求3所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中各该薄膜与该壳体一体成型。
7.依据权利要求6所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中该等肋条与各该薄膜一体成型。
8.依据权利要求1所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中该壳体的一侧设有一注入孔，另一侧设有一流出孔。
9.一种电子显微镜用的封闭式观测环境，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，各该观视孔连通于该容室；该气室至少涵盖住该等观视孔，且该壳体的顶底面各具有至少一气孔，该等气孔与该等观视孔同轴；各该气孔封设一薄膜；该壳体于该气室的一侧设有至少一气压平衡孔。
10.依据权利要求9所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中各该薄膜设于各该气孔靠近于该气室的一端。
11.依据权利要求9所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中该壳体于该容室的一侧设有一注入孔，并于该容室的另一侧设有一流出孔。
12.一种电子显微镜用的封闭式观测环境，包含有：
一壳体，内部具有至少二隔板将该壳体内部分隔出一容室以及至少一气室以及至少一缓冲室，该容室的顶底面各具有至少一观视孔设于一该隔板，各该观视孔连通于该容室；该气室至少涵盖住该等观视孔，且该气室的顶底面各具有至少一气孔设于另一该隔板；该缓冲室至少涵盖住该等气孔，且该壳体的顶底面各具有至少一外孔，该等外孔与该等气孔与该等观视孔同轴；各该外孔封设一薄膜；该壳体于该气室的一侧设有至少一注气孔，以及于该缓冲室的一侧设有至少一抽气孔。
13.依据权利要求12所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中各该薄膜设于各该外孔靠近于该缓冲室的一端。
14.依据权利要求12所述的电子显微镜用的封闭式观测环境，其特征在于，其中该壳体于该容室的一侧设有一注入孔，并于该容室的另一侧设有一流出孔。
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