JP2019049420A - 表面計測方法、イオン伝導顕微鏡およびプローブ - Google Patents
表面計測方法、イオン伝導顕微鏡およびプローブ Download PDFInfo
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Abstract
Description
走査型のイオン伝導顕微鏡は、内部を電解液で満たしたガラスピペットをプローブとして、ガラスピペットの外部の電解液中に配置された電極とガラスピペットの内部に配置された電極との間に生じるイオン電流を計測する顕微鏡である。このイオン電流は、ガラスピペットの先端が試料に近接して遮蔽されることで変化する。イオン伝導顕微鏡は、この現象を利用しながらガラスピペットを走査して、試料表面の立体形状を画像化するものである。計測対象である試料は、柔らかい生きた真核細胞などである。イオン伝導顕微鏡は、電解液中の真核細胞などを生きたまま立体観察することができる。
はじめに、本実施の形態に係るイオン伝導顕微鏡1の構成について説明する。図1は、本実施の形態にかかるイオン伝導顕微鏡1の概略構成図である。
ここで、プローブの構成について詳細に説明する。図4は、実施の形態にかかるプローブ11の内外の電解液20および22のイオン濃度分布を示す図である。図4において、(a)はプローブ11の先端における貫通孔の開口からの正規化距離と、電解液20および22のイオン濃度およびイオン濃度の微分値を一次元的に示している。また、図4において、(b)はプローブ11の先端における貫通孔の開口の中心からの正規化距離と、電解液20および22のイオン濃度を二次元的に示している。図4の(a)は、図4の(b)に示す、貫通孔の開口の中心をプローブ11の長尺方向に通る矢印の位置における電解液22のイオン濃度を示している。また、図4の(a)に示す破線はイオン濃度、実線はイオン濃度の微分値を示している。なお、正規化距離とは、プローブ11の先端における貫通孔の口径を1としたときの距離である。
以下、上述したプローブの特性を、比較例にかかるプローブの特性と比較しながら説明する。比較例に係るプローブとは、プローブの貫通孔の内部に0.15mol/lの電解液を充填した場合である。
以上、本実施の形態にかかるイオン伝導顕微鏡1および表面計測方法によると、電解液のイオン濃度が高い領域は、プローブ11の貫通孔の開口近傍にのみ存在するので、プローブ11の貫通孔から離れた位置に配置された試料は、イオン濃度が高い電解液に接触することがなく、高いイオン濃度の電解液により、生物試料等の計測において、試料がダメージを受けるのを抑制しつつ、イオン電流を大きくすることができる。これにより、試料にダメージを与えることなく、高感度でイオン電流を検出し、試料30に対するプローブ11の高さを素早く調整することができる。したがって、イオン伝導顕微鏡1において、プローブ11を高速で走査することができる。
以上、本発明にかかるイオン伝導顕微鏡について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではない。実施の形態に対して当業者が思いつく変形を施して得られる形態、および、複数の実施の形態における構成要素を任意に組み合わせて実現される別の形態も本発明に含まれる。
10 ステージ
11 プローブ
11a ピペット
11b 電極(第2の電極)
18 電極(第1の電極)
12 駆動部
13 検出部
14 制御部
15 表示部
16 電源
20 電解液(第1の電解液)
22 電解液(第2の電解液)
30 試料
40 ガラス基板
Claims (6)
- イオン電流を利用して、長尺のプローブを走査しながら試料の表面形状および状態を計測する表面計測方法であって、
前記プローブは、前記プローブの長尺方向と同一の方向に長尺な形状を有しかつ前記長尺方向の両端を貫通する貫通孔を有し、
第1の電解液中に前記試料を配置する試料準備工程と、
前記貫通孔内に、前記第1の電解液よりもイオン濃度が高い第2の電解液を充填する充填工程と、
前記第1の電解液に少なくとも一部が浸された第1の電極と、前記第2の電解液に少なくとも一部が浸された第2の電極との間に、前記第1の電解液と前記第2の電解液とを介して流れるイオン電流を計測する電流計測工程と、
計測された前記イオン電流に基づいて、前記プローブの高さを調整する高さ調整工程と、
前記貫通孔内に前記第2の電解液が充填された前記プローブを、前記プローブの高さ方向と直交する方向に走査し、前記試料の表面形状および状態を計測する走査工程と、
を含む
表面計測方法。 - 前記第2の電解液のイオン濃度は、4mol/l以下である
請求項1に記載の表面計測方法。 - 前記プローブの前記試料に近接する側の前記貫通孔の口径は、50nm以下である
請求項2に記載の表面計測方法。 - イオン電流を利用して試料の表面形状および状態を計測するイオン伝導顕微鏡であって、
前記試料を第1の電解液に浸された状態で保持するステージと、
長尺な形状を有し、長尺方向の両端を貫通する貫通孔内に前記第1の電解液よりもイオン濃度が高い第2の電解液が充填されたプローブと、
前記第1の電解液に少なくとも一部が浸された第1の電極と、
前記第2の電解液に少なくとも一部が浸された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極とに接続され、前記第1の電解液と前記第2の電解液とを介して前記第1の電極と前記第2の電極との間に流れるイオン電流を検出する検出部と、
前記プローブを、少なくとも前記プローブの高さ方向に移動させる駆動部と、
前記検出部で検出された前記イオン電流に基づいて前記駆動部を制御することにより、前記プローブの高さを調整する制御部とを備える
イオン伝導顕微鏡。 - 長尺な形状を有し、長尺方向の両端を貫通する貫通孔を有するピペットと、
前記貫通孔内に充填された、前記ピペットの外側に配置される第1の電解液よりもイオン濃度が高い第2の電解液とを備える
プローブ。 - 少なくとも前記貫通孔の内壁の表面は、被覆層で覆われている
請求項5に記載のプローブ。
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