JP3357551B2 - Scanning probe microscope and method for measuring freezing cleavage / cleavage of frozen sample using the same - Google Patents

Scanning probe microscope and method for measuring freezing cleavage / cleavage of frozen sample using the same

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JP3357551B2
JP3357551B2 JP27214196A JP27214196A JP3357551B2 JP 3357551 B2 JP3357551 B2 JP 3357551B2 JP 27214196 A JP27214196 A JP 27214196A JP 27214196 A JP27214196 A JP 27214196A JP 3357551 B2 JP3357551 B2 JP 3357551B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、原子間力顕微鏡
(AFM)等の試料からの力を受けて試料表面を測定す
る走査形プローブ顕微鏡(SPM)およびこれを用いた
生体試料の凍結割断・劈開測定方法の技術分野に属し、
特に真空排気が可能でかつ試料の冷却凍結が可能な走査
形プローブ顕微鏡およびこれを用いた生体試料の凍結割
断・劈開測定方法の技術分野に属するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope (SPM) for measuring the surface of a sample by receiving a force from the sample such as an atomic force microscope (AFM), and a method for freezing and breaking a biological sample using the same. Belongs to the technical field of cleavage measurement method,
In particular, the present invention belongs to the technical field of a scanning probe microscope capable of vacuum evacuation and capable of cooling and freezing a sample, and a method for measuring the freezing and cleavage of a biological sample using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】探針と試料との間に生じる物理的な力を
測定して試料表面を測定するAFMが、従来から開発さ
れている。図5は、従来のこのようなAFMの一例を模
式的にかつ部分的に示す図である。図中、1はAFM、
2はレーザー光源、3は探針、4は先端に探針3取り付
けられたカンチレバー、5は試料、6は試料が保持され
る試料台、7は先端に試料台6が設けられ、試料5をX
軸、Y軸(図5の紙面に直交する軸)、およびZ軸方向
に移動調節するスキャナ、7XはX軸圧電走査素子、7
YはY軸圧電走査素子、7ZはZ軸圧電走査素子、8は
ミラー、9は2分割または4分割のフォトダイオード
(図5では4分割に記載されている)である。
2. Description of the Related Art An AFM for measuring a sample surface by measuring a physical force generated between a probe and a sample has been conventionally developed. FIG. 5 is a diagram schematically and partially showing an example of such a conventional AFM. In the figure, 1 is AFM,
2 is a laser light source, 3 is a probe, 4 is a cantilever having a probe 3 attached to the tip, 5 is a sample, 6 is a sample stage on which the sample is held, 7 is a sample stage 6 provided at the end, and X
Scanner for moving and adjusting in the directions of the axis, the Y axis (the axis orthogonal to the plane of FIG. 5), and the Z axis; 7X, an X-axis piezoelectric scanning element;
Y is a Y-axis piezoelectric scanning element, 7Z is a Z-axis piezoelectric scanning element, 8 is a mirror, and 9 is a 2-division or 4-division photodiode (shown in FIG. 5 as a 4-division).

【0003】このような構成をしたAFM1において
は、まず試料5をスキャナ7の上面の試料台6にセット
した後、レーザー光源2からレーザー光をカンチレバー
4の上面に照射し、その反射光をフォトダイオード9に
ミラー8を介して入射させる。そして、探針3と試料5
とを1nm以下の距離まで互いに近づけると、探針3の
先端原子と試料5の表面原子との間に原子間力(引力・
斥力)が作用して、探針3が上下動し、その結果カンチ
レバー4が上下方向に撓む。このカンチレバー4の撓み
により、レーザー光の反射光がフォトダイオード9に入
射する位置が変化する。この変化により、フォトダイオ
ード9の出力が変化し、この出力の変化に基づいてスキ
ャナ7のZ軸圧電走査素子7Zに対して、探針3と試料
5との間の距離を一定に保つ(すなわち原子間力を一定
に保つ)ようにフィードバック制御を行う。そして、こ
のような探針3と試料5との間の距離制御を行いながら
探針3または試料5を2次元走査することにより、試料
5の表面の凹凸画像(定力像)が、図示しない例えば画
像表示装置において得られる。
In the AFM 1 having such a configuration, first, a sample 5 is set on a sample table 6 on an upper surface of a scanner 7, and then a laser beam is emitted from a laser light source 2 to an upper surface of a cantilever 4, and the reflected light is photo The light enters the diode 9 via the mirror 8. Then, the probe 3 and the sample 5
Are brought closer to each other to a distance of 1 nm or less, an interatomic force (attractive force) between the tip atom of the probe 3 and the surface atom of the sample 5 is obtained.
A repulsive force acts to move the probe 3 up and down, and as a result, the cantilever 4 bends vertically. Due to the bending of the cantilever 4, the position where the reflected light of the laser beam enters the photodiode 9 changes. Due to this change, the output of the photodiode 9 changes, and based on this change in the output, the distance between the probe 3 and the sample 5 is kept constant with respect to the Z-axis piezoelectric scanning element 7Z of the scanner 7 (ie, The feedback control is performed so that the atomic force is kept constant. Then, by performing two-dimensional scanning of the probe 3 or the sample 5 while controlling the distance between the probe 3 and the sample 5, an unevenness image (constant force image) of the surface of the sample 5 is not shown. For example, it is obtained in an image display device.

【0004】一方、近年走査プローブ形顕微鏡を用いて
生体試料の観察が活発に行われるようになってきてい
る。走査プローブ形顕微鏡、特にAFMを用いて生体試
料を観察する場合は、生体試料の固定処理を施した後
に、マイカ等の親水性基板上にラベリングを行って生体
試料を観察している。このAFMを用いた観察の最大の
特徴は、試料にコーティングや染色の処理を行うことな
く、観察ができるとともに、ほとんどの観察が大気中で
行われているが、液中でも観察が可能であるということ
である。
On the other hand, in recent years, biological specimens have been actively observed using a scanning probe microscope. When observing a biological sample using a scanning probe microscope, especially an AFM, the biological sample is fixed on the biological sample and then labeled on a hydrophilic substrate such as mica to observe the biological sample. The greatest feature of the observation using this AFM is that the observation can be performed without coating or staining the sample, and that most observations are performed in the atmosphere, but observation is possible even in liquid. That is.

【0005】ところで、このような生体試料の観察手法
のなかに、凍結技法と呼ばれるものがある。この凍結技
法には、生体試料凍結させてそのまま走査形電子顕微鏡
(SEM)を用いて観察を行うCryo SEM法と、
凍結させた生体試料を割断するとともに、割断した表面
に金属をコーティングしてその表面のレプリカを作製
し、透過形電子顕微鏡(TEM)で観察を行うフリーズ
レプリカ法とがある。特に、フリーズレプリカ法は、生
体を割断したときに、2重細胞膜の間で割断が行われる
ため細胞膜の中の様子を観察できる画期的な方法であ
る。
[0005] Among such techniques for observing a biological sample, there is a technique called a freezing technique. This freezing technique includes a Cryo SEM method in which a biological sample is frozen and observed using a scanning electron microscope (SEM) as it is,
There is a freeze replica method in which a frozen biological sample is cut, a metal is coated on the cut surface, a replica of the surface is formed, and the replica is observed with a transmission electron microscope (TEM). In particular, the freeze replica method is an epoch-making method in which the state inside the cell membrane can be observed because the cleavage is performed between the double cell membranes when the living body is split.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
フリーズレプリカ法では、透過形電子顕微鏡(TEM)
を用いるため、凍結割断した生体試料を直接観察するこ
とができなく、観察用としての生体試料のレプリカを観
察することになる。このため、生体試料を必ずしも正確
に観察できるとは限らない。また、レプリカを必要とす
るので、生体試料の観察に手間およびコストがかかって
しまう。
However, in the freeze replica method described above, a transmission electron microscope (TEM) is used.
Therefore, it is not possible to directly observe the biological sample that has been frozen and cleaved, and to observe a replica of the biological sample for observation. For this reason, a biological sample cannot always be observed accurately. In addition, since a replica is required, it takes time and cost to observe a biological sample.

【0007】そこで、AFMを用いて凍結割断した生体
試料を直接観察することが考えられる。このような、A
FMによる生体試料の凍結割断表面の観察手法は、生体
試料のレプリカを必要としないとともに、生体の凍結割
断表面を直接観察できるようになるので、非常に有効な
手法である。
Therefore, it is conceivable to directly observe a biological sample frozen and cut using an AFM. Like this, A
The method of observing the surface of a frozen biological sample frozen by FM is a very effective method because a replica of the biological sample is not required and the frozen surface of the biological sample can be directly observed.

【0008】凍結割断した生体試料をそのままAFMで
観察するためには、試料の温度を凍結したままの温度
(例えば、液体窒素程度の温度)に保持した状態で測定
を行う必要があるとともに、割断した表面に吸着が起こ
るのを防止するために真空中で測定する必要がある。
[0008] In order to observe a frozen biological sample as it is by AFM, it is necessary to perform measurement while maintaining the temperature of the sample at a frozen temperature (for example, a temperature of about liquid nitrogen). It is necessary to measure in a vacuum to prevent adsorption from taking place on the surface.

【0009】しかしながら、従来は試料を凍結したまま
の温度でかつ真空中で動作するAFMは開発されていな
い。そこで、従来のAFMをそのまま用いて凍結割断し
た生体試料を直接観察しようとした場合、まず生体試料
の凍結割断を汎用の割断装置を用いて行い、次いで凍結
割断した生体試料を、真空を封じきった状態で真空排気
および試料の冷却を行えるAFMに搬送して観察を行う
ことが考えられるが、真空を封じきった状態で生体試料
をAFMに搬送する際に、真空漏れにより真空度が劣化
してしまうことおよび試料の温度上昇により試料表面に
霜が付着してしまうことにより、良好な観察データが得
られなくなるおそれが考えられる。
However, conventionally, an AFM that operates in a vacuum at a temperature in which a sample is kept frozen has not been developed. Therefore, when directly observing a biological sample that has been frozen and cut using the conventional AFM as it is, first, the biological sample is frozen and cut using a general-purpose cutting device, and then the frozen and cut biological sample is sealed in a vacuum. It is conceivable that the specimen is transported to an AFM that can evacuate and cool the sample in an evacuated state, and observation is performed. It is conceivable that good observation data may not be obtained due to the fact that frost adheres to the sample surface due to the temperature rise of the sample.

【0010】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、生体試料等の凍結される試
料のレプリカを必要としないとともに真空度の劣化およ
び試料表面への霜の付着をともに防止でき、しかも凍結
割断した試料の割断表面を直接観察することのできる走
査形プローブ顕微鏡およびこれを用いた生体試料等の凍
結される試料の凍結割断・劈開測定方法を提供すること
である。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object not to need a replica of a sample to be frozen such as a biological sample, to reduce the degree of vacuum and to prevent frost on the sample surface. By providing a scanning probe microscope that can both prevent adhesion and directly observe the fractured surface of a frozen fractured sample, and a method for measuring the freeze-fracture / cleavage of a frozen sample such as a biological sample using the same. is there.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項1の発明の走査形プローブ顕微鏡は、観察
用試料ステージによって移動されるスキャナに生体等の
凍結される試料が載置され、この試料に対向して配置さ
れる探針を有するカンチレバーに、光源から放出される
光線を照射するとともに、前記カンチレバーにおいて反
射した前記光線の反射光をフォトディテクタによって受
光させながら前記スキャナを走査することにより、前記
試料の観察を行うようになっている走査形プローブ顕微
鏡において、装置本体のハウジング内を真空排気可能と
するとともに、前記ハウジング内の真空を保持した状態
で前記スキャナ上に前記試料を交換可能にする試料導入
機構と、前記ハウジング内で前記観察用試料ステージの
近傍に設置され、前記試料を割断する割断手段と、前記
装置本体に設けられ、前記ハウジング内の真空を保持し
た状態で前記試料を冷却凍結する冷却手段と、前記ハウ
ジング内に設けられ、前記試料を前記割断手段によって
割断するために前記試料を移動させる割断用ステージと
を備えていることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a scanning probe microscope in which a sample to be frozen such as a living body is placed on a scanner which is moved by an observation sample stage. A cantilever having a probe arranged opposite to the sample is irradiated with a light beam emitted from a light source, and the scanner is scanned while a reflected light of the light beam reflected by the cantilever is received by a photodetector. Thereby, in the scanning probe microscope adapted to perform observation of the sample, the inside of the housing of the apparatus main body can be evacuated, and the sample is placed on the scanner while maintaining the vacuum in the housing. A sample introduction mechanism to be exchangeable, and installed near the observation sample stage in the housing, A cleaving means for splitting the serial sample, provided in the apparatus main body, and a cooling means for cooling freezing the sample while holding the vacuum within the housing, disposed within said housing, by said sample said splitting means A cleaving stage for moving the sample for cleaving.

【0012】また請求項2の発明は、前記観察用試料ス
テージと前記割断用ステージとが1つの試料ステージで
兼用されていることを特徴としている。更に請求項3の
発明は、前記割断手段が、前記カンチレバーを保持する
カンチレバーホルダに取り付けられていることを特徴と
している。
The invention according to claim 2 is characterized in that the observation sample stage and the cutting stage are shared by one sample stage. Further, the invention of claim 3 is characterized in that the cutting means is attached to a cantilever holder holding the cantilever.

【0013】更に請求項4の発明は、前記前記冷却手段
の冷熱を、前記ハウジング内の真空を保持した状態で前
記割断手段および前記試料に伝達するヒートコンダクタ
を備えていることを特徴としている。
Further, the invention according to claim 4 is characterized in that a heat conductor for transmitting the cold heat of the cooling means to the cleaving means and the sample while maintaining the vacuum in the housing is provided.

【0014】更に請求項5の発明は、試料ステージによ
って移動されるスキャナに、試料を保持した試料ホルダ
が載置され、前記試料に対向して配置される探針を有す
るカンチレバーに、光源から放出される光線を照射する
とともに、前記カンチレバーにおいて反射した前記光線
の反射光をフォトディテクタによって受光させながら前
記スキャナを走査することにより、前記試料の観察を行
うようになっている走査形プローブ顕微鏡において、装
置本体のハウジング内を真空排気可能とするとともに、
前記ハウジング内の真空を保持した状態で前記スキャナ
上に前記試料を交換可能にする試料導入機構と、前記装
置本体に設けられ、前記ハウジング内の真空を保持した
状態で前記試料を冷却する冷却手段と、前記ハウジング
内で前記試料を劈開する劈開手段とを備え、前記試料ホ
ルダが、前記試料を保持した下側ホルダと、この下側ホ
ルダとの間に前記試料を挟み込む上側ホルダとからな
り、前記劈開手段が、前記上、下側ホルダの間に前記試
料を挟み込みかつこれらの上、下側ホルダおよび試料を
凍結し、更に前記下側ホルダを前記スキャナに装着した
状態で前記上側ホルダを劈開することにより前記試料劈
開する劈開手段であることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, a sample holder holding a sample is placed on a scanner which is moved by a sample stage, and a cantilever having a probe arranged opposite to the sample is emitted from a light source. A scanning probe microscope adapted to observe the sample by irradiating a light beam to be irradiated and scanning the scanner while receiving a reflected light of the light beam reflected by the cantilever by a photodetector. While the inside of the housing of the main body can be evacuated,
A sample introduction mechanism for exchanging the sample on the scanner while maintaining the vacuum in the housing; and cooling means provided on the apparatus main body and cooling the sample while maintaining the vacuum in the housing. And a cleaving means for cleaving the sample in the housing, the sample holder comprises a lower holder holding the sample, and an upper holder for sandwiching the sample between the lower holder, The cleavage means sandwiches the sample between the upper and lower holders, freezes the upper, lower holder and the sample, and further cleaves the upper holder with the lower holder attached to the scanner. This is a cleavage means for cleaving the sample.

【0015】更に請求項6の発明の凍結される試料の凍
結割断・劈開測定方法は、請求項1ないし5のいずれか
1記載の走査形プローブ顕微鏡を用いた生体試料等の凍
結される試料の凍結割断・劈開測定方法であって、前記
ハウジング内の真空中で前記試料を冷却凍結し、次いで
凍結した試料を割断または劈開し、次いで割断または劈
開した試料を前記走査形プローブ顕微鏡により測定する
ことを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for measuring the freeze-fracture / cleavage of a frozen sample, comprising the steps of measuring a frozen sample such as a biological sample using a scanning probe microscope according to any one of the first to fifth aspects. A freeze-cleavage / cleavage measurement method, wherein the sample is cooled and frozen in a vacuum inside the housing, then the frozen sample is cleaved or cleaved, and then the cleaved or cleaved sample is measured by the scanning probe microscope. It is characterized by.

【0016】[0016]

【作用】このような構成をした本発明の走査形プローブ
顕微鏡およびこれを用いた凍結される試料の凍結割断・
劈開測定方法においては、装置本体に設けられた冷却手
段の冷熱により生体試料等の凍結される試料が真空中で
冷却凍結され、更に試料の温度上昇が防止されかつ試料
の凍結状態が保持されながら、試料が装置本体のハウジ
ング内で割断手段または劈開手段によって割断または劈
開されるようになる。したがって、この凍結割断された
試料の割断表面または凍結劈開された試料の劈開表面の
AFM観察が、レプリカを作製することなく直接行われ
るようになる。
The scanning probe microscope of the present invention having the above-described structure, and the use of the scanning probe microscope to freeze and cut a sample to be frozen.
In the cleavage measurement method, a sample to be frozen, such as a biological sample, is cooled and frozen in a vacuum by the cold heat of a cooling means provided in the apparatus main body, and further, a temperature rise of the sample is prevented and the frozen state of the sample is maintained. Then, the sample is cleaved or cleaved in the housing of the apparatus body by cleaving means or cleaving means. Therefore, the AFM observation of the fracture surface of the frozen-fractured sample or the cleavage surface of the frozen-cleaved sample is directly performed without producing a replica.

【0017】また、装置本体のハウジング内の真空排気
を行うことができるので、ハウジング内での試料の搬送
に伴う真空度の劣化が防止され、しかも試料の温度上昇
が防止されることから、試料の表面に霜が付着すること
がなくなり、試料の観察がより正確に行われるようにな
る。このように、同一の装置内において、真空中で試料
が冷却凍結されるとともに、冷却凍結した試料が割断ま
たは劈開して測定されることで、凍結される試料の割断
表面または劈開表面がレプリカを用いずに、直接にかつ
より正確に観察されるようになる。例えば試料が生体試
料の場合には、この生体試料がその細胞膜間で割断また
は劈開され、従来観察できなかった細胞膜の様子が、霜
を付着させることなく、直接にかつより正確に観察され
るようになる。
Further, since the evacuation of the inside of the housing of the apparatus main body can be performed, deterioration of the degree of vacuum due to the transport of the sample in the housing is prevented, and the temperature of the sample is prevented from rising. No frost adheres to the surface of the sample, and the sample can be observed more accurately. As described above, in the same apparatus, the sample is cooled and frozen in a vacuum, and the cooled or frozen sample is cut or cleaved and measured, so that the cut or cleaved surface of the frozen sample forms a replica. Without using it, it will be observed directly and more accurately. For example, when the sample is a biological sample, the biological sample is cleaved or cleaved between its cell membranes, so that the state of the cell membrane that could not be observed conventionally can be observed directly and more accurately without attaching frost. become.

【0018】更に、試料の割断が試料ステージ上で行わ
れ、すぐに観察できるようになる。観察の効率が向上す
る。特に、請求項1ないし3の発明においては、試料の
割断がうまくいかなく、試料の割断表面が正確に観察で
きない場合、すぐに試料の割断を再度行うことができる
ようになるので、試料をAFMから取り出す必要がな
く、観察の効率が更に向上する。
Further, the sample is cut on the sample stage, so that the sample can be observed immediately. The efficiency of observation is improved. In particular, according to the first to third aspects of the present invention, when the sample is not properly cleaved and the cleaved surface of the sample cannot be accurately observed, the sample can be immediately cleaved again. It is not necessary to take out from the device, and the efficiency of observation is further improved.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図1は本発明にかかる走査形プロー
ブ顕微鏡をAFMに適用した実施の形態の一例を模式的
に示す図である。なお、前述の図5に示す従来のAFM
と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳
細な説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of an embodiment in which a scanning probe microscope according to the present invention is applied to an AFM. The conventional AFM shown in FIG.
The same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0020】図1に示すように本例のAFM1は、スキ
ャナ7がX-Y-Z方向に手動による粗動が可能な試料ス
テージ10に取り付けられている。この例のスキャナ7
は、円筒状に形成されている。
As shown in FIG. 1, the AFM 1 of this embodiment has a scanner 7 mounted on a sample stage 10 capable of performing manual coarse movement in the XYZ directions. Scanner 7 in this example
Is formed in a cylindrical shape.

【0021】また、スキャナ7の先端7aには試料台6
が取り外し可能に取り付けられるようになっている。図
2に示すように、試料台6は、本体6aと、この本体6
aに取り付けられた試料ホルダ押さえ具6bとからなっ
ている。本体6aは、その左右両側面6c,6dが下方
に広がる傾斜面とされて、その左右横断面が台形に形成
されているとともに、その後面にトランスファーロッド
11(図1に図示)が螺合する雌ねじ穴6eが穿設され
ている。一方、スキャナ7の先端7aは、試料台6の本
体6aの左右横断面の台形と同形状の左右横断面を有
し、かつこの本体6aの左右両側面6c,6dが嵌合す
る溝7bを備えたかんな台として形成されている。
A sample table 6 is attached to the tip 7a of the scanner 7.
Can be attached detachably. As shown in FIG. 2, the sample stage 6 includes a main body 6a and the main body 6a.
and a sample holder holder 6b attached to the sample holder a. The main body 6a has left and right side surfaces 6c and 6d formed as inclined surfaces extending downward, and has a trapezoidal left and right transverse section, and a transfer rod 11 (shown in FIG. 1) is screwed to a rear surface thereof. A female screw hole 6e is formed. On the other hand, the tip 7a of the scanner 7 has a right and left cross section of the same shape as the trapezoid of the right and left cross section of the main body 6a of the sample table 6, and has a groove 7b in which the left and right side surfaces 6c and 6d of the main body 6a fit. It is formed as a planer table equipped.

【0022】図1に示すようにAFM装置本体のハウジ
ング12の、かんな台7aの高さ位置とほぼ同じ高さ位
置に、側方に延びる筒状の第1ロードロック機構13が
気密に取り付けられているとともに、この第1ロードロ
ック機構13には筒状部材26を介して筒状の第2ロー
ドロック機構27が気密に取り付けられている。その場
合、第2ロードロック機構27の開口端には、トランス
ファーロッド11が気密にかつ摺動可能に保持されてい
て、このように第2ロードロック機構27の開口端にト
ランスファーロッド11が保持された状態で、第2ロー
ドロック機構27が筒状部材26に対して着脱されるよ
うになっている。したがって、第2ロードロック機構2
7が筒状部材26に取り付けられたときは、トランスフ
ァーロッド11はこれらの第1および第2ロードロック
機構13,27内に配置されるようになっている。第1
ロードロック機構13には、図示しないがこの第1ロー
ドロック機構13内と筒状部材26内との連通を開閉す
るゲートバルブが設けられているとともに、第2ロード
ロック機構27には、同様に図示しないがこの第2ロー
ドロック機構27内と筒状部材26内との連通を開閉す
るゲートバルブが設けられている。また、筒状部材26
には排気管28を介して図示しない排気ポンプに接続さ
れている。
As shown in FIG. 1, a cylindrical first load lock mechanism 13 extending laterally is hermetically attached to the housing 12 of the main body of the AFM device at a position substantially equal to the height of the planner base 7a. In addition, a cylindrical second load lock mechanism 27 is hermetically attached to the first load lock mechanism 13 via a cylindrical member 26. In this case, the transfer rod 11 is held at the open end of the second load lock mechanism 27 in an airtight and slidable manner, and thus the transfer rod 11 is held at the open end of the second load lock mechanism 27. In this state, the second load lock mechanism 27 is attached to and detached from the tubular member 26. Therefore, the second load lock mechanism 2
When the member 7 is attached to the cylindrical member 26, the transfer rod 11 is arranged in the first and second load lock mechanisms 13, 27. First
The load lock mechanism 13 is provided with a gate valve (not shown) for opening and closing the communication between the first load lock mechanism 13 and the cylindrical member 26, and the second load lock mechanism 27 similarly has a gate valve. Although not shown, a gate valve that opens and closes communication between the inside of the second load lock mechanism 27 and the inside of the tubular member 26 is provided. The cylindrical member 26
Is connected to an exhaust pump (not shown) via an exhaust pipe 28.

【0023】更に試料台6は、トランスファーロッド1
1の先端が試料台6の雌ねじ6eの螺合されることによ
り、トランスファーロッド11に着脱可能に取り付けら
れるようになっている。そして、試料台6がを取り付け
たトランスファーロッド11をスキャナ7のかんな台7
aの方へ進出させて試料台6の左右両側面6c,6dを
かんな台7aの溝7bに嵌合させることにより、試料台
6がかんな台7aに装着されるようになっている。
Further, the sample stage 6 includes the transfer rod 1
When the female screw 6e of the sample table 6 is screwed into the tip of the sample table 6, the sample screw 6 is detachably attached to the transfer rod 11. Then, the transfer rod 11 to which the sample stage 6 is attached is attached to the planer stage 7 of the scanner 7.
The sample table 6 is mounted on the planer table 7a by advancing toward "a" and fitting the left and right side surfaces 6c and 6d of the sample table 6 into the grooves 7b of the planer table 7a.

【0024】更にAFM装置本体のハウジング12に
は、冷却手段用ハウジング14が気密に取り付けられて
いるとともに、冷却手段用ハウジング14内には液体窒
素タンク15が収容されている。この液体窒素タンク1
5には熱伝導棒16が連結されており、この熱伝導棒1
6は気密を保持されてAFM装置本体のハウジング12
内に延設されている。そして、この熱伝導棒16とかん
な台7aとが、銅製の薄膜を重ね合わせて作られた第1
ヒートコンダクタ17によって熱伝導的に接続されてい
る。
Further, a housing 14 for the cooling means is hermetically attached to the housing 12 of the AFM apparatus main body, and a liquid nitrogen tank 15 is accommodated in the housing 14 for the cooling means. This liquid nitrogen tank 1
5 is connected to a heat conducting rod 16.
6 is a housing 12 of the main body of the AFM device which is kept airtight.
Is extended inside. Then, the heat conductive rod 16 and the planer table 7a are formed by stacking a copper thin film on the first
The heat conductor 17 is connected by heat conduction.

【0025】更にAFM装置本体には、カンチレバーホ
ルダ18が取り付けられたAFMヘッド19がスキャナ
7の上方に位置して取り付けられている。図3に示すよ
うにカンチレバーホルダ18はL字形に形成されてお
り、このカンチレバーホルダ18のL字形の一辺に、先
端に探針をカンチレバー4が取り付けられているととも
に、L字形の他辺にカッター刃21が熱絶縁材(不図
示)を介して取り付けられている。その場合、カンチレ
バーホルダ18はL字形の一辺がX軸方向にまた他辺が
Y軸方向にそれぞれなるように配設されており、したが
ってカッター刃21はX軸と直交するように配置されて
いる。このカッター刃21も、前述のかんな台7aと同
様に銅製の薄膜を重ね合わせて作られた第2ヒートコン
ダクタ22を介して熱伝導棒16に熱伝導的に接続され
ている。
Further, an AFM head 19 to which a cantilever holder 18 is mounted is mounted on the main body of the AFM apparatus so as to be located above the scanner 7. As shown in FIG. 3, the cantilever holder 18 is formed in an L-shape. A probe is attached to one end of the L-shape of the cantilever holder 18 at its tip, and a cutter is attached to the other side of the L-shape. The blade 21 is attached via a heat insulating material (not shown). In that case, the cantilever holder 18 is disposed such that one side of the L-shape is in the X-axis direction and the other side is in the Y-axis direction, and therefore, the cutter blade 21 is disposed so as to be orthogonal to the X axis. . This cutter blade 21 is also thermally conductively connected to the heat conducting rod 16 via a second heat conductor 22 formed by laminating copper thin films in the same manner as the above-described planer table 7a.

【0026】このように構成された本例のAFM1にお
いては、生体試料5の凍結割断による観察が行われるに
あたって、まず、液体窒素タンク15の液体窒素の冷熱
がかんな台7aおよびカッター刃21に、それぞれ熱伝
導棒16と第1および第2ヒートコンダクタ17,22
を介して伝達され、かんな台7aおよびカッター刃21
がともに冷却される。その場合、液体窒素の冷熱は、熱
絶縁材によりカッター刃21から更にカンチレバーホル
ダ18にはほとんど伝達されなく、したがってカンチレ
バー4は液体窒素の冷熱の影響をほとんど受けることは
ない。
In the AFM 1 of the present embodiment thus configured, when the biological sample 5 is observed by freezing and breaking, first, the cold heat of the liquid nitrogen in the liquid nitrogen tank 15 is applied to the planer table 7 a and the cutter blade 21. The heat conducting rod 16 and the first and second heat conductors 17, 22 respectively
And the planer table 7a and the cutter blade 21
Are cooled together. In this case, the cold heat of the liquid nitrogen is hardly transmitted from the cutter blade 21 to the cantilever holder 18 by the heat insulating material, so that the cantilever 4 is hardly affected by the cold heat of the liquid nitrogen.

【0027】一方、図3に示すように試料ホルダ23上
に載置された生体試料5が、液体窒素もしくは凍結処理
を行った液体窒素(スラッシュ)の中で急速凍結され
る。その後、この試料ホルダ23は液体窒素中で試料台
6に、試料台6の試料ホルダ押さえ具6bによって試料
ホルダ23のフランジ23aを押さえつけることにより
取り付けられるとともに、この試料台6はトランスファ
ーロッド11の先端に取り付けられる。なお、この状態
では、ハウジング12に第1ロードロック機構13と筒
状部材26とが取り付けられているとともに、第1ロー
ドロック機構13のゲートバルブは閉じられていて、ハ
ウジング12内は大気と遮断されかつ排気されて真空状
態となっている。次いで、試料台6を取り付けたトラン
スファーロッド11はロードロック機構13内に挿入さ
れるとともに、第2ロードロック機構27が筒状部材2
6を介して第1ロードロック機構13に取り付けられ
る。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the biological sample 5 placed on the sample holder 23 is rapidly frozen in liquid nitrogen or liquid nitrogen (slush) which has been subjected to a freezing treatment. Thereafter, the sample holder 23 is attached to the sample table 6 in liquid nitrogen by pressing the flange 23a of the sample holder 23 with the sample holder presser 6b of the sample table 6, and the sample table 6 is attached to the tip of the transfer rod 11. Attached to. In this state, the first load lock mechanism 13 and the cylindrical member 26 are attached to the housing 12, the gate valve of the first load lock mechanism 13 is closed, and the inside of the housing 12 is isolated from the atmosphere. Evacuated and evacuated to a vacuum. Next, the transfer rod 11 to which the sample stage 6 is attached is inserted into the load lock mechanism 13 and the second load lock mechanism 27 is
6 to the first load lock mechanism 13.

【0028】この状態で、第1ロードロック機構13の
ゲートバルブを閉じたままにして、第2ロードロック機
構27のゲートバルブを開いて排気ポンプにより、筒状
部材26および第2ロードロック機構27内を排気す
る。その後、第1ロードロック機構13のゲートバルブ
を開いて、ハウジング12内の真空が保持された状態で
トランスファーロッド11がかんな台7aの方へ進出さ
せられて、試料台6がかんな台7aに装着される。この
ように、トランスファーロッド11および第1および第
2ロードロック機構13,27により、本発明の試料導
入機構が構成されている。かんな台7aが液体窒素の冷
熱により冷却されているので、試料台6がかんな台7a
に装着されたとき、試料台6上の生体試料5はその温度
が上昇することはなく凍結状態を保持される。また、ト
ランスファーロッド11はねじによる螺合が解除する方
向に回されて試料台6から外される。
In this state, the gate valve of the first load lock mechanism 13 is kept closed, the gate valve of the second load lock mechanism 27 is opened, and the cylindrical member 26 and the second load lock mechanism 27 are operated by the exhaust pump. Exhaust the inside. Thereafter, the gate valve of the first load lock mechanism 13 is opened, and the transfer rod 11 is advanced toward the planer table 7a while the vacuum in the housing 12 is maintained, and the sample table 6 is mounted on the planer table 7a. Is done. As described above, the transfer rod 11 and the first and second load lock mechanisms 13 and 27 constitute a sample introduction mechanism of the present invention. Since the planer table 7a is cooled by the cold heat of liquid nitrogen, the sample table 6 is
When attached to the biological sample 5, the biological sample 5 on the sample stage 6 is kept in a frozen state without increasing its temperature. Further, the transfer rod 11 is turned in a direction in which the screwing by the screw is released, and is removed from the sample table 6.

【0029】次いで、手動により試料ステージ10がX
-Y-Z方向の粗動機構により、生体試料5の表面がカッ
ター刃21の近傍に移動される。更に、生体試料5がX
方向に移動されることにより、生体試料5の表面がカッ
ター刃21により割断される。その場合、この生体試料
5のカッター刃21による割断は、試料表面に観察可能
な平面が現れるまで、Z方向に生体試料5を上げながら
少しずつ繰り返して行われる。そして、観察可能なある
程度の割断面が現れたところで、この生体試料5の割断
が終了されるとともに、試料ステージ10は、生体試料
5がカンチレバー4の探針に対向する位置までX-Y-Z
方向に移動される。このとき、生体試料5の搬送がハウ
ジング12内で真空度が劣化しない状態で行われるとと
もに、かんな台7aおよびカッター刃21がともに液体
窒素の冷熱で冷却されているため生体試料5の温度が上
昇しなく、その結果生体試料5の割断表面に霜が付着す
ることはない。その後、従来のAFM観察と同様のAF
M観察が行われる。
Next, the sample stage 10 is manually moved to X
The surface of the biological sample 5 is moved near the cutter blade 21 by the coarse movement mechanism in the -YZ direction. Further, the biological sample 5 is X
By moving in the direction, the surface of the biological sample 5 is cut by the cutter blade 21. In this case, the cutting of the biological sample 5 by the cutter blade 21 is repeatedly performed little by little while raising the biological sample 5 in the Z direction until an observable plane appears on the sample surface. When some observable fractured surface appears, the biological sample 5 is cleaved, and the sample stage 10 moves the biological sample 5 to the position where the biological sample 5 faces the probe of the cantilever 4 in XYZ.
Moved in the direction. At this time, the transfer of the biological sample 5 is performed in the housing 12 in a state where the degree of vacuum is not deteriorated, and the temperature of the biological sample 5 rises because both the planer table 7a and the cutter blade 21 are cooled by the cold heat of liquid nitrogen. As a result, frost does not adhere to the cut surface of the biological sample 5. After that, AF similar to the conventional AFM observation
M observation is performed.

【0030】試料のAFM観察が終了すると、試料の交
換を行うために試料台6をかんな台7aから取り外すと
ともに、第2ロードロック機構27を筒状オ部材26か
ら取り外すことにより行われる。これらの取り外しは、
前述の試料台6の装着のときの逆の手順で行われる。す
なわち、トランスファーロッド11を試料台6に螺合し
た後、トランスファーロッド11を引いて試料台6をか
んな台7aから外し、更に試料台6を筒状部材26内に
移動する。次いで、第1ロードロック機構13のゲート
バルブを閉じるとともに、筒状部材26内および第2ロ
ードロック機構27内をリークして大気を導入する。そ
の後、第2ロードロック機構27をトランスファーロッ
ド11とともに筒状部材26から取り外して、試料台6
を露出させかつトランスファーロッド11から外し、新
しい試料の試料台6をトランスファーロッド11に取り
付ける。こうして、試料の交換が行われる。
When the AFM observation of the sample is completed, the sample table 6 is detached from the planer table 7a to exchange the sample, and the second load lock mechanism 27 is detached from the cylindrical male member 26. These removals
The above procedure is performed in the reverse order of mounting the sample table 6. That is, after the transfer rod 11 is screwed into the sample table 6, the transfer rod 11 is pulled to remove the sample table 6 from the planer table 7 a, and the sample table 6 is further moved into the cylindrical member 26. Next, while closing the gate valve of the first load lock mechanism 13, the inside of the tubular member 26 and the inside of the second load lock mechanism 27 are leaked to introduce air. Thereafter, the second load lock mechanism 27 is removed from the cylindrical member 26 together with the transfer rod 11, and the sample table 6 is removed.
Is exposed and removed from the transfer rod 11, and the sample stage 6 for a new sample is attached to the transfer rod 11. Thus, the exchange of the sample is performed.

【0031】この例のAFM1によれば、AFM装置本
体に設けられた液体窒素タンク15の液体窒素の冷熱に
より生体試料5の凍結状態を保持させながら、凍結割断
された生体試料5の割断表面のAFM観察を、レプリカ
を作製することなく直接行うことができるようになる。
その場合、AFM装置本体のハウジング12内の真空排
気を行うことができるようになっていて、AFM装置内
の割断位置および観察位置への生体試料5の搬送に伴う
真空度の劣化をなくすことができるとともに、液体窒素
の冷熱により生体試料5の温度上昇を抑制できるので、
生体試料5の表面に霜が付着することがなくなり、試料
5の観察をより正確に行うことができるようになる。
According to the AFM 1 of this example, while maintaining the frozen state of the biological sample 5 by the cooling and heating of the liquid nitrogen in the liquid nitrogen tank 15 provided in the AFM apparatus main body, the frozen surface of the biological sample 5 AFM observation can be performed directly without making a replica.
In this case, the inside of the housing 12 of the AFM device main body can be evacuated, and the deterioration of the degree of vacuum accompanying the transfer of the biological sample 5 to the cutting position and the observation position in the AFM device can be eliminated. And the temperature rise of the biological sample 5 can be suppressed by the cold heat of the liquid nitrogen.
Frost does not adhere to the surface of the biological sample 5, and the sample 5 can be observed more accurately.

【0032】また、生体試料5の割断を試料ステージ1
0上で行って、すぐに観察できるようにしているので、
生体試料5の割断がうまくいかなく、試料5の割断表面
が正確に観察できない場合には、すぐに生体試料5の割
断を再度行うことができる。これにより、生体試料5を
AFM装置から取り出す必要がなくなるので、観察の効
率が大幅に向上する。そのうえ、生体試料5のレプリカ
を作製しなくて済むので、観察の手間が更に一層省ける
とともに、観察のためのコストを低減できる。
Further, the cutting of the biological sample 5 is performed on the sample stage 1.
I go on 0 so I can observe it immediately,
If the cleavage of the biological sample 5 is not successful and the cleavage surface of the sample 5 cannot be accurately observed, the cleavage of the biological sample 5 can be immediately performed again. This eliminates the need to remove the biological sample 5 from the AFM device, thereby greatly improving observation efficiency. In addition, since it is not necessary to make a replica of the biological sample 5, the labor for observation can be further reduced, and the cost for observation can be reduced.

【0033】なお、カッター刃21を取り付ける場所
は、必ずしも本例のようにカンチレバーホルダ18でな
くてもよく、AFM装置のハウジング12内で、生体試
料5の割断位置と観察位置とが同じチャンバー内であれ
ばどこでもよい。その場合、スキャナ7をX-Y-Z方向
に移動させる試料ステージ10の他に、割断用のX-Z
方向に粗動する別のステージを試料ステージ10と同じ
チャンバー内に設け、トランスファーロッド11により
試料台6を割断用のステージに装着して生体試料5の割
断を行った後、トランスファーロッド11により試料台
6を割断用のステージから試料ステージ10に移動させ
てAFM観察を行うようにすることもできる。
The place where the cutter blade 21 is attached may not necessarily be the cantilever holder 18 as in the present embodiment, but the inside of the housing 12 of the AFM device in which the cleavage position and the observation position of the biological sample 5 are the same. It can be anywhere. In that case, in addition to the sample stage 10 for moving the scanner 7 in the XYZ directions, a cutting XZ
Another stage that coarsely moves in the direction is provided in the same chamber as the sample stage 10, the sample stage 6 is mounted on a stage for cutting by the transfer rod 11, and the biological sample 5 is cut. The AFM observation can also be performed by moving the table 6 from the cutting stage to the sample stage 10.

【0034】図4は、本発明の実施の形態の他の例を示
す、図3と同様の図である。なお、前述の図1ないし図
3に示す例のAFMと同じ構成要素には同じ符号を付す
ことにより、その詳細な説明は省略する。
FIG. 4 is a view similar to FIG. 3, showing another example of the embodiment of the present invention. The same components as those of the AFM of the examples shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0035】図4に示すように、この例のAFM1は、
上側ホルダ23bと下側ホルダ23cとからなる上下一
対の試料ホルダ23を備えている。これらの上、下側ホ
ルダ23b,23cは同一寸法のU字形に形成されてい
る。上側ホルダ23bには、リング24が取り付けられ
ているとともに、このリング24に係合可能な劈開用の
アタッチメント25が設けられている。この劈開用のア
タッチメント25は、トランスファーロッド11の先端
に取り外し可能に取り付けられるようになっている。
As shown in FIG. 4, the AFM 1 of this example is
A pair of upper and lower sample holders 23 each including an upper holder 23b and a lower holder 23c are provided. The upper and lower holders 23b and 23c are formed in a U-shape having the same dimensions. A ring 24 is attached to the upper holder 23b, and a cleavage attachment 25 that can be engaged with the ring 24 is provided. The attachment 25 for cleavage is detachably attached to the tip of the transfer rod 11.

【0036】また、本例のAFM1は、前述の例のAF
M1のようなカッター刃21およびこのカッター刃21
を冷却する第2ヒートコンダクタ22が設けられていな
い。本例のAFM1の他の構成は、前述の例のAFM1
と同じである。
The AFM 1 of this embodiment is the same as the AFM 1 of the above-described embodiment.
Cutter blade 21 such as M1 and this cutter blade 21
Is not provided. Another configuration of the AFM1 of the present example is the same as that of the AFM1 of the aforementioned example.
Is the same as

【0037】このように構成された本例のAFM1にお
いては、生体試料5が下側ホルダ23cに載置されると
ともに、上側ホルダ23bによりこの生体試料5が挟み
込まれる。この状態で、生体試料5が液体窒素中で急速
凍結された後、試料ホルダ23は、下側ホルダ23cの
フランジが試料台6の試料ホルダ押さえ金具6bによっ
て押さえられることにより試料台6に取り付けられる。
次いでこの試料台6は、前述の例と同様にトランスファ
ーロッド11の先端に取り付けられるとともに、トラン
スファーロッド11がロードロック機構13内に挿入さ
れ、その後AFM装置本体のハウジング12内に真空が
引かれる。
In the AFM 1 of the present embodiment thus configured, the biological sample 5 is placed on the lower holder 23c, and the biological sample 5 is sandwiched by the upper holder 23b. In this state, after the biological sample 5 is rapidly frozen in liquid nitrogen, the sample holder 23 is attached to the sample table 6 by pressing the flange of the lower holder 23c by the sample holder holding metal 6b of the sample table 6. .
Next, the sample stage 6 is attached to the tip of the transfer rod 11 in the same manner as in the above-described example, and the transfer rod 11 is inserted into the load lock mechanism 13, and then a vacuum is drawn in the housing 12 of the AFM device main body.

【0038】次に、トランスファーロッド11により試
料台6がかんな台7aに装着されるとともに、トランス
ファーロッド11が試料台6から取り外される。このと
き、かんな台7aが液体窒素の冷熱により冷却されてい
るので、生体試料5はその温度上昇が防止され凍結状態
を保持される。次いで、トランスファーロッド11の先
端に劈開用のアタッチメント25が取り付けられた後、
トランスファーロッド11が操作されてアタッチメント
25がリング24に引っかけられる。そして、トランス
ファーロッド11が引っ張られることにより、生体試料
5が劈開され、その後試料ステージ10がX-Y-Z方向
の粗動機構により移動されて、生体試料5がカンチレバ
ー4に対向する所定位置に搬送される。その後、従来と
同様にAFM観察が行われる。
Next, the sample table 6 is mounted on the planer table 7a by the transfer rod 11, and the transfer rod 11 is removed from the sample table 6. At this time, since the planer table 7a is cooled by the cold heat of the liquid nitrogen, the temperature rise of the biological sample 5 is prevented, and the biological sample 5 is kept in a frozen state. Next, after the attachment 25 for cleavage is attached to the tip of the transfer rod 11,
The transfer rod 11 is operated and the attachment 25 is hooked on the ring 24. When the transfer rod 11 is pulled, the biological sample 5 is cleaved. Thereafter, the sample stage 10 is moved by the coarse movement mechanism in the XYZ directions, and the biological sample 5 is moved to a predetermined position facing the cantilever 4. Conveyed. Thereafter, AFM observation is performed as in the conventional case.

【0039】この例のAFM1においては、カッター刃
21が設けられていなく、単に生体試料5が単に劈開さ
れるだけであるので、前述の例のように試料表面をカッ
ター刃21で繰り返し劈開することはできない。
In the AFM 1 of this embodiment, the cutter blade 21 is not provided, and the biological sample 5 is simply cleaved. Therefore, the sample surface is repeatedly cleaved by the cutter blade 21 as in the above-described example. Can not.

【0040】本例のAFM1の他の作用および効果は、
それぞれ前述の例と同じである。
Other functions and effects of the AFM 1 of this embodiment are as follows.
Each is the same as the previous example.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の走査形プローブ顕微鏡およびこれを用いた凍結される
試料の凍結割断・劈開測定方法によれば、装置本体に設
けられた冷却手段の冷熱により生体試料等の凍結される
試料を真空中で冷却凍結し、更に試料の温度上昇を防止
しかつ試料の凍結状態を保持しながら、試料を装置本体
のハウジング内で割断手段または劈開手段によって割断
または劈開するようにしているので、凍結割断された試
料の割断表面または凍結劈開された試料の劈開表面のA
FM観察を、レプリカを作製することなく直接行うこと
ができるとともに、試料のレプリカを必要としないこと
から、観察の手間を更に省けるとともに、観察のための
コストを低減できる。
As is clear from the above description, according to the scanning probe microscope of the present invention and the method for measuring the freezing / cleavage of a sample to be frozen using the same, the cooling means provided in the main body of the apparatus is used. A sample such as a biological sample that is frozen by cold heat is cooled and frozen in a vacuum, and further, while preventing the temperature of the sample from rising and maintaining the frozen state of the sample, the sample is cut or cleaved in the housing of the apparatus body. Since the sample is cleaved or cleaved, the A of the cleaved surface of the frozen cleaved sample or the cleaved surface of the frozen cleaved sample is
FM observation can be performed directly without making a replica, and since a replica of the sample is not required, the time and effort for observation can be further reduced and the cost for observation can be reduced.

【0042】また、装置本体のハウジング内の真空排気
を行うことができるので、ハウジング内での試料の搬送
に伴う真空度の劣化を防止でき、しかも試料の温度上昇
を防止できることから、試料の表面に霜が付着するのを
防止できる。これにより、試料の観察をより正確に行う
ことができる。このように、同一の装置内において、真
空中で試料を冷却凍結するとともに、冷却凍結した試料
を割断または劈開して測定しているので、凍結される試
料の割断表面または劈開表面をレプリカを用いずに、直
接にかつより正確に観察することができるようになる。
例えば試料が生体試料の場合には、この生体試料をその
細胞膜間で割断または劈開し、従来観察できなかった細
胞膜の様子を、霜を付着させることなく、直接にかつよ
り正確に観察することができるようになる。
Further, since the inside of the housing of the apparatus main body can be evacuated, the degree of vacuum can be prevented from deteriorating due to the transfer of the sample inside the housing, and the temperature of the sample can be prevented from rising. Can be prevented from adhering to the frost. Thereby, the observation of the sample can be performed more accurately. As described above, in the same apparatus, the sample is cooled and frozen in a vacuum, and the cooled and frozen sample is cut or cleaved. Since the measurement is performed by using a replica, the cut or cleaved surface of the sample to be frozen is used as a replica. And can be observed directly and more accurately.
For example, when the sample is a biological sample, the biological sample is cleaved or cleaved between its cell membranes, and the state of the cell membrane, which could not be observed conventionally, can be observed directly and more accurately without attaching frost. become able to.

【0043】更に、試料の割断を試料ステージ上で行う
ようにしているので、すぐに試料の観察を観察できるよ
うになり、観察の効率を向上できる。特に、請求項1な
いし3の発明によれば、試料の割断がうまくいかなく、
試料の割断表面が正確に観察できない場合でも、すぐに
試料の割断を再度行うことができるので、試料をAFM
から取り出す必要がなく、観察の効率を更に向上でき
る。
Further, since the sample is cut on the sample stage, the observation of the sample can be immediately observed, and the observation efficiency can be improved. In particular, according to the first to third aspects of the present invention, the sample is not cleaved properly,
Even if the cleaved surface of the sample cannot be accurately observed, the sample can be immediately cleaved again.
It is not necessary to take out from the observation device, and the observation efficiency can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明にかかる走査形プローブ顕微鏡の実施
の形態の第1例を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a first example of an embodiment of a scanning probe microscope according to the present invention.

【図2】 図1に示す例の走査形プローブ顕微鏡におけ
る試料台の、スキャナ上端のかんな台への装着構造を示
す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a mounting structure of a sample stage in the scanning probe microscope of the example shown in FIG.

【図3】 図1に示す例の走査形プローブ顕微鏡におけ
る試料の装着および割断を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining mounting and cutting of a sample in the scanning probe microscope of the example shown in FIG. 1;

【図4】 本発明の他の例の走査形プローブ顕微鏡にお
ける試料の装着および割断を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating mounting and cutting of a sample in a scanning probe microscope according to another example of the present invention.

【図5】 従来のAFMの一例を部分的にかつ模式的に
示す図である。
FIG. 5 is a diagram partially and schematically showing an example of a conventional AFM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…原子間力顕微鏡(AFM)、2…レーザー光源、3
…探針、4…カンチレバー、5…生体試料、6…試料
台、7…スキャナ、7a…かんな台、8…ミラー、9…
フォトダイオード、10…試料ステージ、11…トラン
スファーロッド、12…ハウジング、13…ロッドロッ
ク機構、14…冷却手段用ハウジング、15…液体窒素
タンク、16…熱伝導棒、17…第1ヒートコンダク
タ、18…カンチレバーホルダ、19…AFMヘッド、
21…カッター刃、22…第2ヒートコンダクタ、23
…試料ホルダ、23b…上側ホルダ、23c…下側ホル
ダ、24…リング、25…劈開用のアタッチメント
1 ... Atomic force microscope (AFM), 2 ... Laser light source, 3
... probe, 4 ... cantilever, 5 ... biological sample, 6 ... sample stand, 7 ... scanner, 7a ... plane stand, 8 ... mirror, 9 ...
Photodiode, 10: sample stage, 11: transfer rod, 12: housing, 13: rod lock mechanism, 14: housing for cooling means, 15: liquid nitrogen tank, 16: heat conductive rod, 17: first heat conductor, 18 ... Cantilever holder, 19 ... AFM head,
21: cutter blade, 22: second heat conductor, 23
... sample holder, 23b ... upper holder, 23c ... lower holder, 24 ... ring, 25 ... attachment for cleavage

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−79833(JP,A) 特開 平7−192677(JP,A) 特開 平5−133858(JP,A) 特開 平4−249054(JP,A) Keiichi Nakanoto、 C.B.Mooney、Masashi Iwatsuki,Developm ent of low−tempera ture and high vacu um atomic force mi croscope with free ze−fracture functi on,Review of Scien tific Instruments, 米国,American Instit ute of Physics,2001年 2月,Vol.72,No.2,pp. 1445−1448 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 G01N 1/28 G01B 21/30 Continuation of front page (56) References JP-A-5-79833 (JP, A) JP-A-7-192677 (JP, A) JP-A-5-133858 (JP, A) JP-A-4-249905 (JP) , A) Keiichi Nakanoto, C.I. B. Mooney, Masashi Iwatsuki, Developm ent of low-tempera ture and high vacu um atomic force mi croscope with free ze-fracture functi on, Review of Scien tific Instruments, the United States, American Instit ute of Physics, 2 May 2001, Vol. 72, No. 2, pp. 1445-1448 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 13/10-13/24 G12B 21/00-21/24 G01N 1/28 G01B 21/30

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 観察用試料ステージによって移動される
スキャナに生体試料等の凍結される試料が載置され、こ
の試料に対向して配置される探針を有するカンチレバー
に、光源から放出される光線を照射するとともに、前記
カンチレバーにおいて反射した前記光線の反射光をフォ
トディテクタによって受光させながら前記スキャナを走
査することにより、前記試料の観察を行うようになって
いる走査形プローブ顕微鏡において、 装置本体のハウジング内を真空排気可能とするととも
に、前記ハウジング内の真空を保持した状態で前記スキ
ャナ上に前記試料を交換可能にする試料導入機構と、前
記ハウジング内で前記観察用試料ステージの近傍に設置
され、前記試料を割断する割断手段と、前記装置本体に
設けられ、前記ハウジング内の真空を保持した状態で前
記試料を冷却凍結する冷却手段と、前記ハウジング内に
設けられ、前記試料を前記割断手段によって割断するた
めに前記試料を移動させる割断用ステージとを備えてい
ることを特徴とする走査形プローブ顕微鏡。
1. A frozen sample such as a biological sample is placed on a scanner moved by an observation sample stage, and a light beam emitted from a light source is applied to a cantilever having a probe arranged opposite to the sample. And a scanning probe microscope configured to scan the scanner while receiving a reflected light of the light beam reflected by the cantilever by a photodetector, thereby observing the sample. A sample introduction mechanism that allows the inside to be evacuated and allows the sample to be exchanged on the scanner while maintaining the vacuum in the housing, and is installed near the observation sample stage in the housing, Cleaving means for cleaving the sample, provided on the main body of the apparatus, and reducing the vacuum in the housing. A cooling means for cooling frozen before <br/> SL samples lifting state, provided in the housing, and a fracture stage for moving the sample to fracture by the sample said fracture means A scanning probe microscope, characterized in that:
【請求項2】 前記観察用試料ステージと前記割断用ス
テージとが1つの試料ステージで兼用されていることを
特徴とする請求項1記載の走査形プローブ顕微鏡。
2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the observation sample stage and the cutting stage are shared by one sample stage.
【請求項3】 前記割断手段は、前記カンチレバーを保
持するカンチレバーホルダに取り付けられていることを
特徴とする請求項1または2記載の走査形プローブ顕微
鏡。
3. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the cutting means is attached to a cantilever holder that holds the cantilever.
【請求項4】 前記前記冷却手段の冷熱を、前記ハウジ
ング内の真空を保持した状態で前記割断手段および前記
試料に伝達するヒートコンダクタを備えていることを特
徴とする請求項1ないし3のいずれか1記載の走査形プ
ローブ顕微鏡。
4. The apparatus according to claim 1, further comprising a heat conductor for transmitting cold heat of said cooling means to said cutting means and said sample while maintaining a vacuum in said housing. 2. The scanning probe microscope according to claim 1.
【請求項5】 試料ステージによって移動されるスキャ
ナに、試料を保持した試料ホルダが載置され、前記試料
に対向して配置される探針を有するカンチレバーに、光
源から放出される光線を照射するとともに、前記カンチ
レバーにおいて反射した前記光線の反射光をフォトディ
テクタによって受光させながら前記スキャナを走査する
ことにより、前記試料の観察を行うようになっている走
査形プローブ顕微鏡において、 装置本体のハウジング内を真空排気可能とするととも
に、前記ハウジング内の真空を保持した状態で前記スキ
ャナ上に前記試料を交換可能にする試料導入機構と、前
記装置本体に設けられ、前記ハウジング内の真空を保持
した状態で前記試料を冷却する冷却手段と、前記ハウジ
ング内で前記試料を劈開する劈開手段とを備え、前記試料ホルダが、前記試料を保持した下側ホルダと、
この下側ホルダとの間に前記試料を挟み込む上側ホルダ
とからなり、 前記劈開手段は、前記上、下側ホルダの間に前記試料を
挟み込みかつこれらの上、下側ホルダおよび試料を凍結
し、更に前記下側ホルダを前記スキャナに装着した状態
で前記上側ホルダを劈開することにより前記試料劈開す
る劈開手段である ことを特徴とする走査形プローブ顕微
鏡。
5. A sample holder holding a sample is placed on a scanner moved by a sample stage, and a cantilever having a probe arranged opposite to the sample is irradiated with a light beam emitted from a light source. A scanning probe microscope configured to perform observation of the sample by scanning the scanner while receiving the reflected light of the light beam reflected by the cantilever with a photodetector. A sample introduction mechanism that enables the sample to be exchanged on the scanner while maintaining the vacuum in the housing while allowing exhaust to be performed, and a sample introduction mechanism that is provided in the apparatus main body and maintains the vacuum in the housing. Cooling means for cooling the sample; and cleavage means for cleaving the sample in the housing. A lower holder the sample holder, holding the sample,
Upper holder for holding the sample between the lower holder
Consists of a, the cleavage means, the upper, the sample between the lower holder
Sandwiching and freezing these upper and lower holders and sample
And the lower holder is attached to the scanner.
Cleave the sample by cleaving the upper holder with
A scanning probe microscope characterized in that it is a cleavage means .
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか1記載の走
査形プローブ顕微鏡を用いた生体試料等の凍結される試
料の凍結割断・劈開測定方法であって、 前記ハウジング内の真空中で 前記試料を冷却凍結し、次
いで凍結した試料を割断または劈開し、次いで割断また
は劈開した試料を前記走査形プローブ顕微鏡により測定
することを特徴とする凍結される試料の凍結割断・劈開
測定方法。
6. The run according to any one of claims 1 to 5,
Trial for freezing biological samples using a probe microscopy
A method for measuring the freezing / cleavage of a sample , wherein the sample is cooled and frozen in a vacuum inside the housing,
Cleavage or cleavage of the frozen sample
Is for the cleaved sample measured with the scanning probe microscope
Freezing and cleavage of frozen samples
Measuring method.
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Keiichi Nakanoto、C.B.Mooney、Masashi Iwatsuki,Development of low−temperature and high vacuum atomic force microscope with freeze−fracture function,Review of Scientific Instruments,米国,American Institute of Physics,2001年2月,Vol.72,No.2,pp.1445−1448

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