JP3480546B2

JP3480546B2 - 走査型プローブ顕微鏡

Info

Publication number: JP3480546B2
Application number: JP04271497A
Authority: JP
Inventors: 辰男牛木; 毅梅基
Original assignee: セイコーインスツルメンツ株式会社
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2003-12-22
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: JPH10239325A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は走査型プローブ顕
微鏡に関し、特に生物試料を生育に適した環境に置きな
がら走査型プローブ顕微鏡で観察できるようにし、かつ
同時に透過型の光学顕微鏡による観察を可能にした液中
試料観察用試料容器を備えた走査型プローブ顕微鏡に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液中セルは、主に、材料分野や電
気化学への適用を考えた構造になっている。材料分野や
電気化学へ適用する場合には、液として、水溶液ばかり
でなく、強いアルカリや酸を用いる場合があるから、こ
れによって容器が腐食しないように、テフロン等の不透
明な材料で容器が作られている。また、液が蒸発する
と、液のＰＨ等が変化し、測定中に測定条件が変化して
しまうので、これを防止するために、密閉型の容器を使
用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記したような液中セ
ルを、走査プローブ顕微鏡観察用の生物試料容器に使用
しようとすると、次のような問題があった。 (1) 前記した従来装置では、容器の底面が不透明である
ので、透過型の光学顕微鏡による観察ができないという
問題、また、細胞や細菌等の生物試料を観察する場合に
は、走査プローブ顕微鏡の探針を該生物試料の観察位置
に正確に位置合わせをする必要があるが、従来装置は、
前記した理由で、透過型の光学顕微鏡による観察ができ
ず、透明な生物試料を位置合わせするのに不便であると
いう問題があった。

【０００４】(2) 細胞や細菌等の生物試料は、生育に適
した温度が３７°Ｃ程度であるが、従来装置では、容器
内の液温は室温になるので、該生物試料を生きている状
態で長時間観察することができない。 (3) 従来装置
は、容器が密閉型であるので、外部から内部に液を流す
と、プローブがこれによって影響を受ける。このため、
液を流す時には、観察を中断しなければならない。

【０００５】この発明の目的は、前記した従来技術の問
題点を除去し、透明な生物試料に対して位置合わせが容
易で、生物試料を生きている状態で長時間観察でき、観
察を中断することなく、液を還流することのできる走査
プローブ顕微鏡観察用生物試料容器を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、この発明は、透明なガラス基板と、該ガラス基
板上に設けられ、電力が供給されると発熱する透明電極
膜と、該透明電極膜上に設けられた絶縁用ガラス基板を
介して設けられた液体保持用リングとを具備した液中試
料観察用試料容器を提供した点に第１の特徴がある。ま
た、前記液体保持用リングを貫通する液体注入管と液体
排出管とを具備した点に第２の特徴がある。さらに、前
記液体保持用リング内の液体を、表面張力で保持するよ
うにした点に第３の特徴がある。

【０００７】本発明によれば、透過型の光学顕微鏡によ
る観察と、走査プローブ顕微鏡による観察の両方を行え
るようになる。また、液体温度を生物の生育温度に保持
できるので、生物を生育しながら長時間観察できるよう
になる。また、液体保持用リング内の液体を表面張力で
保持しているので、液体の還流の影響を該表面張力で吸
収出来る。このため、該液体の還流中もカンチレバーは
還流の影響を受けず、試料の観察を継続して行えるよう
になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。図１は、本発明の生物試料容器の一
実施形態の構成を示す斜視図である。また、図２は、図
１のＸ−Ｘ´線断面図である。生物試料容器は、図示さ
れているように、円形のガラス基板１０上に透明電極膜
１１が形成されている。該透明電極膜１１の側部には、
好ましくは相対向して金属電極１２ａ，１２ｂが設けら
れている。一方、該透明電極膜１１の中央部には、前記
ガラス基板１０と同心の円形状の絶縁用ガラス基板１３
が固定的に設置され、該絶縁用ガラス基板１３上にこれ
と同心の液体保持用リング１４が置かれている。該透明
電極膜１１は、一例として、ＩＴＯ膜（インジュウム−
錫−オキサイド膜）で形成することができ、液体保持用
リング１４は、一例として、シリコーンゴムで形成する
ことができる。該生物試料容器の底面は、前記ガラス基
板１０、透明電極膜１１および絶縁用ガラス基板１３の
積層から構成されているので、透明である。

【０００９】該液体保持用リング１４には、これを貫通
して注入管１５と排出管１６とが設けられ、また該液体
保持用リング１４内の液体の温度を測定するための熱電
対に接続された導線１７が液体保持用リング１４を通っ
て導出されている。前記金属電極１２ａ，１２ｂの一部
には、これらの金属電極１２ａ，１２ｂ間に所定の電圧
を印加するためのヒータ用導線１８ａ，１８ｂが接続さ
れている。次に、前記した生物試料容器を、ＡＦＭ
（原子間力顕微鏡）に使用した時の装置構成を、図３を
参照して説明する。なお、図３において、図１と同一ま
たは同等物には、同一の符号が付されている。

【００１０】前記生物試料容器の上方には、カンチレバ
ーホルダ２１が配置されている。２１ａは該カンチレバ
ーホルダ２１の透明窓である。カンチレバーホルダ２１
の下面の一部には、カンチレバー２３が取付けられてお
り、生物試料容器中の該カンチレバー２３に対向する位
置に測定試料２４が置かれている。該生物試料容器とカ
ンチレバーホルダ２１の間には、注入管１５から供給さ
れ、排出管１６から排出される液体２５が充満されてい
る。この液体はその側面に囲いがなくても、液体の表面
張力で外側に流出することはない。該生物試料容器は、
Ｘ，Ｙ，Ｚピエゾスキャナ２２によって支持されてい
る。

【００１１】カンチレバーホルダ２１の上方には、カン
チレバー２３の振動を検知するためのレーザダイオード
２６、ハーフミラー２７、およびフォトダイオード２８
が配置されている。２９は生物試料の観察を行ったり、
カンチレバー２３に保持された探針を生物試料の観察位
置に正確に位置合わせしたりするのに使用する透過型の
光学顕微鏡の対物レンズである。

【００１２】次に、本実施形態の動作を、図１〜３を参
照して説明する。生物試料容器中に置かれた測定試料２
４の測定位置に探針を合わせる時には、図示されていな
い透過型の光学顕微鏡を用いて行う。生物試料容器の底
面は、前記したように透明であるので、生物試料容器の
底面側から入射された光Ｐは、該生物試料容器の底面、
測定試料２４、カンチレバーホルダ２１の透明窓２１ａ
およびハーフミラー２７を通って、対物レンズ２９に達
する。このため、光学顕微鏡で、測定試料２４とカンチ
レバー２３の相対位置関係を観察することができ、探針
を測定試料２４上の観察したい位置に正確に合わせるこ
とができる。また、前記透過型の光学顕微鏡により、直
接試料の観察を行うことができる。

【００１３】前記測定試料２４が細胞や細菌等の生物試
料である場合には、生育に適した液体温度は３７°Ｃ程
度である。本実施形態の生物試料容器によれば、その底
面にＩＴＯ膜等で構成された透明電極膜１１が設けられ
ているので、ヒータ用導線１８ａ，１８ｂから予め定め
られた電圧を印加することにより、透明電極膜１１が発
熱し、液体２５の温度を約３７°Ｃに保つことができ
る。この温度は、生物試料容器中に置かれた前記熱電対
により検知することにより、監視することができる。こ
のように、液体２５の温度を約３７°Ｃに保つことがで
きるので、細胞や細菌等の生物試料を、生育しながら、
長時間に渡って、観察できるようになる。

【００１４】また、生物試料容器中の液体の供給、排出
は、注入管１５と排出管１６を用いて行うことができ
る。このため、生物試料容器中の液体の側面に囲いがな
くても、液体が蒸発してその濃度が変化することはな
い。また、該生物試料容器は液体を表面張力で保持して
いるので、液体の還流の影響を該表面張力で吸収出来
る。このため、注入管１５と排出管１６を用いて生物試
料容器中の液体を供給、排出しても、カンチレバー２３
はこれの影響を受けず、液体の還流中も観察を続行する
ことができる。

【００１５】

【発明の効果】前記した説明から明らかなように、本発
明によれば、試料容器の底面が透明であるので、透過型
の光学顕微鏡による観察と、走査プローブ顕微鏡による
観察の両方を行えるようになる。また、このため、走査
プローブ顕微鏡の探針を該生物試料の観察位置に正確に
位置合わせするのが容易になる。

【００１６】また、液体を還流しながら、かつ液温を所
定の温度に保つことができるので、生物試料を液中で生
育しながら、長時間に渡って観察することができる。ま
た、カンチレバーは液体の還流の影響を受けないので、
該液体の還流中も観察を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の試料容器の斜視図であ
る。

【図２】図１のＸ−Ｘ´線断面図である。

【図３】前記実施形態の試料容器を、ＡＦＭに適用した
時の説明図である。

【符号の説明】

１０ガラス基板１１透明電極膜１２ａ、１２ｂ金属電極１３絶縁用ガラス基板１４液体保持用リング１５注入管１５１６排出管２１カンチレバーホルダ２２Ｘ，Ｙ，Ｚピエゾスキャナ２３カンチレバー２４測定試料２５液体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−301750（ＪＰ，Ａ) 特開平７−92063（ＪＰ，Ａ) 特開平８−108080（ＪＰ，Ａ) 特開平８−279392（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−205410（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−177413（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−135803（ＪＰ，Ａ) 実開平２−136212（ＪＰ，Ｕ) 実公平４−6006（ＪＰ，Ｙ２) 実公昭45−10440（ＪＰ，Ｙ１) 登録実用新案3016894（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5181382（ＵＳ，Ａ) 米国特許4888463（ＵＳ，Ａ) 米国特許4629862（ＵＳ，Ａ) 国際公開87／003703（ＷＯ，Ａ１) 国際公開95／030168（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 1/00 - 1/52 G01N 13/10 G01N 35/00 - 35/10 G02B 21/00 - 21/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カンチレバーと、該カンチレバーを保持するためのカンチレバーホルダ
と、透明なガラス基板と該ガラス基板上に設けられた液体保
持用リングと該液体保持用リングを貫通する液体注入管
と液体排出管とからなる試料容器とを備え、該カンチレバーホルダと該試料容器とは、該液体保持リ
ング内の液体が該カンチレバーホルダと該液体保持リン
グとの間で表面張力により保持される距離で備えられて
いることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡に
おいて、前記試料容器は、前記ガラス基板上に電力が供給される
と発熱する透明電極を備えたことを特徴とする走査型プ
ローブ顕微鏡。
【請求項３】請求項１または２に記載の走査型プロー
ブ顕微鏡において、前記カンチレバーホルダは、前記試料容器の上方に透明
窓を備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】請求項３記載の走査型プローブ顕微鏡に
おいて、前記透明窓の上方に、さらに光学顕微鏡を備えたことを
特徴とする走査型プローブ顕微鏡。