JPH03295440A

JPH03295440A - Ｘ線顕微鏡用試料容器

Info

Publication number: JPH03295440A
Application number: JP2096398A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsubara; 隆松原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1991-12-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、生体の高倍率観察に威力を発揮する軟Ｘ線を
用いたＸ線顕微鏡用の試料カプセルを密閉保持する試料
容器に関する。

［従来の技術］医学や生物工学等における生体の高倍率観察に対する要
求の高まりに対応して、波長２〜５ｎｍ程度の軟Ｘ線を
用いるＸ線顕微鏡が注目されており、このＸ線顕微鏡を
用いて生体観察を行なうための試料カプセルとしては、
特開昭６３−２６３５００号や同６３−２９８２００号
に示されるものが知られている。

第４図は、軟Ｘ線を用いるＸ線顕微鏡の一例の構造を簡
単に示し、また、第５図（ａ）　（ｂ）は、種々の材料
における軟Ｘ線の波長と線吸収係数の関係を示す。

軟Ｘ線は、Ｘ線と呼ばれる波長１ｐｍ〜１０ｎｍの領域
の電磁波のうち、通常は、２　０　０　ｐｍ以上の波長
を有するものとされ、波長４００〜８００ｎｍの可視光
線よりも２桁以上も短い波長の電磁波である。また、こ
の軟Ｘ線は、通過する物質に良く吸収され、種々の物質
内における光路単位長さ当りの吸収率、即ち線吸収係数
は、物質の密度に比例し、一般的には波長が長くなる程
高くなるか、第５図（ａ）　（ｂ）にも示される用に、
各物質の分子構造に応じた波長の、低い線吸収係数の領
域を幾つか有する。

第４図において、コンデンサー光学系Ｃと試料ホルダＨ
と結像光学系Ｉと撮像装置には、Ｘ線発生器Ｇの出力光
軸上に直列に配置され、Ｘ線発生器Ｇから撮像装置Ｋま
でのＸ線光学系の光路長は約２ｍである。また、この光
学系全体は、排気系Ｖを有する真空槽Ｒ内に納められて
いる。

さて、観察試料を装填した試料カプセルＢを試料容器Ｈ
にセットした後、排気系■を作動して真空槽Ｒ内を真空
排気し、真空度を４゜８ｘ　１Ｏ−２Ｐａ以下に維持し
た状態で観察を行なう、Ｘ）Ｊ１発生器Ｇから射出され
た軟Ｘ線ビームは、コンデンサー光学系Ｃにより収束さ
れ、試料容器Ｈにセットされた試料カプセルＢを通過す
る。通過した軟Ｘ線は、結像光学系Ｉにより撮像装置に
上に結像して真空槽Ｒ外のモニタ装置Ｍに観察像を与え
る。

軟Ｘ線を用いたｘＭ顕微鏡は、軟Ｘ線に対し１気圧下で
２　Ｘ　１０−’μｍ″１程度の吸収率を有する大気に
よる吸収を避けるために、光学系全体をその光路長に応
じた高い真空度に保つ必要かあり、軟Ｘ！の収束に係る
レンズ素子に性能の良いものか得にくい等の欠点を有す
るか、可視光線より格段に短い波長のＸ線を用いるため
、従来の光学顕微鏡よりも高い解像度を期待できる。ま
た、生体の直接観察を透過材料越しに行なうことが可能
で、組織培養液と共に生体を液封した試料カプセルを用
いれば、生体試料を損傷することなく長時間にわたるそ
の生理観察を実行できる。従って、電子ビームを試料表
面に対して直接照射する電子顕微鏡の場合のような、試
料の乾燥や金属蒸着等、観察物にダメージを与える前処
理を不要とすることができる。

また、第５図（ａ）の水に対する線吸収係数において１
字状に示されている、水の窓と呼ばれる水に対し同係数
が低い波長領域（２，３ｎ＋ｎ〜４．４ｎｍ）において
は、第５図（ａ）に示されるように、軟Ｘ線の水に対す
る吸収率と、生体を構成する蛋白質等に対する吸収率と
の差が大きい。従って、この波長領域の軟Ｘ線を使用す
れば、例えは細胞内に浮遊する小器官等を観察する場合
に、その観察画像のコントラストが良いという利点もあ
る。

ところで、上述したように軟Ｘ線は、種々の物質により
簡単に吸収されてしまうから、軟Ｘ線光路中に挿入され
る、観察試料を気密封入した試料カプセルにおいては、
その試料層の厚さを薄く採るとともに、密閉を兼ねた観
察窓材の軟Ｘ線の吸収量を極力小さくする必要がある。

従って、この窓材には、軟Ｘ線に対する線吸収係数が低
くて膜強度も高い材料、例えば第５図（ｂ）の窒化シリ
コン５１３Ｎ４等を薄膜形成したものか一般的に採用さ
れている。

第３図は、従来の試料カプセルの構造を説明するための
もので、（ａ）は、試料カプセルに用いられるスペーサ
の構造を、また（ｂ）は、試料カプセルの断面構造をそ
の試料容器とともに示す。本従来例は、Ｘ線透過窓１ｃ
、２ｃを形成した２枚のチップ１，２の間にリング状の
スペーサ３Ｒを挿入し、スペーサ３Ｒの内側の密閉空間
に試料液を保持するものである。

第３図（ａ）　（ｂ）において、チップ１，２は、シリ
コン板１ａ、２ａ上に窒化シリコン薄膜１ｂ、２ｂを形
成した後に、Ｘ線透過窓１ｃ、２ｃに相当する部分のシ
リコン層をエツチングにより除去したものである。ここ
で、中央の矢印のようにＸ線を透過させるための、薄膜
１ｂ、２ｂの張られたＸ線透過窓１ｅ、２ｃは　２００
μｍ角の正方形であり、その膜厚は、０，０５〜０．１
　μｍである。

また、チップ１．２の対応する薄膜面の間に挿入される
円管状のスペーサ３Ｒは、試料層の厚ざを保持するもの
で、用途に応じて１〜１５μｍの範囲で適切な厚さのも
のが選択される。例えは、軟Ｘ線の波長を２．３ｒ＋ｍ
に選択して、窒化シリコン１１１ｉ１ｂ、２ｂ膜厚をそ
れぞれ０．１μｍ、また試料層（水）の厚さを１１０Ａ
ｔとすれば、それぞれの軟Ｘ線透過率は３９％、２７．
３％となり、全体では約１１％の透過率が確保される。

一方、スペーサ３Ｒは、表裏両面にシール面を有し、２
枚のチップ１．２と密着して円環の内側の試料空間の密
封を行う機能を兼ね備える。また、試料容器４．５は、
ねし６により相互に固定されるとともに、０リング８を
介してその内側に納めたチップ１，２を対抗方向に押圧
するためのもので、この押圧力によりスペーサ３Ｒとチ
ップ１．２の接触面が真空中で保持するために必要な密
着性が付与される。

［発明が解決しようとする課題］従来例の試料カプセルにおいては、チップ１上にスペー
サ３Ｒを戴置して、その内側に液状の観察試料、・例え
ば培養液中に浮遊させた細胞を滴下した後、チップ２を
かぶせ、試料容器４Ｒ，５Ｒに納めねじ６で固定して試
料準備を完了する。ところが、このときチップ１．２と
スペーサ３Ｒとで密閉された試料空間中の培養液も圧縮
状態となり、内圧を高めてＸ線透過窓ＩＣ１２Ｃの窒化
シリコン薄膜１ｂ、２ｂを破裂させる事故が発生した。

また、試料装填時に破裂しなくても、後に第４図のＸ線
顕微鏡にセットして真空排気を行なフた際に破裂する可
能性があるため、窒化シリコン薄膜１ｂ、２ｂ強度の安
全率を高く採り、その厚さを必要以上に厚く形成してお
く必要かあった。

本発明は、観察試料装填時に試料カプセル内の圧力が高
まらない安全確実な試料容器を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］本発明のＸ線顕微鏡用試料容器は、対向させた２枚のＸ
線透過窓付平板と両手板間の距離を保持するスペーサと
からなる試料カプセルを密閉保持する試料容器において
、該試料容器に試料カプセル装着時の昇圧を逃がす圧力逃
がし機構を設けたことを特徴とするものである。

［作用コ本発明に係る試料容器に装着される試料カプセルにおい
ては、スペーサを挟んで対向した平板間の、スペーサの
内側の空間に液状の試料を保持した状態で、一方のＸ線
透過窓から他方の窓へ軟Ｘ線を透過させて観察を行なう
。

一方、スペーサには、その一部に試料の逃げ口が開いて
いるから、試料の内圧が高まるとここから試料があふれ
出して内圧の上昇を緩和する。従って、例えば試料装填
時に、両手板を対向方向に押圧してスペーサが変形する
ような場合においても試料内圧の上昇量は小さく、観察
窓に対する負荷もあまり大きくならない。ここで、スペ
ーサ自体は試料の密閉機能を持たないから、試料カプセ
ルを真空中に保持するためには、スペーサの外部に密閉
手段を設ける必要があるが、これは、両手板間の対向し
ない面をシール面とする試料容器を用いる事で密閉が可
能となる。しかし、この試料容器を用いてＯリングでシ
ールする場合、０リングのつぶれしるの体積だけ加圧す
る事になり、観察窓に対する負荷が生じてしまう。この
ため、試料容器をビス等で固定させる際にも、内圧がか
からない工夫が必要となる。

すなわち、本発明に係る試料容器では、試料容器に試料
カプセル装着時の昇圧を逃がす圧力逃がし機構を設けた
ものである。具体的には、試料容器にも、内圧を逃がす
開口部を設けておき、試料カプセル及び試料容器を完全
に固定させたのち、開口部をシーリングすれば、内圧の
上昇はほとんどなく、またＸ線顕微鏡にセットして真空
排気を行なった際に破裂する危険も著しく低減できる。

また、試料容器に試料溜りを設けているため、試料カプ
セルのスペーサに試料逃げ口が開いている事でかりに試
料（培養液）が試料カプセルから漏れたとしても、上記
試料溜りから毛管現象により、適当量の試料（培養液）
が補充されるので、試料中の細胞等への影響も小さい。

［実施例］本発明の実施例を図面を参照して説明する。ここで、第
３図（ａ）　　（ｂ）の従来例の場合と同様な構造と機
能を有する部材には同一の符号を付してその説明を省略
する。

第１図は、本発明の第１実施例に係る試料容器及び試料
カプセルの構造を説明するためのものて、（ａ）は試料
容器の外観図を、また（ｂ）は試料容器のＡ−Ａ断面構
造を試料カプセルとともに示したものであり、（ｃ）は
試料容器のＢ−Ｂ断面構造を試料カプセルとともに示し
たものである。

（ｄ　、］　は試着カプセルに用いられるスペーサの構
造を示す。本実施例は、試料の逃げ道３ａを形成したス
ペーサ３及びチップ１．２（平板）で構成される試料空
間の密閉を、試料容器４．５に備えた３つのＯリングシ
ール８と、１０のキャップ内に備えたシール１２で行な
うものである。

第１図（Ｃ）において、チップ１．２を収納した試料容
器４．５は、Ｘ線透過窓１ｃ、２ｃを露出させる窓と、
この窓に沿ったＯリング８によるチップ１．２に対する
環状のシール面と、試料容器４．５相互間の０リング８
によるシール面を有する。さらに、試料容器５には、試
料あるいは空気の逃げ道である１１を有し、１１には中
空の管９が溶接されており、９の外側はネジ切りをして
、１０のキャップをはめ込む構造となっている。また、
１０のキャップの内部には、シール１２が入っており９
をはめ込む事でシールを行なう。

この４つのシール面で閉じられた空間か外部に対する密
閉空間である。なお、この９の内径は０．５〜２ｍｍ程
度が適当である。

ところで、本実施例において、チップ１．２の製作は次
の手順で行なフた。

まず、シリコン板１ａ、２ａ上にＬＰ−ＣＶＤ法により
窒化シリコン薄膜を形成した。プロセス条件は、減圧さ
れた雰囲気ガス（Ｎ）Ｉ３カスおよび５ＩＨｚＣ１２ガ
ス）中で７００〜９００°Ｃに温度維持したシリコン板
１ａ、２ａの表裏両面に窒化シリコンＳＩ３Ｎ４層を気
相成長させ、内部応力が１０９〜１０　”ｄｙｎ／ｃｍ
２に制御された薄膜１ｂ、２ｂを形成した。このＬＰ−
ＣＶＤ法は、量産性に優れ、膜中の内部欠陥が少なく、
膜の内部応力のコントロールも容易である。

次に、裏面の窒化シリコンｉｓにフォトリソグラフィ法
により、Ｘ線透過窓１ｃ、２ｃを有するチップ１．２を
得た。

ところで、第１図（ｄ）に示すスペーサ３は、金属、プ
ラスチックス、ガラス等の箔を貼りつけても良いし、メ
ツキや蒸着により所定厚さの膜を形成しても良い。また
、シリコンをエツチングして所定厚さの段差を形成した
後、窒化シリコン膜を付け、スペーサとしても良い。簡
単には、感光性レジストまたは感光性ガラスを用いて、
所定厚さに塗布後、第２図にも示されるような形状に露
光、現像して得ることができる。なお形状は第１図（ｄ
）　に示したものは一例であり、これに限られないが、
逃げ口の幅としては、１〜１５ｍｍであり、好ましくは
５〜１０ｍｍが適当である。

さて、チップ１上にスペーサ３を戴置してその内側に液
状の観察試料を滴下し、チップ２をかぶせた後に、これ
を試料容器４に納める。なおチップ１．２を位置合わせ
して重ね合わせたのち、シアノアクリレート系の接着材
を３ｂの部位に塗布し、接着すると試料容器に納めた際
に位置がずれる事がなく好ましい。

次に、試料容器４の窓部を通して、簡易真空引きするこ
とでＯリング８を介して、試料容器４とチップ１及び２
がセットされる。この状態で、さらに試料溜り１３に試
料（培養液）を滴下する。

こうすることで試料カプセルから漏れた試料は毛管現象
により、補充される。これにより、試料中の細胞は未養
分が欠乏することがなくなるため、同一試料の長時間観
察も可能となる。

次にキャップ１０をはずした（あるいはゆるめた状態で
も良い）試料容器５をかぶせ、ねし６で締付けると、０
リング８による各シール面に必要なシール機能が付与さ
れるとともに圧縮された試料空間からスペーサ３の溝部
３ａを通って余分な試料があふれ出し、さらに試料容器
５の逃げ道１１及び９を通って空気が押し出される。逃
げ道１１には十分な容積をもっていることと、試料溜り
に適当量しか試料がないため、９を通って試料が溢れ出
る事はない。

これにより、試料空間の圧力上昇が完全に抑えられる。

次に、キャップ１０をねじ込みシール１２でシールを行
なう。この場合、中空管９とキャップ１０のネジ部にす
きまがあるため、シール１２に９があたるまでほとんど
圧力の上昇がないため、破裂の事故は、はとんどなくな
った。

また、従来のようなスペーサ内に装填する試料の量の厳
密な制御が不要となり、試料装填後の試料カプセル取扱
も自由となる。

第２図（ａ）　　（ｂ）は、本発明の別の実施例に係る
試料容器の圧力逃がし機構である。

試料容器５の逃げ道１１内にシール用０リング８があり
、上下可動するピン１５がバネ１４を介して設置されて
いる。

試料カプセルおよび試料容器４．５をねじ６により締付
ける際、ピン１５は、下方に押込んだ状態にしておく。

この場合専用の治具を用いてピンがバネ１４により戻ら
ないよう固定しておくと作業がしやすい。ねじ６を締付
ける際の圧力上昇は逃げ道１１とピン１５のすきまがあ
るため、完全に抑えられる。

ねじ６を全て締付後、治具からはずし、バネ１４により
ピン１５を上方に押上げると、０リング８によりシール
ができ、外部に対する密閉空間が形成される。

［発明の効果］本発明に係る試料容器では、試料容器に試料カプセル装
着時の昇圧を逃がす圧力逃がし機構を設けたものである
ため、試料カプセル装着時の内圧上昇は抑えられ、観察
窓に対する負荷はほとんどなくなる。従って、観察窓の
厚さは必要最ノＪＸ限とすることが可能で、これを薄く
すれば軟Ｘ線の透過率が増し、より鮮明な画像を得るこ
とが可能である。また、試料カプセルが破裂する危険性
か著しく低減したため、頻繁な試料の詰めかえや試料カ
プセル等の再使用が可能となり、試料カプセル及び各構
成部材の寿命も延び、信頼性も向上するので、観察作業
全体における能率化、材料費の低減を容易に達成できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例に係る試料カプ
セルの構造を示す説明図、第２図（ａ）　　（ｂ）は本
発明の別の実施例に係る試料容器の構成を示す説明図、
第３図（ａ）　　（ｂ）は従来例の試料カプセルの構造
を示す説明図、第４図は一般的な軟Ｘ線を用いるＸ！！
ｌ徴鏡の構成を示す模式図、第５図（ａ）　　（ｂ）は
各種物質の軟ＸＭに対する線吸収係数を示す線図である
。［主要部分の符号の説明コ１．２・・・チップ　　　３・・・スペーサ４．５・・
・試料容器　　３ａ・・・溝部ｌｃ、２ｃ・・・Ｘ線透
過窓

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対向させた２枚のＸ線透過窓付平板と両平板間の
距離を保持するスペーサとからなる試料カプセルを密閉
保持するＸ線顕微鏡用試料容器において、該試料容器に試料カプセル装着時の昇圧を逃がす圧力逃
がし機構を設けたことを特徴とするＸ線顕微鏡用試料容
器。
（２）前記試料容器内に試料溜りを設けたことを特徴と
する前記請求項（１）に記載のＸ線顕微鏡用試料容器。