JPH0821845A - Sample measuring probe device - Google Patents
Sample measuring probe deviceInfo
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- JPH0821845A JPH0821845A JP17620894A JP17620894A JPH0821845A JP H0821845 A JPH0821845 A JP H0821845A JP 17620894 A JP17620894 A JP 17620894A JP 17620894 A JP17620894 A JP 17620894A JP H0821845 A JPH0821845 A JP H0821845A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）及びそれに類する装置に用いられる試料測定用プ
ローブ装置に関し、特に粘性を有する液体中に保持され
た試料に対しても歪みを与えることなく忠実に高分解能
の測定ができるようにした試料測定用プローブ装置に関
する。This invention relates to an atomic force microscope (A
FM) and a similar type of probe device for sample measurement, particularly for sample measurement capable of faithfully performing high-resolution measurement without giving distortion even to a sample held in a viscous liquid Regarding a probe device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、試料と試料に接近する探針先端に
作用する原子間力によって、探針を保持する弾性体に生
じる変位を検出して、試料の表面凹凸情報等を得るよう
にした原子間力顕微鏡が知られている。かかる原子間力
顕微鏡における弾性体に生じる変位の検出法には、光干
渉法、光合焦検出法、光テコ法などがあるが、光テコ法
は構成が簡単で検出感度も良好であるので、一般によく
使われている。この光テコ法では、弾性体の最も変位が
大きい部分に光を投光し、その反射光をモニタすること
よって、微小変位の変化を検出できるようになってい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, the displacement generated in an elastic body holding a probe is detected by an atomic force acting on the sample and the tip of the probe approaching the sample to obtain information about the surface roughness of the sample. Atomic force microscopes are known. The detection method of the displacement occurring in the elastic body in such an atomic force microscope includes an optical interference method, an optical focusing detection method, an optical lever method, etc., but since the optical lever method has a simple configuration and good detection sensitivity, It is commonly used. In this optical lever method, a change in a minute displacement can be detected by projecting light on a portion of the elastic body having the largest displacement and monitoring the reflected light.
【０００３】また、最近は、細胞、細胞膜、ＤＮＡなど
のような液体中の生体試料に対する測定の要請があり、
例えば米国特許第4,９３５,6３４号（特開平２−２８４
０１５号）には、走査プローブを包む液体セルを設けた
原子間力顕微鏡が開示されている。この特許で開示され
ている原子間力顕微鏡における液体セル中に設けた弾性
体は、レーザ光源と光検出素子からなる光テコ検出系を
有し、試料は圧電体素子を用いた微動素子上において液
体中に配設されており、弾性体を微動素子により試料に
沿って相対的に走査し、その間に光検出素子から得られ
る弾性体の変位信号を画像化し、試料表面のトポグラフ
ィー像を高分解度で得ることができるようになってい
る。Recently, there has been a demand for measurement of biological samples in liquid such as cells, cell membranes and DNA.
For example, U.S. Pat. No. 4,935,634 (JP-A-2-284)
No. 015) discloses an atomic force microscope provided with a liquid cell enclosing a scanning probe. The elastic body provided in the liquid cell in the atomic force microscope disclosed in this patent has an optical lever detection system consisting of a laser light source and a light detection element, and the sample is on a fine movement element using a piezoelectric element. It is placed in a liquid and the elastic body is relatively scanned along the sample by the fine movement element, while the displacement signal of the elastic body obtained from the photodetection element is imaged, and the topography image of the sample surface is enhanced. It can be obtained by the resolution.
【０００４】しかしながら、測定試料が、細胞、細胞
膜、ＤＮＡのような液体中の生体試料の場合、探針を保
持する弾性体を構成するカンチレバーのバネ定数ｋ
（ｃ）が、弾性体でもある細胞膜のバネ定数ｋ（ｂ）よ
り大きいと、すなわちｋ（ｃ）＞ｋ（ｂ）の場合には、
探針を試料に近づけると、相互の接触を開始して両方の
バネ力が原子間力Ｆでバランスする。すなわち、Ｆ＝ｋ
（ｃ）×ｄ（ｃ）＝ｋ（ｂ）×ｄ（ｂ）が成立する。こ
こで、ｄ（ｃ）はカンチレバーの変位、ｄ（ｂ）は細胞
膜の変位である。このとき、細胞膜の変位ｄ（ｂ）がカ
ンチレバーの変位ｄ（ｃ）より例えば10倍以上大きいと
〔ｄ（ｂ）／ｄ（ｃ）＞10〕、カンチレバーが所定の検
出変位に達する前に、細胞に歪みを与えてしまう。However, when the sample to be measured is a biological sample in a liquid such as cells, cell membranes or DNA, the spring constant k of the cantilever constituting the elastic body holding the probe is k.
When (c) is larger than the spring constant k (b) of the cell membrane which is also an elastic body, that is, when k (c)> k (b),
When the probe is brought closer to the sample, mutual contact is started and both spring forces are balanced by the atomic force F. That is, F = k
(C) × d (c) = k (b) × d (b) holds. Here, d (c) is the displacement of the cantilever, and d (b) is the displacement of the cell membrane. At this time, if the displacement d (b) of the cell membrane is, for example, 10 times or more larger than the displacement d (c) of the cantilever [d (b) / d (c)> 10], before the cantilever reaches a predetermined detection displacement, It will distort the cells.
【０００５】この問題を回避するために、最近は、従来
のカンチレバーが試料と接触するコンタクトモード（斥
力）測定ではなく、例えば特開昭６３−３０９８０２号
に開示されているノンコンタクトモード（引力：ファン
デルワールス力）測定法を用いるようになって来てい
る。このノンコンタクトモード測定法は、カンチレバー
を共振周波数で振動させ、探針先端が試料表面に対して
１〜10nm程度近づくと、試料表面からのファンデルワー
ルス力によって探針先端が拘束されて、カンチレバーの
共振周波数が低下する振動学の原理を利用して、生体な
どの試料に歪みを与える以前に表面形状を測定する方法
である。この方法では、カンチレバーの共振周波数のフ
ァンデルワールス力による変化が大になるように、振動
系の減衰の程度を示す量としてのＱの値〔quality fact
or :Ｑ＝１／（２ζ），ζ：減衰比〕の高いカンチレバ
ー（一般に共振周波数が50ｋHz以上で、バネ定数が１Ｎ
／ｍ以上のもの）を用いる。この場合、この共振周波数
の変化の検出には、カンチレバーの振動振幅の最も大き
い部分を利用した光検出法が有効であるが、容量変化検
出法や弾性体に内蔵されたピエゾ抵抗の抵抗値変化を用
いることもできる。In order to avoid this problem, recently, not the conventional contact mode (repulsive force) measurement in which a cantilever contacts a sample, but a non-contact mode (attractive force: attractive force: attractive force: The van der Waals force) measurement method has come to be used. In this non-contact mode measurement method, the cantilever is vibrated at the resonance frequency, and when the tip of the probe approaches the sample surface by 1 to 10 nm, the tip of the probe is constrained by the van der Waals force from the sample surface, It is a method of measuring the surface shape before applying strain to a sample such as a living body by utilizing the principle of kinematics in which the resonance frequency of is reduced. In this method, the value of Q as a quantity indicating the degree of damping of the vibration system (quality fact)
or: Q = 1 / (2ζ), ζ: damping ratio] high cantilever (generally, resonance frequency is 50kHz or more, spring constant is 1N
/ M or more) is used. In this case, to detect this change in resonance frequency, an optical detection method that uses the part of the cantilever with the largest vibration amplitude is effective, but a capacitance change detection method or a change in the resistance value of the piezoresistor built into the elastic body is effective. Can also be used.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、試料表
面が弾性を示す試料には、上記ノンコンタクトモード測
定が有効である。しかしながら、試料は上記のように液
体中に保持されている場合がある。特に生体試料は、細
胞が水分と共に生きたまま存在しており、周囲の水分が
蒸発すると、細胞内の水分も細胞膜を透過して脱水され
てしまうので、生体試料を生きたままでその表面等の構
造を原子間力顕微鏡で観察するためには、細胞等の生体
試料は水溶液又は他の有機溶媒に浸されている必要があ
る。As described above, the non-contact mode measurement is effective for a sample whose surface has elasticity. However, the sample may be retained in the liquid as described above. In particular, in a biological sample, cells exist in a living state together with water, and when the surrounding water evaporates, the water in the cell also permeates the cell membrane and is dehydrated. In order to observe the structure with an atomic force microscope, a biological sample such as a cell needs to be immersed in an aqueous solution or another organic solvent.
【０００７】このような生体試料などを液体中でノンコ
ンタクトモード測定をする場合、次のような問題点が生
ずる。すなわち、上記のように共振周波数の大きい（50
ｋHz）ノンコンタクトモード用のカンチレバーとして市
販されているものには、NANOPROBE 社のカンチレバーが
あるが、このカンチレバーは、シリコン母材からエッチ
ング処理によりカンチレバー部、カンチレバー支持部及
び探針部を切り出して形成しており、カンチレバーの長
さは100 〜 300μｍ，厚さは５μｍ，探針長は10〜15μ
ｍの微小構造体である。したがって、液体中の試料に探
針先端が近づけば、カンチレバー全体及び支持部も液体
に浸されてしまうという問題点がある。When the non-contact mode measurement is performed on such a biological sample in a liquid, the following problems occur. That is, as described above, the resonance frequency is large (50
(kHz) There is a cantilever commercially available as a non-contact mode cantilever from NANOPROBE. This cantilever is formed by cutting out the cantilever part, the cantilever support part and the probe part from the silicon base material by etching. The length of the cantilever is 100 to 300 μm, the thickness is 5 μm, and the probe length is 10 to 15 μm.
It is a microstructure of m. Therefore, there is a problem that if the tip of the probe approaches the sample in the liquid, the entire cantilever and the supporting portion will also be immersed in the liquid.
【０００８】一方、カンチレバーすなわち弾性体は、上
記のノンコンタクトモードでは、自由端が、振動におけ
る位置エネルギーを蓄える復元性を有する慣性運動を行
える。このカンチレバーに対して、真空中又は粘性抵抗
の小さい大気中で共振周波数での共振運動を励起させる
と、粘性抵抗によるエネルギーの逸散がないので、振幅
の減衰がなく、正弦波での周期的な励振ができる。On the other hand, in the non-contact mode, the free end of the cantilever, that is, the elastic body, can perform inertial motion having a restoring property for storing potential energy in vibration. When a resonant motion at a resonance frequency is excited in this cantilever in a vacuum or in an atmosphere with a small viscous resistance, there is no energy dissipation due to the viscous resistance, so there is no amplitude attenuation and a periodic sine wave. Can excite.
【０００９】しかしながら、カンチレバーが液体や粘性
のある気体中で励振されると、振動方向に垂直な実効的
面積と振動速度に比例する粘性抵抗すなわち減衰力が作
用し、振幅は減衰する。したがって、粘性抵抗のある液
体中でカンチレバーを励振させると、カンチレバーの全
面に粘性抵抗が作用するが、固定端から自由端に行くに
したがって振幅が大となり角速度が大であってエネルギ
ーの逸散が激しいので、振幅の減少が大きくなり励振が
抑えられる。したがって、本来ノンコンタクトモード測
定で期待されている、試料表面からのファンデルワール
ス力は、粘性抵抗による力に埋もれて検出できなくなっ
てしまう。However, when the cantilever is excited in a liquid or a viscous gas, a viscous resistance, that is, a damping force proportional to the effective area perpendicular to the vibration direction and the vibration speed acts, and the amplitude is attenuated. Therefore, when the cantilever is excited in a liquid with viscous resistance, the viscous resistance acts on the entire surface of the cantilever, but the amplitude increases from the fixed end to the free end, the angular velocity is large, and the energy is dissipated. Since it is violent, the amplitude is greatly reduced and the excitation is suppressed. Therefore, the van der Waals force from the sample surface, which is originally expected in the non-contact mode measurement, is buried in the force due to the viscous resistance and cannot be detected.
【００１０】本発明は、従来のノンコンタクトモード測
定のプローブ装置における上記問題点を解消するために
なされたもので、弾性体に保持された探針先端と試料の
間に作用する原子間力を弾性体の振動の変化量に変換
し、その変化量を例えば一定に制御することによって試
料と探針の間の距離を制御して試料のトポグラフィー像
を得るようにした原子間力顕微鏡などに用いられるプロ
ーブ装置において、液体中に設けられた試料に対しても
試料に歪みを与えることなくノンコンタクトモード測定
ができるようにした試料測定用プローブ装置を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems in the conventional probe apparatus for non-contact mode measurement. The atomic force acting between the tip of the probe held by the elastic body and the sample is eliminated. For example, an atomic force microscope that converts the amount of vibration of an elastic body and controls the amount of change to a constant value to control the distance between the sample and the probe to obtain a topographic image of the sample. It is an object of the present invention to provide a probe device for measuring a sample, which is capable of performing non-contact mode measurement on a sample provided in a liquid without straining the sample.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、液体中に試料を保持する手段
と、探針を自由端にほぼ直交して保持した弾性体と、該
弾性体に所定の周波数の微振動を与える駆動源と、前記
探針の先端が試料の近傍に接近したときの前記探針の微
振動の周波数の変化を検出する検出装置とを有する試料
測定用プローブ装置において、前記弾性体に保持した探
針の長さを、該探針の先端が試料の近傍に接近したとき
に前記弾性体が前記液体表面に触れないように設定する
ものである。In order to solve the above problems, the present invention relates to a means for holding a sample in a liquid, an elastic body holding a probe substantially perpendicular to its free end, and For measuring a sample having a drive source that gives a microvibration of a predetermined frequency to an elastic body, and a detection device that detects a change in frequency of the microvibration of the probe when the tip of the probe approaches the vicinity of the sample. In the probe device, the length of the probe held by the elastic body is set so that the elastic body does not touch the liquid surface when the tip of the probe approaches the vicinity of the sample.
【００１２】このように構成することにより、探針を試
料測定のため、その表面近傍に接近させても、探針を保
持している弾性体は液体表面に触れることはなく、した
がって弾性体は液体の粘性抵抗を受けずに、駆動源によ
りその共振周波数で励振され、弾性体の自由端にほぼ直
交して設けられている探針は、液体中の試料に接近し、
試料表面からの原子間力を受けて、共振周波数が変化す
る。これにより、液体中に維持された試料のノンコンタ
クトモード測定が可能となる。With this structure, the elastic body holding the probe does not come into contact with the liquid surface even when the probe is brought close to the surface of the sample for measuring the sample. The probe, which is excited by the drive source at its resonance frequency without being subjected to the viscous resistance of the liquid and is provided substantially orthogonal to the free end of the elastic body, approaches the sample in the liquid,
The resonance frequency changes due to the interatomic force from the sample surface. This enables non-contact mode measurement of the sample maintained in the liquid.
【００１３】[0013]
【実施例】次に、実施例について説明する。図１は本発
明に係る試料測定用プローブ装置の第１の実施例を示す
概略構成図である。図において、１は試料で、該試料１
はシャーレ５において水溶液２に浸されて保持されてお
り、試料１の表面をノンコンタクトモード測定する探針
３は、振動駆動体12によりその共振周波数で励振される
弾性体４の自由端（弾性体がダイアフラム又は両持ちバ
ネであれば、中心又は中央）に、探針３の先端が試料表
面ＳS に対向するように支持されている。そして弾性体
４及び振動駆動体12は、内側支持体９に保持されてい
る。一方、シャーレ５は、試料台14にベローズ６−１を
介して保持されており、試料台14は図示されなきスキャ
ナに接続され、試料１を水平方向（ｘ，ｙ方向）に走査
できるようになっている。なお、ベローズ６−１の他端
は外側支持体10に取り付けられている。EXAMPLES Next, examples will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a sample measuring probe device according to the present invention. In the figure, 1 is a sample,
Is held by being immersed in the aqueous solution 2 in the petri dish 5, and the probe 3 for measuring the surface of the sample 1 in the non-contact mode is a free end (elasticity) of the elastic body 4 excited by the vibration driver 12 at its resonance frequency. If the body is a diaphragm or a double-ended spring, it is supported at the center or center) so that the tip of the probe 3 faces the sample surface S S. The elastic body 4 and the vibration driver 12 are held by the inner support 9. On the other hand, the petri dish 5 is held on the sample table 14 via the bellows 6-1. The sample table 14 is connected to a scanner (not shown) so that the sample 1 can be scanned in the horizontal direction (x, y directions). Has become. The other end of the bellows 6-1 is attached to the outer support 10.
【００１４】また、探針３の変位（共振周波数の変化）
を検出するため、弾性体４の上方にレーザ光源13及び光
検出器11を配置し、弾性体４の反射面４ａにレーザ光を
投光して反射させ、その反射ビームを光検出器11で受け
て弾性体４の変位（実線位置から点線位置への変位）を
検出するようになっている。レーザ光源13及び光検出器
11からなる変位検出系は、弾性体４及び振動駆動体12を
保持する内側支持体９及び外側支持体10と一体的に構成
されており、外側支持体10と内側支持体９の端部はベロ
ーズ６−２を介して着脱自在に固定され、内側支持体９
を外すことにより、試料１又は探針３の交換が可能とな
るように構成されている。Further, the displacement of the probe 3 (change in resonance frequency)
In order to detect, the laser light source 13 and the photodetector 11 are arranged above the elastic body 4, the laser light is projected and reflected on the reflecting surface 4a of the elastic body 4, and the reflected beam is detected by the photodetector 11. Upon receipt, the displacement of the elastic body 4 (displacement from the solid line position to the dotted line position) is detected. Laser light source 13 and photodetector
The displacement detection system consisting of 11 is configured integrally with the inner support 9 and the outer support 10 that hold the elastic body 4 and the vibration driver 12, and the end portions of the outer support 10 and the inner support 9 are The inner support 9 is detachably fixed through the bellows 6-2.
The sample 1 or the probe 3 can be replaced by removing the.
【００１５】また、探針３と水溶液２に浸された試料１
は、ベローズ６−１，６−２及び支持体９，10により、
ほぼ気密化された空間18内に配置されており、この空間
18は外側支持体10に設けたバルブ７を介して、水蒸気源
や他の気体、例えばＣＯ2 ，Ｏ2 源に接続され、空間18
内の気体圧力が制御され、水溶液表面ＳW と試料表面Ｓ
S の距離が出来るだけ小さい所定値（0.2mm 以下）にな
るように制御している。また探針３の長さは、少なくと
も探針３の先端が試料表面ＳS に接近したとき弾性体４
が水溶液表面ＳW に触れないような長さに設定されてい
る。なお、空間18は、弾性体４として両持ちバネを用い
ている場合には、内側支持体９にガラス板19を補うこと
によって、気密性を維持することができる。また、気密
空間18内の蒸気圧を制御するために、図示されていない
温度制御付ヒータで気密空間18内の温度を制御してもよ
い。The sample 1 immersed in the probe 3 and the aqueous solution 2
Is due to the bellows 6-1 and 6-2 and the supports 9 and 10.
It is located in a space 18 that is almost airtight.
The space 18 is connected to a water vapor source or another gas, for example, a CO 2 or O 2 source, through a valve 7 provided on the outer support 10.
The gas pressure inside is controlled, and the aqueous solution surface S W and the sample surface S
The distance S is controlled to be as small as possible (0.2 mm or less). Further, the length of the probe 3 is such that at least when the tip of the probe 3 approaches the sample surface S S , the elastic body 4
Is set to a length that does not touch the aqueous solution surface S W. When the double-supported spring is used as the elastic body 4, the space 18 can maintain the airtightness by supplementing the inner support 9 with the glass plate 19. Further, in order to control the vapor pressure in the airtight space 18, the temperature in the airtight space 18 may be controlled by a heater with a temperature control (not shown).
【００１６】また、試料１が細胞のような場合、光学観
察が有効であり、そのためにシャーレ５の下方に対物レ
ンズ16を、弾性体４の上方にファイバー等を用いた照明
手段17を設けることができる。この光学系は、また必要
に応じ試料表面ＳS と水溶液表面ＳW の位置をモニター
することができる。また、試料１と探針３の相対的走査
のために、上記試料側のスキャナの代わりに、内側支持
体９を圧電体を備えた円筒アクチュエータ等に直接構成
して、探針３を走査するようにしてもよい。When the sample 1 is a cell, optical observation is effective. Therefore, an objective lens 16 is provided below the dish 5 and an illuminating means 17 using a fiber or the like is provided above the elastic body 4. You can This optical system can also monitor the positions of the sample surface S S and the aqueous solution surface S W , if necessary. Further, in order to perform relative scanning between the sample 1 and the probe 3, instead of the sample side scanner, the inner support 9 is directly configured as a cylindrical actuator provided with a piezoelectric body and the probe 3 is scanned. You may do it.
【００１７】図２は、第２実施例を示す概略構成図で、
第１実施例と同一又は対応する部材には同一符号を付し
て示している。この実施例においては、自由端に探針３
を保持した振動駆動体12で励振される弾性体４は、内側
支持体９に支持されており、該内側支持体９は外側支持
体20の内部において上下摺動可能に支持されている。な
お気密を保ために、摺動部にシリコンオイルを充填して
おくとよい。22はガラス板で、該ガラス板22の表面と外
側支持体20下端部との間には、プラスチック又はゴム製
のカバー21が配置されていて、探針３の周りに密閉空間
18を形成すると共に、ガラス板22とカバー21の基部21ａ
に囲まれた部分には、水溶液２が注入され、該水溶液中
には試料１が保持されている。また水溶液２には、カバ
ー21の中間部に設けたバルブ７を介して、第１実施例と
同様に、図示しない液面制御装置が接続されている。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment.
The same or corresponding members as in the first embodiment are designated by the same reference numerals. In this embodiment, the probe 3 is attached to the free end.
The elastic body 4 excited by the vibration driving body 12 holding the above is supported by the inner supporting body 9, and the inner supporting body 9 is supported inside the outer supporting body 20 so as to be vertically slidable. In order to keep airtightness, it is preferable to fill the sliding portion with silicone oil. Reference numeral 22 denotes a glass plate, and a plastic or rubber cover 21 is arranged between the surface of the glass plate 22 and the lower end portion of the outer support 20, and a closed space is provided around the probe 3.
18 together with the glass plate 22 and the base 21a of the cover 21.
Aqueous solution 2 is injected into the portion surrounded by, and sample 1 is held in the aqueous solution. Further, a liquid level control device (not shown) is connected to the aqueous solution 2 via a valve 7 provided at an intermediate portion of the cover 21, as in the first embodiment.
【００１８】弾性体４の端部には、探針３の突出方向に
探針３の長さとほぼ等しい長さの電極23と該電極23より
短い電極24が設けられている。そして探針３が降下した
とき、探針３が試料表面に接近する前に、両電極23，24
が水溶液２の液面に接触した場合、液面制御装置を駆動
し、水溶液２の液面を制御するようになっている。ま
た、この実施例における弾性体４の変位検出は、ファイ
バー干渉計のファイバー25を内側支持体９の内部に設
け、該ファイバー25の端面25ａと弾性体４に設けた中央
反射面４ａとの干渉を検出することによって、行うよう
に構成されている。An electrode 23 having a length substantially equal to the length of the probe 3 and an electrode 24 shorter than the electrode 23 are provided at the end of the elastic body 4 in the protruding direction of the probe 3. Then, when the probe 3 descends, before the probe 3 approaches the sample surface, both electrodes 23, 24
When the liquid comes into contact with the liquid surface of the aqueous solution 2, the liquid surface control device is driven to control the liquid surface of the aqueous solution 2. Further, in the displacement detection of the elastic body 4 in this embodiment, the fiber 25 of the fiber interferometer is provided inside the inner support 9, and the end surface 25a of the fiber 25 interferes with the central reflecting surface 4a provided on the elastic body 4. It is configured to do so by detecting.
【００１９】このように構成された第２実施例におい
て、探針３を保持した弾性体４を振動駆動体12で励振し
ながら内側支持体９を降下させて、探針３を水溶液中の
試料表面に接近させる。その際、探針３が試料表面を検
出する前に、短い電極24が水溶液２の液面に接触して液
面を検出すると、バルブ７を介して接続されている液面
制御装置が作動し、液面を下げる。したがって、弾性体
４が水溶液２の液面に触れることなく、探針３が試料を
走査し、測定することができる。In the second embodiment constructed as described above, the inner support 9 is lowered while the elastic body 4 holding the probe 3 is excited by the vibration driver 12 to move the probe 3 into a sample in an aqueous solution. Bring it closer to the surface. At that time, before the probe 3 detects the sample surface, if the short electrode 24 contacts the liquid surface of the aqueous solution 2 and detects the liquid surface, the liquid surface control device connected via the valve 7 is activated. , Lower the liquid level. Therefore, the probe 3 can scan and measure the sample without the elastic body 4 touching the liquid surface of the aqueous solution 2.
【００２０】次に、第３実施例を図３に基づいて説明す
る。この実施例は、上記第１及び第２実施例が気密化し
た空間18を設け、液体の蒸発、凝縮を制御しているのに
対し、水溶液２の表面に薄い油膜26を形成し、水溶液２
が表面から蒸発してしまうのを防ぐように構成してい
る。油膜26を形成するオイルとしては、光学顕微鏡分野
で市販されているミネラルオイルを用いる。ミネラルオ
イルの例としては、Saybolt Universal seconds 社製の
Heavy white oil、Molecular Biology Reagents社製の
Light white oilなどがある。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, while the airtight space 18 is provided and the evaporation and condensation of the liquid are controlled in the first and second embodiments, a thin oil film 26 is formed on the surface of the aqueous solution 2 and the aqueous solution 2 is formed.
Is configured to prevent the evaporation of water from the surface. As the oil forming the oil film 26, mineral oil commercially available in the optical microscope field is used. An example of mineral oil is Saybolt Universal seconds
Heavy white oil, manufactured by Molecular Biology Reagents
Light white oil etc.
【００２１】また、試料１の表面ＳS と水溶液２の表面
ＳW との距離を制御する手段としては、シャーレ５に設
けたバルブ７とゴム導管28を介して連結した細管29を用
いている。細管29は、支持部30に連携する図示されない
上下駆動装置により矢印31で示すように、上下動可能に
構成されている。また、シャーレ５内には、油膜26の厚
さを制御する油膜隔離装置27が、油膜面積を拡張又は縮
小するように、矢印32で示す如く移動できるように設け
られている。この実施例では、気密空間18が設けられて
いないので、弾性体としてシリコン又はステンレス製の
カンチレバー４′を用い、これに長い探針３を設けたも
のが、支障なく使用できる。As a means for controlling the distance between the surface S S of the sample 1 and the surface S W of the aqueous solution 2, a thin tube 29 connected to the valve 7 provided on the petri dish 5 via a rubber conduit 28 is used. . The thin tube 29 is configured to be movable up and down as shown by an arrow 31 by a vertical drive device (not shown) that is associated with the support portion 30. Further, in the petri dish 5, an oil film isolation device 27 for controlling the thickness of the oil film 26 is provided so as to be movable as shown by an arrow 32 so as to expand or reduce the oil film area. In this embodiment, since the airtight space 18 is not provided, it is possible to use a cantilever 4'made of silicon or stainless steel as the elastic body and to which the long probe 3 is provided without any trouble.
【００２２】次に、この実施例における水溶液２の液面
の制御について説明する。試料１を浸している水溶液の
液面ＳW 上にミネラルオイルを滴下する前に、油膜隔離
装置27を移動させて、測定する部分の液面の表面積を小
面積にする。小面積とした液面領域にミネラルオイルを
滴下したとき、油膜26ａの厚さが厚すぎている場合、油
膜隔離装置27を移動させ液面領域を拡大し、できるだけ
油膜を薄くする。次に、細管29を降下させ、水溶液２の
液面ＳW を試料１の表面ＳS に十分近づけ、探針３の先
端が試料１の表面に接近したときに、カンチレバー（弾
性体）４′が水溶液２の表面を覆っている油膜26に触れ
ないように制御する。これにより、カンチレバー４′が
液面ＳW 上の油膜26に触れることなく、探針３が試料を
走査し、測定することができる。Next, the control of the liquid level of the aqueous solution 2 in this embodiment will be described. Before dropping the mineral oil onto the liquid surface S W of the aqueous solution in which the sample 1 is dipped, the oil film separator 27 is moved to reduce the surface area of the liquid surface of the measurement portion. When the oil film 26a is too thick when the mineral oil is dropped onto the liquid surface area having a small area, the oil film isolator 27 is moved to enlarge the liquid surface area and make the oil film as thin as possible. Next, the thin tube 29 is lowered to bring the liquid surface S W of the aqueous solution 2 sufficiently close to the surface S S of the sample 1, and when the tip of the probe 3 approaches the surface of the sample 1, the cantilever (elastic body) 4 ′ is obtained. Is controlled so as not to touch the oil film 26 covering the surface of the aqueous solution 2. As a result, the probe 3 can scan the sample and measure the sample without the cantilever 4 ′ touching the oil film 26 on the liquid surface S W.
【００２３】次に、本発明において用いられる探針、及
び探針と弾性体とを含むプローブユニットの構成例を、
図４に基づいて説明する。図４の（Ａ），（Ｂ）は、探
針保持ブロック42に弾性体４の両端を固定し、弾性体４
の自由端に探針３を配置して構成したプローブユニット
41を示している。探針保持ブロック42は、シリコン基板
を異方性エッチング又はＲＩＥ（リアクティブイオンエ
ッチング）によって加工して形成することができ、また
セラミック型部品、金属部品で構成することもできる。
弾性体４は、シリコンレバー又はステンレス等の金属板
で構成される。探針３は、0.5 〜５mm程度の長さが好ま
しく、従来のカンチレバー付探針では、長さが15μｍ以
下であるので、本発明にはそのまま使用することはでき
ない。したがって、図４の（Ａ），（Ｂ）に示した探針
３は、ガラスファイバーや金属細線45に、従来のカンチ
レバーに用いられている５〜15μｍの探針46を接着して
構成したものであり、その他の構成の探針としては、図
４の（Ｃ）に示すように、ガラスファイバーや金属細線
45の先端をエッチングして先鋭化したものや、図４の
（Ｄ）に示すように、ガラスファイバーや金属細線45の
一端に、ウィスカー針状結晶〔酸化亜鉛ウィスカー（長
さ：２〜200 μｍ），炭化珪素ウィスカー（長さ：５〜
200 μｍ），窒化珪素ウィスカー（長さ：５〜200 μ
ｍ）〕47を接着して構成したものなどが使用できる。Next, a configuration example of the probe used in the present invention and the probe unit including the probe and the elastic body will be described.
It will be described with reference to FIG. 4A and 4B show that the elastic body 4 is fixed to the probe holding block 42 at both ends.
Probe unit with probe 3 placed at the free end of
41 is shown. The probe holding block 42 can be formed by processing a silicon substrate by anisotropic etching or RIE (reactive ion etching), and can also be formed by a ceramic type component or a metal component.
The elastic body 4 is composed of a silicon lever or a metal plate such as stainless steel. The probe 3 preferably has a length of about 0.5 to 5 mm, and since the conventional cantilevered probe has a length of 15 μm or less, it cannot be used as it is in the present invention. Therefore, the probe 3 shown in FIGS. 4A and 4B is configured by adhering the probe 46 of 5 to 15 μm used in the conventional cantilever to the glass fiber or the thin metal wire 45. As a probe having another structure, as shown in FIG. 4C, a glass fiber or a metal thin wire is used.
As shown in FIG. 4D, the tip of 45 was sharpened by etching, or as shown in FIG. 4D, a whisker needle-like crystal [zinc oxide whisker (length: 2 to 200 μm ), Silicon carbide whiskers (length: 5
200 μm), silicon nitride whiskers (length: 5 to 200 μm
m)] 47 and the like can be used.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、探針を液体中に保持されている試料に
接近させて測定を行う場合に弾性体は試料を保持してい
る液体表面に触れることはなく、したがって液体中に保
持した生きたままの細胞等の試料に対して、試料に与え
る歪みを少なくするノンコンタクトモード測定を、容易
に行うことができる。As described above on the basis of the embodiments,
According to the present invention, the elastic body does not touch the surface of the liquid holding the sample when the measurement is performed by bringing the probe close to the sample held in the liquid, and thus the elastic body held in the liquid is not touched. It is possible to easily perform non-contact mode measurement on a sample of intact cells or the like to reduce the strain applied to the sample.
【図１】本発明に係る試料測定用プローブ装置の第１実
施例を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a sample measuring probe device according to the present invention.
【図２】本発明の第２実施例を示す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３実施例を示す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明に係る試料測定用プローブ装置に用いる
プローブユニット及び探針の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a probe unit and a probe used in the sample measuring probe device according to the present invention.
１ 試料 ２ 水溶液 ３ 探針 ４ 弾性体 ５ シャーレ ６−１，６−２ ベローズ ７ バルブ ９ 内側支持体 10 外側支持体 11 光検出器 12 振動駆動体 13 レーザ光源 14 試料保持台 16 対物レンズ 17 照明手段 18 気密空間 19 ガラス板 20 外側支持体 21 カバー 22 ガラス板 23，24 電極 25 ファイバー 26 油膜 27 油膜隔離装置 28 ゴム導管 29 細管 30 支持部 41 プローブユニット 42 探針保持ブロック 45 ガラスファイバー又は金属細線 46 探針 47 ウィスカー針状結晶 1 sample 2 aqueous solution 3 probe 4 elastic body 5 petri dish 6-1 and 6-2 bellows 7 valve 9 inner support 10 outer support 11 photodetector 12 vibration driver 13 laser light source 14 sample holder 16 objective lens 17 illumination Means 18 Airtight space 19 Glass plate 20 Outer support 21 Cover 22 Glass plate 23, 24 Electrode 25 Fiber 26 Oil film 27 Oil film isolation device 28 Rubber conduit 29 Capillary tube 30 Support part 41 Probe unit 42 Probe holding block 45 Glass fiber or thin metal wire 46 probe 47 whisker needle crystal
Claims (3)
自由端にほぼ直交して保持した弾性体と、該弾性体に所
定の周波数の微振動を与える駆動源と、前記探針の先端
が試料の近傍に接近したときの前記探針の微振動の周波
数の変化を検出する検出装置とを有する試料測定用プロ
ーブ装置において、前記弾性体に保持した探針の長さ
を、該探針の先端が試料の近傍に接近したときに前記弾
性体が前記液体表面に触れないように設定したことを特
徴とする試料測定用プローブ装置。1. A means for holding a sample in a liquid, an elastic body holding a probe substantially perpendicular to its free end, a drive source for applying a slight vibration of a predetermined frequency to the elastic body, and the probe. In a sample measuring probe device having a detection device for detecting a change in the frequency of the microvibration of the probe when the tip of the probe approaches the vicinity of the sample, the length of the probe held by the elastic body is A probe device for measuring a sample, wherein the elastic body is set so as not to touch the surface of the liquid when the tip of the probe approaches the vicinity of the sample.
において、前記試料表面と液体表面との距離を所定値に
維持する手段を備えていることを特徴とする試料測定用
プローブ装置。2. The sample measuring probe device according to claim 1, further comprising means for maintaining a distance between the sample surface and the liquid surface at a predetermined value.
の液体面が気密空間と接するように配置されていること
を特徴とする請求項１又は２記載の試料測定用プローブ
装置。3. The sample measuring probe device according to claim 1, wherein the means for holding the sample in the liquid is arranged such that its liquid surface is in contact with the airtight space.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17620894A JPH0821845A (en) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Sample measuring probe device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17620894A JPH0821845A (en) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Sample measuring probe device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0821845A true JPH0821845A (en) | 1996-01-23 |
Family
ID=16009519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17620894A Withdrawn JPH0821845A (en) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Sample measuring probe device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821845A (en) |
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-
1994
- 1994-07-06 JP JP17620894A patent/JPH0821845A/en not_active Withdrawn
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