JPH0954103A - プローブ及びその製造方法、及びそのプローブを用いた 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 試料表面の形状と光学的性質との両者の情報
を同時に検出しながら、これらの情報を分離して得られ
るプローブおよびそのプローブを用いた走査型プローブ
顕微鏡を得る。 【解決手段】 蛍光物質封入部材３と、蛍光物質封入部
材３に付着した有機物質と先端に付着した有機物質との
反応により蛍光物質封入部材３が接合された探針と、一
端に探針が設けられた片持ち梁２と、蛍光物質が励起さ
れる波長の光を発する光源５と、蛍光物質封入部材３か
ら発する消滅波が試料に照射された際に、試料４から放
射される光を検出する光検出器７と、片持ち梁２の状態
を検出し探針と試料との間に生ずる力を検出する力検出
手段１、８と、探針と試料４との位置を相対的に変化さ
せる移動手段１０、１１と、情報を処理する信号処理手
段１３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、生物学、半導体デバイス開発、表
面分析など広い分野に渡って、非接触で非破壊である高
分解能の顕微鏡の必要性が高まっている。従来、使用さ
れてきた光学顕微鏡は、非接触、非破壊等位面では優れ
た特性を有していたが、結像光学系を用いるという原理
上、光の回折限界が存在するので、分解能に制限が生じ
てしまい、使用範囲が限られてきた。

【０００３】これらの問題を解決すべく現在では、光学
系を用いない走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走
査型トンネル顕微鏡、走査型近接場光学顕微鏡（もしく
は光学近接場走査型顕微鏡、フォトン走査型トンネル顕
微鏡などとも呼ばれる）等が開発されている。この中で
も、試料表面の光学的な性質を高い分解能で得ようとし
た場合には、走査型近接場光学顕微鏡が唯一の手段であ
る。

【０００４】ところで、この走査型近接場光学顕微鏡
は、特開昭５９−１２１３１０号の公報で紹介されてい
る。この走査型近接場光学顕微鏡の基本構成は、開口径
が光源から発する波長よりも小さな径を有したプローブ
と、試料からの伝搬光を検出する光検出器とを備えた構
成である。そして、プローブの開口部から被測定物の表
面までの距離がそのプローブの開口径よりも短い距離で
走査して、試料表面の物理的性質を測定する。

【０００５】ところで、波動の理論からすれば、通常の
光学顕微鏡の分解能は使用波長のλ／２程度であり、可
視光領域では２００ｎｍ〜３００ｎｍが限度とされてい
る。しかし、上述したような波長より小さい微小な開口
に光を導くと、通常の光の様に自由空間を広がることは
出来ないが、開口付近にしみ出す光電場が存在する。こ
の光電場は消滅波（エバネセント光）と呼ばれるもの
で、この光電場によって試料表面を照射することで高分
解能な光学的測定を可能にしている。

【０００６】従って、この様なプローブを被測定物の表
面に走査して、光電場の試料表面に対する変化を検出し
て、試料の表面形状と光学的特性を同時に測定すること
ができる。ところで、走査型近接場光学顕微鏡用プロー
ブとして、一般的にはマイクロピペットやファイバーな
どを先鋭化したものが用いられている。これらは光の開
口部以外の部分に光を遮断するための遮光膜が設けられ
ている。この遮光膜にはある程度の厚さが必要であり、
最小の厚さでも光の染み込み深さ（skin depth）程度、
現実的には数十ｎｍ以上の厚さが必要である。そして、
実際の開口部の光電場の通り道は、遮光膜の厚さに等し
いトンネル状の開口部となる。従って、このトンネル部
分は数十ｎｍにも達する。

【０００７】ところで、このトンネル部分は、トンネル
部分に入射する光の波長よりもトンネル直径が小さいた
め、光の伝搬モードが存在し得ない。従って、このトン
ネル部分を通った光の強度は通る前と比較して指数関数
的に減衰してしまい、プローブの先端から発する光電場
は極端に弱くなってしまう。この光強度の減衰を回避す
るには微小な発光体を用意することが提案されている。
その１手法としてNily Kuch 等が用いたエレクトロルミ
ネッセントプローブ（Appl. Phys. Lett. 61, p.139〜
p.141）が挙げられる。

【０００８】これは先鋭化したマイクロピペットの先に
粉末のＥＬ材料（electroluminescent：ＥＬ）を詰め、
先端のみを発光させてサンプル表面を走査させるため、
上述したような光強度の減衰はない。そして、近接場光
学顕微鏡としての横分解能は少なくとも微小光源の大き
さとほぼ同程度になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】消滅波（エバネッセン
ト光）による光強度は、試料表面からプローブまでの距
離以外に、試料表面における局所的な光学的性質（たと
えば、反射率、屈折率、吸光度など）に大きく左右され
る。それゆえ、走査型近接場顕微鏡は、試料表面の形状
と光学的性質を同時に測定できる可能性がある。

【００１０】しかしながら、現在行われている方法（消
滅波が試料表面に照射し、そのときに発する光を検出
し、強度を比較して得る方法）では、試料表面形状と光
学的性質の情報を分離できず、試料表面の形状と光学的
性質との情報を正確に得ることが出来なかった。よっ
て、本発明は試料表面の形状と光学的性質との両者の情
報を同時に検出しながら、これらの情報を分離して得ら
れるプローブおよびそのプローブを用いた走査型プロー
ブ顕微鏡を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、少なくとも表面の一部に抗原または抗
体が付着し、最大径が封入された蛍光物質の発する蛍光
波長よりも小さい蛍光物質封入部材と、蛍光物質封入部
材に付着した抗原または抗体と反応する有機物質を先端
に付着され、抗原または抗体と有機物質との抗原抗体反
応により蛍光物質封入部材が接合された探針と、一端に
前記探針が設けられ、かつ他端が固定されており、探針
に受ける力に応じ撓み量が変化する片持ち梁と、蛍光物
質が励起される波長の光を発する光源と、蛍光物質封入
部材から発する消滅波が試料に照射された際に試料から
放射される光を検出する光検出器と、片持ち梁の状態を
検出し、前記探針と前記試料との間に生ずる力を検出す
る力検出手段と、探針と前記試料との位置を相対的に変
化させる移動手段と、力検出手段からの情報及び光検出
器からの情報または前記移動手段からの情報を処理する
信号処理手段とを備えた。また、更に本発明では、移動
手段について、探針と試料とを相対的に試料表面と平行
な方向に走査することができるＸＹ方向圧電走査部材
と、片持ち梁の撓み量に応じ、片持ち梁が固定された端
と試料表面とを所定の位置にするＺ方向圧電駆動部材と
することが好ましい。また、更に片持ち梁の他端に設け
られ、探針を試料表面に対し、垂直に振動させるプロー
ブ加振部材と、光検出器からの信号からプローブ加振部
材が発生する同一周波数成分の信号を選択的に取り出す
信号選択手段とを備えることが好ましい。そして、力検
出手段については、片持ち梁の撓み量を検出することで
も良い。

【００１２】本発明の第２の形態としては、少なくとも
表面の一部に有機物質が付着し、最大径が封入された蛍
光物質の発する蛍光波長よりも小さい蛍光物質封入部材
と、蛍光物質封入部材に付着した有機物質と反応する有
機物質が先端に付着され、蛍光物質封入部材に付着した
有機物質と先端に付着した有機物質との反応により蛍光
物質封入部材が接合された探針と、一端に探針が設けら
れ、かつ他端が固定されており、探針に受ける力に応じ
撓み量が変化する片持ち梁と、蛍光物質が励起される波
長の光を発する光源と、蛍光物質封入部材から発する消
滅波が試料に照射された際に、試料から放射される光を
検出する光検出器と、片持ち梁の状態を検出し探針と試
料との間に生ずる力を検出する力検出手段と、探針と試
料との位置を相対的に変化させる移動手段と、力検出手
段からの情報と光検出器からの情報または移動手段から
の情報を処理する信号処理手段とを備えた。

【００１３】また、本発明の第３の形態としては、少な
くとも表面の一部に抗原または抗体が付着し、封入され
た蛍光物質の発する蛍光波長よりも最大径が小さい蛍光
物質封入部材と、蛍光物質封入部材に付着された抗原ま
たは抗体と反応する有機物質を先端に付着され、抗原ま
たは抗体と有機物質との抗原抗体反応により前記蛍光物
質封入部材が接合された探針と、探針を一端に設け他端
を固定することで支持され、前記探針が受ける力により
撓み量が変化する片持ち梁とを備えた。

【００１４】また、本発明の第４の形態としては、少な
くとも表面の一部に有機物質が付着し、最大径が封入さ
れた蛍光物質の発する蛍光波長よりも小さい蛍光物質封
入部材と、蛍光物質封入部材に付着した有機物質と反応
する有機物質が先端に付着され、蛍光物質封入部材に付
着した有機物質と先端に付着した有機物質との反応によ
り蛍光物質封入部材が接合された探針と、一端に探針が
設けられ、かつ他端が固定されており探針に受ける力に
応じ撓み量が変化する片持ち梁とを備えた。

【００１５】本発明の第５の形態としては、片持ち梁の
一端に設けられ、微小な直径の先端を有した探針に付着
させる抗原または抗体を含んだ溶液に探針の表面を浸
し、更に、片持ち梁の探針に付着した抗原または抗体と
抗原抗体反応を起こす有機物質を含んだ溶液に、蛍光物
質を封入した蛍光物質封入部材の少なくとも表面の一部
を浸し、片持ち梁および前記蛍光物質封入部材を溶液中
から取り出し、探針と蛍光物質封入部材とを接触させて
抗原抗体反応を発生させ、探針の先端に蛍光物質封入部
材を接合することとした。また、更に、探針に付着させ
る抗原または抗体を含んだ溶液を所定の温度に保持しつ
つ探針を浸すことが好ましい。また、片持ち梁の探針に
付着した抗原または抗体と抗原抗体反応を起こす有機物
質を含んだ溶液を、所定の温度に保持しつつ蛍光物質封
入部材を浸すことが好ましい。

【００１６】次に本発明の実施の形態で、本発明をより
詳しく説明する。しかし、本発明はこれに例示されるも
のではない。

【００１７】

【本発明の実施の形態】本発明の実施の形態における走
査型プローブ顕微鏡では、片持ち梁の一端に先端径の極
めて小さい探針を設け、そして、その探針の先端には蛍
光物質を含んだ物質を封入した蛍光物質封入部材を付け
たプローブを用いた。このプローブは、その先端に励起
光を照射すると、蛍光物質封入部材表面からその蛍光物
質封入部材の直径以下の範囲内で消滅波を発生させるこ
とが出来る。この消滅波が試料表面に照射した時に発す
る光を検出することによって試料表面の光学的な情報が
得られる。また、このプローブは、原子間力顕微鏡で用
いられているプローブと同じものであり、探針の先端が
受ける原子間力の大きさに応じて、片持ち梁が撓む。そ
の撓み量を測定することによって試料表面の凹凸形状を
測定することが出来る。この様に一つのプローブで原子
間力が検出でき、かつ、消滅波を発生させることができ
るプローブである。

【００１８】このプローブを用いた走査型プローブ顕微
鏡では、蛍光物質封入部材の蛍光物質を励起するための
光源が備えられ、この光源から発する励起光により蛍光
物質から蛍光が発生される。ところで、蛍光物質封入部
材の最大径は、発せられる蛍光の波長よりも小さい。従
って、蛍光物質封入部材から出される光は、伝搬光の他
に、エバネセント光も蛍光物質封入部材の周縁に発生さ
せることができる。

【００１９】このプローブと試料表面との距離が、蛍光
物質封入部材の最大径より小さい場合には、消滅波が試
料表面と相互作用を起こす。この結果、発した光（散乱
光等）を光検出器で検出することで、試料表面の光学的
性質を検出することができる。ところで、従来、プロー
ブ顕微鏡では、一つの物理的性質しか検出できなかっ
た。そのため、複数の物理的性質を検出する際には、別
個のプローブ顕微鏡を用いて検出していた。ところが、
このプローブ顕微鏡は、微小な部分を測定する装置であ
るため、異なったプローブ顕微鏡で同じ部分にプローブ
を当てることは、ほとんど不可能であった。従って、全
く同じ位置の微小な範囲の複数の物理的性質を測定する
ことは、現実には出来なかった。

【００２０】しかしながら、本発明の実施の形態による
走査型プローブ顕微鏡は、同一位置において、凹凸形状
およびその部分における光学的性質を同時に計測できる
ものである。そして、プローブと試料とを相対的に走査
させる移動手段を設け、微小な領域の表面形状が３次元
的に観察することができる。その個々の位置での光学的
特性を観察することができる。

【００２１】ところで、本発明では、更に微弱な光強度
である消滅波による光を効率的に選択するため、このプ
ローブを試料の表面に対して垂直に振動を与える。プロ
ーブに与えた振動と同期した強度変化をもつ光は、消滅
波による試料表面からの光だけであるので、光検出器で
検出した信号からプローブに与えた振動と同じ位相の信
号を取り出すことで、背景光の影響を除くことができ、
正確に試料の光学的性質を検出することができる。

【００２２】ところで、蛍光物質封入部材と探針の先端
とを接合させなければならないが、蛍光物質封入部材及
び探針の先端のどちらも、極めて小さいものである。従
って、これらを接合することは極めて難しい。例えば、
エポシキ接着剤やゴム系の接着剤を利用した場合、探針
の様な鋭い先端にこの様な接着剤を付けると、針先端が
完全に埋没してしまったり、埋没しなくとも探針先端の
鋭さが失われてしまう恐れが高くなる。

【００２３】そこで、本発明では蛍光物質封入部材と探
針の先端とを接合させる際に、抗原抗体反応を用いて接
合した。探針の先端に抗原または抗体を付着させるた
め、探針の先端を抗原または抗体が含まれたバッファ溶
液中に浸す。一方、蛍光物質封入部材には探針先端に塗
布した抗原または抗体と抗原抗体反応を起こす有機物質
を付着させるため、その有機物質が含まれたバッファ溶
液中にその蛍光物質封入部材を浸す。この様にして、一
方には一層の抗原層または抗体層を設け、更に他方には
抗原または抗体と反応する有機物質の層を設けた。その
後は、その探針を有した片持ち梁と蛍光物質封入部材と
を溶液中から取り出し、探針の先端と蛍光物質封入部材
とを触れさせる。この時に、探針の先端と蛍光物質封入
部材との間に抗原抗体反応が起こる。この抗原抗体反応
が発生することによって、探針の先端と蛍光物質封入部
材とが強固に接合し合う。

【００２４】また、探針の先端や蛍光物質封入部材には
付着した抗原または抗体は、抗原同士及び抗体同士の吸
着性に比べ、探針との吸着性や蛍光物質封入部材との吸
着性が高い。従って、バッファ溶液中に浸して探針自身
や蛍光物質封入部材自身に付着した抗原または抗体以外
の抗原、抗体が付着してしまうことがあるが、この様な
場合には、抗原または抗体を有していない溶媒で洗い流
すことによって、余分な抗原、抗体を落とすことができ
る。また、これらの抗原、抗体を洗い流すことによっ
て、抗原の層や抗体の層をとても薄くすることができ
る。要するに、エポキシ接着剤やゴム系の接着剤を用い
たときに起こった、針が埋没してしまう恐れや針の鋭さ
が失われてしまう等の恐れが解消することが出来るよう
になる。

【００２５】なお、本発明の実施の形態における走査型
プローブ顕微鏡では、抗原抗体反応を用いて、探針の先
端と蛍光物質封入部材とを接合したが、これに限られ
ず、ＤＮＡ同士の反応を用いて、接合することでも構わ
ない。次に、より具体的な実施例を挙げて本発明の実施
の形態を説明することとする。

【００２６】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明に係る実施例１の透過型走
査型近接場顕微鏡の概略図である。この透過型走査型近
接場顕微鏡は、一端が図示しない支柱に固定され、他端
に先端が非常に鋭い探針を有したカンチレバー２と、そ
の探針の先端に蛍光物質が封入された蛍光ビーズ３とを
有しており、また、透明な試料４には、試料４の表面と
は垂直な方向に駆動することができるＺ方向圧電駆動部
材１０と試料面と平行な方向に駆動することができるＸ
Ｙ平面走査用圧電駆動部材１１とが固定されている。

【００２７】このＸＹ平面走査用圧電駆動部材１１は、
カンチレバー２と試料表面とを相対的に走査することが
できる。また、Ｚ方向圧電駆動部材１０は、カンチレバ
ー２の撓み量が常に一定になるように駆動されている。
また、この透過型走査型近接場顕微鏡には、レーザー光
源１と２分割光検出器８とを備えている。このレーザー
光源１の光は、カンチレバー２に照射される。そして、
カンチレバー２の反射光は２分割光検出器８に照射され
る。カンチレバー２の反射光は、試料表面の凹凸の変化
によって、その光軸が変わる。従って、２分割光検出器
上での光スポットの位置が変わる。この光スポットの位
置の変化量を２分割光検出器８のそれぞれの受光部から
得られる信号強度の変化によって、カンチレバー２の撓
み量を検出する。

【００２８】ところで、２分割光検出器８の信号は、Ｚ
方向圧電駆動部材制御手段９に入力される。このＺ方向
圧電駆動部材制御手段９は、Ｚ方向圧電駆動部材１０に
対して駆動電力を供給し、Ｚ方向圧電駆動部材１０の駆
動量を制御する手段である。その制御法は、２分割光検
出器８からの信号から、カンチレバー２の撓み量の変化
を検出して、その変化分に応じたＺ方向圧電駆動部材１
０の印加電圧を決定し、Ｚ方向圧電駆動部材１０に電圧
を印加させて、常にカンチレバー２の撓み量を一定にす
る。

【００２９】また、Ｚ方向圧電駆動部材１０の駆動量を
検出することによって、試料面の凹凸の差を検出するこ
とができる。ところで、この試料面の凹凸の差に関する
信号は信号処理手段１２に与えている。ところで、ＸＹ
平面圧電駆動部材１１には、ＸＹ平面圧電駆動部材制御
手段１２が接続されている。このＸＹ平面圧電駆動部材
制御手段１２は、ＸＹ平面圧電駆動部材１１に駆動電力
を供給している。また、信号処理手段１２にＸＹ平面圧
電駆動部材１１の駆動量に関する信号を与えている。

【００３０】更に、この走査型透過型近接場顕微鏡に
は、蛍光ビーズ３に封入された蛍光体の励起光を発する
ことができる励起光源５を有している。この励起光源５
は、カンチレバー２の探針の先端に取り付けられた蛍光
ビーズ３に直接照射できる位置に固定されている。とこ
ろで、図１の矢印は、励起光源５から発した光が蛍光ビ
ーズ３に照射される光路を示している。この様に励起光
源５の光を蛍光ビーズ３と光検出器７とを結ぶ線とは、
交差するように照射することによって、光検出器７に直
接励起光が入らないようになっている。

【００３１】ところで、この蛍光ビーズ３とカンチレバ
ー２とは、抗原抗体反応によって接合されている。ま
た、この蛍光ビーズ３の最大径は、蛍光体が発する光の
波長によりも小さくなっている。実施例１の蛍光ビーズ
３から発する蛍光波長は５４０ｎｍの光であるため、蛍
光ビーズ３の最大径は、５４０ｎｍ未満のものを用い
た。また、実施例１での励起光源５からの光の波長は、
４５８ｎｍの光を用いた。この様に蛍光ビーズ３の最大
径が蛍光を発する波長よりも小さいため、この蛍光ビー
ズ３の近傍に消滅波が生ずる。そして、この蛍光ビーズ
３を試料４に対して、蛍光ビーズ３の径よりも近づけ、
そして、試料４からの光を試料４の下に配置した光検出
器７で検出する。

【００３２】ところで、この光検出器７と蛍光ビーズ３
との間にフィルター６を配置した。このフィルター６
は、励起光波長と蛍光波長の中間に吸収端を持つ高域除
去フィルターである。この位置にフィルター６を配置す
ることで、励起光源５からの光が直接光検出器７に照射
されるのを防ぐ。ところで、このフィルター６の代わり
に蛍光ビーズの蛍光のみを通すバンドパスフィルターや
分光器を用いても構わない。

【００３３】ところで、実施例１における透過型走査型
近接場顕微鏡は、カンチレバー２の探針の先端にある蛍
光ビーズ３を試料表面に近づける。この時の蛍光ビーズ
３から試料４までの距離は、蛍光ビーズ３の直径よりも
短く、かつ、試料４の表面と蛍光ビーズ３との間に生ず
る原子間力を受けてカンチレバー２が撓むことができる
距離である。

【００３４】この蛍光ビーズ３を試料４に近接させた
後、励起光源５から励起光を蛍光ビーズ３に照射させて
て、蛍光ビーズ３から消滅波を発生させる。そして、試
料４を透過した光を光検出器７で受光し、試料４の局所
的な屈折率を検出する。更に、試料４をＸＹ平面圧電駆
動部材１１を駆動して、試料４上に蛍光ビーズ３を走査
させる。また、同時にカンチレバー２の撓み量を２分割
光検出器８により検出しながら、一定の撓み量になるよ
うにＺ方向圧電駆動部材１０を駆動させる。そのとき
に、Ｚ方向圧電駆動部材１０の駆動量についての信号を
Ｚ方向圧電駆動部材制御手段９から、ＸＹ平面圧電駆動
部材１１の駆動量についての信号をＸＹ平面圧電駆動部
材制御手段１２から、信号処理手段１３に入力する。

【００３５】そこで、信号処理手段１３は、これらの信
号から試料４の表面を３次元的に表示できるよう信号処
理を行う。そして、図示されていないモニターによっ
て、観察者に試料４の表面の像を表示する。また、この
とき同時に光検出器７から試料４を透過した光強度の信
号が信号処理手段１３に入力する。そして信号処理手段
１３で試料の各位置における屈折率分布をも同時に表示
できる。ところで、この信号処理手段１３は、パーソナ
ルコンピューターなどでも構わない。

【００３６】この様に実施例１の走査型透過型近接場顕
微鏡では、試料表面の形状と各位置における屈折率の変
化を同時に検出することが出来る。 （実施例２）図２は、本発明に係る実施例２の走査型透
過型近接場顕微鏡の概略図である。ところで、図２と図
１が同じ符号の部材は、実施例１のものと同じものなの
でここでの説明は省略する。

【００３７】実施例２の走査型透過型近接場顕微鏡は、
カンチレバー２が振動子１６を介して図示されていない
支持体に固定されている。この振動子１６にはオシレー
ター１４が接続されており、オシレーター１４から出力
される交流信号により振動子１６が駆動される。そし
て、振動子１６がカンチレバー２に振動を生じさせる。
また、実施例２の走査型透過型近接場顕微鏡には、２分
割光検出器８からの信号から蛍光ビーズ３と試料４との
間に生じる原子間力を検出するＡＦＭ用ロックインアン
プ１７が設けられている。このＡＦＭ用ロックインアン
プ１７には、オシレーター１４から振動子１６が起こし
ている振動周波数に関する信号を与えられている。ＡＦ
Ｍ用ロックインアンプ１７は、オシレーター１４からの
振動周波数に関する信号を参照信号として、２分割光検
出器８からの信号を同期検出することにより試料４と蛍
光ビーズとの間に生ずる原子間力を検出する。

【００３８】また、実施例２の走査型透過型近接場顕微
鏡には、更に消滅波用ロックインアンプ１５が設けられ
ている。この消滅波用ロックインアンプ１５は、試料表
面を透過した光を検出する光検出器７からの信号が入力
されている。また、参照信号として、オシレーター１４
からの振動周波数に関する信号が入力されている。とこ
ろで、実施例２では、カンチレバー２が一定周波数で振
動しているため、蛍光ビーズ３から発した消滅波によっ
て生じた試料４の透過光に、振動の周波数と同じ周波数
成分を含んだ強度変化が表れる。特にこの消滅波による
透過光の強度は、蛍光ビーズ３と試料４の表面との距離
の３〜４乗の光の強弱が生じる。従って、消滅波による
透過光は、激しい強弱を伴って光検出器８に照射されて
いるため、この光検出器８からの信号を消滅波用ロック
イン増幅器１５で同期検出する事により、近接場によっ
て生じた試料４の透過光だけを検出することが出来る。
この様にして、光検出器７で得られた試料４の透過率に
関する検出信号のＳ／Ｎ比を更に向上させることができ
る。

【００３９】そして、試料４と蛍光ビーズ３とをＸＹ平
面圧電駆動部材により相対的に走査させ、蛍光ビーズ３
と試料４との間に生じる原子間力が一定になるようにＺ
方向圧電駆動部材を駆動させることによって、試料４の
表面における凹凸形状を３次元的に表示し、かつ、試料
４の各位置における屈折率を同時にかつ高感度に検出す
ることができるようになった。

【００４０】ところで、実施例１および実施例２の走査
型透過型近接場顕微鏡では、近接場を発生させるため
に、励起光を用いているためプローブの先端に電極を設
けることをしなくても良くなった。電極を有していない
ので、プローブ先端の構造が簡易となり、先端の大きさ
が小さいプローブが得られ、横分解能の良い走査型透過
型近接場顕微鏡が得られた。

【００４１】また、実施例１および実施例２では走査型
透過型近接場顕微鏡について説明したが、光検出器７を
試料４からの反射光が到達する位置に配置することで、
試料表面の局所的な反射率をも測定することが出来る。 （実施例３）実施例１および実施例２で用いたカンチレ
バー２には、蛍光ビーズ３が探針の先端に設けられてい
る。このカンチレバー２と蛍光ビーズ３とは抗原抗体反
応によって接合されている。実施例３では、カンチレバ
ー２と蛍光ビーズ３との接合について説明する。実施例
３ではカンチレバー２に抗原を付着させ、蛍光ビーズに
抗体を付着させた。抗原はグロブリンを、抗体は免疫グ
ロブリン（ＩｇＧ、ＩｇＡ、ＩｇＭ）を用いた。

【００４２】ところで、カンチレバー２の探針に抗原を
付着させる方法として、抗原の入ったバッファ溶液を用
意し、そのバッファ溶液を３７度前後に保温する。そし
て、カンチレバー２の探針の先端をそのバッファ溶液に
浸す。この様にしてカンチレバー２の探針に抗原を付着
させる。そして、抗原が余分に付着したところには、抗
原の入っていない同じ溶媒を使って、洗い流す。

【００４３】一方、蛍光ビーズ３については、抗体の入
ったバッファ溶液を用意して、そのバッファ溶液に蛍光
ビーズ３を浸す。この様にして蛍光ビーズ３に抗体を付
着させる。以上の行程を行ってカンチレバー２に抗原が
付着した様子および蛍光ビーズ３に抗体が付着した様子
を図３に示す。この様にカンチレバー２には、探針２１
の先端にのみ抗原が付くようにした。

【００４４】その後、抗体の付着した蛍光ビーズ３をス
ライドガラス上に粗く散布しておく。そして、光学顕微
鏡を使ってカンチレバー２をスライドガラス上に接近お
よび接触させる。この時にカンチレバー２に付着した抗
原と蛍光ビーズ３に付着した抗体とが抗原抗体反応を引
き起こし、カンチレバー２と蛍光ビーズ３とを強固に接
合することができる。

【００４５】また、これら抗原や抗体は、シリカや窒化
シリコンなどのカンチレバーとして使う材料には吸着性
があるが、同じ抗原同士、抗体同士では吸着性が弱い。
そのため、カンチレバーの探針を一旦溶媒で洗い流すこ
とによって、抗原や抗体が存在する層は、ほぼ単分子層
になるので、薄くカンチレバーの探針上に付着させるこ
とができる。従って、原子間力顕微鏡用の探針として、
実施例３でカンチレバーを用いても、抗原や抗体が付着
されていない同タイプの原子間力顕微鏡用の探針の横分
解能とほとんど変わり無く、また、蛍光ビーズに付着さ
れた抗体との間で結合させれば、カンチレバーの探針先
端に１個の蛍光ビーズのみを容易に接着することが出来
る。

【００４６】ところで、この抗原抗体反応とは、抗原と
抗体との分子間の結合反応のことであり、この反応は抗
原が対応する抗体とのみ選択的に結合することが出来
る。ところで、本実施例で用いることが出来る抗原とし
ては、他にコルチゾール、チロキシン、ジゴキシン、ビ
オチン、α−フェトプロテイン、ヒト絨毛膜ゴナドトロ
ピン、フェリチン、チロトロピン、フォリトロピン、ル
トロピン、チロキシン結合性グロブリン、成長ホルモ
ン、プロラクチン、アビジン、ストレプトアビジン、ヘ
モシアニン、ミオシン、カタラーゼ等のホルモン、血液
凝固因子、酵素阻害剤、酵素、細胞表面抗原、特異的な
結合性を有するタンパク質、そのサブユニットあるいは
フラグメント、さらにはそれらの変位体、各種アレルギ
ー物質などが挙げられる。一方、抗体としては、上に挙
げた抗原に対応する抗体を用いることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、原子間
力顕微鏡に用いられるプローブの先端に蛍光物質が封入
された蛍光物質封入部材を取り付けることによって、試
料の同一位置における凹凸形状と光学的性質を同時に効
率よく検出することが出来る。また、この蛍光物質封入
部材と探針との接合に有機物質同士の反応を用いて接合
することで、容易に所望の位置に接合することが出来
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】：実施例１の走査型透過型近接場顕微鏡の概略
図である。

【図２】：実施例２の走査型透過型近接場顕微鏡の概略
図である。

【図３】：カンチレバー２に抗原、蛍光ビーズ３に抗体
を付着させたときの状態を表した模式図である。

【符号の説明】 １ レーザー光源 ２ カンチレバー ３ 蛍光ビーズ ４ 試料 ５ 励起光源 ６ フィルター ７ 光検出器 ８ ２分割光検出器 ９ Ｚ方向圧電駆動部材制御手段 １０ Ｚ方向圧電駆動部材 １１ ＸＹ平面圧電駆動部材 １２ ＸＹ平面圧電駆動部材制御手段 １３ 信号処理手段 ２１ 探針 ３２ 抗体 ３３ 抗原

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも表面の一部に抗原または抗体
   が付着し、最大径が封入された蛍光物質の発する蛍光波
   長よりも小さい蛍光物質封入部材と、 前記蛍光物質封入部材に付着した抗原または抗体と反応
   する有機物質を先端に付着され、前記抗原または抗体と
   前記有機物質との抗原抗体反応により前記蛍光物質封入
   部材が接合された探針と、 一端に前記探針が設けられ、かつ他端が固定されてお
   り、前記探針に受ける力に応じ撓み量が変化する片持ち
   梁と、 前記蛍光物質が励起される波長の光を発する光源と、 前記蛍光物質封入部材から発する消滅波が前記試料に照
   射された際に、試料から放射される光を検出する光検出
   器と、 前記片持ち梁の状態を検出し、前記探針と前記試料との
   間に生ずる力を検出する力検出手段と、 前記探針と前記試料との位置を相対的に変化させる移動
   手段と、 前記力検出手段からの情報、前記光検出器からの情報ま
   たは前記移動手段からの情報を処理する信号処理手段と
   を備え、前記試料の表面形状および前記試料の光学的性
   質を測定する走査型プローブ顕微鏡
2. 【請求項２】 前記移動手段は、前記探針と前記試料と
   を相対的に試料表面と平行な方向に走査することができ
   るＸＹ方向圧電走査部材と、 前記片持ち梁の撓み量に応じ、前記片持ち梁が固定され
   た端と前記試料表面とを所定の位置にするＺ方向圧電駆
   動部材とであることを特徴とする請求項１記載の走査型
   プローブ顕微鏡
3. 【請求項３】 更に前記片持ち梁の他端に設けられ、前
   記探針を前記試料表面に対し、垂直に振動させるプロー
   ブ加振部材と、 前記光検出器からの信号から前記プローブ加振部材が発
   生する同一周波数成分の信号を選択的に取り出す信号選
   択手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２記
   載の走査型プローブ顕微鏡
4. 【請求項４】 前記力検出手段は、前記片持ち梁の撓み
   量を検出することを特徴とする請求項１、２又は３記載
   の走査型プローブ顕微鏡
5. 【請求項５】 少なくとも表面の一部に有機物質が付着
   し、最大径が封入された蛍光物質の発する蛍光波長より
   も小さい蛍光物質封入部材と、 前記蛍光物質封入部材に付着した有機物質と反応する有
   機物質が先端に付着され、前記蛍光物質封入部材に付着
   した有機物質と前記先端に付着した有機物質との反応に
   より前記蛍光物質封入部材が接合された探針と、 一端に前記探針が設けられ、かつ他端が固定されてお
   り、前記探針に受ける力に応じ撓み量が変化する片持ち
   梁と、 前記蛍光物質が励起される波長の光を発する光源と、 前記蛍光物質封入部材から発する消滅波が前記試料に照
   射された際に、試料から放射される光を検出する光検出
   器と、 前記片持ち梁の状態を検出し、前記探針と前記試料との
   間に生ずる力を検出する力検出手段と、 前記探針と前記試料との位置を相対的に変化させる移動
   手段と、 前記力検出手段からの情報、前記光検出器からの情報ま
   たは前記移動手段からの情報を処理する信号処理手段と
   を備え、前記試料の表面形状および前記試料の光学的性
   質を測定する走査型プローブ顕微鏡
6. 【請求項６】 少なくとも表面の一部に抗原または抗体
   が付着し、封入された蛍光物質の発する蛍光波長よりも
   最大径が小さい蛍光物質封入部材と、 前記蛍光物質封入部材に付着された抗原または抗体と反
   応する有機物質を先端に付着され、前記抗原または抗体
   と前記有機物質との抗原抗体反応により前記蛍光物質封
   入部材が接合された探針と、 前記探針を一端に設け他端を固定することで支持され、
   前記探針が受ける力により撓み量が変化する片持ち梁と
   を備えたプローブ
7. 【請求項７】 少なくとも表面の一部に有機物質が付着
   し、最大径が封入された蛍光物質の発する蛍光波長より
   も小さい蛍光物質封入部材と、 前記蛍光物質封入部材に付着した有機物質と反応する有
   機物質が先端に付着され、前記蛍光物質封入部材に付着
   した有機物質と前記先端に付着した有機物質との反応に
   より前記蛍光物質封入部材が接合された探針と、 一端に前記探針が設けられ、かつ他端が固定されてお
   り、前記探針に受ける力に応じ撓み量が変化する片持ち
   梁とを備えたプローブ
8. 【請求項８】 片持ち梁の一端に設けられ、微小な直径
   の先端を有した探針に付着させる抗原または抗体を含ん
   だ溶液に、前記探針の表面を浸し、 更に、前記片持ち梁の探針に付着した抗原または抗体と
   抗原抗体反応を起こす有機物質を含んだ溶液に、蛍光物
   質を封入した蛍光物質封入部材の少なくとも表面の一部
   を浸し、 前記片持ち梁および前記蛍光物質封入部材を溶液中から
   取り出し、前記探針と前記蛍光物質封入部材とを接触さ
   せて、抗原抗体反応を発生させ、 前記探針の先端に前記蛍光物質封入部材を接合すること
   を特徴とするプローブの製造方法。
9. 【請求項９】 前記探針に付着させる抗原または抗体を
   含んだ溶液を、所定の温度に保持しつつ前記探針を浸す
   ことを特徴とする請求項８記載のプローブの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記片持ち梁の探針に付着した抗原ま
    たは抗体と抗原抗体反応を起こす有機物質を含んだ溶液
    を、所定の温度に保持しつつ前記蛍光物質封入部材を浸
    すことを特徴とする請求項８または９記載のプローブの
    製造方法。