KR101027762B1

KR101027762B1 - 액중 시료 분석 방법

Info

Publication number: KR101027762B1
Application number: KR1020080076106A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 오타; 노리아키 오야부; 히로아키 아다치; 마사유키 아베; 세이조 모리타; 유스케 모리; 타카토모 사사키
Original assignee: 가부시키가이샤 시마쓰세사쿠쇼
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2011-04-11
Also published as: CN101377460A; KR20090023095A; JP2009058231A; CN101377460B; US20110048115A1; JP4910949B2; US8037739B2

Abstract

용이하면서도 확실하게 분석용 액체의 증발을 방지할 수 있는 액중 시료 분석 방법이 제공된다. 캔틸레버(14)의 선단에 설치된 탐침(15)을 액중에 침지된 시료(13)의 표면에 근접시켜 해당 시료 표면을 주사하고, 시료(13)와 탐침(15) 사이의 상호 작용을 검출하여 화상화하는 주사형 프로브 현미경을 이용하여 액중 시료를 관찰함에 있어서, 시료(13) 및 탐침(15)이 침지된 분석용 액체(16)의 주위에 분석용 액체(16)와 혼화되지 않는 밀폐용 액체(17)를 채움으로써 분석용 액체(16)를 외부의 공기와 차단된 밀폐 상태로 만든다.

Description

액중 시료 분석 방법{METHOD OF ANALYZING A SAMPLE IN LIQUID}

본 발명은 주사형 프로브 현미경 또는 캔틸레버 센서를 이용한 액중 시료 분석 방법에 관한 것이다.

주사형 프로브 현미경(Scanning Probe Microscope; SPM)은 미소한 탐침(프로브)으로 시료의 표면을 주사하면서 시료와의 상호 작용을 검출함으로써, 그 시료 표면의 형상이나 물리량을 검출하여 화상화할 수 있는 현미경으로서, 이러한 상호 작용에 따라 탐침과 시료 사이에 흐르는 전류를 이용하는 주사형 터널 현미경(Scanning Tunneling Microscope; STM)이나 탐침과 시료 사이에 작용하는 원자간의 힘을 이용하는 원자힘 현미경(Atomic Force Microscope; AFM) 등이 있다.

전술한 바와 같이 상기 주사형 프로브 현미경은 탐침과 시료 표면 사이의 상호 작용을 화상화하는 것이므로, 진공 중 및 대기 중뿐만 아니라 액체 중에 배치된 시료도 관찰할 수 있는 특징을 가지고 있다. 이러한 액중에서의 시료 관찰은 도 6a에 나타낸 바와 같은 용액 셀이라고 불리는 구성을 이용하여 수행된다.

시료(33)는 상면이 개방되어 액체를 채울 수 있는 시료 홀더(31)에 세팅되며, 선단에 탐침(35)이 구비된 캔틸레버(34)는 받침대(32)에 고정되어 현미경 본체 에 설치된다. 액중 관찰 시에는, 시료 홀더(31)에 액체(36)가 도입되고, 시료(33) 및 해당 시료(33)에 근접하는 탐침(35)을 해당 액체(36)에 침지시킨 상태로 관찰이 수행된다. 이 때, 시료 홀더(31) 내의 액체(36)는 외부 공기와 접촉하기 때문에 시간이 흐름에 따라 증발되어 액체의 양이 감소한다. 이와 같은 증발에 의해 관찰 중에 액체(36)의 온도가 변화하면, 시료(33) 및 탐침(35)의 열팽창(또는 수축)이 발생하고, 관찰 시야가 시간이 흐름에 따라 변화된다. 이러한 현상을 열 드리프트(drift)라고 하며, 주사형 프로브 현미경에 의한 관찰 화상의 뒤틀림 등의 원인이 되고 있다.

또한, 상술한 액체(36)의 증발로 인한 액체 온도 등의 변화에 의해 시료 표면의 상태가 변화하는 문제와 액체(36) 중의 용해물이 석출되어 시료(33), 캔틸레버(34) 및 탐침(35)의 표면이 오염되는 문제도 발생한다. 더욱이, 원자힘 현미경 등과 같은 레이저 광을 이용하여 캔틸레버(34)의 상하 변위를 검출하는 기구를 구비한 것으로는, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 증발에 의해 액면이 저하되어 레이저의 광로 중에 공간이 생기면, 레이저 광원의 위치 및 광 검출기 위치의 재조정이 필요하게 된다. 이상과 같은 이유에서, 시료 표면을 장시간에 걸쳐 안정적으로 관찰하기 위해서는, 해당 시료를 침지시킨 액체(이하, "분석용 액체"라고 한다)의 증발을 억제할 필요가 있다.

전술한 분석용 액체의 증발에 대한 대책 중 하나로, 예전부터 시료 및 분석 용 액체 주변을 패킹으로 감싸 밀폐 공간을 형성하는 방법이 알려져 있다. 이와 같은 방법에서는, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 캔틸레버(34)를 고정한 받침대(32)와 평판 형상의 시료 홀더(31) 사이에 O링 등으로 형성된 패킹(41)을 협지시켜, 시료 홀더(31), 받침대(32) 및 패킹(41)으로 감싼 밀폐 공간 안에 시료(33) 및 분석용 액체(36)를 가둠으로써 분석용 액체(36)의 증발을 방지한다. 그러나 이러한 방법의 경우, 패킹(41)은 통상적으로 고체이며, 일정량 찌그러진 뒤에는 그 이상의 변형은 곤란하기 때문에, 패킹(41)이 찌그러지는 범위(d) 내에서 탐침(35)과 시료 표면 사이의 거리를 관찰 가능한 거리(약 1㎚ 이하)까지 근접시켜야만 한다. 이로 인하여 패킹(41)이 찌그러지는 범위(d)를 고려하여 시료(33)의 두께를 정밀하게 결정할 필요가 있으나, 실제로 관찰을 수행할 때에는, 시료(33)의 두께를 정밀하게 결정하고 가공하는 것은 매우 어렵다. 또한, 받침대(32)와 시료 홀더(31)의 상대 이동이 패킹(41)에 의해 제한되기 때문에, 관찰 위치를 바꿀 경우에는 시료(33) 또는 탐침(35)을 수평 방향 및 수직 방향으로 크게 이동시키기 어렵다는 문제가 발생한다. 더욱이, 패킹(41)으로는 일반적으로 고무 재질의 O링 등이 사용되지만, 분석용 액체(36)로서 유기 용제를 사용하는 경우에는 유기 용제에 의해서 패킹(41)이 용해될 우려가 있다.

한편, 상술한 바와 같이 분석용 액체를 가두는 것이 곤란할 경우에는, 증발할 것을 염두에 두고 미리 분석용 액체의 양을 많이 해 둔다. 이에 따라 증발량에 대한 분석용 액체 전체의 변화량을 작게 할 수 있다. 그러나 주사형 프로브 현미경의 구성 상, 시료 홀더에 도입할 수 있는 분석용 액체량에는 제한이 있으며, 유기 용제 등 증발 속도가 빠른 액체를 사용할 경우, 장시간의 측정은 곤란한 문제가 있다. 또한, 분석용 액체의 종류에 따라서는 기체가 유독한 것도 있으며, 이러한 방법을 적용할 수 없는 경우도 있었다. 더욱이, 분석용 액체가 수용액인 경우에는 수분이 증발함에 따라 농도가 변화해 버리는 문제도 있었다.

또한, 일본 공개 특허 제2002-286614호 공보에는, 분석용 액체의 휘발을 방지하기 위한 수단으로서, 분석용 액체의 표면상에 해당 분석용 액체와 혼화되지 않는 액체로 구성되는 휘발 방지용 액체층을 설치하는 것이 기재되어 있다. 그러나 이와 같이 분석용 액체 위에 휘발 방지용 액체층을 형성시키는 방법의 경우, 해당 액체층을 구성하는 액체로서 분석용 액체보다도 비중이 작은 것을 이용할 필요가 있다. 또한, 분석용 액체가 시료 및 탐침을 침지시키며, 시료 홀더 내에서 액면을 형성하는 정도까지 시료 홀더에 채워져 있어야할 필요가 있기 때문에, 비교적 다량의 분석용 액체가 필요해진다. 또한, 캔틸레버의 변위 검출용 레이저의 광로 상에 기체-액체 계면이 존재하면 액면의 흔들림이 광로를 흩뜨리기 때문에, 일본 공개 특허 제2002-286614호 공보에는, 이를 해소할 수단으로서 광원 및 광 검출기를 액체 중에 설치하거나, 광 파이버를 액중에 설치하여 레이저 광을 도입 및 반사광을 포착하는 것이 기재되어 있다. 그러나 이러한 수단을 채용할 경우, 광원 및 광 검출기, 또는 광 파이버 등의 위치 조정이 복잡해지는 문제가 생긴다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상기의 종래 기술의 문제점을 해결하고, 용이하면서 확실하게 분석용 액체의 증발을 방지할 수 있는 액중 시료 분석 방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 캔틸레버의 선단에 설치된 탐침을 액중에 침지된 시료의 표면에 근접시켜 해당 시료 표면을 주사하고, 해당 시료와 탐침 사이의 상호 작용을 검출하여 화상화하는 주사형 프로브 현미경을 이용한 액중 시료의 분석 방법에 있어서, 상기 시료 및 상기 탐침이 침지된 분석용 액체의 주위에 해당 분석용 액체와 혼화되지 않는 밀폐용 액체를 채움으로써, 상기 분석용 액체를 외부 공기와 차단된 밀폐 상태로 만드는 것을 특징으로 하고 있다.

상술한 분석용 액체의 밀폐 상태는, 예를 들면, 상면이 개방되어 액체를 채울 수 있는 시료 홀더의 내부에 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계, 상기 캔틸레버가 고정된 받침대의 하면에 해당 캔틸레버를 감싸듯이 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계, 해당 받침대를 시료 홀더에 근접시켜서 양쪽에 부착된 상기 분석용 액체의 액적을 융합시키는 단계, 그리고 해당 시료 홀더에 밀폐용 액체를 도입하여 상기 분석용 액체의 주위를 밀폐용 액체로 채우는 단계를 통해 형성될 수 있다.

또한, 상술한 분석용 액체의 밀폐 상태는, 상면에 개방되어 액체를 채울 수 있는 시료 홀더의 내부에 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계, 해당 시료 홀더에 밀폐용 액체를 채움으로써 상기 분석용 액체로 구성되는 액적의 주위를 밀폐용 액체로 채우는 단계, 상기 캔틸레버가 고정된 받침대의 하면에 해당 캔틸레버를 감싸듯이 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계, 그리고 해당 받침대를 시료 홀더에 근접시켜서 양쪽에 부착된 상기 분석용 액체의 액적을 융합시키는 단계에 의해 형성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 분석 대상이 되는 시료는, 상기 시료 홀더의 내부에 분석용 액체의 액적을 부착시키는 공정에 있어서 해당 액적 안에 배치된다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 액중 시료의 분석 방법은, 상술한 주사형 프로브 현미경을 이용한 시료의 표면 성상의 분석뿐만 아니라, 캔틸레버 센서를 이용하여 액중의 미량 성분을 검출하는 경우에도 적용이 가능하다. 이와 같은 본 발명에 따른 액중 시료의 분석 방법은, 목적 물질을 흡착할 수 있는 물질을 표면에 고정한 캔틸레버를 액중에 침지시키고, 해당 액중에 용해 또는 분산된 물질과 캔틸레버 표면 사이의 상호 작용을 검출함으로써, 해당 목적 물질을 검출하는 캔틸레버 센서를 이용한 액중 시료의 분석 방법에 있어서, 상기 캔틸레버를 침지한 분석용 액체의 주위에 해당 분석용 액체와 혼화되지 않는 밀폐용 액체를 채움으로써 상기 분석용 액체를 외부 공기와 차단된 밀폐 상태로 만드는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 액중 시료의 분석 방법에 있어서, 사용되는 캔틸레버 고정용 받침대 또는 시료 홀더는, 상기와 같은 밀폐 상태를 형성한 뒤, 분석용 액체 인에 액체를 주입하기 위한 액체 주입 기구를 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 받침대 또는 시료 홀더를 사용하는 것에 의하여, 예를 들면, 상기 캔틸레버 센서를 이용한 액중 시료의 분석에 있어서, 상기 밀폐 상태를 형성한 후에 상기 액체 주입 기구를 이용해서 분석용 액체 안에 시료 액체를 도입할 수 있으며, 해당 시료 액체의 도입 전후에 있어서 캔틸레버의 거동 변화를 용이하게 측 정할 수 있다.

본 발명에 있어서 "분석용 액체"라 함은, 상기 주사형 프로브 현미경을 이용한 관찰(즉, 표면 성상의 분석) 시에 시료 및 탐침을 침지하는 액체, 또는 상기 캔틸레버 센서를 이용한 분석 시, 캔틸레버를 침지한 액체를 의미한다. 해당 분석용 액체는 순도가 높은 물이나 수용액 외에, 기름이나 유기 용제 등 어떠한 종류의 액체라도 무방하며, 시료의 종류나 분석 목적에 따라 적절한 것을 선택할 수 있다. 또한, 상기 밀폐용 액체도 분석용 액체와 혼화되지 않는 것이면 어떠한 종류의 액체라 하더라고 무방하며, 분석용 액체로서 순도가 높은 물이나 수용액을 사용할 경우에는, 예를 들면, 기름 등을 사용할 수 있다. 또한, 밀폐용 액체로서, 예를 들면, 물에도 유기 용제에도 혼화되지 않는 프로리나르트(Frorinart) 등의 불소계 불활성 액체를 사용할 경우에는 폭넓은 종류의 분석용 액체에 대응할 수가 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 액중 시료 분석 방법에 의하면, 밀폐용 액체로 분석용 액체의 주위를 감싸며 밀폐하기 때문에, 해당 분석용 액체의 증발을 확실하게 방지하며 액중 시료의 고정도 분석을 실현할 수 있다. 또한, O링 등의 고체 패킹을 사용하지 않기 때문에, 시료의 두께를 엄밀하게 제어할 필요가 없으며, 탐침의 이동 범위가 대폭으로 제한되는 일도 없다. 더욱이, 상기 밀폐용 액체는 분석용 액체와 혼화되지 않는 것이면 되며, 상술한 종래의 방법과 같이 분석용 액체보다도 비중이 작은 것을 이용해야 하는 제약이 없다. 또한, 밀폐용 액체로 분석용 액체를 감싸기 위해서, 분석용 액체의 사용량이 소량이면 된다는 이점도 있으며, 분석용 액체로서 조정에 시간이 걸리는 액체나 고가의 액체를 사용하는 경우 등에도 알맞게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 액중 시료의 분석 방법은, 상술한 효과에 더하여 레이저에 의한 캔틸레버의 변위를 검출할 경우, 레이저 광로 상에 기체-액체 계면이 존재하지 않기 때문에, 액면의 흔들림으로 인한 레이저 광로의 흐트러짐이 발생하지 않는다는 효과도 가진다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 액중 시료 분석 방법에 이용되는 용액 셀의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 1a는 측면 단면도이며, 도 1b는 도 1a의 A-A' 선을 따른 단면도이다.

시료 홀더(11)는 상면이 개방되어 내부에 액체를 채울 수 있는 구조로 되어 있다. 캔틸레버(14)는 유리 등의 투명한 재료로 구성되는 받침대(12)의 하면에 고정되어 있으며, 그 선단에는 미소한 탐침(15)이 설치되어 있다. 도면에 있어서, 참조 부호 13은 시료를 나타내고, 참조 부호 16은 분석용 액체를 가리키며, 참조 부호 17은 밀폐용 액체를 나타낸다. 시료(13), 탐침(15) 및 캔틸레버(14)는 분석용 액체(16)에 침지되어 있다. 분석용 액체(16)의 주위는 밀폐용 액체(17)에 의해 둘러 싸여 있으며, 밀폐용 액체(17)에 의해 분석용 액체(16)가 외부 공기와 차단되어 밀폐 상태로 되어 있다. 여기서, 분석용 액체(16)는 시료(13)에 맞는 적절한 종류의 것을 사용할 수 있다. 밀폐용 액체(17)는 분석용 액체(16)와 혼화되지 않는 것이면 어떠한 것이라도 상관없으며, 예를 들면, 분석용 액체(16)로서 순도 높은 물 이나 수용액을 사용하는 경우에는, 밀폐용 액체(17)로서 유류를 사용할 수 있다. 또한, 밀폐용 액체(17)로서 물에도 유기 용제에도 혼화되지 않는 불소계 불활성 액체를 사용할 경우에는 폭넓은 종류의 분석용 액체(16)에 대응할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 상술한 분석용 액체의 밀폐 상태의 형성 순서를 나타낸다. 우선, 시료 홀더(11)의 바닥면 중앙에 분석용 액체(16)로 구성되는 액적을 부착시키고, 해당 액적 안에 시료(13)를 배치한다. 또한, 받침대(12)의 하면에도 탐침(15) 및 캔틸레버(14)를 덮듯이 분석용 액체(16)로 구성되는 액적을 부착시킨다(도 2a 참조). 이어서, 받침대(12)를 위쪽에서 시료 홀더(11)에 근접시켜 받침대(12) 하면의 액적과 시료 홀더(11) 내의 액적을 융합시킨다(도 2b 참조). 이 때, 분석용 액체(16)는 대향하는 받침대(12)와 시료 홀더(11)사이의 표면 장력에 의해 보존 유지되며, 원주 형상에 가까운 형태를 이룬다. 그 후, 시료 홀더(11)에 서서히 밀폐용 액체(17)를 도입시킴으로써, 분석용 액체(16)의 주위에 밀폐용 액체(17)를 충진시킨다. 이로 인해 상기 원주 형상에 가까운 분석용 액체(16)의 주면(시료 홀더(11) 및 받침대(12)와 접해 있는 부분 이외의 표면)이 밀폐용 액체(17)에 의해 둘러싸인 상태가 되고, 분석용 액체(16)가 외부 공기와 차단된다(도 2c 참조).

또한, 상술한 분석용 액체의 밀폐 상태는, 도 3a 내지 도 3c에 나타내는 순서로 형성될 수도 있다. 이러한 방법은, 탐침(15) 및 캔틸레버(14)를 시료(13)에 근접시키기 전에 미리 분석용 액체(16)를 밀폐용 액체(17)로 감싸두는 것으로, 시료(13)만의 상태로 증발에 대한 대책이 가능하기 때문에, 시료(13)를 시료 홀더(11)에 세팅한 뒤, 시료(13)를 반송할 필요가 있을 경우 등에 적합하다. 먼저, 상술한 순서와 같이 시료 홀더(11)의 바닥면 중앙에 분석용 액체(16)로 구성되는 액적을 형성하여 그 내부에 시료(13)를 배치하고, 이어서, 시료 홀더(11)에 서서히 밀폐용 액체(17)를 도입시킨다. 이로 인해 분석용 액체(16)의 시료 홀더(11)와 접해 있는 부분 이외의 표면이 밀폐용 액체(17)에 의해 둘러싸인 상태가 되며, 외부 공기와 차단된다(도 3a 참조). 한편, 받침대(12)의 하면에도 분석용 액체(16)로 구성되는 액적을 캔틸레버(14) 및 탐침(15)을 감싸듯이 부착시키고, 해당 받침대(12)를 위쪽에서 시료 홀더(11)에 근접시켜서 받침대(12) 하면의 액적과 시료 홀더(11) 내부의 분석용 액체(16)로 구성되는 액적을 융합시킨다(도 3b 및 도 3c 참조).

도 4는 원자힘 현미경(AFM)을 이용하여 용액 셀 안의 시료(13)를 관찰할 때의 요부 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 상기 원자힘 현미경은, 시료(13)를 X-Y-Z축 방향으로 이동시키기 위한 3차원 스캐너(21)와 캔틸레버(14)의 Z축 방향의 변위를 검출하는 변위 검출계를 구비하고 있으며, 3차원 스캐너(21) 위에는 시료 홀더(11)가 놓여져 있고, 현미경 본체의 3차원 스캐너(21)와 대응하는 위치에는 캔틸레버(14)를 고정한 받침대(12)가 설치된다. 스캐너(21)는 압전 소자를 포함하는 실질적으로 원통 형상체이며, 외부에서 인가되는 전압에 의해 X축, Y축 및 Z축 방향으로 각각 소정의 범위에서 자유로이 변위한다. 상기 변위 검출계는, 캔틸레버(14)의 선단 부근에 레이저 광을 조사하기 위한 레이저 광원(22), 캔틸레버(14)에서 반사된 해당 레이저 광을 검출하기 위한 광 검출기(23) 등을 구비하며, 광 레버의 원리를 이용하여 캔틸레버(14)의 휜 각을 검출함으로써, 캔틸레버(14)의 상하 움직임을 검출할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 액중 시료 분석 방법에 있어서, 관찰 개시 전에 미리 상기 중 어느 순서에 의해 용액 셀 안에 상기와 같은 밀폐 구조를 형성하고, 분석용 액체(16) 안에서 탐침(15)으로 시료(13)의 표면을 주사함으로써, 시료 표면의 관찰을 수행한다. 탐침(15)의 선단을 시료(13)의 아주 근방(수㎚ 이하의 틈)에 근접시키면, 탐침(15)의 선단과 시료(13)의 원자 사이에는 원자간힘(인력 또는 반발력)이 작용한다. 이러한 상태에서, 시료 표면을 따라 탐침(15)과 시료(13)가 X-Y 평면 내에서 상대 이동하도록 스캐너(21)에 의한 주사를 수행하면서, 상기 원자간힘을 일정하게 유지하도록 탐침(15)의 시료(13)로부터의 거리(Z축 방향 높이)를 피드백 제어한다. 이 경우, Z방향 피드백의 양은 시료(13) 표면의 요철에 호응한 것이 되므로, 이에 근거하여 시료 표면의 3차원 화상을 얻을 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예들에 따른 시료 분석 방법에 의하면, 분석용 액체의 주위를 밀폐용 액체에 의해 밀폐된 상태에서 원자힘 현미경에 의한 시료 표면을 관찰함으로써, 분석용 액체의 증발을 확실하게 방지할 수 있으며, 시료 표면을 고정도로 관찰하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 시료 분석 방법에 의하면, 분석용 액체의 상면이 받침대와 접촉하고 있기 때문에 시료 표면을 주사했을 때, 액면의 흔들림으로 인한 레이저 광의 흐트러짐이 없이 안정된 화상을 얻을 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들을 통하여 액중 시료의 분석 방법에 대해 설명하였지만, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지 범위에서 적절한 변경이 허용된다. 예를 들어, 상술한 실시예들에서 원자힘 현미경으로 관찰 을 할 경우를 예로서 설명하였지만, 본 발명은 주사형 터널 현미경 등 각종 주사형 프로브 현미경에도 적용 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 액중 시료 분석 방법은, 주사형 프로브 현미경을 이용한 시료의 표면성상의 분석뿐 아니라, 캔틸레버 센서를 이용한 액중의 미량 성분 검출에 적용할 수도 있다. 이와 같은 경우의 용액 셀 구성의 일 예를 도 5a에 나타낸다. 캔틸레버(14)의 표면에는 검출하고자 하는 물질(목적 물질)을 특이하게 흡착하는 물질이 고정화되어 있으며, 캔틸레버(14)를 침지시킨 분석용 액체(16)는 밀폐용 액체(17)에 의해 밀폐되어 있다. 이러한 밀폐 상태는, 상술한 어느 순서와도 동일하게 형성된다. 단지, 시료는 상기 밀폐 상태의 형성 시에 분석용 액체(16) 중에 배치되는 것이 아니라, 밀폐 상태를 형성한 뒤에 시료 홀더(11)에 설치된 액체 주입 기구(18)를 이용하여 분석용 액체(16) 안에 도입된다. 액체 주입 기구(18)는 시료 홀더(11)의 외부에서 시료 홀더(11)의 주면을 관통해서 시료 홀더(11) 내부의 중앙 부근에 이르는 관상의 형태를 가지며, 도시하지 않은 개폐 수단에 의해 내부의 유로를 개폐할 수 있다. 또한, 액체 주입 기구(18)의 구성은, 상기에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 캔틸레버 고정용 받침대(12)에 액체 주입 기구(18)를 설치해도 된다. 이 경우, 액체 주입 기구(18)는 레이저 광의 광로를 방해하지 않는 위치에 배치된다.

이와 같은 용액 셀을 이용하여 캔틸레버 센서에 의한 분석을 시행할 때는, 우선 분석용 액체(16) 안에 시료 액체를 도입하지 않은 상태에서, 소정의 방법에 의해 캔틸레버(14)의 공진 주파수를 측정한다. 이어서, 액체 주입 기구(18)를 사용 하여 분석용 액체(16) 안에 시료 액체를 도입하고, 동일한 방법으로 캔틸레버(14)의 공진 주파수를 측정한다. 시료 액체 중에 목적 물질이 함유되어 있으면, 해당 목적 물질을 흡착하여 캔틸레버(14)의 질량이 증가하고, 그에 따라서 캔틸레버(14)의 공진 주파수가 변화하기 때문에, 시료 액체의 도입 전후에 있어서의 캔틸레버(14)의 공진 주파수 변화를 검출함으로써 시료 액체 중의 목적 물질을 검출할 수 있다.

상술한 바에서는 본 발명의 실시예들을 예시적으로 설명하였지만, 해당 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 시료 분석 방법에 있어서 분석용 액체를 밀폐 상태로 만든 용액 셀의 구성을 나타내는 단면도들이다.

도 2a 내지 도 2c는 상기 분석용 액체의 밀폐 상태의 형성 순서를 나타내는 도면들이다.

도 3a 내지 도 3c는 상기 분석용 액체의 밀폐 상태의 형성 순서의 다른 예를 나타내는 도면들이다.

도 4는 원자힘 현미경(AFM)을 이용하여 상기 용액 셀 중의 시료를 관찰할 때의 요부 구성을 나타내는 모식도이다.

도 5a 및 도 5b는 캔틸레버 센서를 이용한 분석을 실행할 때의 용액 셀 구성을 나타내는 단면도들로서, 도 5a는 액체 주입 기구를 시료 홀더에 설치한 경우를 나타내며, 도 5b는 액체 주입 기구를 받침대에 설치한 경우를 나타낸다.

도 6a 및 도 6b는 종래의 시료 분석 방법에 있어서 용액 셀 구성을 나타내는 단면도들로서, 도 6a는 시료 홀더에 액체가 채워진 상태를 나타내며, 도 6b는 액체가 증발하여 액면이 저하된 상태를 나타낸다.

도 7a 및 도 7b는 패킹을 사용하는 종래의 증발 방지 방법을 설명하는 모식도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

11, 31：시료 홀더 12, 32：받침대

13, 33：시료 14, 34：캔틸레버

15, 35：탐침 16, 36：분석용 액체

17：밀폐용 액체 18：액체 주입 기구

21：3차원 스캐너 22：레이저 광원

23：광 검출기 41：패킹

Claims

캔틸레버의 선단에 설치된 탐침을 액중에 침지된 시료의 표면에 근접시켜 해당 시료 표면을 주사하고, 해당 시료와 상기 탐침 사이의 상호 작용을 검출하여 화상화하는 주사형 프로브 현미경을 이용한 액중 시료 분석 방법에 있어서,

상기 시료 및 상기 탐침이 침지된 분석용 액체 주위에 해당 분석용 액체와 혼합되지 않는 밀폐용 액체를 채워 상기 분석용 액체를 외부의 공기와 차단된 밀폐 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 액중 시료 분석 방법.
목적 물질을 흡착할 수 있는 물질을 표면에 고정한 캔틸레버를 액중에 침지시키고, 해당 액중에 용해 또는 분산된 목적 물질과 캔틸레버 표면 사이의 상호 작용을 검출하여 해당 목적 물질을 검출하는 캔틸레버 센서를 이용한 액중 시료 분석 방법에 있어서,

상기 캔틸레버가 침지된 분석용 액체의 주위에 해당 분석용 액체와 혼합되지 않는 밀폐용 액체를 채워 상기 분석용 액체를 외부의 공기와 차단된 밀폐 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 액중 시료 분석 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상면이 개방되어 액체를 채우는 것이 가능한 시료 홀더의 내부에 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계;

상기 캔틸레버가 고정된 받침대 하면에 해당 캔틸레버를 감싸듯이 분석용 액 체의 액적을 부착시키는 단계;

해당 받침대를 시료 홀더에 근접시켜서 양쪽에 부착된 상기 분석용 액체의 액적을 융합시키는 단계; 및

해당 시료 홀더에 밀폐용 액체를 도입하여 상기 분석용 액체 주변을 밀폐용 액체로 채우는 단계에 의해 상기 밀폐 상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 액중 시료 분석 방법.
제3항에 있어서, 상기 홀더 내부에 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계에 있어서, 해당 액적 중에 시료를 배치하는 것을 특징으로 하는 액중 시료 분석 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상면이 개방되어 액체를 채우는 것이 가능한 시료 홀더의 내부에 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계;

해당 시료 홀더에 밀폐용 액체를 채워 상기 분석용 액체로 구성되는 액적 주위를 밀폐용 액체로 채우는 단계;

상기 캔틸레버가 고정된 받침대 하면에 해당 캔틸레버를 감싸며 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계; 및

해당 받침대를 시료 홀더에 근접시켜 양쪽에 부착된 상기 분석용 액체의 액적을 융합시키는 단계에 의해 상기 밀폐 상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 액중 시료 분석 방법.
제5항에 있어서, 상기 홀더 내부에 분석용 액체의 액적을 부착시키는 단계에 있어서, 해당 액적 중에 시료를 배치하는 것을 특징으로 하는 액중 시료 분석 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밀폐용 액체가 불소계 불활성 액체인 것을 특징으로 하는 액중 시료 분석 방법.
제3항에 따른 방법에서 이용되는 받침대이며, 상기 밀폐 상태를 형성한 뒤에, 상기 분석용 액체 안에 액체를 주입하기 위한 액체 주입 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 받침대.
제5항에 따른 방법에서 이용되는 받침대이며, 상기 밀폐 상태를 형성한 뒤에, 상기 분석용 액체 안에 액체를 주입하기 위한 액체 주입 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 받침대.
제3항에 따른 방법에서 이용되는 시료 홀더이며, 상기 밀폐 상태를 형성한 뒤에, 상기 분석용 액체 안에 액체를 주입하기 위한 액체 주입 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
제5항에 따른 방법에서 이용되는 시료 홀더이며, 상기 밀폐 상태를 형성한 뒤에, 상기 분석용 액체 안에 액체를 주입하기 위한 액체 주입 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.