WO2006046625A1 - デイジー型カンチレバーホイールを有する計測装置 - Google Patents

デイジー型カンチレバーホイールを有する計測装置 Download PDF

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Hideki Kawakatsu
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Japan Science And Technology Agency
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    • G01Q70/18—Functionalisation

Definitions

  • the present invention relates to a measuring device having a daisy type cantilever wheel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a measuring device having a conventional inline type cantilever.
  • 101 is a base
  • 102 is a cantilever array arranged in a row from the base 101
  • 103 is an in-line for measuring changes in the natural frequency and amplitude of the cantilever array 102.
  • Optical measuring heads 104 and 105 driven in the direction a are modification heads that impart a modifying substance to the cantilever array 102.
  • Non-Patent Document 3 the nozzle of an ink jet printer was positioned at xyz to print a modifying substance on a cantilever.
  • Non-Patent Documents 4 and 5 are presented as papers on methods for modifying cantilevers by inkjet!
  • the inventor of the present application has proposed various kinds of cantilevers and various measuring methods and apparatuses using the cantilevers as follows.
  • a homodyne laser interferometer, a laser Doppler interferometer having an optical excitation function of a sample, and a cantilever excitation method see Patent Document 1 below.
  • Non-Patent Literature 1 Gernard Grosch, Hybrid fioer— optic / micromecnanical f requency encoding displacement sensor, Sensors and Actuators A, April 1990, Vol. 23, Issues. 1— 3, pp. 1128— 1131
  • Non-Patent Document 2 James C. Mabry, Tim Yau, Hui-Wen Yap, John-Bruce D. Green, "Developments for inverted atomic force microscopy, Ult ramicroscopy 91, (2002), pp. 73—82
  • Non-Patent Document 3 MK Bailer, HP Lang, J. Fritz, Ch. Gerber, JK Gimzew ski, U. Drechsler, H. Rothuizen, M. Despont, P. Vettiger, FM Battist on, JP Ramseyer, P. Fornaro, E. Meyer, and H. —J. Guentherodt; A cantilever array— based artificial nose, Ultramicroscopy, (2000), 1
  • Non-Patent Document 4 Bietsch A, Zhang JY, Hegner M, Lang HP, Gerber C; Ra pid functionalization of cantilever array sensors by inKjet printing, NANOTECHNOLOGY 15 (8) AUG 2004, pp873— 880
  • Non-Patent Document 5 Bietsch A, Hegner M, Lang HP, Gerber C; Inkjet deposit ion of alkanetniolate monolayers and DNA oligonucleotides on gold: Evaluation of spot uniformity by wet etching, LANGMUIR 20 (1 2) JUN 8 2004, pp. 5119- 5122
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-114182
  • Patent Document 2 WO 03/102549 A1
  • Patent Document 3 WO 2004/061427 A1
  • the cantilever is arranged in-line, and the optical measurement head is driven in a linear direction.
  • Optical scanners such as mirror scanners, galvano scanners, and polygon mirrors
  • a mechanical displacement mechanism of a linear movement type was required.
  • the ink jet printer requires an xyz positioning mechanism, and the xyz positioning mechanism It is necessary to aim at high speed.
  • the conventional measuring method and measuring apparatus have a problem that the displacement mechanism of the measuring head and the modification head becomes complicated.
  • an object of the present invention is to provide a measuring apparatus having a daisy type cantilever wheel that can apply force to a sample and can easily measure changes in the natural frequency and amplitude of the cantilever array.
  • a measuring device having a daisy-type cantilever wheel, a disk-shaped substrate, a cantilever array that is arranged with its longitudinal axis aligned in a substantially radial direction of the disk-shaped substrate, and a rotation of the disk-shaped substrate on which the cantilever array is disposed
  • Means a positioning device for the cantilever array, and an optical measuring head that is disposed at a position corresponding to the cantilever array and measures the movement of the cantilever, and sequentially changes the frequency of the cantilever as the disk-shaped substrate rotates. And measuring changes in amplitude
  • the measuring device having a daisy-type cantilever wheel according to [1] above, further comprising a modifying substance applying device for applying a modifying substance to the cantilever.
  • the modifying substance applying device is positioned with respect to the rotating cantilever array, and the disc The cantilever is sequentially modified with the rotation of the substrate.
  • the modifying material applying device is a modifying material dropping device.
  • the measuring device having a daisy-type cantilever wheel according to [3] is characterized in that the modifying head of the modifying substance applying device is a modified cantilever.
  • the modifying head of the modifying material applying device is a device for depositing a substance in the atmosphere by an electron beam. It is characterized by.
  • the disk-shaped substrate is rotated, and the substance dropped or sprayed on the disk-shaped substrate and the cantilever is subjected to centrifugal force accompanying rotation. It is characterized by coating in the longitudinal direction of the cantilever.
  • the modifying substance supply device includes a modifying substance supply unit disposed on the disk-shaped substrate, the modifying substance supply unit, A guide groove connecting the cantilever is provided.
  • the measuring device having a daisy-type cantilever wheel according to [1] above, comprising a displacement device for displacing the cantilever array in the vertical direction, and a predetermined sample of the sample on which the probe tip of the cantilever is set It is characterized in that the material on the surface of the sample is collected by sequentially contacting the position of the sample.
  • the displacement device is a displacement device having a cam force.
  • the displacement device is a displacement device by light heating.
  • the displacement device is a displacement device using current heating.
  • the displacement device is a displacement device using an electrostatic force.
  • the amount of the substance on the sample surface to be collected is a minute amount of about one picogram of unit force of one atom and one molecule. It is characterized by being.
  • the trace amount of material (including one atom) collected at the tip of the cantilever probe is time-flighted. And performing mass spectrometry.
  • the measuring device having the daisy type cantilever wheel described in [22] above! The trace amount of material (including one atom) collected at the tip of the cantilever probe is subjected to mass spectrometry by the time-of-flight method, and then the probe is applied by applying an electric field to the probe.
  • the daisy type is cleaned by removing the sample piece remaining at the tip.
  • the probe is cleaned with the rotation of the cantilever wheel, and the sample force sample is collected again, and sampling, time-of-flight measurement, and cleaning are repeated.
  • the solid sample is raster-scanned in the plane thereof, and the tip of the cantilever probe tip is The contact points are sequentially swept, and the sample atoms at different positions on the solid sample are sequentially collected.
  • the measuring device having a daisy type cantilever wheel according to [1] or [3] above, further comprising a measurement sample supply device for supplying a measurement sample to the cantilever.
  • the measurement sample supply apparatus includes a measurement sample supply section disposed on the disk-shaped substrate, and the measurement sample supply section. And a guide groove connecting the cantilever.
  • the cantilever array is divided into a plurality of cantilever groups having different natural frequency bands, and the modifier is changed depending on the band. It is characterized by detecting different measurement samples for each frequency.
  • the measuring device having a daisy-type cantilever wheel described in [1] or [3] is the cantilever force-type cantilever.
  • the cantilever is a loop cantilever.
  • the guide groove for the modifying substance liquid and the cantilever connected thereto are considered in consideration of the rotational force of the disk-shaped substrate. It is characterized in that it is configured to draw a curve in the horizontal direction.
  • the guide groove for the measurement sample solution and the cantilever connected thereto are configured to draw a curved line in the horizontal direction in consideration of the rotational force of the disk-shaped substrate.
  • a measuring device having a daisy type cantilever wheel wherein the modifying substance installed on the cantilever or the probe according to any one of the above [5] force claim [14] and the above [ [16], [25] or [29] described above, the presence or absence of reaction, the presence or absence of binding, the strength of binding between samples installed on the probe, the change in mechanical properties of the cantilever, the surface of the cantilever It is characterized in that it is measured as a change in the optical characteristics of.
  • the above [39] In the measuring device having a daisy type cantilever wheel, the above [1] Using the measuring device with a daisy-type cantilever wheel, the atomic level force on the surface of a solid sample is also processed in nanometer order.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a measuring device having a conventional in-line type cantilever.
  • FIG. 2 is a schematic view of a measuring apparatus having a daisy type cantilever wheel showing the basic configuration of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view when a droplet dropping device is used as a modification head showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram in the case of using an inkjet printer that is disposed obliquely downward with respect to a cantilever that is implanted in a wheel as a modified head showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view when a modified cantilever is used as a modified head showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view when an apparatus for depositing a substance in an atmosphere with an electron beam is used as a modification head showing an example of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which the modifying substance applying device showing an embodiment of the present invention is a modifying substance reservoir (modifying substance supply unit) formed on a wheel.
  • FIG. 8 is a schematic view showing an example in which a plurality of modifying substance liquid reservoirs according to an embodiment of the present invention are arranged.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing another mode of movement of a modifying substance showing an example of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a modifying substance applying apparatus using a cantilever array displacement apparatus showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic view of a system for supplying a measurement sample directly to a cantilever array after attaching the modifying substance to the cantilever array showing an embodiment of the present invention or without using the modifying substance.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a system in which a plurality of measurement sample supply apparatuses showing an embodiment of the present invention are arranged.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a measurement sample supply device using a cantilever array displacement device showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic view of a measuring device in which the cantilever showing the embodiment of the present invention is a V-shaped cantilever.
  • FIG. 15 is a schematic view of a measuring device in which a cantilever showing an embodiment of the present invention is a force cantilever having a loop wire formed at the tip.
  • FIG. 16 is a schematic view showing a modification of the daisy type cantilever wheel structure of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic view of a measuring apparatus having a daisy type cantilever wheel combined with a time of flight (TOF) showing another embodiment of the present invention.
  • TOF time of flight
  • the cantilevers are arranged in a daisy-type wheel shape (substantially radially), and the daisy-type cantilever wheel and the cantilever array are rotated using a spindle. This makes it possible to measure the natural frequency and amplitude of the cantilever, and to modify and measure the measurement sample by rotating the wheel without greatly scanning the measurement head or modification head.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a measuring apparatus having a daisy type cantilever wheel showing the basic configuration of the present invention.
  • 1 is a daisy type cantilever wheel
  • 2 is a cantilever arranged with the radial direction of the wheel 1 aligned with the longitudinal axis
  • 3 is a cantilever array comprising the plurality of cantilevers 2.
  • 4 is the rotation axis of the wheel 1
  • 5 is the rotation drive device (spindle, etc.) of the wheel 1
  • 6 is the control device including the positioning function of the rotation drive device 5
  • 7 is the optical measurement head
  • 8 and 9 are the modification heads is there.
  • the daisy type cantilever wheel 1 is provided with a plurality of cantilevers 2 arranged so that the radial direction and the long axis coincide with each other. Can be rotated.
  • the cantilever 2 installed on the wheel 1 can be accurately positioned by the control device 6.
  • the wheel 1 that makes the optical measuring head 7 and the modified heads 8, 9 scan greatly By rotating, the cantilever 2, the optical measurement head 7, and the modification heads 8, 9 can be set at appropriate positions, and the natural frequency and amplitude of the cantilever 2 can be measured.
  • a modifying substance for modifying the cantilever 2 can be supplied to the cantilever 2 by the centrifugal force generated by the rotation of the wheel 1 from the modification heads 8 and 9. At that time, due to the centrifugal force, extra deposits with weak binding force attached to cantilever 2 can also be forced out of cantilever 2 and only target modifying substances with strong binding force can be attached to cantilever 2. .
  • the modification heads 8 and 9 which are modification substance application devices are droplet dropping devices, and the modification heads 8 and 9 directly or indirectly Apply modifier 10 to cantilever 2.
  • the modifying head ⁇ can be arranged on the wheel 1 so that the modifying substance 10 dropped on the wheel 1 can be guided to the cantilever 2 by centrifugal force.
  • the modifying substance can also be applied from an inkjet printer 11 that is implanted in the wheel 1 and disposed obliquely below the cantilever 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing a case where the modification head, which is a modification substance applying device, is a modified cantilever. A modification composed of a modified cantilever with respect to the cantilever 2 implanted in the wheel 1 The modifying substance 10 is applied by the head 12.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example in which the modifying head, which is a modifying substance applying apparatus, is an apparatus that deposits a substance in the atmosphere with an electron beam.
  • the substance 15 floating in the vicinity of the chiller 2 is deposited and applied to the cantilever array 2 as the modifying substance 10.
  • the modifying substance applying device is a modifying substance reservoir (modifying substance supply) formed on the wheel 1.
  • the guide groove 17 connected to the cantilever 2 from the modifier liquid reservoir 16 is formed in the wheel 1 so that the modifier liquid 18 is guided to the cantilever 2. That is, due to the centrifugal force accompanying the rotation of the wheel 1, the modifying substance liquid 18 in the modifying substance liquid reservoir 16 passes through the guide groove 17 and is coated in the longitudinal direction of the cantilever 2. At that time, it is possible to apply only the modifying substance liquid 18 by removing the extra adhering matter adhering to the cantilever 2 by the centrifugal force accompanying the rotation of the wheel 1.
  • Sarakuko as shown in FIG. 8, a plurality of modifying substance reservoirs are arranged, and different modifying substance liquids 18A, 18B, 18C are provided in the plural modifying substance reservoirs 16A, 16B, 16C,. ,... May be set, and different modifier liquids 18A, 18B, 18C,... May be attached to each of the cantilevers 2 through the plurality of guide grooves 17A, 17B, 17C,.
  • the modifying substance liquid is applied only to a specific cantilever by the capillary phenomenon 19 (FIG. 9 (a)) and the etatrowetting 20 (FIG. 9 (b)) in the guide groove 17 described above. 18 may be led.
  • Fig. 10 shows a measuring device having a daisy-type cantilever wheel.
  • a modifying substance setting unit is arranged below the cantilever, and the cantilever selectively contacts the modifying substance to give the modifying substance to the cantilever. It is a figure which shows the example to do.
  • the table 22 on which the modifying substance 21 is disposed is disposed below the cantilever array 3, and the cam 23 that displaces the cantilever array 3 in the vertical direction is disposed above the cantilever array 3.
  • the cantilever 2 is displaced in the vertical direction by the cam 23, the cantilever 2 comes into contact with the table 22 on which the modifying substance 21 is arranged, and the modifying substance 21 adheres.
  • the cam 23 and the table 22 can stand by at a position away from the cantilever 2 at the time of measurement. Further, the modifying substance 21 can be selectively brought into contact with each cantilever 2 by moving the table 22 at an appropriate rotation angle.
  • the sample (substance, drug discovery, cell, etc.) is attached to the cantilever array directly from the measurement sample supply device.
  • the sample is attached to the cantilever array directly from the measurement sample supply device.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a method of supplying a measurement sample to a cantilever after attaching the modifying substance to the cantilever or directly without using the modifying substance.
  • a measurement sample liquid reservoir (measurement sample supply unit) 31 is disposed on the wheel 1, and a guide groove 32 connected from the measurement sample liquid reservoir 31 to the cantilever 2 is provided. Form on wheel 1 and guide the measurement sample solution to cantilever 2.
  • the measurement sample is supplied from the measurement sample liquid reservoir 31 to the cantilever 2 through the guide groove 3 2 due to the centrifugal force accompanying the rotation of the wheel 1.
  • impurities that had previously adhered to the cantilever 2 can be removed by centrifugal force.
  • the measurement sample can be easily applied to the cantilever 2.
  • a plurality of measurement sample supply devices are arranged, and different measurement samples 36A, 36B, 36C,... Are provided in the plurality of measurement sample supply units 35A, 35B, 35C,. And different measurement samples 36A, 36B, 36C,... Can be attached to each of the cantilevers 2 through the plurality of guide grooves 32A, 32B, 32C,.
  • the measurement sample can be dropped directly on the cantilever or can be supplied to the cantilever by various other supply methods.
  • the measurement sample may be guided to a specific cantilever by capillary action or electric field wetting through the guide groove.
  • FIG. 13 shows a measurement apparatus having a daisy type cantilever wheel.
  • a measurement sample table is arranged below the cantilever, and the measurement sample is supplied to the cantilever by selectively contacting the measurement sample with the measurement sample. It is a figure which shows an example.
  • the table 42 on which the measurement sample 41 is arranged is arranged below the cantilever array 3, and the cam 43 that displaces the cantilever array 3 in the vertical direction is arranged above the cantilever array 3.
  • Cantilever by cam 43 by rotating 2 Is displaced in the vertical direction the cantilever 2 comes into contact with the table 42 on which the measurement sample 41 is arranged, and the measurement sample 41 adheres.
  • the cam 43 and the table 42 can stand by at a position away from the cantilever 2 at the time of measurement.
  • Each cantilever can be moved by moving the table 42 at an appropriate rotation angle.
  • the measurement sample 41 can be selectively brought into contact with 2.
  • the target measurement sample can be detected by each cantilever.
  • the cantilever array into a plurality of cantilever groups having different natural frequency bands and changing the modifying substance depending on the band, different measurement samples can be detected for each frequency.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of the measuring device having a daisy-type cantilever wheel according to the present invention in which the cantilever is a V-shaped cantilever.
  • the modifying substance 53 can be moved by the V-shaped portion 52 of the V-shaped cantilever 51.
  • the modifier 53 can be smoothly moved to the tip of the cantilever 51.
  • the measurement sample 54 can be attached to the modifying substance 53.
  • FIG. 15 is a schematic view of a measuring device in which a cantilever showing a cantilever according to an embodiment of the present invention is formed with a loop-shaped wire at the tip
  • FIG. 15 (a) is a plan view thereof
  • FIG. 15 (b) is an enlarged partial perspective view thereof.
  • the tip of the cantilever 61 is provided with a loop wire 62 intersecting at the tip, and a thin film-like modifying substance 63 can be stretched on the loop wire 62.
  • sample substance can be captured on the thin-film modifier 63, and the sample substance can be measured.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of a measuring apparatus having a daisy type cantilever wheel according to another embodiment of the present invention.
  • the wheel 1 has a modifying substance reservoir 71 formed therein, and a wheel connected to the modifying substance reservoir 71.
  • a guide groove 72 that curves in the horizontal direction of the wheel 1 is formed, and a cantilever 73 that curves in the horizontal direction of the wheel 1 is formed so as to be connected to the guide groove 72.
  • the guide groove 72 and the cantilever 73 are curved.
  • FIG. 17 is a schematic view of a measuring apparatus having a daisy type cantilever wheel combined with a time of flight (TOF) showing another embodiment of the present invention.
  • TOF time of flight
  • 81 is a table on which a solid sample is set
  • 82 is the xy z scanner of the table 81
  • 83 is a rotatable daisy type cantilever wheel
  • 84 is a cantilever with a probe
  • 85 is its probe.
  • a cam as a displacement device for displacing the attached cantilever 84
  • 86 is a probe cleaning electric field applying electrode group
  • 87 is a TOF device.
  • a displacement device for displacing the cantilever 84 with the probe instead of the cam 85, although not shown, a displacement device based on light-power mouth heat, a displacement device based on current heating, or a displacement device based on electrostatic force can be used. .
  • a displacement device using light heating light is applied to the cantilever 84 with a probe to displace the cantilever 84 with a probe.
  • current is directly applied to the cantilever 84 with the probe to be heated and deformed, or the heat is indirectly applied by energizing the vicinity of the force cantilever 84 with the probe. So that Further, in the case of a displacement device using an electrostatic force, the cantilever 84 with the probe is deformed by applying an electrostatic force between the cantilever 84 with the probe and the opposing piece.
  • the displacement device for displacing the cantilever array in the vertical direction is provided, and the tip of the probe tip of the force cantilever 84 sequentially comes into contact with a predetermined position of the set sample, and the substance on the sample surface is moved. Can be collected.
  • the amount of the substance collected on the sample surface is a very small amount of about several picograms per unit force of one atom and one molecule.
  • the trace amount of substance (including one atom) collected at the tip of the probe is used as a can with the probe.
  • Mass spectrometry can be performed by the time-of-flight method using a time-of-flight (TOF) device 87 disposed in the vicinity of the chiller 84.
  • TOF time-of-flight
  • the daisy type cantilever wheel of the present invention has 512 X 512 points by arranging, for example, 512 cantilevers on the circumference.
  • the solid sample is raster-scanned (displaced gradually) within the surface, and the point where the probe tip contacts is sequentially swept to obtain the solid sample. Atoms can be collected sequentially from the sample pieces at different positions.
  • the number of samples to be set is not limited to two, and many types of samples can be set to measure those that interact with each other.
  • the terms “sample” and “modifier” are uniformly expressed.
  • the cantilever and the probe are referred to as a kind of “nanoreaction site (or test tube)” for reaction, binding, etc.
  • the presence or absence of the cantilever can be regarded as a change in the characteristics and optical characteristics of the cantilever, and extra deposits attached to the cantilever due to the centrifugal force caused by the rotation of the disk-shaped substrate having the cantilever array. It is possible to rank the bond strength between the sample and the modifying substance by taking advantage of the method to eliminate the weakness, that is, the function of intentionally breaking weak bonds by centrifugal force. You can also mix three or more substances on the cantilever and watch the situation. It should be noted that the techniques described in Patent Documents 1 and 3 can be used for the optical measurement head and the measurement system that work on the present invention, which are based on the proposal of the inventor of the present invention.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the gist of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
  • the measuring device of the present invention can (1) measure the response of pathogens to various drugs, identify pathogens, and (2) instantaneously determine the dosage routine for MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus) It can be used for (3) a device that realizes a micro-biological membrane in the loop of a loop cantilever, (4) various substance sensors, and (5) an ultra-precision processing device that can be removed from the atomic order. is there.
  • MRSA methicillin-resistant Staphylococcus aureus

Abstract

デイジー型カンチレバーホイール構造となして、これを回転することにより、計測ヘッドや修飾ヘッドの設定を容易にし、遠心力を用いた修飾、試料付着、並びに試料への力の印加を可能とし、カンチレバーアレーの固有振動数や振幅の変化の計測を容易にすることができるデイジー型カンチレバーホイールを有する計測装置を提供する。 デイジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、円盤状基板（１）と、この円盤状基板（１）のラジアル方向にその長手軸を一致させて配置される複数のカンチレバーアレー（３）と、このカンチレバーアレー（３）を有する円盤状基板（１）の回転手段と、カンチレバーアレー（３）の位置決め装置と、カンチレバーアレー（３）に対応する位置に配置され、カンチレバー（２）の運動を計測する光計測ヘッド（７）とを備え、円盤状基板（１）の回転に伴って順次カンチレバー（２）の周波数変化や振幅変化を計測する。

Description

ディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置
技術分野
[0001] 本発明は、ディジー（daisy)型カンチレバーホイールを有する計測装置に関するも のである。
背景技術
[0002] 従来は、一列に並んだカンチレバー上を、電気式センサ、光式センサで走査するこ とによってカンチレバーの固有振動数の変化や、振幅の変化を計測するようにしてい た (下記非特許文献 1参照)。
[0003] 図 1は力かる従来のインライン型カンチレバーを有する計測装置の模式図である。
[0004] この図において、 101は基台、 102はその基台 101から一列に配置されるカンチレ バーアレー、 103はカンチレバーアレー 102の固有振動数の変化や、振幅の変化を 計測するために、インライン方向 aに駆動される光計測ヘッド、 104, 105はカンチレ バーアレー 102に修飾物質を付与する修飾ヘッドである。
[0005] また、各カンチレバーや探針を特定の物質で修飾し、物質センサとして用いる研究 が行われている（下記非特許文献 2、 3参照)。
[0006] その非特許文献 3に示された研究では、インクジェットプリンタのノズルを xyzに位置 決めして、カンチレバーへの修飾物質のプリンティングを行っていた。
[0007] また、インクジェットによるカンチレバーの修飾方法に関する論文として、非特許文 献 4および 5が示されて!/、る。
[0008] 因みに、本願発明者は、各種のカンチレバー及びそれらのカンチレバーを用いた 以下のような各種の計測方法及び装置につ!、て提案を行って 、る。
[0009] (1)構成が簡単で的確な、試料表面の検出が可能なカンチレバーアレイ、その製造 方法及びそれを用いた走査型プローブ顕微鏡、案内'回転機構の摺動装置、センサ
、ホモダインレーザ干渉計、試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計なら びにカンチレバーの励振方法 (下記特許文献 1参照)。
[0010] (2)シリコン微小細線力 なる微小 3次元構造体としてのカンチレバー、その製造方 法及びそれを利用したデバイス（下記特許文献 2参照)。
[0011] (3)カンチレバー（2〜n)の固有振動数がそれぞれ異なるカンチレバーアレーを用い 、その固有振動を変調光励振によって順次励振し、その振動をレーザドップラー計に よって計測する方法及び装置 (下記特許文献 3参照)。
非特干文献 1 : Gernard Grosch, Hybrid fioer— optic/ micromecnanical f requency encoding displacement sensor , Sensors and Actuators A, April 1990, Vol. 23, Issues. 1— 3, pp. 1128— 1131
非特許文献 2 :James C. Mabry, Tim Yau, Hui-Wen Yap, John -Bruce D. Green, "Developments for inverted atomic force microscopy , Ult ramicroscopy 91, (2002) , pp. 73— 82
非特許文献 3 : M. K. Bailer, H. P. Lang, J. Fritz, Ch. Gerber, J. K. Gimzew ski, U. Drechsler, H. Rothuizen, M. Despont, P. Vettiger, F. M. Battist on, J. P. Ramseyer, P. Fornaro, E. Meyer, and H. —J. Guentherodt； A cantilever array— based artificial nose, Ultramicroscopy, (2000) , 1 非特許文献 4: Bietsch A, Zhang JY, Hegner M, Lang HP, Gerber C ;Ra pid functionalization of cantilever array sensors by inKjet printing, NANOTECHNOLOGY 15 (8) AUG 2004, pp873— 880
非特許文献 5 : Bietsch A, Hegner M, Lang HP, Gerber C ; Inkjet deposit ion of alkanetniolate monolayers and DNA oligonucleotides on gol d： Evaluation of spot uniformity by wet etching, LANGMUIR 20 (1 2) JUN 8 2004, pp. 5119- 5122
特許文献 1：特開 2003— 114182号公報
特許文献 2 : WO 03/102549 A1
特許文献 3 : WO 2004/061427 A1
発明の開示
[0012] し力しながら、上記した非特許文献 1に見られる計測方法及び計測装置では、カン チレバーはインライン状に配置され、光計測ヘッドも直線方向に駆動される方式のも のであり、そのためにミラースキャナ、ガルバノスキャナ、ポリゴンミラー等の光走査機 構や、直線移動型の機械的変位機構を必要としていた。
[0013] また、非特許文献 2又は 3に見られる計測方法及び計測装置では、カンチレバーへ の修飾物質のプリンティングにインクジェットプリンタを用いる力 そのインクジェットプ リンタは xyz位置決め機構を要するとともに、その xyz位置決め機構の高速ィ匕を図る 必要がある。
[0014] このように、従来の計測方法及び計測装置では、計測ヘッドや修飾ヘッドの変位機 構が複雑になるといった問題があった。
[0015] 本発明は、上記状況に鑑みて、ディジー型カンチレバーホイール構造となして、こ れを回転することにより、計測ヘッドや修飾ヘッドの設定を容易にし、遠心力を用いた 修飾、試料付着、並びに試料への力の印加を可能とし、カンチレバーアレーの固有 振動数や振幅の変化の計測を容易にすることができるディジー型カンチレバーホイ ールを有する計測装置を提供することを目的とする。
[0016] 〔1〕本発明は、上記目的を達成するために、
ディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、円盤状基板と、この 円盤状基板のほぼラジアル方向にその長手軸を一致させて配置されるカンチレバー アレーと、前記カンチレバーアレーが配置される円盤状基板の回転手段と、前記カン チレバーアレーの位置決め装置と、前記カンチレバーアレーに対応する位置に配置 され、カンチレバーの運動を計測する光計測ヘッドとを備え、前記円盤状基板の回 転に伴って順次カンチレバーの周波数変化や振幅変化を計測することを特徴とする
[0017] 〔2〕上記〔1〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、 前記回転手段の回転によって、その遠心力によりカンチレバーに付着している余分 な付着物を排除することを特徴とする。
[0018] 〔3〕上記〔1〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、 前記カンチレバーに修飾物質を付与する修飾物質付与装置を具備することを特徴と する。
[0019] 〔4〕上記〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお!、て、 前記修飾物質付与装置が回転するカンチレバーアレーに対して位置決めされ、円盤 状基板の回転に伴って順次カンチレバーの修飾を行うことを特徴とする。
[0020] 〔5〕上記〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお!、て、 前記修飾物質付与装置が修飾物質滴下装置であることを特徴とする。
[0021] 〔6〕上記〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、 前記修飾物質付与装置の修飾ヘッドがインクジェットプリンタであることを特徴とする
[0022] 〔7〕上記〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお!、て、 前記修飾物質付与装置の修飾ヘッドが修飾されたカンチレバーであることを特徴と する。
[0023] 〔8〕上記〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお!、て、 前記修飾物質付与装置の修飾ヘッドが、電子線により雰囲気中の物質を析出させる 装置であることを特徴とする。
[0024] 〔9〕上記〔1〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、 前記円盤状基板を回転させ、前記円盤状基板及びカンチレバー上に滴下乃至噴霧 した物質を、回転に伴う遠心力でカンチレバー長手方向にコーティングすることを特 徴とする。
[0025] 〔10〕上記〔1〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において 、前記修飾物質供給装置は、前記円盤状基板上に配置される修飾物質供給部と、 該修飾物質供給部と前記カンチレバーとを接続する案内溝とを具備することを特徴と する。
[0026] 〔11〕上記〔10〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記修飾物質供給部を複数配置し、この複数の修飾物質供給部に同一ないし それぞれ異なった修飾物質を設定し、複数のカンチレバーに同一の修飾ないしそれ ぞれ異なる修飾の組み合わせを施すことを特徴とする。
[0027] 〔12〕上記〔11〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記円盤状基板の回転による遠心力により、前記修飾物質をカンチレバーの先 端へ送ることを特徴とする。
[0028] 〔13〕上記〔11〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記案内溝における毛細管現象又は電界ゥヱッティングによって特定のカンチレ バーに前記修飾物質を導くことを特徴とする。
[0029] 〔14〕上記〔4〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、て 、前記カンチレバーアレーを上下方向に変位させる変位装置を備え、前記円盤状基 板の回転により前記カンチレバーの先端が修飾物質と接触するように修飾物質を配 置したテーブルを具備することを特徴とする。
[0030] 〔15〕上記〔1〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において 、前記カンチレバーアレーを上下方向に変位させる変位装置を備え、前記カンチレ バーの探針先端がセットされた試料の所定の位置に順次接触し、試料表面の物質を 採取することを特徴とする。
[0031] 〔16〕上記〔14〕又は〔15〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装 置にお 、て、前記変位装置がカム力もなる変位装置であることを特徴とする。
[0032] 〔17〕上記〔14〕又は〔15〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装 置において、前記変位装置が光加熱による変位装置であることを特徴とする。
[0033] 〔18〕上記〔14〕又は〔15〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装 置にお 、て、前記変位装置が電流加熱による変位装置であることを特徴とする。
[0034] 〔19〕上記〔14〕又は〔15〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装 置において、前記変位装置が静電力による変位装置であることを特徴とする。
[0035] 〔20〕上記〔15〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置におい て、前記採取される試料表面の物質の量は、原子一個、分子一個の単位力 数ピコ グラム程度の微量であることを特徴とする。
[0036] 〔21〕上記〔20〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置におい て、前記カンチレバーの探針先端で採取された前記微量の物質 (原子一個も含む） を、タイムォブフライト法によって質量分析を行うことを特徴とする。
[0037] 〔22〕上記〔20〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記カンチレバーの探針先端で採取された前記微量の物質 (原子一個も含む） を、タイムォブフライト法によって質量分析を行い、次に、前記探針への電界印加に よって探針先端に残留する試料片を除去するクリーニングを行い、前記ディジー型 カンチレバーホイールの回転に伴いクリーニングされた探針が再度試料力 試料片 の採取を行い、採取、タイムォブフライト計測、クリーニングを繰り返すことを特徴とす る。
[0038] 〔23〕上記〔20〕から〔22〕の何れか 1項記載のディジー型カンチレバーホイールを 有する計測装置において、固体試料をその面内でラスター走査し、前記カンチレバ 一の探針先端が接触する箇所を順次掃引し、前記固体試料上の異なる位置の試料 片ゃ原子を順次採取することを特徴とする。
[0039] 〔24〕上記〔23〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記試料の異なる部位力 採取された試料のタイムォブフライト質量計測、元素 同定を行うことにより、試料表面の元素組成分布の、高分解能でのマッピングを行うこ とを特徴とする。
[0040] [25]上記〔1〕又は〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置 において、前記カンチレバーに測定試料を供給する測定試料供給装置を具備する ことを特徴とする。
[0041] 〔26〕上記〔25〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置におい て、前記測定試料供給装置は、前記円盤状基板上に配置される測定試料供給部と 、この測定試料供給部と前記カンチレバーとを接続する案内溝とを具備することを特 徴とする。
[0042] 〔27〕上記〔26〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記測定試料供給部を複数配置し、この複数の測定試料供給部に同一ないし それぞれ異なった測定試料を設定し、複数のカンチレバーに同一ないしそれぞれ異 なる測定試料の組み合わせを付着させることを特徴とする。
[0043] 〔28〕上記〔11〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記案内溝における毛細管現象や電界ゥヱッティングによって特定のカンチレバ 一に前記測定試料を導くことを特徴とする。
[0044] 〔29〕上記〔1〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、て 、前記カンチレバーアレーを上下方向に変位させる変位装置を備え、前記円盤状基 板の回転により前記カンチレバーの先端が接触するように測定試料を配置したテー ブルを具備することを特徴とする。
[0045] 〔30〕上記〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、て 、前記カンチレバーへの修飾物質を選択的に設定することにより、測定試料の検出 を行うことを特徴とする。
[0046] 〔31〕上記〔1〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において 、前記カンチレバーアレーを、固有周波数の帯域の異なる複数のカンチレバーの組 に分けて、帯域によって修飾物質を変えることによって周波数ごとに異なる測定試料 を検出することを特徴とする。
[0047] 〔32〕上記〔1〕又は〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置 にお 、て、前記カンチレバー力 字型カンチレバーであることを特徴とする。
[0048] 〔33〕上記〔1〕又は〔3〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置 にお 、て、前記カンチレバーがループ状カンチレバーであることを特徴とする。
[0049] 〔34〕上記〔33〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記ループ状カンチレバーに薄膜状の修飾物質を張ることを特徴とする。
[0050] [35]上記〔34〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記薄膜状の修飾物質上に測定試料を捕捉することを特徴とする。
[0051] 〔36〕上記〔10〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置におい て、前記修飾物質液の案内溝及びそれに接続されるカンチレバーを、前記円盤状基 板の回転力を考慮して、水平方向に曲線を描くように構成したことを特徴とする。
[0052] 〔37〕上記〔26〕記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお！、 て、前記測定試料液の案内溝及びそれに接続されるカンチレバーを、前記円盤状基 板の回転力を考慮して、水平方向に曲線を描くように構成したことを特徴とする。
[0053] 〔38〕ディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置であって、上記〔5〕力 請 求項〔14〕の何れか 1項記載のカンチレバーや探針に設置された修飾物質と、上記〔 16〕、上記〔25〕、または上記〔29〕記載のカンチレバーや探針に設置された試料の 間の、反応の有無、結合の有無、結合の強度を、カンチレバーの機械特性の変化、 カンチレバー表面の光学特性の変化として計測することを特徴とする。
[0054] 〔39〕ディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、上記〔1〕記載 のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置を用いて、固体試料表面の原 子レベル力もナノメートルオーダの加工を行うことを特徴とする。
図面の簡単な説明
[図 1]従来のインライン型カンチレバーを有する計測装置の模式図である。
[図 2]本発明の基本的構成を示すディジー型カンチレバーホイールを有する計測装 置の模式図である。
[図 3]本発明の実施例を示す修飾ヘッドとして、液滴の滴下装置を用いる場合の模式 図である。
[図 4]本発明の実施例を示す修飾ヘッドとして、ホイールに植設されて ヽるカンチレバ 一に対して斜め下方に配置されるインクジェットプリンタを用いる場合の模式図である
[図 5]本発明の実施例を示す修飾ヘッドとして、修飾されたカンチレバーを用いる場 合の模式図である。
[図 6]本発明の実施例を示す修飾ヘッドとして、電子線により雰囲気中の物質を析出 させる装置を用いる場合の模式図である。
[図 7]本発明の実施例を示す修飾物質付与装置が、ホイールに形成される修飾物質 液溜 (修飾物質供給部)である例を示す図である。
[図 8]本発明の実施例を示す修飾物質液溜を複数配置する例を示す模式図である。
[図 9]本発明の実施例を示す修飾物質の他の移動形態を示す模式図である。
[図 10]本発明の実施例を示すカンチレバーアレーの変位装置を用いた修飾物質付 与装置の模式図である。
[図 11]本発明の実施例を示すカンチレバーアレーに修飾物質を付着させた後に、又 は修飾物質を介しないで直接カンチレバーアレーに測定試料を供給する方式の模 式図である。
[図 12]本発明の実施例を示す測定試料供給装置を複数配置する方式の模式図であ る。
[図 13]本発明の実施例を示すカンチレバーアレーの変位装置を用いた測定試料供 給装置の模式図である。 [図 14]本発明の実施例を示すカンチレバーを V字型カンチレバーとした計測装置の 模式図である。
[図 15]本発明の実施例を示すカンチレバーを先端にループ状ワイヤが形成された力 ンチレバーとした計測装置の模式図である。
[図 16]本発明のディジー型カンチレバーホイール構造の変形例を示す模式図である
[図 17]本発明の他の実施形態を示すタイムォブフライト (TOF)と組み合わせたディ ジー型カンチレバーホイールを有する計測装置の模式図である。
発明を実施するための最良の形態
[0056] 本発明は、カンチレバーをディジー型ホイール状（ほぼ放射状）に配置し、スピンド ルを用いてディジー型カンチレバーホイールとカンチレバーアレーを回転させる。こ れにより、計測ヘッドや修飾ヘッドを大きく走査させることなぐホイールの回転によつ てカンチレバーの固有振動数や振幅の計測、ならびに修飾、測定試料の計測が可 能となる。
実施例
[0057] 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
[0058] 図 2は本発明の基本的構成を示すディジー型カンチレバーホイールを有する計測装 置の模式図である。
[0059] この図において、 1はディジー型カンチレバーホイール、 2はそのホイール 1のラジア ル方向と長手軸を一致させて配置されるカンチレバー、 3はその複数のカンチレバー 2からなるカンチレバーアレーである。 4はホイール 1の回転軸、 5はそのホイール 1の 回転駆動装置 (スピンドル等）、 6はその回転駆動装置 5の位置決め機能を含む制御 装置、 7は光計測ヘッド、 8, 9は修飾ヘッドである。
[0060] この図に示すように、ディジー型カンチレバーホイール 1にはそのラジアル方向と長 手軸を一致させて配置される複数のカンチレバー 2が植設されており、そのホイール 1は回転駆動装置 5によって回転可能になっている。また、そのホイール 1に植設され ているカンチレバー 2の位置決めは制御装置 6によって正確に行うことができる。
[0061] これにより、光計測ヘッド 7や修飾ヘッド 8, 9を大きく走査させることなぐホイール 1を 回転させることにより、カンチレバー 2と光計測ヘッド 7、修飾ヘッド 8, 9とを的確な位 置に設定して、カンチレバー 2の固有振動数や振幅の計測を行うことができる。
[0062] その際に、カンチレバー 2に付着している余分な付着物はホイール 1の回転により飛 ばして排除することができるため、正味のカンチレバーの固有振動数や振幅の計測、 つまり、精密なカンチレバーの固有振動数や振幅の計測を行うことができる。
[0063] また、カンチレバー 2を修飾すべき修飾物質を修飾ヘッド 8, 9からホイール 1の回転 による遠心力により、カンチレバー 2に供給することができる。その際に、その遠心力 により、カンチレバー 2に付着している結合力の弱い余分な付着物はカンチレバー 2 力も外に飛ばし、結合力の強い目的の修飾物質のみをカンチレバー 2に付着させる ことができる。
[0064] ここでは、例えば、図 3に示すように、修飾物質付与装置である修飾ヘッド 8, 9が液 滴の滴下装置となっており、この修飾ヘッド 8, 9により、直接又は間接的にカンチレ バー 2に修飾物質 10を塗布する。また、修飾ヘッド^ をホイール 1上に配置し、ホイ ール 1上に滴下した修飾物質 10を遠心力によりカンチレバー 2に導くようにすることも できる。
[0065] また、図 4に示すように、ホイール 1に植設されて!/、るカンチレバー 2に対して斜め下 方に配置されるインクジェットプリンタ 11から修飾物質を塗布することもできる。
[0066] 図 5は修飾物質付与装置である修飾ヘッドが、修飾されたカンチレバーである場合を 示す図であり、ホイール 1に植設されたカンチレバー 2に対して、修飾されたカンチレ バーからなる修飾ヘッド 12によって修飾物質 10を塗布するようにしている。
[0067] 図 6は修飾物質付与装置である修飾ヘッドが、電子線により雰囲気中の物質を析出 させる装置である例を示す図であり、電子線ノズル 13から電子線 14を照射して、カン チレバー 2の近傍に浮遊する物質 15を析出して、修飾物質 10としてカンチレバーァ レー 2に付与するようにして 、る。
[0068] 次に、ホイール 1を回転させ、ホイール 1及びカンチレバー 2の根本上に滴下乃至噴 霧した物質を、回転に伴う遠心力でカンチレバー長手方向にコーティングを行う例に ついて説明する。
[0069] 図 7では修飾物質付与装置はホイール 1に形成される修飾物質液溜 (修飾物質供給 部） 16であり、この修飾物質液溜 16からカンチレバー 2に接続される案内溝 17をホイ ール 1に形成して修飾物質液 18をカンチレバー 2に導くようにしている。つまり、ホイ ール 1の回転に伴う遠心力により、修飾物質液溜 16の修飾物質液 18は案内溝 17を 通り、カンチレバー 2の長手方向にコーティングされる。その際に、ホイール 1の回転 に伴う遠心力により、あら力じめカンチレバー 2に付着していた余分な付着物を飛ば すことにより除去し、修飾物質液 18のみを塗布することができる。
[0070] さら〖こ、図 8に示すように、修飾物質液溜を複数配置して、その複数の修飾物質液溜 16A, 16B, 16C,…にそれぞれ異なった修飾物質液 18A, 18B, 18C,…を設定 し、複数の案内溝 17A, 17B, 17C,…を介してカンチレバー 2のそれぞれに 、異なった修飾物質液 18 A, 18B, 18C,…を付着させるようにしてもよい。
[0071] また、図 9に示すように、上記した案内溝 17における毛細管現象 19〔図 9 (a)〕やエレ タトロウエツティング 20〔図 9 (b)〕によって特定のカンチレバーのみに修飾物質液 18 が導かれるようにしてもよい。
[0072] 図 10はディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、カンチレバー の下方に修飾物質の設定部を配置して、その修飾物質にカンチレバーが選択的に 接触することにより、カンチレバーに修飾物質を付与する例を示す図である。
[0073] この図のように、修飾物質 21を配置したテーブル 22をカンチレバーアレー 3の下方 に、カンチレバーアレー 3を上下方向に変位させるカム 23をカンチレバーアレー 3の 上方に配置して、ホイール 1を回転させることにより、カム 23によってカンチレバー 2 が上下方向に変位し、修飾物質 21を配置したテーブル 22にカンチレバー 2が接触 し、修飾物質 21が付着する。なお、カンチレバー 2に修飾物質 21を付与した後、計 測時にはカム 23及びテーブル 22はカンチレバー 2から離れた位置に待機させること ができる。また、テーブル 22を適当な回転角で移動させることにより、各カンチレバー 2に修飾物質 21を選択的に接触させることもできる。
[0074] 次に、カンチレバーアレーに修飾物質を付着させた後に、又は修飾物質を介さずに 直接カンチレバーアレーに、測定試料供給装置から試料 (物質、創薬、細胞など)を 付着させて、その試料が付着したカンチレバーを光計測ヘッドで走査することにより、 試料を含めたカンチレバーの固有振動数や振幅の計測を行い、試料を付着させて いないカンチレバーの固有振動数や振幅の計測結果との差を求めることにより、試 料の計測を行うことについて説明する。
[0075] 図 11は、カンチレバーに修飾物質を付着させた後に、又は修飾物質を介さずに直 接カンチレバーに測定試料を供給する方式の模式図である。
[0076] ここでは、測定試料付与装置として、ホイール 1に測定試料液溜 (測定試料供給部） 3 1を配置しておき、この測定試料液溜 31からカンチレバー 2に接続される案内溝 32 をホイール 1に形成して測定試料液をカンチレバー 2に導くようにして 、る。
[0077] この場合にも、ホイール 1の回転に伴う遠心力により、測定試料液溜 31から案内溝 3 2を介してカンチレバー 2に測定試料が供給される。当然、事前にカンチレバー 2に 付着していた不純物は遠心力により飛ばすことができる。なお、前記したように、測定 試料を付着させる前に修飾物質を付着させておくことが望ましいことは言うまでもない
[0078] このようにして、カンチレバー 2に簡単に測定試料を付与することができる。
[0079] さらに、図 12に示すように、測定試料供給装置を複数配置して、その複数の測定試 料供給部 35A, 35B, 35C,…にそれぞれ異なった測定試料 36A, 36B, 36C,… を設定し、複数の案内溝 32A, 32B, 32C,…を介してカンチレバー 2のそれぞれに 、異なった測定試料 36A, 36B, 36C,…を付着させることができる。また、測定試料 は、カンチレバーに直接滴下したり、また、その他種々の供給方法によってカンチレ バーに供給することができる。
[0080] また、図 9に示した修飾物質を供給する場合と同様に、案内溝を介して毛細管現象 や電界ゥエツティングによって特定のカンチレバーに測定試料が導かれるように構成 してちよい。
[0081] 図 13はディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、カンチレバー の下方に測定試料のテーブルを配置して、その測定試料にカンチレバーが選択的 に接触することにより、カンチレバーに測定試料を供給する例を示す図である。
[0082] この図のように、測定試料 41を配置したテーブル 42をカンチレバーアレー 3の下方 に、カンチレバーアレー 3を上下方向に変位させるカム 43をカンチレバーアレー 3の 上方に配置して、ホイール 1を回転させることにより、カム 43によってカンチレバー 2 が上下方向に変位し、測定試料 41を配置したテーブル 42にカンチレバー 2が接触 し、測定試料 41が付着する。なお、カンチレバー 2に測定試料 41を付与した後、計 測時にはカム 43及びテーブル 42はカンチレバー 2から離れた位置に待機させること ができる。また、テーブル 42を適当な回転角で移動させることにより、各カンチレバー
2に測定試料 41を選択的に接触させることもできる。
[0083] このように、カンチレバーへの測定試料を設定し、その測定試料を選択的に付着させ ることにより、それぞれのカンチレバーで目的の測定試料の検出を行うことができる。
[0084] また、カンチレバーアレーを、固有周波数の帯域の異なる複数のカンチレバーの組 に分けて、帯域によって修飾物質を変えることによって周波数ごとに異なる測定試料 を検出することができる。
[0085] 図 14は本発明のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーを V字型カンチレバーとした場合の模式図である。
[0086] このように構成すると、 V字型カンチレバー 51の V字部 52で修飾物質 53を移動させ ることができる。ホイール 1の回転と相まって円滑にカンチレバー 51の先端へ修飾物 質 53を移動させることができる。
[0087] さらに、その修飾物質 53に測定試料 54を付着させることができる。
[0088] 図 15は本発明の実施例を示すカンチレバーを先端にループ状ワイヤが形成された カンチレバーとした計測装置の模式図であり、図 15 (a)はその平面図、図 15 (b)はそ の拡大部分斜視図である。
[0089] これらの図に示すように、カンチレバー 61の先端部には、先端で交差するループ状 ワイヤ 62を備え、そのループ状ワイヤ 62に薄膜状の修飾物質 63を張ることができる
。なお、ループ状ワイヤを有するカンチレバーなどの構造については、本願発明者の 提案に力かる前記特許文献 2に開示されている。
[0090] さらに、前記薄膜状の修飾物質 63上に試料物質を捕捉することができ、その試料物 質を計測することができる。
[0091] 図 16は本発明の他の実施形態を示すディジー型カンチレバーホイールを有する計 測装置の模式図である。
[0092] ホイール 1には修飾物質液溜 71が形成され、この修飾物質液溜 71に接続されるホイ ール 1の水平方向に曲線を描く案内溝 72が形成され、その案内溝 72に接続される ように、ホイール 1の水平方向に曲線を描くカンチレバー 73を形成するようにして 、る 。ここで、案内溝 72及びカンチレバー 73が曲線を描くようにしたのは、ホイール 1が 時計回りに回転するとすると、遠心力によりホイール 1の中心部力 ラジアル方向に 修飾物質 74が案内されると同時に、回転力により回転方向とは逆の方向の放射方 向にも案内され、曲線を描くように案内されることを考慮して、その場合の案内が円滑 になるようにしたものである。なお、カンチレバー 73の基部のみはホイール 1に対して 直角方向に延ばすことが望まし 、。
[0093] 図 17は本発明の他の実施形態を示すタイムォブフライト (TOF)と組み合わせたディ ジー型カンチレバーホイールを有する計測装置の模式図である。
[0094] この図において、 81は固体試料がセットされるテーブル、 82はそのテーブル 81の xy zスキャナ、 83は回転可能なディジー型カンチレバーホイール、 84は探針付きカンチ レバー、 85はその探針付きカンチレバー 84を変位させる変位装置としてのカム、 86 は探針クリーニング用電界印加電極群、 87は TOF装置である。なお、探針付きカン チレバー 84を変位させる変位装置としては、カム 85に代えて、図示しないが、光力口 熱による変位装置、電流加熱による変位装置ゃ静電力による変位装置を用いること ができる。光加熱による変位装置の場合は、探針付きカンチレバー 84に光を照射し て探針付きカンチレバー 84を変位させる。また、電流加熱による変位装置の場合は 、探針付きカンチレバー 84に直に電流を流して加熱させて変形させたり、探針付き力 ンチレバー 84の近傍に通電することにより間接的に熱をカ卩えるようにする。更に、静 電力による変位装置の場合には、探針付きカンチレバー 84と対向する対向片との間 に静電力を作用させて探針付きカンチレバー 84を変形させるようにする。
[0095] このように、カンチレバーアレーを上下方向に変位させる変位装置を備えており、力 ンチレバー 84の探針先端が、セットされた試料の所定の位置に順次接触し、試料表 面の物質を採取することができる。
[0096] その場合に、採取される試料表面の物質の量は、原子一個、分子一個の単位力も数 ピコグラム程度の微量である。
[0097] さらに、探針先端で採取された前記微量の物質 (原子一個も含む)を、探針付きカン チレバー 84の近傍に配置されるタイムォブフライト (TOF)装置 87を用いて、タイムォ ブフライト法によって質量分析を行うことができる。
[0098] この図 17において、探針先端で採取された微量の物質 (原子一個も含む）について 、タイムォブフライト法によって質量分析を行った後、探針クリーニング用電界印加電 極群 86を用いて、探針へ電界印加を行い、探針先端に残留する試料片を除去する クリーニングを行い、ディジー型カンチレバーホイール 83の回転に伴いクリーニング された探針が再度試料カゝら試料片の採取を行い、採取、タイムォブフライト計測、タリ 一ユングを繰り返す。
[0099] なお、 TOFとプローブ顕微鏡を複合した先行技術としては、代表例として、 (A) Do ngWeon Lee, Adrian Wetzel, Ronald Bennewitz, Ernst Meyer, Michel
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(B) O. Nishikawa et. al； Development of a scanning atom probe and atom— by— atom mass analysis of diamonds： Appl. Phys, A, 66, Sl l
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(D)特開平 7— 43373号公報
を挙げることができる。
[0100] ここに挙げた、上記研究文献と本発明との差異は、以下のようである。
[0101] 上記研究文献では、探針が 1個しかないため、 TOF計測の度にある程度の時間を 力けて探針先端のクリーニングを行う必要があり、通常の環境で作動させるには、熱 ドリフトによる観察位置の変化により、固体試料表面の、例えば 512 X 512点での元 素同定、並びに前回計測による残留試料による元素マッピングの誤差は避けられな かった。この問題に対し、本発明のディジー型カンチレバーホイールでは、例えば、 円周上に 512本の、探針を有するカンチレバーを配置することにより、 512 X 512点 からなる試料採取位置から試料を採取する場合、 1ライン 512点の採取にはデイジ一 型カンチレバーホイール 1回転で採取が可能であり、かつ、 TOF同定とクリーニング に時間をかけることが可能となる。これにより、高速で、残留元素によるマッピングの 誤差、ドリフトによる誤差の生じにくい元素 '組成マッピングが可能となる。更に、今ま での、電子線照射による X線計測による元素組成分析では、： m3
程度の体積の同定しか可能でな力つたのに対し、本発明によれば、原理的に原子 1 個からの同定とその採取位置のマッピングが可能となる。
[0102] すなわち、本発明のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において 、固体試料をその面内でラスター走査し (徐々に変位させ)、探針先端が接触する箇 所を順次掃引し、固体試料上の異なる位置の試料片ゃ原子を順次採取することがで きる。
[0103] さらに、ディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、試料の異な る部位力 採取された試料のタイムォブフライト質量計測、元素同定を行うことにより 、試料表面の元素組成分布の、高分解能でのマッピングを行うこともできる。
[0104] また、ディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、カンチレバー や探針に設置された修飾物質と、カンチレバーや探針に設置された試料の間の、反 応の有無、結合の有無、結合の強度を、カンチレバーの機械特性の変化、カンチレ バー表面の光学特性の変化として計測することができる。
[0105] その場合に、セットされる試料は 2種類に限らず、多くの種類の試料をセットしてお き、互いに作用させたものを計測することもできる。
[0106] すなわち、本発明では試料と修飾物質という言葉で統一的に表現しているが、要は 、カンチレバーや探針を一種の"ナノ反応サイト (又は試験管) "とし、反応、結合等の 有無をカンチレバーの特性や光学特性の変化として捉えることができるものであり、 更に、カンチレバーアレーを有する円盤状基板の回転手段による回転に伴う遠心力 により、カンチレバーに付着している余分な付着物を排除する手法、つまり、遠心力 により弱い結合を意図的に破断させる機能を生かし、試料と修飾物質の結合強度の 順位付けをすることができる。また、 3種類以上の物質をカンチレバー上で混ぜて、 様子を見ることちできる。 [0107] なお、本発明に力かる光計測ヘッド及びその計測システムにつ 、ては、本願発明 の発明者の提案に力かる前記特許文献 1及び 3に記載の技術を用いることができる。
[0108] また、本発明は上記実施例に限定されるものではなぐ本発明の趣旨に基づいて 種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
[0109] 本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
[0110] (A)ディジー型カンチレバーホイールの回転によって、最も相対速度の求められる 計測ヘッドや修飾ヘッドを大きく走査させることなぐカンチレバーの修飾 ·計測を実 現することができる。
[0111] (B)ディジー型カンチレバーホイールの回転によってスピンコートによる成膜、表面 修飾を可能とする。
[0112] (C)ディジー型カンチレバーホイールの回転による遠心力により、測定試料 (ター ゲット物質）に直接力を作用させ、修飾物質との結合力を計測可能とする。
[0113] (D)ディジー型カンチレバーホイールの回転による遠心力により、結合の生じてい ない試料をカンチレバー力も飛ばして排除することができる。
[0114] (E)カンチレバーを複数の周波数帯域の組に分けて計測することにより、帯域ごと に異なる測定試料の検出ができる。
[0115] (F)上記により、容易にカンチレバーの修飾、測定試料導入、非測定試料の排除、 結合力別計測、カンチレバー計測が可能となる。
[0116] (G)カンチレバーの表面修飾や、膜の生成が可能となり、様々な物質の検出が可 能となる。
産業上の利用可能性
[0117] 本発明の計測装置は、（1)様々な薬品に対する病原菌の反応の計測、また、病原 菌の同定、（2) MRSA (メチシリン耐性黄色ブドウ球菌）に対する、投薬ルーチーン の瞬時判定が可能な装置、 (3)微小生体膜をループ状カンチレバーの構成するル ープ内に実現する装置、（4)各種物質センサ、 （5)原子オーダーから除去可能な、 超精密加工装置に利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] (a)円盤状基板と、
(b)該円盤状基板のほぼラジアル方向にその長手軸を一致させて配置されるカンチ レノ一アレーと、
(c)前記カンチレバーアレーが配置される円盤状基板の回転手段と、
(d)前記カンチレバーアレーの位置決め装置と、
(e)前記カンチレバーアレーに対応する位置に配置され、カンチレバーの運動を計 測する光計測ヘッドとを備え、
(f)前記円盤状基板の回転に伴って順次カンチレバーの周波数変化や振幅変化を 計測することを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[2] 請求項 1記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記回転手段の回転によって、その遠心力によりカンチレバーに付着している余分な 付着物を排除することを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装 置。
[3] 請求項 1記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーに修飾物質を付与する修飾物質付与装置を具備することを特徴とす るディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[4] 請求項 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記修飾物質付与装置が回転するカンチレバーアレーに対して位置決めされ、円盤状 基板の回転に伴って順次カンチレバーの修飾を行うことを特徴とするディジー型カン チレバーホイールを有する計測装置。
[5] 請求項 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記修飾物質付与装置が修飾物質滴下装置であることを特徴とするディジー型カンチ レバーを有する計測装置。
[6] 請求項 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記修飾物質付与装置の修飾ヘッドがインクジェットプリンタであることを特徴とするデ イジ一型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[7] 請求項 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記修飾物質付与装置の修飾ヘッドが修飾されたカンチレバーであることを特徴とする ディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[8] 請求項 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記修飾物質付与装置の修飾ヘッドが、電子線により雰囲気中の物質を析出させる装 置であることを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[9] 請求項 1記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記円盤状基板を回転させ、前記円盤状基板及びカンチレバー上に滴下乃至噴霧し た物質を、回転に伴う遠心力でカンチレバー長手方向にコーティングすることを特徴 とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[10] 請求項 1記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記修飾物質供給装置は、前記円盤状基板上に配置される修飾物質供給部と、該修 飾物質供給部と前記カンチレバーアレーとを接続する案内溝とを具備することを特徴 とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[11] 請求項 10記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記修飾物質供給部を複数配置し、該複数の修飾物質供給部に同一ないしそれぞれ 異なった修飾物質を設定し、複数のカンチレバーに同一の修飾ないしそれぞれ異な る修飾の組み合わせを施すことを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有 する計測装置。
[12] 請求項 11記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にぉ 、て、前 記円盤状基板の回転による遠心力により、前記修飾物質をカンチレバーの先端へ送 ることを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[13] 請求項 11記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にぉ 、て、前 記案内溝における毛細管現象や電界ゥヱッティングによって特定のカンチレバーに 前記修飾物質を導くことを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測 装置。
[14] 請求項 4記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーアレーを上下方向に変位させる変位装置を備え、前記円盤状基板の 回転により前記カンチレバーの先端が修飾物質と接触するように修飾物質を配置し たテーブルを具備することを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計 測装置。
[15] 請求項 1記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーアレーを上下方向に変位させる変位装置を備え、前記カンチレバー の探針先端がセットされた試料の所定の位置に順次接触し、試料表面の物質を採取 することを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[16] 請求項 14又は 15記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお
V、て、前記変位装置がカム力もなる変位装置であることを特徴とするディジー型カン チレバーホイールを有する計測装置。
[17] 請求項 14又は 15記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお いて、前記変位装置が光加熱による変位装置であることを特徴とするディジー型カン チレバーホイールを有する計測装置。
[18] 請求項 14又は 15記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお
V、て、前記変位装置が電流加熱による変位装置であることを特徴とするディジー型 カンチレバーホイールを有する計測装置。
[19] 請求項 14又は 15記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にお
V、て、前記変位装置が静電力による変位装置であることを特徴とするディジー型カン チレバーホイールを有する計測装置。
[20] 請求項 15記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記採取される試料表面の物質の量は、原子一個、分子一個の単位力 数ピコグラム 程度の微量であることを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装 置。
[21] 請求項 20記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーの探針先端で採取された前記微量の物質を、タイムォブフライト法に よって質量分析を行うことを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計 測装置。
[22] 請求項 20記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーの探針先端で採取された前記微量の物質を、タイムォブフライト法に よって質量分析を行い、次に、前記探針への電界印加によって探針先端に残留する 試料片を除去するクリーニングを行 、、前記ディジー型カンチレバーホイールの回転 に伴いクリーニングされた探針が再度試料力も試料片の採取を行い、採取、タイムォ ブフライト計測、クリーニングを繰り返すことを特徴とするディジー型カンチレバーホイ ールを有する計測装置。
[23] 請求項 20から 22の何れ力 1項記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計 測装置において、固体試料をその面内でラスター走査し、前記カンチレバーの探針 先端が接触する箇所を順次掃引し、前記固体試料上の異なる位置の試料片ゃ原子 を順次採取することを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置
[24] 請求項 23記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記試料の異なる部位力 採取された試料のタイムォブフライト質量計測、元素同定を 行うことにより、試料表面の元素組成分布の、高分解能でのマッピングを行うことを特 徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[25] 請求項 1又は 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にぉ ヽ て、前記カンチレバーに測定試料を供給する測定試料供給装置を具備することを特 徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[26] 請求項 25記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記測定試料供給装置は、前記円盤状基板上に配置される測定試料供給部と、該測 定試料供給部と前記カンチレバーアレーとを接続する案内溝とを具備することを特徴 とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[27] 請求項 26記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記測定試料供給部を複数配置し、該複数の測定試料供給部に同一ないしそれぞれ 異なった測定試料を設定し、複数のカンチレバーに同一ないしそれぞれ異なる測定 試料の組み合わせを付着させることを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを 有する計測装置。
[28] 請求項 11記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にぉ 、て、前 記案内溝における毛細管現象や電界ゥヱッティングによって特定のカンチレバーに 前記測定試料を導くことを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測 装置。
[29] 請求項 1記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーアレーを上下方向に変位させる変位装置を備え、前記円盤状基板の 回転により前記カンチレバーの先端が測定試料と接触するように測定試料を配置し たテーブルを具備することを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計 測装置。
[30] 請求項 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーへの修飾物質を選択的に設定することにより、測定試料の検出を行 うことを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[31] 請求項 1記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記カンチレバーアレーを、固有周波数の帯域の異なる複数のカンチレバーの組に分 けて、帯域によって修飾物質を変えることによって周波数ごとに異なる測定試料を検 出することを特徴とするディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[32] 請求項 1又は 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にぉ ヽ て、前記カンチレバーが V字型カンチレバーであることを特徴とするディジー型カン チレバーホイールを有する計測装置。
[33] 請求項 1又は 3記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置にぉ ヽ て、前記カンチレバーがループ状カンチレバーであることを特徴とするディジー型力 ンチレバーホイールを有する計測装置。
[34] 請求項 33記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記ループ状カンチレバーに薄膜状の修飾物質を張ることを特徴とするディジー型力 ンチレバーホイールを有する計測装置。
[35] 請求項 34記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記薄膜状の修飾物質上に測定試料を捕捉することを特徴とするディジー型カンチレ バーホイールを有する計測装置。
[36] 請求項 10記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記修飾物質液の案内溝及びそれに接続されるカンチレバーを、前記円盤状基板の 回転力を考慮して、水平方向に曲線を描くように構成したことを特徴とするディジー 型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[37] 請求項 26記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置において、前 記測定試料液の案内溝及びそれに接続されるカンチレバーを、前記円盤状基板の 回転力を考慮して、水平方向に曲線を描くように構成したことを特徴とするディジー 型カンチレバーホイールを有する計測装置。
[38] 請求項 5から 14の何れか 1項記載のカンチレバーや探針に設置された修飾物質と
、請求項 16、 25、または 29記載のカンチレバーや探針に設置された試料の間の、 反応の有無、結合の有無、結合の強度を、カンチレバーの機械特性の変化、カンチ レバー表面の光学特性の変化として計測することを特徴とするディジー型カンチレバ 一ホイールを有する計測装置。
[39] 請求項 1記載のディジー型カンチレバーホイールを有する計測装置を用いて、固 体試料表面の原子レベルカゝらナノメートルオーダの加工を行うことを特徴とするディ ジー型カンチレバーホイールを有する計測装置。
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