WO2008107162A1 - Anordnung zum untersuchen oder/und manipulieren von proben - Google Patents

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WO2008107162A1
WO2008107162A1 PCT/EP2008/001717 EP2008001717W WO2008107162A1 WO 2008107162 A1 WO2008107162 A1 WO 2008107162A1 EP 2008001717 W EP2008001717 W EP 2008001717W WO 2008107162 A1 WO2008107162 A1 WO 2008107162A1
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sample carrier
lens
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Hermann Gumpp
Hermann Gaub
Elias Puchner
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    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
    • G01Q30/025—Optical microscopes coupled with SPM
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/08—Means for establishing or regulating a desired environmental condition within a sample chamber
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/32—Micromanipulators structurally combined with microscopes

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for examining and / or manipulating a sample arranged on a sample carrier, comprising a first device for examining and / or manipulating the sample with the aid of electromagnetic radiation, which is arranged on the side of the sample carrier facing away from the sample and with a lens is provided, wherein between the lens and the sample carrier, a liquid is provided, a second device for examining and / or manipulating the sample, which is arranged on the sample carrying the side of the sample carrier and has a much greater spatial resolution than the first device , and a frame to which the sample carrier is attached.
  • the term “manipulation” not only a physical change of the sample is understood, but also a non-contact action on the sample through which the sample in at least one of its properties
  • the term “examination” is understood to mean an effect on the sample which leaves the sample unchanged in its properties, but provides information about these properties.
  • optical microscopy SPM - scanning rough microscopy
  • CCD Charge Coupled Device
  • the spatial resolution is generally of the order of the wavelength of the light used.
  • scanning probe microscopy can be used to examine a sample with a considerably larger spatial resolution, in particular with atomic resolution, but only at comparatively low speed. Therefore, the combination of both techniques is advantageous.
  • a generic arrangement is known from EP 0 701 102 B1, in which the first device for examining and / or manipulating the sample with the aid of electromagnetic radiation is formed by a near-field optical scanning microscope, also called SNOM (SNOM - scanning near-field optical microscope ), while the second device, which has a much greater spatial resolution than the first device, is formed by an atomic force microscope (AFM).
  • the sample carrier on which the sample is arranged, is placed on a lens, which forms part of the imaging optics of the first device. This lens has the purpose to direct as much light as possible to the sample and to collect as much light as possible from the sample. The problem is, however, that the sample change the risk of scratching the lens.
  • the generic arrangements currently available on the market are equipped with an oil immersion microscope in which the space between the lens of the first device and the sample carrier is filled with an immersion oil in order to ensure a comparable numerical aperture.
  • an oil immersion microscope in which the space between the lens of the first device and the sample carrier is filled with an immersion oil in order to ensure a comparable numerical aperture.
  • the simultaneous examination or / and manipulation of the sample by means of the second device which has a substantially greater spatial resolution than the first device, is made more difficult. Yes, it may even happen that the vibrations emitted by the lens are so strong that it is necessary to examine or manipulate the sample at the same time becomes impossible by means of the second device.
  • This object is achieved by a generic arrangement in which the lens with the frame in a direction substantially orthogonal to the surface of the sample carrier direction is substantially immovably connected, and in which a mechanically decoupled from the lens focusing optics is provided with the aid of which the electromagnetic radiation can be focused on the sample, in other words that the sample can be sharply imaged by means of the electromagnetic radiation emanating from it, for example on an image acquisition sensor system.
  • the first device may be an optical microscope.
  • the electromagnetic radiation carrying the information about the sample originating from the sample may be electromagnetic radiation reflected by the sample or fluorescence radiation of the sample excited by incident electromagnetic radiation.
  • the optical microscope may be provided, for example, in an inverted arrangement, i.
  • the lens is usually located below the sample carrier. Since such microscopes, in particular if they are designed for electronic data acquisition, have a corresponding spatially resolving sensor system, for example a CCD chip, the electromagnetic radiation can originate from the infrared and / or the visible and / or the ultraviolet spectral range.
  • the second device can be, for example, an atomic force microscope AFM, a scanning tunneling microscope STM (STM), a near-field optical microscope SNOM or another scanning probe microscope SPM.
  • AFM atomic force microscope
  • STM scanning tunneling microscope
  • SNOM near-field optical microscope
  • SPM scanning probe microscope
  • the focusing optics comprise an autofocusing device, which comprises, for example, a unit for determining the position of a totally reflected beam of the electromagnetic radiation or a further electromagnetic radiation used exclusively for the purpose of focusing, and an actuating unit for influencing the position of a Correction lens or correction optics.
  • the unit for determining the position of a totally reflected beam may comprise a quadrant photodiode or a CCD chip.
  • the totally reflected beam can be formed by a laser beam, as used for example in fluorescence microscopy to excite the sample.
  • the further electromagnetic radiation to be emitted by an additionally provided laser, preferably an infrared laser.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the structure of an inventive arrangement for examining or / and manipulating a sample
  • FIG. 2 is an enlarged view of the detail A of FIG. 1.
  • an inventive arrangement is generally designated 10. It comprises a frame 12 to which a sample carrier 14 for a sample 16 is attached in a manner to be explained in more detail below.
  • the arrangement according to the invention furthermore comprises a first device 18 for examining or manipulating the sample 16 with the aid of electromagnetic radiation which is located on a side 14a (see FIG. 2) of the sample carrier 14 facing away from the sample 16 and thus in the illustrated FIG Embodiment is arranged below the sample carrier 14.
  • the first device is formed by a fluorescence microscope, whose structure will be discussed in more detail below.
  • the sample 16-bearing side 14b see Fig. 2 of the sample carrier 14, i.
  • a second device 20 for examining and / or manipulating the sample provided, which has a much greater spatial resolution than the first device 18.
  • the second device 20 from an atomic force microscope AFM formed, the structure will be explained in more detail below.
  • an objective 22 of the first device 18 according to the invention is substantially immobile in this height direction Z, preferably rigidly connected to the frame 12, while a focusing optics 24 of the first device 18 at one of the Frame 12 mechanically decoupled location is provided.
  • vibrations emanating from the focusing of the first device 18 can not propagate to the objective 22 and from there via the immersion oil 26 to the sample carrier 14 and to the sample 16. This allows the simultaneous examination of the sample 16 by means of the first device 18 and the second device 20.
  • the sample carrier 14 is formed by a cover glass, as it is commonly used in microscopy.
  • This cover glass 14 is attached to a petri dish 28 which has a hole at the corresponding location.
  • the Petri dish 28 is in turn inserted into a sample holder 30, which is held on the frame 12 via magnets 32.
  • the first device 18 embodied as a fluorescence microscope comprises a laser 36 whose laser beam 38 shown in dashed lines in FIG. 1 is directed via a half mirror 40 and the objective 22 to the sample 16.
  • the laser beam 38 is totally reflected on the sample carrier 14, wherein a part of the evanescent field of the laser beam 38 couples into the sample 16 and excites it to fluoresce.
  • the totally reflected laser beam 38 ' returns via the half mirror 40 to a quadrant photodiode 42, which is used to determine the position of the reflected laser beam 38'.
  • a computer 44 determines the degree of focus and outputs to an indicated by the double arrow S actuator of the focusing optics 24, a control signal, as a result, the focusing optics 24 in the optimum for Focusing required dimensions in height direction Z is adjusted.
  • the fluorescence light 46 emanating from the sample 16, which is shown dotted in FIG. 1, is guided by the objective 22 to an image detection sensor system 48. It passes through the half mirror 40, a broadband filter 50, a heat protection filter 52 and the focusing optics 24.
  • the broadband filter 50 and the heat protection filter 52 can also be provided as a unit if desired, For example, in the form of a filter that allows only the fluorescent light 46 to pass.
  • the focusing optics 24 is penetrated only by the outgoing of the sample 16 fluorescent light 46, but not by the laser beam 38 or the totally reflected laser beam 38 '. Therefore, the fluorescent light 46 enabling the examination of the sample 16 can be focused on the sample 16 by the focusing optics 24 in the sense that the sample 16 is sharply imaged on the image sensing sensor system 48.
  • the second device 20 designed as an atomic force microscope AFM comprises a lever arm 56, also known in technical jargon as "cantilever", which is fastened to the tip of a truncated cone 58 made of Plexiglas 58.
  • a liquid can be present between the truncated cone 58 and the sample carrier 14 59, for example a nutrient fluid, so that living samples 16, for example living cells, can also be examined
  • the distance of the cantilever 56 from the surface of the sample 16 is controlled by means of an XY piezo unit 60 and a Z piezo unit 62 that the force is kept constant between the cantilever 56 and the surface of the sample 16.
  • the position of the canitlever 56 is thereby detected by means of a laser beam 66 emitted by a laser 64, which reflects from the cantilever 56 and from another quadrant photodiode 68 with regard to its position on the same.
  • both the first device 18 and the second device 20 also have coarse positioning devices (not shown) in addition to the described fine positioning devices. However, these are not important in connection with the present invention, since the coarse positioning is completed before the beginning of the actual measurement and therefore no vibrations emanate from the coarse positioning devices during the measurement.
  • the first device 18 may not only comprise a single lens 22, but may also have a plurality of such lenses which for example, can be arranged in a nosepiece. During the ongoing measurement, however, this objective turret is not moved, so that the objective is connected to the frame essentially immovably, preferably in a generally rigid manner, at least in the vertical direction Z.

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Abstract

Eine Anordnung (10) zum Untersuchen oder/und Manipulieren einer auf einem Probenträger (14) angeordneten Probe (16), umfasst eine erste Vorrichtung (18) zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe (16) mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung, welche mit einem Objektiv (22) versehen ist, wobei zwischen dem Objektiv (22) und dem Probenträger (14) eine Flüssigkeit (26) vorgesehen ist, eine zweite Vorrichtung (20) zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe (16), welche eine wesentlich größere Ortsauflösung aufweist als die erste Vorrichtung (18), und einen Rahmen (12), an dem der Probenträger (14) befestigt ist. Erfindungsgemäß ist das Objektiv (22) mit dem Rahmen (12) in einer zur Oberfläche des Probenträgers (14) im Wesentlichen orthogonal verlaufenden Richtung (Z) im Wesentlichen unbeweglich verbunden, und ist eine von dem Objektiv (22) mechanisch entkoppelte Fokussierungsoptik (24) vorgesehen, mit deren Hilfe die Probe (16) mittels der von ihr ausgehenden elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise auf einer Bilderfassungssensorik (48), scharf abbildbar ist.

Description

Anordnung zum Untersuchen oder/und Manipulieren von Proben
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Untersuchen oder/und Manipulieren einer auf einem Probenträger angeordneten Probe, umfassend eine erste Vorrichtung zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung, welche auf der von der Probe abge- wandten Seite des Probenträgers angeordnet und mit einem Objektiv versehen ist, wobei zwischen dem Objektiv und dem Probenträger eine Flüssigkeit vorgesehen ist, eine zweite Vorrichtung zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe, welche auf der die Probe tragenden Seite des Probenträgers angeordnet ist und eine wesentlich größere Ortsauflösung aufweist als die erste Vorrichtung, und einen Rahmen, an dem der Probenträger befestigt ist.
Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Manipulieren" nicht nur eine körperliche Veränderung der Probe verstanden wird, sondern auch eine berührungslose Einwirkung auf die Probe, durch welche die Probe in wenigstens einer ihrer Eigenschaften verändert wird. Unter dem Begriff „Untersuchen" wird hingegen eine Einwirkung auf die Probe verstanden, welche die Probe in ihren Eigenschaften unverändert lässt, jedoch Informationen über diese Eigenschaften liefert.
Die Kombination der optischen Mikroskopie und der Rastersondenmikroskopie SPM (SPM - scanning grobe rnicroscopy) zur Untersuchung und Manipulation von Proben auf kleiner Längenskala bringt zahlreiche Vorteile mit sich, da sich die Stärken beider Methoden ergänzen. In der optischen Mikroskopie ist es dank moderner CCD-Technik (CCD - Charge coupled device) möglich, Prozesse mit hoher Geschwindigkeit aufzunehmen, auch wenn nur wenige Photonen von der Probe ausgehen. Die Ortsauflösung liegt dabei im Allgemeinen in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten Lichts. Hingegen kann mit der Rastersondenmikroskopie eine Probe mit erheblich größerer Ortsauflösung, insbesondere mit atomarer Auflösung, untersucht werden, jedoch nur mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit. Daher ist die Kombination beider Techniken vorteilhaft.
Aus der EP 0 701 102 B1 ist eine gattungsgemäße Anordnung bekannt, bei der die erste Vorrichtung zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung von einem optischen Nahfeld- Rastermikroskop gebildet, auch SNOM genannt (SNOM - scanning near- field optical microscope), während die zweite Vorrichtung, welche eine wesentlich größere Ortsauflösung aufweist als die erste Vorrichtung, von einem Rasterkraftmikroskop AFM (AFM - atomic force microscope) gebildet ist. Bei der bekannten Anordnung ist der Probenträger, auf dem die Probe angeordnet ist, auf eine Linse aufgesetzt, welche einen Teil der Abbildungsoptik der ersten Vorrichtung bildet. Diese Linse hat den Zweck, möglichst viel Licht zur Probe zu leiten und möglichst viel Licht von der Probe wieder aufzufangen. Problematisch ist dabei jedoch, dass beim Probenwechsel die Gefahr eines Verkratzens der Linse besteht.
Daher sind die derzeit auf dem Markt erhältlichen gattungsgemäßen Anordnungen mit einem Ölimmersions-Mikroskop ausgestattet, bei welchem der Raum zwischen dem Objektiv der ersten Vorrichtung und dem Probenträger mit einem Immersionsöl gefüllt ist, um eine vergleichbare numerische Aper- tur sicherstellen zu können. In der Praxis hat sich aber gezeigt, dass auch geringste Bewegungen des Objektivs, wie sie beispielsweise zum Fokussieren auf die Probe erforderlich sind, zu Schwingungen führen, die sich über das Immersionsöl auf dem Probenträger und damit auf die Probe übertragen. Hierdurch wird das gleichzeitige Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe mittels der zweiten Vorrichtung, die eine wesentlich größere Ortsauflösung aufweist als die erste Vorrichtung, erschwert. Ja es kann sogar vorkommen, dass die vom Objektiv ausgehenden Schwingungen so stark sind, dass das gleichzeitige Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe mittels der zweiten Vorrichtung unmöglich wird.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei zum Stand der Technik ferner auf die WO 02/067037 A2, die WO 2006/048683 A1 und die EP 0 527 448 B1 hin- gewiesen.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei welcher die Probe mechanisch weitestgehend von Bewegungen zur Fokussierung der ersten Vorrichtung zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung entkoppelt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine gattungsgemäße Anordnung gelöst, bei welcher das Objektiv mit dem Rahmen in einer zur Ober- fläche des Probenträgers im Wesentlichen orthogonal verlaufenden Richtung im Wesentlichen unbeweglich verbunden ist, und bei welcher eine von dem Objektiv mechanisch entkoppelte Fokussierungsoptik vorgesehen ist, mit deren Hilfe die elektromagnetische Strahlung auf die Probe fokussierbar ist, mit anderen Worten, dass die Probe mittels der von ihr ausgehenden elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise auf einer Bilderfassungs- sensorik, scharf abbildbar ist.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung sind mit dem Rahmen, an dem der Probenträger befestigt ist, lediglich solche Teile der Optik der ersten Vorrichtung verbunden, welche relativ zu dem Rahmen nicht bewegt werden müssen. Sämtliche Teile der Optik der ersten Vorrichtung, welche relativ zu dem Rahmen bewegt werden müssen, insbesondere deren Fokussierungsoptik, sind hingegen vom Objektiv und damit auch vom Rahmen mechanisch entkoppelt angeordnet, so dass von ihnen ausgehende Schwingungen sich nicht auf den Rahmen übertragen können. Und dies selbst dann nicht, wenn zwischen dem Probenträger und dem Objektiv ein Immersionsöl vorgesehen ist. - A -
Wie dies an sich bekannt ist, kann die erste Vorrichtung ein optisches Mikroskop sein. In diesem Fall kann die von der Probe ausgehende, die Information über die Probe tragende elektromagnetische Strahlung eine von der Probe reflektierte elektromagnetische Strahlung oder eine durch eine ein- fallende elektromagnetische Strahlung angeregte Fluoreszenzstrahlung der Probe sein. Das optische Mikroskop kann beispielsweise in invertierter Anordnung vorgesehen sein, d.h. das Objektiv befindet sich üblicherweise unterhalb des Probenträgers. Da derartige Mikroskope, insbesondere dann, wenn sie zur elektronischen Datenerfassung ausgelegt sind, über eine ent- sprechende ortsauflösende Sensorik verfügen, beispielsweise einen CCD- Chip, kann die elektromagnetische Strahlung dem infraroten oder/und dem sichtbaren oder/und dem ultravioletten Spektralbereich entstammen.
Die zweite Vorrichtung kann beispielsweise ein Rasterkraftmikroskop AFM, ein Rastertunnelmikroskop STM (STM - scanning tunneling microscope), ein nahfeldoptisches Mikroskop SNOM oder ein anderes Rastersondenmikroskop SPM sein.
Schließlich wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Fokussierungsoptik eine Autofokussierungseinrichtung umfasst, welche beispielsweise eine Einheit zur Bestimmung der Position eines totalreflektierten Strahls der elektromagnetischen Strahlung oder einer ausschließlich zum Zwecke der Fokussierung eingesetzten weiteren elektromagnetischen Strahlung umfasst, sowie eine Stelleinheit zur Beeinflussung der Lage einer Korrekturlinse bzw. Korrekturoptik. Dabei kann die Einheit zur Bestimmung der Position eines total reflektierten Strahls eine Quadranten-Fotodiode oder einen CCD-Chip umfassen. Der total reflektierte Strahl kann von einem Laserstrahl gebildet sein, wie er beispielsweise in der Fluoreszenz-Mikroskopie zur Anregung der Probe verwendet wird. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die weitere elektromagnetische Strahlung von einem zusätzlich vorgesehenen Laser emittiert wird, vorzugsweise einem Infrarot- Laser. Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es stellt dar:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungs- gemäßen Anordnung zum Untersuchen oder/und Manipulieren einer Probe; und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Details A aus Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung allgemein mit 10 bezeichnet. Sie umfasst einen Rahmen 12, an dem ein Probenträger 14 für eine Probe 16 in einer nachfolgend noch näher zu erläuternden Weise befestigt ist. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ferner eine erste Vorrichtung 18 zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe 16 mit Hilfe elektromagneti- scher Strahlung, welche auf einer von der Probe 16 abgewandten Seite 14a (s. Fig. 2) des Probenträgers 14 und damit in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unterhalb des Probenträgers 14 angeordnet ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die erste Vorrichtung von einem Fluoreszenz-Mikroskop gebildet, auf dessen Aufbau weiter unten noch näher ein- gegangen werden wird. Schließlich ist auf der die Probe 16 tragenden Seite 14b (s. Fig. 2) des Probenträgers 14, d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel oberhalb des Probenträgers 14, eine zweite Vorrichtung 20 zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe vorgesehen, welche eine wesentlich größere Ortsauflösung aufweist als die erste Vorrichtung 18. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die zweite Vorrichtung 20 von einem Rasterkraftmikroskop AFM gebildet, dessen Aufbau nachfolgend noch näher erläutert werden wird.
Bezeichnet man in Fig. 1 die durch den Doppelfpfeil Z angedeutete Richtung als die Höhenrichtung der Anordnung 10, so ist ein Objektiv 22 der ersten Vorrichtung 18 erfindungsgemäß in dieser Höhenrichtung Z im Wesentlichen unbeweglich, vorzugsweise starr, mit dem Rahmen 12 verbunden, während eine Fokussierungsoptik 24 der ersten Vorrichtung 18 an einem von dem Rahmen 12 mechanisch entkoppelten Ort vorgesehen ist. Auf diese Weise können sich von der Fokussierung der ersten Vorrichtung 18 ausgehende Schwingungen nicht auf das Objektiv 22 und von dort über das Immersionsöl 26 weiter zum Probenträger 14 und zur Probe 16 hin ausbreiten. Dies er- möglicht die gleichzeitige Untersuchung der Probe 16 mittels der ersten Vorrichtung 18 und der zweiten Vorrichtung 20.
Wie in Fig. 2 besser erkennbar ist, ist der Probenträger 14 von einem Deckglas gebildet, wie es in der Mikroskopie üblicherweise verwendet wird. Die- ses Deckglas 14 ist an einer Petrischale 28 befestigt, welche an der entsprechenden Stelle ein Loch aufweist. Die Petrischale 28 ist ihrerseits in einen Probenhalter 30 eingesetzt, der an dem Rahmen 12 über Magnete 32 gehalten ist.
Die als Fluoreszenz-Mikroskop ausgebildete erste Vorrichtung 18 umfasst einen Laser 36, dessen in Fig. 1 gestrichelt dargestellter Laserstrahl 38 über einen Halbspiegel 40 und das Objektiv 22 zur Probe 16 gelenkt wird. Wie in Fig. 2 erkennbar, wird der Laserstrahl 38 am Probenträger 14 total reflektiert, wobei ein Teil des evaneszenten Feldes des Laserstrahls 38 in die Probe 16 einkoppelt und diese zur Fluoreszenz anregt. Der total reflektierte Laserstrahl 38' kehrt über den Halbspiegel 40 zu einer Quadranten-Fotodiode 42 zurück, welche zur Bestimmung der Position des reflektierten Laserstrahls 38' eingesetzt wird. Aus der ermittelten Position des total reflektierten Laserstrahls 38' auf der Quadranten-Fotodiode 42 bestimmt ein Rechner 44 den Fokussierungsgrad und gibt an eine durch den Doppelpfeils S angedeutete Stelleinheit der Fokussierungsoptik 24 ein Stellsignal aus, in Folge dessen die Fokussierungsoptik 24 in dem für eine optimale Fokussierung erforderlichen Maße in Höhenrichtung Z verstellt wird. Das von der Probe 16 ausgehende Fluoreszenzlicht 46, das in Fig. 1 gepunktet dargestellt ist, wird vom Objektiv 22 zu einer Bilderfassungssensorik 48 geleitet. Dabei durchsetzt es den Halbspiegel 40, ein Breitbandfilter 50, ein Wärmeschutzfilter 52 und die Fokussierungsoptik 24. Der Breitbandfilter 50 und der Wärmeschutzfilter 52 können gewünschtenfalls auch als Baueinheit bereitgestellt werden, beispielsweise in Form eines Filters, der nur das Fluoreszenzlicht 46 passieren lässt. Wie aus der vorstehenden Beschreibung und der Betrachtung von Fig. 1 hervorgeht, wird die Fokussierungsoptik 24 lediglich von dem von der Probe 16 ausgehenden Fluoreszenzlicht 46 durchsetzt, nicht aber vom Laserstrahl 38 oder vom total reflektierten Laserstrahl 38'. Daher ist das die Untersuchung der Probe 16 ermöglichende Fluoreszenzlicht 46 durch die Fokussierungsoptik 24 in dem Sinne auf die Probe 16 fokussierbar, dass die Probe 16 auf der Bilderfassungssensorik 48 scharf abgebildet wird.
Die als Rasterkraftmikroskop AFM ausgebildete zweite Vorrichtung 20 umfasst einen die Probe 16 abtastenden Hebelarm 56, in der Fachsprache auch „cantilever" genannt, der an der Spitze eines aus Plexiglas gefertigten Kegelstumpfs 58 befestigt ist. Zwischen dem Kegelstumpf 58 und dem Probenträger 14 kann eine Flüssigkeit 59 vorgesehen sein, beispielsweise eine Nährflüssigkeit, so dass auch lebende Proben 16, beispielsweise lebende Zellen, untersucht werden können. Der Abstand des Cantilevers 56 von der Oberfläche der Probe 16 wird mittels einer XY-Piezoeinheit 60 und einer Z-Piezoeinheit 62 derart geregelt, dass die Kraft zwischen dem Cantilever 56 und der Oberfläche der Probe 16 konstant gehalten wird. Die Posi- tion des Canitlevers 56 wird dabei mittels eines von einem Laser 64 emittierten Laserstrahls 66 detektiert, der vom Cantilever 56 reflektiert und von einer weiteren Quadranten-Fotodiode 68 hinsichtlich seiner Position auf derselben erfasst wird.
Festzuhalten ist, dass sowohl die erste Vorrichtung 18 als auch die zweite Vorrichtung 20 neben den beschriebenen Feinpositionierungseinrichtungen auch über (nicht dargestellte) Grobpositionierungseinrichtungen verfügen. Diese sind aber im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung, da die Grobpositonierung vor Beginn der eigentlichen Messung abgeschlossen ist und daher von den Grobpositionierungseinrichtungen während der Messung keine Schwingungen mehr ausgehen. Ebenso kann die erste Vorrichtung 18 nicht nur ein einziges Objektiv 22 umfassen, sondern kann auch über eine Mehrzahl derartiger Objektive verfügen, welche beispielsweise in einem Objektivrevolver angeordnet sein können. Während der laufenden Messung wird dieser Objektivrevolver aber nicht bewegt, so dass das Objektiv zumindest in Höhenrichtung Z im Wesentlichen unbeweglich, vorzugsweise insgesamt starr, mit dem Rahmen verbunden ist.
Nachzutragen ist noch, dass anstelle der Quadranten-Fotodioden 42 und 68 jeweils auch ein CCD-Chip verwendet werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Anordnung (10) zum Untersuchen oder/und Manipulieren einer auf einem Probenträger (14) angeordneten Probe (16), umfassend eine erste Vorrichtung (18) zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe (16) mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung, welche auf der von der Probe (16) abgewandten Seite (14a) des Probenträgers (14) angeordnet und mit einem Objektiv (22) versehen ist, wobei zwischen dem Objektiv (22) und dem Probenträger (14) eine Flüssigkeit (26) vorgesehen ist, eine zweite Vorrichtung (20) zum Untersuchen oder/und Manipulieren der Probe (16), welche auf der die Probe (16) tragenden Seite (14b) des Probenträgers (14) angeordnet ist und eine wesentlich größere Ortsauflösung aufweist als die erste Vorrichtung (18), und einen Rahmen (12), an dem der Probenträger (14) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (22) mit dem Rahmen (12) in einer zur Oberfläche des Probenträgers (14) im Wesentlichen orthogonal verlaufenden Richtung (Z) im Wesentlichen unbeweglich verbunden ist, und dass eine von dem Objektiv (22) mechanisch entkoppelte Fokussierungsoptik (24) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Probe (16) mittels der von ihr ausgehenden elektromagnetischen Strahlung scharf abbildbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (18) ein optisches Mikroskop ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mikroskop (18) in invertierter Anordnung vorgesehen ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung dem infraroten oder/und dem sichtbaren oder/und dem ultravioletten Spektralbereich entstammt.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (20) ein Rasterkraftmikroskop oder ein Rastertunnelmikroskop oder ein nahfeld- optisches Mikroskop ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungsoptik (24) ferner eine Autofokussierungseinrichtung umfasst.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Autofokussierungseinrichtung eine Einheit (42) zur Bestimmung der Position eines totalreflektierten Strahls (38') der elektromagnetischen Strahlung oder einer zum Zwecke der Fokussierung eingesetzten weiteren elektromagnetischen Strahlung umfasst, sowie eine Stelleinheit (S) zur Beeinflussung der
Lage einer Korrekturlinse.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Bestimmung der Posi- tion eines totalreflektierten Strahls eine Quadranten-Photodiode (42) oder einen CCD-Chip umfasst.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere elektromagnetische Strahlung von einem Laser emittiert wird, vorzugsweise einem Infrarot-Laser.
PCT/EP2008/001717 2007-03-06 2008-03-04 Anordnung zum untersuchen oder/und manipulieren von proben Ceased WO2008107162A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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