JPH0821845A - 試料測定用プローブ装置 - Google Patents
試料測定用プローブ装置Info
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- JPH0821845A JPH0821845A JP17620894A JP17620894A JPH0821845A JP H0821845 A JPH0821845 A JP H0821845A JP 17620894 A JP17620894 A JP 17620894A JP 17620894 A JP17620894 A JP 17620894A JP H0821845 A JPH0821845 A JP H0821845A
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Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体中に保持されている試料のノンコンタク
トモード測定を可能にする試料測定用プローブ装置を提
供する。 【構成】 試料保持台14に保持されたシャーレ５におい
て試料１を水溶液２に浸して保持し、探針３を自由端に
支持した弾性体４を、振動駆動体12で励振できるように
して内側支持体９に支持する。この際、探針３の長さ
は、探針３の先端が試料１の近傍に接近したときに弾性
体４が水溶液２の液面に触れないような長さに設定す
る。そして外側支持体10と内側支持体９の下端部及び試
料保持台14との間にベローズ６−１，６−２を介在さ
せ、シャーレ５と弾性体４間に気密空間18を形成し、該
気密空間18をバルブ７を介して水蒸気源に接続して試料
測定用プローブ装置を構成する。
トモード測定を可能にする試料測定用プローブ装置を提
供する。 【構成】 試料保持台14に保持されたシャーレ５におい
て試料１を水溶液２に浸して保持し、探針３を自由端に
支持した弾性体４を、振動駆動体12で励振できるように
して内側支持体９に支持する。この際、探針３の長さ
は、探針３の先端が試料１の近傍に接近したときに弾性
体４が水溶液２の液面に触れないような長さに設定す
る。そして外側支持体10と内側支持体９の下端部及び試
料保持台14との間にベローズ６−１，６−２を介在さ
せ、シャーレ５と弾性体４間に気密空間18を形成し、該
気密空間18をバルブ７を介して水蒸気源に接続して試料
測定用プローブ装置を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）及びそれに類する装置に用いられる試料測定用プ
ローブ装置に関し、特に粘性を有する液体中に保持され
た試料に対しても歪みを与えることなく忠実に高分解能
の測定ができるようにした試料測定用プローブ装置に関
する。
ＦＭ）及びそれに類する装置に用いられる試料測定用プ
ローブ装置に関し、特に粘性を有する液体中に保持され
た試料に対しても歪みを与えることなく忠実に高分解能
の測定ができるようにした試料測定用プローブ装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、試料と試料に接近する探針先端に
作用する原子間力によって、探針を保持する弾性体に生
じる変位を検出して、試料の表面凹凸情報等を得るよう
にした原子間力顕微鏡が知られている。かかる原子間力
顕微鏡における弾性体に生じる変位の検出法には、光干
渉法、光合焦検出法、光テコ法などがあるが、光テコ法
は構成が簡単で検出感度も良好であるので、一般によく
使われている。この光テコ法では、弾性体の最も変位が
大きい部分に光を投光し、その反射光をモニタすること
よって、微小変位の変化を検出できるようになってい
る。
作用する原子間力によって、探針を保持する弾性体に生
じる変位を検出して、試料の表面凹凸情報等を得るよう
にした原子間力顕微鏡が知られている。かかる原子間力
顕微鏡における弾性体に生じる変位の検出法には、光干
渉法、光合焦検出法、光テコ法などがあるが、光テコ法
は構成が簡単で検出感度も良好であるので、一般によく
使われている。この光テコ法では、弾性体の最も変位が
大きい部分に光を投光し、その反射光をモニタすること
よって、微小変位の変化を検出できるようになってい
る。
【０００３】また、最近は、細胞、細胞膜、ＤＮＡなど
のような液体中の生体試料に対する測定の要請があり、
例えば米国特許第4,９３５,6３４号（特開平２−２８４
０１５号）には、走査プローブを包む液体セルを設けた
原子間力顕微鏡が開示されている。この特許で開示され
ている原子間力顕微鏡における液体セル中に設けた弾性
体は、レーザ光源と光検出素子からなる光テコ検出系を
有し、試料は圧電体素子を用いた微動素子上において液
体中に配設されており、弾性体を微動素子により試料に
沿って相対的に走査し、その間に光検出素子から得られ
る弾性体の変位信号を画像化し、試料表面のトポグラフ
ィー像を高分解度で得ることができるようになってい
る。
のような液体中の生体試料に対する測定の要請があり、
例えば米国特許第4,９３５,6３４号（特開平２−２８４
０１５号）には、走査プローブを包む液体セルを設けた
原子間力顕微鏡が開示されている。この特許で開示され
ている原子間力顕微鏡における液体セル中に設けた弾性
体は、レーザ光源と光検出素子からなる光テコ検出系を
有し、試料は圧電体素子を用いた微動素子上において液
体中に配設されており、弾性体を微動素子により試料に
沿って相対的に走査し、その間に光検出素子から得られ
る弾性体の変位信号を画像化し、試料表面のトポグラフ
ィー像を高分解度で得ることができるようになってい
る。
【０００４】しかしながら、測定試料が、細胞、細胞
膜、ＤＮＡのような液体中の生体試料の場合、探針を保
持する弾性体を構成するカンチレバーのバネ定数ｋ
（ｃ）が、弾性体でもある細胞膜のバネ定数ｋ（ｂ）よ
り大きいと、すなわちｋ（ｃ）＞ｋ（ｂ）の場合には、
探針を試料に近づけると、相互の接触を開始して両方の
バネ力が原子間力Ｆでバランスする。すなわち、Ｆ＝ｋ
（ｃ）×ｄ（ｃ）＝ｋ（ｂ）×ｄ（ｂ）が成立する。こ
こで、ｄ（ｃ）はカンチレバーの変位、ｄ（ｂ）は細胞
膜の変位である。このとき、細胞膜の変位ｄ（ｂ）がカ
ンチレバーの変位ｄ（ｃ）より例えば10倍以上大きいと
〔ｄ（ｂ）／ｄ（ｃ）＞10〕、カンチレバーが所定の検
出変位に達する前に、細胞に歪みを与えてしまう。
膜、ＤＮＡのような液体中の生体試料の場合、探針を保
持する弾性体を構成するカンチレバーのバネ定数ｋ
（ｃ）が、弾性体でもある細胞膜のバネ定数ｋ（ｂ）よ
り大きいと、すなわちｋ（ｃ）＞ｋ（ｂ）の場合には、
探針を試料に近づけると、相互の接触を開始して両方の
バネ力が原子間力Ｆでバランスする。すなわち、Ｆ＝ｋ
（ｃ）×ｄ（ｃ）＝ｋ（ｂ）×ｄ（ｂ）が成立する。こ
こで、ｄ（ｃ）はカンチレバーの変位、ｄ（ｂ）は細胞
膜の変位である。このとき、細胞膜の変位ｄ（ｂ）がカ
ンチレバーの変位ｄ（ｃ）より例えば10倍以上大きいと
〔ｄ（ｂ）／ｄ（ｃ）＞10〕、カンチレバーが所定の検
出変位に達する前に、細胞に歪みを与えてしまう。
【０００５】この問題を回避するために、最近は、従来
のカンチレバーが試料と接触するコンタクトモード（斥
力）測定ではなく、例えば特開昭６３−３０９８０２号
に開示されているノンコンタクトモード（引力：ファン
デルワールス力）測定法を用いるようになって来てい
る。このノンコンタクトモード測定法は、カンチレバー
を共振周波数で振動させ、探針先端が試料表面に対して
１〜10nm程度近づくと、試料表面からのファンデルワー
ルス力によって探針先端が拘束されて、カンチレバーの
共振周波数が低下する振動学の原理を利用して、生体な
どの試料に歪みを与える以前に表面形状を測定する方法
である。この方法では、カンチレバーの共振周波数のフ
ァンデルワールス力による変化が大になるように、振動
系の減衰の程度を示す量としてのＱの値〔quality fact
or :Ｑ＝１／（２ζ），ζ：減衰比〕の高いカンチレバ
ー（一般に共振周波数が50ｋHz以上で、バネ定数が１Ｎ
／ｍ以上のもの）を用いる。この場合、この共振周波数
の変化の検出には、カンチレバーの振動振幅の最も大き
い部分を利用した光検出法が有効であるが、容量変化検
出法や弾性体に内蔵されたピエゾ抵抗の抵抗値変化を用
いることもできる。
のカンチレバーが試料と接触するコンタクトモード（斥
力）測定ではなく、例えば特開昭６３−３０９８０２号
に開示されているノンコンタクトモード（引力：ファン
デルワールス力）測定法を用いるようになって来てい
る。このノンコンタクトモード測定法は、カンチレバー
を共振周波数で振動させ、探針先端が試料表面に対して
１〜10nm程度近づくと、試料表面からのファンデルワー
ルス力によって探針先端が拘束されて、カンチレバーの
共振周波数が低下する振動学の原理を利用して、生体な
どの試料に歪みを与える以前に表面形状を測定する方法
である。この方法では、カンチレバーの共振周波数のフ
ァンデルワールス力による変化が大になるように、振動
系の減衰の程度を示す量としてのＱの値〔quality fact
or :Ｑ＝１／（２ζ），ζ：減衰比〕の高いカンチレバ
ー（一般に共振周波数が50ｋHz以上で、バネ定数が１Ｎ
／ｍ以上のもの）を用いる。この場合、この共振周波数
の変化の検出には、カンチレバーの振動振幅の最も大き
い部分を利用した光検出法が有効であるが、容量変化検
出法や弾性体に内蔵されたピエゾ抵抗の抵抗値変化を用
いることもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、試料表
面が弾性を示す試料には、上記ノンコンタクトモード測
定が有効である。しかしながら、試料は上記のように液
体中に保持されている場合がある。特に生体試料は、細
胞が水分と共に生きたまま存在しており、周囲の水分が
蒸発すると、細胞内の水分も細胞膜を透過して脱水され
てしまうので、生体試料を生きたままでその表面等の構
造を原子間力顕微鏡で観察するためには、細胞等の生体
試料は水溶液又は他の有機溶媒に浸されている必要があ
る。
面が弾性を示す試料には、上記ノンコンタクトモード測
定が有効である。しかしながら、試料は上記のように液
体中に保持されている場合がある。特に生体試料は、細
胞が水分と共に生きたまま存在しており、周囲の水分が
蒸発すると、細胞内の水分も細胞膜を透過して脱水され
てしまうので、生体試料を生きたままでその表面等の構
造を原子間力顕微鏡で観察するためには、細胞等の生体
試料は水溶液又は他の有機溶媒に浸されている必要があ
る。
【０００７】このような生体試料などを液体中でノンコ
ンタクトモード測定をする場合、次のような問題点が生
ずる。すなわち、上記のように共振周波数の大きい（50
ｋHz）ノンコンタクトモード用のカンチレバーとして市
販されているものには、NANOPROBE 社のカンチレバーが
あるが、このカンチレバーは、シリコン母材からエッチ
ング処理によりカンチレバー部、カンチレバー支持部及
び探針部を切り出して形成しており、カンチレバーの長
さは100 〜 300μｍ，厚さは５μｍ，探針長は10〜15μ
ｍの微小構造体である。したがって、液体中の試料に探
針先端が近づけば、カンチレバー全体及び支持部も液体
に浸されてしまうという問題点がある。
ンタクトモード測定をする場合、次のような問題点が生
ずる。すなわち、上記のように共振周波数の大きい（50
ｋHz）ノンコンタクトモード用のカンチレバーとして市
販されているものには、NANOPROBE 社のカンチレバーが
あるが、このカンチレバーは、シリコン母材からエッチ
ング処理によりカンチレバー部、カンチレバー支持部及
び探針部を切り出して形成しており、カンチレバーの長
さは100 〜 300μｍ，厚さは５μｍ，探針長は10〜15μ
ｍの微小構造体である。したがって、液体中の試料に探
針先端が近づけば、カンチレバー全体及び支持部も液体
に浸されてしまうという問題点がある。
【０００８】一方、カンチレバーすなわち弾性体は、上
記のノンコンタクトモードでは、自由端が、振動におけ
る位置エネルギーを蓄える復元性を有する慣性運動を行
える。このカンチレバーに対して、真空中又は粘性抵抗
の小さい大気中で共振周波数での共振運動を励起させる
と、粘性抵抗によるエネルギーの逸散がないので、振幅
の減衰がなく、正弦波での周期的な励振ができる。
記のノンコンタクトモードでは、自由端が、振動におけ
る位置エネルギーを蓄える復元性を有する慣性運動を行
える。このカンチレバーに対して、真空中又は粘性抵抗
の小さい大気中で共振周波数での共振運動を励起させる
と、粘性抵抗によるエネルギーの逸散がないので、振幅
の減衰がなく、正弦波での周期的な励振ができる。
【０００９】しかしながら、カンチレバーが液体や粘性
のある気体中で励振されると、振動方向に垂直な実効的
面積と振動速度に比例する粘性抵抗すなわち減衰力が作
用し、振幅は減衰する。したがって、粘性抵抗のある液
体中でカンチレバーを励振させると、カンチレバーの全
面に粘性抵抗が作用するが、固定端から自由端に行くに
したがって振幅が大となり角速度が大であってエネルギ
ーの逸散が激しいので、振幅の減少が大きくなり励振が
抑えられる。したがって、本来ノンコンタクトモード測
定で期待されている、試料表面からのファンデルワール
ス力は、粘性抵抗による力に埋もれて検出できなくなっ
てしまう。
のある気体中で励振されると、振動方向に垂直な実効的
面積と振動速度に比例する粘性抵抗すなわち減衰力が作
用し、振幅は減衰する。したがって、粘性抵抗のある液
体中でカンチレバーを励振させると、カンチレバーの全
面に粘性抵抗が作用するが、固定端から自由端に行くに
したがって振幅が大となり角速度が大であってエネルギ
ーの逸散が激しいので、振幅の減少が大きくなり励振が
抑えられる。したがって、本来ノンコンタクトモード測
定で期待されている、試料表面からのファンデルワール
ス力は、粘性抵抗による力に埋もれて検出できなくなっ
てしまう。
【００１０】本発明は、従来のノンコンタクトモード測
定のプローブ装置における上記問題点を解消するために
なされたもので、弾性体に保持された探針先端と試料の
間に作用する原子間力を弾性体の振動の変化量に変換
し、その変化量を例えば一定に制御することによって試
料と探針の間の距離を制御して試料のトポグラフィー像
を得るようにした原子間力顕微鏡などに用いられるプロ
ーブ装置において、液体中に設けられた試料に対しても
試料に歪みを与えることなくノンコンタクトモード測定
ができるようにした試料測定用プローブ装置を提供する
ことを目的とする。
定のプローブ装置における上記問題点を解消するために
なされたもので、弾性体に保持された探針先端と試料の
間に作用する原子間力を弾性体の振動の変化量に変換
し、その変化量を例えば一定に制御することによって試
料と探針の間の距離を制御して試料のトポグラフィー像
を得るようにした原子間力顕微鏡などに用いられるプロ
ーブ装置において、液体中に設けられた試料に対しても
試料に歪みを与えることなくノンコンタクトモード測定
ができるようにした試料測定用プローブ装置を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、液体中に試料を保持する手段
と、探針を自由端にほぼ直交して保持した弾性体と、該
弾性体に所定の周波数の微振動を与える駆動源と、前記
探針の先端が試料の近傍に接近したときの前記探針の微
振動の周波数の変化を検出する検出装置とを有する試料
測定用プローブ装置において、前記弾性体に保持した探
針の長さを、該探針の先端が試料の近傍に接近したとき
に前記弾性体が前記液体表面に触れないように設定する
ものである。
決するため、本発明は、液体中に試料を保持する手段
と、探針を自由端にほぼ直交して保持した弾性体と、該
弾性体に所定の周波数の微振動を与える駆動源と、前記
探針の先端が試料の近傍に接近したときの前記探針の微
振動の周波数の変化を検出する検出装置とを有する試料
測定用プローブ装置において、前記弾性体に保持した探
針の長さを、該探針の先端が試料の近傍に接近したとき
に前記弾性体が前記液体表面に触れないように設定する
ものである。
【００１２】このように構成することにより、探針を試
料測定のため、その表面近傍に接近させても、探針を保
持している弾性体は液体表面に触れることはなく、した
がって弾性体は液体の粘性抵抗を受けずに、駆動源によ
りその共振周波数で励振され、弾性体の自由端にほぼ直
交して設けられている探針は、液体中の試料に接近し、
試料表面からの原子間力を受けて、共振周波数が変化す
る。これにより、液体中に維持された試料のノンコンタ
クトモード測定が可能となる。
料測定のため、その表面近傍に接近させても、探針を保
持している弾性体は液体表面に触れることはなく、した
がって弾性体は液体の粘性抵抗を受けずに、駆動源によ
りその共振周波数で励振され、弾性体の自由端にほぼ直
交して設けられている探針は、液体中の試料に接近し、
試料表面からの原子間力を受けて、共振周波数が変化す
る。これにより、液体中に維持された試料のノンコンタ
クトモード測定が可能となる。
【００１３】
【実施例】次に、実施例について説明する。図１は本発
明に係る試料測定用プローブ装置の第１の実施例を示す
概略構成図である。図において、１は試料で、該試料１
はシャーレ５において水溶液２に浸されて保持されてお
り、試料１の表面をノンコンタクトモード測定する探針
３は、振動駆動体12によりその共振周波数で励振される
弾性体４の自由端（弾性体がダイアフラム又は両持ちバ
ネであれば、中心又は中央）に、探針３の先端が試料表
面ＳS に対向するように支持されている。そして弾性体
４及び振動駆動体12は、内側支持体９に保持されてい
る。一方、シャーレ５は、試料台14にベローズ６−１を
介して保持されており、試料台14は図示されなきスキャ
ナに接続され、試料１を水平方向（ｘ，ｙ方向）に走査
できるようになっている。なお、ベローズ６−１の他端
は外側支持体10に取り付けられている。
明に係る試料測定用プローブ装置の第１の実施例を示す
概略構成図である。図において、１は試料で、該試料１
はシャーレ５において水溶液２に浸されて保持されてお
り、試料１の表面をノンコンタクトモード測定する探針
３は、振動駆動体12によりその共振周波数で励振される
弾性体４の自由端（弾性体がダイアフラム又は両持ちバ
ネであれば、中心又は中央）に、探針３の先端が試料表
面ＳS に対向するように支持されている。そして弾性体
４及び振動駆動体12は、内側支持体９に保持されてい
る。一方、シャーレ５は、試料台14にベローズ６−１を
介して保持されており、試料台14は図示されなきスキャ
ナに接続され、試料１を水平方向（ｘ，ｙ方向）に走査
できるようになっている。なお、ベローズ６−１の他端
は外側支持体10に取り付けられている。
【００１４】また、探針３の変位（共振周波数の変化）
を検出するため、弾性体４の上方にレーザ光源13及び光
検出器11を配置し、弾性体４の反射面４ａにレーザ光を
投光して反射させ、その反射ビームを光検出器11で受け
て弾性体４の変位（実線位置から点線位置への変位）を
検出するようになっている。レーザ光源13及び光検出器
11からなる変位検出系は、弾性体４及び振動駆動体12を
保持する内側支持体９及び外側支持体10と一体的に構成
されており、外側支持体10と内側支持体９の端部はベロ
ーズ６−２を介して着脱自在に固定され、内側支持体９
を外すことにより、試料１又は探針３の交換が可能とな
るように構成されている。
を検出するため、弾性体４の上方にレーザ光源13及び光
検出器11を配置し、弾性体４の反射面４ａにレーザ光を
投光して反射させ、その反射ビームを光検出器11で受け
て弾性体４の変位（実線位置から点線位置への変位）を
検出するようになっている。レーザ光源13及び光検出器
11からなる変位検出系は、弾性体４及び振動駆動体12を
保持する内側支持体９及び外側支持体10と一体的に構成
されており、外側支持体10と内側支持体９の端部はベロ
ーズ６−２を介して着脱自在に固定され、内側支持体９
を外すことにより、試料１又は探針３の交換が可能とな
るように構成されている。
【００１５】また、探針３と水溶液２に浸された試料１
は、ベローズ６−１，６−２及び支持体９，10により、
ほぼ気密化された空間18内に配置されており、この空間
18は外側支持体10に設けたバルブ７を介して、水蒸気源
や他の気体、例えばＣＯ2 ，Ｏ2 源に接続され、空間18
内の気体圧力が制御され、水溶液表面ＳW と試料表面Ｓ
S の距離が出来るだけ小さい所定値（0.2mm 以下）にな
るように制御している。また探針３の長さは、少なくと
も探針３の先端が試料表面ＳS に接近したとき弾性体４
が水溶液表面ＳW に触れないような長さに設定されてい
る。なお、空間18は、弾性体４として両持ちバネを用い
ている場合には、内側支持体９にガラス板19を補うこと
によって、気密性を維持することができる。また、気密
空間18内の蒸気圧を制御するために、図示されていない
温度制御付ヒータで気密空間18内の温度を制御してもよ
い。
は、ベローズ６−１，６−２及び支持体９，10により、
ほぼ気密化された空間18内に配置されており、この空間
18は外側支持体10に設けたバルブ７を介して、水蒸気源
や他の気体、例えばＣＯ2 ，Ｏ2 源に接続され、空間18
内の気体圧力が制御され、水溶液表面ＳW と試料表面Ｓ
S の距離が出来るだけ小さい所定値（0.2mm 以下）にな
るように制御している。また探針３の長さは、少なくと
も探針３の先端が試料表面ＳS に接近したとき弾性体４
が水溶液表面ＳW に触れないような長さに設定されてい
る。なお、空間18は、弾性体４として両持ちバネを用い
ている場合には、内側支持体９にガラス板19を補うこと
によって、気密性を維持することができる。また、気密
空間18内の蒸気圧を制御するために、図示されていない
温度制御付ヒータで気密空間18内の温度を制御してもよ
い。
【００１６】また、試料１が細胞のような場合、光学観
察が有効であり、そのためにシャーレ５の下方に対物レ
ンズ16を、弾性体４の上方にファイバー等を用いた照明
手段17を設けることができる。この光学系は、また必要
に応じ試料表面ＳS と水溶液表面ＳW の位置をモニター
することができる。また、試料１と探針３の相対的走査
のために、上記試料側のスキャナの代わりに、内側支持
体９を圧電体を備えた円筒アクチュエータ等に直接構成
して、探針３を走査するようにしてもよい。
察が有効であり、そのためにシャーレ５の下方に対物レ
ンズ16を、弾性体４の上方にファイバー等を用いた照明
手段17を設けることができる。この光学系は、また必要
に応じ試料表面ＳS と水溶液表面ＳW の位置をモニター
することができる。また、試料１と探針３の相対的走査
のために、上記試料側のスキャナの代わりに、内側支持
体９を圧電体を備えた円筒アクチュエータ等に直接構成
して、探針３を走査するようにしてもよい。
【００１７】図２は、第２実施例を示す概略構成図で、
第１実施例と同一又は対応する部材には同一符号を付し
て示している。この実施例においては、自由端に探針３
を保持した振動駆動体12で励振される弾性体４は、内側
支持体９に支持されており、該内側支持体９は外側支持
体20の内部において上下摺動可能に支持されている。な
お気密を保ために、摺動部にシリコンオイルを充填して
おくとよい。22はガラス板で、該ガラス板22の表面と外
側支持体20下端部との間には、プラスチック又はゴム製
のカバー21が配置されていて、探針３の周りに密閉空間
18を形成すると共に、ガラス板22とカバー21の基部21ａ
に囲まれた部分には、水溶液２が注入され、該水溶液中
には試料１が保持されている。また水溶液２には、カバ
ー21の中間部に設けたバルブ７を介して、第１実施例と
同様に、図示しない液面制御装置が接続されている。
第１実施例と同一又は対応する部材には同一符号を付し
て示している。この実施例においては、自由端に探針３
を保持した振動駆動体12で励振される弾性体４は、内側
支持体９に支持されており、該内側支持体９は外側支持
体20の内部において上下摺動可能に支持されている。な
お気密を保ために、摺動部にシリコンオイルを充填して
おくとよい。22はガラス板で、該ガラス板22の表面と外
側支持体20下端部との間には、プラスチック又はゴム製
のカバー21が配置されていて、探針３の周りに密閉空間
18を形成すると共に、ガラス板22とカバー21の基部21ａ
に囲まれた部分には、水溶液２が注入され、該水溶液中
には試料１が保持されている。また水溶液２には、カバ
ー21の中間部に設けたバルブ７を介して、第１実施例と
同様に、図示しない液面制御装置が接続されている。
【００１８】弾性体４の端部には、探針３の突出方向に
探針３の長さとほぼ等しい長さの電極23と該電極23より
短い電極24が設けられている。そして探針３が降下した
とき、探針３が試料表面に接近する前に、両電極23，24
が水溶液２の液面に接触した場合、液面制御装置を駆動
し、水溶液２の液面を制御するようになっている。ま
た、この実施例における弾性体４の変位検出は、ファイ
バー干渉計のファイバー25を内側支持体９の内部に設
け、該ファイバー25の端面25ａと弾性体４に設けた中央
反射面４ａとの干渉を検出することによって、行うよう
に構成されている。
探針３の長さとほぼ等しい長さの電極23と該電極23より
短い電極24が設けられている。そして探針３が降下した
とき、探針３が試料表面に接近する前に、両電極23，24
が水溶液２の液面に接触した場合、液面制御装置を駆動
し、水溶液２の液面を制御するようになっている。ま
た、この実施例における弾性体４の変位検出は、ファイ
バー干渉計のファイバー25を内側支持体９の内部に設
け、該ファイバー25の端面25ａと弾性体４に設けた中央
反射面４ａとの干渉を検出することによって、行うよう
に構成されている。
【００１９】このように構成された第２実施例におい
て、探針３を保持した弾性体４を振動駆動体12で励振し
ながら内側支持体９を降下させて、探針３を水溶液中の
試料表面に接近させる。その際、探針３が試料表面を検
出する前に、短い電極24が水溶液２の液面に接触して液
面を検出すると、バルブ７を介して接続されている液面
制御装置が作動し、液面を下げる。したがって、弾性体
４が水溶液２の液面に触れることなく、探針３が試料を
走査し、測定することができる。
て、探針３を保持した弾性体４を振動駆動体12で励振し
ながら内側支持体９を降下させて、探針３を水溶液中の
試料表面に接近させる。その際、探針３が試料表面を検
出する前に、短い電極24が水溶液２の液面に接触して液
面を検出すると、バルブ７を介して接続されている液面
制御装置が作動し、液面を下げる。したがって、弾性体
４が水溶液２の液面に触れることなく、探針３が試料を
走査し、測定することができる。
【００２０】次に、第３実施例を図３に基づいて説明す
る。この実施例は、上記第１及び第２実施例が気密化し
た空間18を設け、液体の蒸発、凝縮を制御しているのに
対し、水溶液２の表面に薄い油膜26を形成し、水溶液２
が表面から蒸発してしまうのを防ぐように構成してい
る。油膜26を形成するオイルとしては、光学顕微鏡分野
で市販されているミネラルオイルを用いる。ミネラルオ
イルの例としては、Saybolt Universal seconds 社製の
Heavy white oil、Molecular Biology Reagents社製の
Light white oilなどがある。
る。この実施例は、上記第１及び第２実施例が気密化し
た空間18を設け、液体の蒸発、凝縮を制御しているのに
対し、水溶液２の表面に薄い油膜26を形成し、水溶液２
が表面から蒸発してしまうのを防ぐように構成してい
る。油膜26を形成するオイルとしては、光学顕微鏡分野
で市販されているミネラルオイルを用いる。ミネラルオ
イルの例としては、Saybolt Universal seconds 社製の
Heavy white oil、Molecular Biology Reagents社製の
Light white oilなどがある。
【００２１】また、試料１の表面ＳS と水溶液２の表面
ＳW との距離を制御する手段としては、シャーレ５に設
けたバルブ７とゴム導管28を介して連結した細管29を用
いている。細管29は、支持部30に連携する図示されない
上下駆動装置により矢印31で示すように、上下動可能に
構成されている。また、シャーレ５内には、油膜26の厚
さを制御する油膜隔離装置27が、油膜面積を拡張又は縮
小するように、矢印32で示す如く移動できるように設け
られている。この実施例では、気密空間18が設けられて
いないので、弾性体としてシリコン又はステンレス製の
カンチレバー４′を用い、これに長い探針３を設けたも
のが、支障なく使用できる。
ＳW との距離を制御する手段としては、シャーレ５に設
けたバルブ７とゴム導管28を介して連結した細管29を用
いている。細管29は、支持部30に連携する図示されない
上下駆動装置により矢印31で示すように、上下動可能に
構成されている。また、シャーレ５内には、油膜26の厚
さを制御する油膜隔離装置27が、油膜面積を拡張又は縮
小するように、矢印32で示す如く移動できるように設け
られている。この実施例では、気密空間18が設けられて
いないので、弾性体としてシリコン又はステンレス製の
カンチレバー４′を用い、これに長い探針３を設けたも
のが、支障なく使用できる。
【００２２】次に、この実施例における水溶液２の液面
の制御について説明する。試料１を浸している水溶液の
液面ＳW 上にミネラルオイルを滴下する前に、油膜隔離
装置27を移動させて、測定する部分の液面の表面積を小
面積にする。小面積とした液面領域にミネラルオイルを
滴下したとき、油膜26ａの厚さが厚すぎている場合、油
膜隔離装置27を移動させ液面領域を拡大し、できるだけ
油膜を薄くする。次に、細管29を降下させ、水溶液２の
液面ＳW を試料１の表面ＳS に十分近づけ、探針３の先
端が試料１の表面に接近したときに、カンチレバー（弾
性体）４′が水溶液２の表面を覆っている油膜26に触れ
ないように制御する。これにより、カンチレバー４′が
液面ＳW 上の油膜26に触れることなく、探針３が試料を
走査し、測定することができる。
の制御について説明する。試料１を浸している水溶液の
液面ＳW 上にミネラルオイルを滴下する前に、油膜隔離
装置27を移動させて、測定する部分の液面の表面積を小
面積にする。小面積とした液面領域にミネラルオイルを
滴下したとき、油膜26ａの厚さが厚すぎている場合、油
膜隔離装置27を移動させ液面領域を拡大し、できるだけ
油膜を薄くする。次に、細管29を降下させ、水溶液２の
液面ＳW を試料１の表面ＳS に十分近づけ、探針３の先
端が試料１の表面に接近したときに、カンチレバー（弾
性体）４′が水溶液２の表面を覆っている油膜26に触れ
ないように制御する。これにより、カンチレバー４′が
液面ＳW 上の油膜26に触れることなく、探針３が試料を
走査し、測定することができる。
【００２３】次に、本発明において用いられる探針、及
び探針と弾性体とを含むプローブユニットの構成例を、
図４に基づいて説明する。図４の（Ａ），（Ｂ）は、探
針保持ブロック42に弾性体４の両端を固定し、弾性体４
の自由端に探針３を配置して構成したプローブユニット
41を示している。探針保持ブロック42は、シリコン基板
を異方性エッチング又はＲＩＥ（リアクティブイオンエ
ッチング）によって加工して形成することができ、また
セラミック型部品、金属部品で構成することもできる。
弾性体４は、シリコンレバー又はステンレス等の金属板
で構成される。探針３は、0.5 〜５mm程度の長さが好ま
しく、従来のカンチレバー付探針では、長さが15μｍ以
下であるので、本発明にはそのまま使用することはでき
ない。したがって、図４の（Ａ），（Ｂ）に示した探針
３は、ガラスファイバーや金属細線45に、従来のカンチ
レバーに用いられている５〜15μｍの探針46を接着して
構成したものであり、その他の構成の探針としては、図
４の（Ｃ）に示すように、ガラスファイバーや金属細線
45の先端をエッチングして先鋭化したものや、図４の
（Ｄ）に示すように、ガラスファイバーや金属細線45の
一端に、ウィスカー針状結晶〔酸化亜鉛ウィスカー（長
さ：２〜200 μｍ），炭化珪素ウィスカー（長さ：５〜
200 μｍ），窒化珪素ウィスカー（長さ：５〜200 μ
ｍ）〕47を接着して構成したものなどが使用できる。
び探針と弾性体とを含むプローブユニットの構成例を、
図４に基づいて説明する。図４の（Ａ），（Ｂ）は、探
針保持ブロック42に弾性体４の両端を固定し、弾性体４
の自由端に探針３を配置して構成したプローブユニット
41を示している。探針保持ブロック42は、シリコン基板
を異方性エッチング又はＲＩＥ（リアクティブイオンエ
ッチング）によって加工して形成することができ、また
セラミック型部品、金属部品で構成することもできる。
弾性体４は、シリコンレバー又はステンレス等の金属板
で構成される。探針３は、0.5 〜５mm程度の長さが好ま
しく、従来のカンチレバー付探針では、長さが15μｍ以
下であるので、本発明にはそのまま使用することはでき
ない。したがって、図４の（Ａ），（Ｂ）に示した探針
３は、ガラスファイバーや金属細線45に、従来のカンチ
レバーに用いられている５〜15μｍの探針46を接着して
構成したものであり、その他の構成の探針としては、図
４の（Ｃ）に示すように、ガラスファイバーや金属細線
45の先端をエッチングして先鋭化したものや、図４の
（Ｄ）に示すように、ガラスファイバーや金属細線45の
一端に、ウィスカー針状結晶〔酸化亜鉛ウィスカー（長
さ：２〜200 μｍ），炭化珪素ウィスカー（長さ：５〜
200 μｍ），窒化珪素ウィスカー（長さ：５〜200 μ
ｍ）〕47を接着して構成したものなどが使用できる。
【００２４】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、探針を液体中に保持されている試料に
接近させて測定を行う場合に弾性体は試料を保持してい
る液体表面に触れることはなく、したがって液体中に保
持した生きたままの細胞等の試料に対して、試料に与え
る歪みを少なくするノンコンタクトモード測定を、容易
に行うことができる。
本発明によれば、探針を液体中に保持されている試料に
接近させて測定を行う場合に弾性体は試料を保持してい
る液体表面に触れることはなく、したがって液体中に保
持した生きたままの細胞等の試料に対して、試料に与え
る歪みを少なくするノンコンタクトモード測定を、容易
に行うことができる。
【図１】本発明に係る試料測定用プローブ装置の第１実
施例を示す概略構成図である。
施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る試料測定用プローブ装置に用いる
プローブユニット及び探針の構成例を示す図である。
プローブユニット及び探針の構成例を示す図である。
１ 試料 ２ 水溶液 ３ 探針 ４ 弾性体 ５ シャーレ ６−１，６−２ ベローズ ７ バルブ ９ 内側支持体 10 外側支持体 11 光検出器 12 振動駆動体 13 レーザ光源 14 試料保持台 16 対物レンズ 17 照明手段 18 気密空間 19 ガラス板 20 外側支持体 21 カバー 22 ガラス板 23，24 電極 25 ファイバー 26 油膜 27 油膜隔離装置 28 ゴム導管 29 細管 30 支持部 41 プローブユニット 42 探針保持ブロック 45 ガラスファイバー又は金属細線 46 探針 47 ウィスカー針状結晶
Claims (3)
- 【請求項１】 液体中に試料を保持する手段と、探針を
自由端にほぼ直交して保持した弾性体と、該弾性体に所
定の周波数の微振動を与える駆動源と、前記探針の先端
が試料の近傍に接近したときの前記探針の微振動の周波
数の変化を検出する検出装置とを有する試料測定用プロ
ーブ装置において、前記弾性体に保持した探針の長さ
を、該探針の先端が試料の近傍に接近したときに前記弾
性体が前記液体表面に触れないように設定したことを特
徴とする試料測定用プローブ装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の試料測定用プローブ装置
において、前記試料表面と液体表面との距離を所定値に
維持する手段を備えていることを特徴とする試料測定用
プローブ装置。 - 【請求項３】 前記液体中に試料を保持する手段は、そ
の液体面が気密空間と接するように配置されていること
を特徴とする請求項１又は２記載の試料測定用プローブ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17620894A JPH0821845A (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | 試料測定用プローブ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17620894A JPH0821845A (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | 試料測定用プローブ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0821845A true JPH0821845A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=16009519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17620894A Withdrawn JPH0821845A (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | 試料測定用プローブ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821845A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6776031B2 (en) | 2001-03-28 | 2004-08-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Submerged sample observation apparatus and method |
| JP2007017366A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Tohoku Univ | 歪センサおよび歪センサの製造方法 |
| JP2010066140A (ja) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Jeol Ltd | 走査プローブ顕微鏡 |
| JP2011518047A (ja) * | 2008-03-24 | 2011-06-23 | 本田技研工業株式会社 | 原子間力顕微鏡を利用したナノ構造の堆積のための装置 |
| JP5857309B1 (ja) * | 2015-02-06 | 2016-02-10 | 秋田県 | 液滴形成用シャーレ及びそれを用いた電界撹拌方法 |
| CN107850620A (zh) * | 2015-06-25 | 2018-03-27 | 布鲁克纳米公司 | 用于扫描探针显微镜的样本容器保持器 |
| JP2018194371A (ja) * | 2017-05-15 | 2018-12-06 | 株式会社島津製作所 | 試料保持具、固定部材及び試料固定方法 |
| CN115950765A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-04-11 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 一种gis盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法 |
-
1994
- 1994-07-06 JP JP17620894A patent/JPH0821845A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6776031B2 (en) | 2001-03-28 | 2004-08-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Submerged sample observation apparatus and method |
| US6810721B2 (en) | 2001-03-28 | 2004-11-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Submerged sample observation apparatus and method |
| JP2007017366A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Tohoku Univ | 歪センサおよび歪センサの製造方法 |
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| CN107850620A (zh) * | 2015-06-25 | 2018-03-27 | 布鲁克纳米公司 | 用于扫描探针显微镜的样本容器保持器 |
| EP3314271A4 (en) * | 2015-06-25 | 2019-01-23 | Bruker Nano, Inc. | SAMPLE MOUNT BRACKET FOR GRID MICROSCOPE |
| CN107850620B (zh) * | 2015-06-25 | 2020-11-17 | 布鲁克纳米公司 | 用于扫描探针显微镜的样本容器保持器 |
| JP2018194371A (ja) * | 2017-05-15 | 2018-12-06 | 株式会社島津製作所 | 試料保持具、固定部材及び試料固定方法 |
| CN115950765A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-04-11 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 一种gis盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法 |
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| JPH0894652A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用プローブ |
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