(57)【要約】【課題】カンチレバー付近の液体が安定に保持される液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡を提供する。【解決手段】ベース１２１にネジ込まれたネジ１０１の内部には穴があり、その穴の中にはバネ部材であるコイルバネ１０２とボール１０３が直列に入っている。板１０５は、ボール１０３にちょうどはまる穴１０４を有している。板１０５の中央付近には穴１０７があり、穴１０７を通る支点ビス１０６はベース１２１に固定されている。板１０５の先端はカンチレバー１０８の中央付近に接している。ベース１２１には角度変化面１１０が設けられている。角度変化面１１０はベース１２１上の板１０５と対向する面と不連続に角度が変化している面であり、例えば溝１２７の側面である。このため、板１０５とベース１２１との間隔がカンチレバー１０８から離れるに従い急激に不連続に広がっている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中測定用の走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーと、カンチレバー保持部材と、前記カンチレバー保持部材に対して前記カンチレバーを押し付けるカンチレバー押圧部材とを有し、前記カンチレバー押圧部材と前記カンチレバー保持部材の間隔が前記カンチレバーから離れるに従い不連続に広がっており、これにより、前記カンチレバー付近の液体が安定に保持される、走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記カンチレバー押圧部材と前記カンチレバー保持部材の不連続に広がったあとの間隔が２ｍｍ以上ある、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記カンチレバー保持部材には段差が設けられており、この段差の存在によって、前記カンチレバー押圧部材と前記カンチレバー保持部材の間隔がカンチレバーから離れるに従い不連続に広がっている、請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記カンチレバー押圧部材には曲げ部が設けられており、この曲げ部の存在によって、前記カンチレバー押圧部材と前記カンチレバー保持部材の間隔がカンチレバーから離れるに従い不連続に広がっている、請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
前記カンチレバーを押す力を発生するためのバネ部材と、このバネ部材の力を前記カンチレバー押圧部材に伝達するためのボールとをさらに有し、前記カンチレバー押圧部材には穴が設けられており、前記ボールと前記穴の係合により、前記カンチレバー押圧部材が前記ボールと前記バネ部材に対して位置決めされる、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項６】
前記カンチレバー保持部材には、前記カンチレバーに光を照射するための穴が設けられており、この穴の前記カンチレバーの長手方向の長さは、前記カンチレバーの支持部の長さよりも小さい、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記カンチレバー保持部材の穴の下方に配置された、液体を保持するための透明部材と、前記カンチレバー保持部材と前記透明部材との間に配置された、液体をシールするためのＯリングとをさらに有している、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項８】
前記透明部材の下方に配置された、前記カンチレバーに光を照射するための液浸対物レンズをさらに有し、前記液浸対物レンズと前記透明部材がＵＶ光を透過する、請求項７に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項９】
前記透明部材に固定された、前記カンチレバーを励振するための圧電体をさらに有している、請求項７に記載の走査型プローブ顕微鏡
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中測定用走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡の概念図を示す。カンチレバー５１は板バネ５６で保持されている。板バネ５６はネジ５７でホルダー５２に固定されている。カンチレバー５１と対向して試料５５が設置される。試料５５は走査機構５４に搭載され、走査機構５４によりｘｙｚ方向に走査される。少なくともカンチレバー５１の探針（プローブ）と試料５５の測定部分は液体５３中に配置される。液体５３は、表面張力によりカンチレバー５１と試料５５の周辺に保持される。試料５５が生体試料の場合、液体５３には生理食塩水などが用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、カンチレバー５１の厚さは０．３〜０．５ｍｍ程度である。従って、板バネとホルダー５２との隙間は０．５ｍｍ程度になる。そのような構造に対して液体５３を保持しようとすると、板バネ５６とホルダー５２との間の隙間を液体５３が表面張力により伝わって、矢印で示されるようにネジ５７の方向に流れる。液体５３はさらにネジ穴を伝わって、ホルダー５２の下方向にまで流れてしまう。その結果、常時、液体５３を補給する必要が生じる。また、液体５３が塩分などを含んでいる場合、液体５３が装置全体を濡らして、金属部を腐食させたり、汚したりする。
【０００４】
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、カンチレバー付近の液体が安定に保持される液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡であり、カンチレバーと、カンチレバー保持部材と、前記カンチレバー保持部材に対して前記カンチレバーを押し付けるカンチレバー押圧部材とを有しており、前記カンチレバー押圧部材と前記カンチレバー保持部材の間隔が前記カンチレバーから離れるに従い不連続に広がっている。これにより、前記カンチレバー付近の液体が安定に保持される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、カンチレバー付近の液体が安定に保持される液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
第一実施形態
図１は、本発明の第一実施形態の液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡の主要部の構成を概略的に示す断面図である。
【０００９】
図１に示されるように、ネジ１０１がカンチレバー保持部材であるベース１２１にネジ込まれている。ネジ１０１の内部には穴があり、穴の中にバネ部材であるコイルバネ１０２とボール１０３が直列に入っている。カンチレバー押圧部材である板１０５は、ボール１０３にちょうどはまる穴１０４を有しており、穴１０４がボール１０３と係合した状態で配置されている。板１０５の中央付近には穴１０７があり、穴１０７には支点ビス１０６が通っており、支点ビス１０６はベース１２１に固定されている。板１０５の先端はカンチレバー１０８の中央付近に接している。
【００１０】
このような構造において、板１０５は支点ビス１０６を支点としてコイルバネ１０２により押し上げられ、その先端はカンチレバー１０８を一定の力で押さえて固定する。板１０５は、板バネである必要はなく、単なる金属板でもよい。板１０５の厚さは例えば１ｍｍ程度である。また、カンチレバー１０８の固定力はコイルバネ１０２の圧縮量で決まる。すなわち、ネジ１０１をベース１２１からどれだけ突出させるかにより決まる。この突出量は、ネジ１０１にある溝１１９にマイナスドライバを入れて回すことにより自由に微調整できる。
【００１１】
このような構造により、カンチレバー１０８を１〜１０Ｎの力で押さえることが可能である。また、板１０５に穴１０４があることにより、ボール１０３に対して板１０５の位置がずれることがない。従って、板１０５がカンチレバー１０８を押さえる位置も安定するので、常に同じ固定力でカンチレバー１０８を押さえることが可能になる。
【００１２】
米国ＶＥＥＣＯ社の走査型プローブ顕微鏡は、板バネを用いてカンチレバーを押さえる構造であり、支点部の穴は長穴になっていて、カンチレバー交換時には板バネをスライドさせる。この構造では、スライド方式のため、カンチレバー固定時の板バネの位置にばらつきが生じやすい。このようなカンチレバーを押さえる位置のばらつきは、カンチレバーの固定を不安定なものにする。その結果、カンチレバー励振時の振動特性が不安定になる。これは、測定に多大な悪影響を及ぼす。
【００１３】
本実施形態では、ボール１０３と穴１０４の係合によって、板１０５が好適に位置決めされるので、そのような不安定さは全く生じない。
【００１４】
カンチレバー１０８の上方には、走査機構１３１が配置されている。走査機構１３１は、測定対象物である試料１３２を保持するとともに、試料１３２を必要に応じてｘｙｚ方向に走査する。カンチレバー１０８付近の試料１３２とベース１２１の間の空間は液体１２３で満たされる。ベース１２１には、カンチレバー１０８付近にたまった液体１２３を良好に保持するために、段差１０９が設けられている。
【００１５】
ベース１２１には穴１１１が設けられている。この穴１１１とカンチレバー１０８との大きさの関係は、図２に示されるように、穴１１１の幅（カンチレバー１０８の長手方向の長さ）Ｘ２は、カンチレバー１０８の長手方向の長さＸ１よりも十分に小さい。従って、この穴１１１の上を右手方向にカンチレバー１０８をスライドさせた際に、カンチレバー１０８は穴１１１の中に落ちることはない。
【００１６】
図１において穴１１１の下方には位置決め穴１１４がある。穴１１４にＯリング１１５が入る。Ｏリング１１５の下面には、透明部材１１６が配置される。透明部材１１６はガラスでも、透明なプラスチックでもよい。透明部材１１６の下には、穴１２４がある。穴１２４は光１１７が通る穴である。光１１７は、カンチレバー１０８の変位を検出するための光や、カンチレバー１０８と試料を観察するための観察光や、サンプルに刺激を与えるための光などである。サンプルに刺激を与える方法としてＵＶ光をサンプルに照射するという方法がある。その場合は、普通のＢＫ７などを用いた透明部材ではＵＶ光を透過しないので、合成石英などを用いた透明部材を用いる。
【００１７】
ベース１２１と台１２０はネジ１２２で締結される。そのとき、Ｏリング１１５は適度につぶれるため、液体１２３がＯリング１１５と透明部材１１６との隙間や、Ｏリング１１５とベース１２１との隙間から漏れることはない。Ｏリングの材質としては、生体サンプルに影響を与えないもの、例えば、フッ素ゴムや、シリコーンゴムであることが望ましい。
【００１８】
穴１１１には、給水穴１１２と排水穴１１３が設けられている。カンチレバー１０８付近に液体１２３を滴下して補給した場合、これらの穴から空気が抜け、透明部材１１６から上の部分に空気だまりができることなく、確実に液体１２３がたまる。このことにより、穴１２４の下方に試料観察用の液浸対物レンズ１３０を設けた場合でも、空気層による収差が影響することがない。また、この給水穴１１２と排水穴１１３の二つの穴に配管を介してポンプなどを接続すれば、液体１２３を循環するシステムを構築することができる。そうすることで常に新鮮な液体１２３を試料まわりに供給することが可能である。
【００１９】
また、試料観察用またはカンチレバー変位センサ光集光用または他の光導入用に液浸対物レンズ１３０を用いることにより、液体中に観察光やセンサ光を通しても、収差の影響が小さくなるので、試料観察やセンサ光の集光が良好に行なうことができる。
【００２０】
ベース１２１には、角度変化面１１０が設けられている。この角度変化面１１０はベース１２１上の板１０５と対向する面１２１ａと不連続に角度が変化している面である。図１では、角度変化面１１０は溝１２７の側面となっている。このような段差を有する構造により、板１０５とベース１２１との間隔がカンチレバー１０８から離れるに従い急激に不連続に広がっている。
【００２１】
このように角度変化面１１０を設けることにより、稜１２８が生じ、その稜１２８から左方向では、板１０５とベース１２１との間隔が急激に広がっているため、液体１２３はそこでとどまり、左方向へ伝わることはない。その結果、液体１２３は、カンチレバー１０８の周辺部分から流れ出すことなく、カンチレバー１０８の周辺部分に安定に保持される。
【００２２】
好ましくは、板１０５とベース１２１の急激に広がったあとの間隔は２ｍｍ以上であるとよい。これは、板１０５とベース１２１との間隔が急激に広がり２ｍｍ以上になると、そこで液体１２３の浸透が止まることが実験によって確認されていることによる。
【００２３】
また、ベース１２１と板１０５の表面処理は、撥水処理を行なうことが望ましい。撥水処理としては、チタンコーティング、フッ素樹脂複合コーティングなどがある。撥水処理により、液体１２３の保持力はより高まる。また、ベース１２１と板１０５の材質自体を撥水性のあるものにしてもよい。
【００２４】
透明部材１１６の下面には、圧電体１２６が貼り付けられている。この圧電体１２６はカンチレバー１０８を励振するためのものである。この圧電体１２６は透明部材１１６を振動させ、その振動が液体１２３に伝わる。その振動は液体１２３を介してカンチレバー１０８を振動させる。
【００２５】
また透明部材１１６の上面はＯリングを介してベース１２１と接している。従って、ベース１２１を介してのカンチレバー１０８への経路における振動はゴム製のＯリングにより減衰される。従って、Ｏリング１１５から上にある部材に不要な振動が伝達することはほとんどない。その結果、カンチレバーの共振ピーク以外の不要な共振ピークが発生することがほとんどない。
【００２６】
また、透明部材１１６と台１２０の接触面積は、穴１２４があるために小さい。従って、振動伝達時の抵抗は大きく、台１２０を介してカンチレバー１０８に振動が伝達することはほとんどない。
【００２７】
このような構成により、不要なメカ部材の共振をほとんど生じることなく、カンチレバーのみを効率よく振動させることができる。また、圧電体１２６は透明部材１１６の背面に設置することにより、液体１２３に浸ることはない。また、圧電体１２６は透明部材の上面でＯリング１１５の外側にはっても同様の目的を達する。
【００２８】
カンチレバー１０８の交換の際は、板１０５の端の押し部１２５を手で押す。これによりコイルバネ１０２が圧縮されるとともに、ボール１０３を支点として板１０５が回転して、板１０５の先端が持ち上がり、板１０５とカンチレバー１０８の間に隙間が生じる。その状態で、ピンセットなどを用いて、使い終わったカンチレバー１０８を図１の右手方向にスライドさせ、レバー置き面１２９にいったん置く。そのあと、板１０５を元にもどす。使い終わったカンチレバーは廃棄し、新しいカンチレバー１０８をレバー置き面１２９に置く。次に押し部１２５を押して板１０５を持ち上げ、板１０５とベース１２１との間に新しいカンチレバー１０８をすべりこませる。以上のような作業により、簡単に、カンチレバーを破損することなく、交換が可能である。
【００２９】
特開平１０−１４１９１４号公報は、カンチレバーが片持ちはり構造のホルダーの先端部分に取り付けられる液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡を開示している。この走査型プローブ顕微鏡では、カンチレバーを交換する際には、ホルダーをひっくり返し、その上にカンチレバーを置くようにして固定する。カンチレバーは、通常１．８ｍｍ×３．３ｍｍ程度の大きさであり、非常に小さく取り扱いにくい。そのようなカンチレバーを片持ちはり構造のホルダーの先端部分に固定するのは大変である。
【００３０】
これに対して本実施形態では、そのような大変さを伴うことなく、容易にカンチレバーの交換が行なえる。つまり、本実施形態では、カンチレバー１０８の交換は、板１０５の先端の持ち上げ動作と、比較的広い平らなレバー置き面１２９上でカンチレバー１０８をスライドさせることとによってなされるので、容易に行なえる。もちろん、前述したように穴１１１の幅はカンチレバー１０８の長手方向の長さよりも十分に小さいので、スライド時にカンチレバー１０８が穴１１１に落ちる心配もない。
【００３１】
これまでの説明から分かるように、本実施形態の液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバーの交換がしやすく、カンチレバーの固定力が大きく、固定が安定で、必要な液体が少なく、液もれがなく、生体試料に悪影響を及ぼすことがない。
【００３２】
第二実施形態
本実施形態は、別の手段による液体の安定な保持に向けられている。図３は、本発明の第二実施形態の液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡の主要部の構成を概略的に示す断面図である。図３において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下では、第一実施形態との相違点に重点をおいて述べる。
【００３３】
図３に示されるように、本実施形態では、板１０５には、曲げ部である凸部１６１が設けられている。また、ベース１２１には、第一実施形態の溝１２７に相当する溝は設けられていない。他の構成は第一実施形態と全く同様である。
【００３４】
本実施形態では、板１０５が凸部１６１を有していることにより、板１０５とベース１２１との間隔がカンチレバー１０８から離れるに従い不連続に広がっている。従って、凸部１６１の折れ曲がり部の部分で液体１２３が保持される。
【００３５】
本実施形態による板１０５は、図３に示された曲げ構造を有するものに限定されるものではなく、例えば、図４に示されるような曲げ構造を有するものであってもよく、その場合にも同様の効果を発揮する。
【００３６】
本実施形態においても、第一実施形態と同様に、液体１２３はカンチレバー周辺から流れ出すことなく安定に保持される。特に、本実施形態では、液体１２３を安定に保持するために、これまでの装置に対して必要な変更が、板１０５を曲げるだけで済むので、所望の装置を安価に得ることができる。
【００３７】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００３８】
例えば、第一実施形態と第二実施形態は組み合わされてもよい。つまり、ベース１２１には第一実施形態の溝１２７に相当する溝が設けられているとともに、板１０５には第二実施形態の凸部１６１（あるいは図４に示される曲げ構造）が設けられている構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一実施形態の液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡の主要部の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示された、カンチレバーと、ベースに設けられた穴との相対的な大きさの関係を示している。
【図３】本発明の第二実施形態の液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡の主要部の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】図３に示された板に代えて適用可能な別の板の断面図である。
【図５】従来の液中測定可能な走査型プローブ顕微鏡の主要部を概略的に示している。
【符号の説明】
【００４０】
１０１…ネジ、１０２…コイルバネ、１０３…ボール、１０４…穴、１０５…板、１０６…支点ビス、１０７…穴、１０８…カンチレバー、１０９…段差、１１０…角度変化面、１１１…穴、１１２…給水穴、１１３…排水穴、１１４…穴、１１５…Ｏリング、１１６…透明部材、１１７…光、１１９…溝、１２０…台、１２１…ベース、１２２…ネジ、１２３…液体、１２４…穴、１２５…押し部、１２６…圧電体、１２７…溝、１２８…稜、１２９…レバー置き面、１３０…液浸対物レンズ、１３１…走査機構、１３２…試料、１６１…凸部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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