(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピペット素材となるガラス管の両端を拘束して張力を加えながら加熱溶融することにより、先端径が細くなった２本のガラスピペットに引き離し、微小球を懸濁させた分散液に前記ガラスピペットの細径先端部を浸し、毛細管現象によって単一の微小球を前記細径先端部に吸い上げ付着させることを特徴とするニアフィールド顕微鏡用プローブの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ニアフィールド顕微鏡用プローブ、特に散乱型微小球プローブの作製方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び問題点】
ニアフィールド顕微鏡は、試料表面に局在するプローブ等で散乱させ、微小領域の光学的情報を取り出せるため、従来の顕微鏡を大きく超えた分解能で試料を観察できる。また、プローブの先端径に分解能が依存することから、先端径をより微細化することにより、分解能の更なる向上が期待できる。
【０００３】
ニアフィールド顕微鏡用プローブは、光触媒を用いた化学反応を利用する方法，電場印加で生じる静電気を利用する方法等によって先端径をより微細化している。また、ＥＬ法で作製した単分子膜をニアフィールド顕微鏡用の回折素子に使用することも、特開平１１−０１４８１１号公報に報告されている。何れの方法による場合でも、設備の割には目的に叶ったサイズのプローブを作製することが困難である。そのため、目標サイズの先端径をもつプローブのより容易な作製方法が望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ガラスピペットの毛細管現象を利用してピペット先端に金属微粒子をつけることにより、金属微粒子の材質選択に応じて蛍光，光機能性等が付与され、高分解能のニアフィールド顕微鏡に適したプローブを得ることを目的とする。
【０００５】
本発明のプローブ作製方法は、その目的を達成するため、ピペット素材となるガラス管の両端を拘束して張力を加えながら加熱溶融することにより、先端径が細くなった２本のガラスピペットに引き離し、微小球を懸濁させた分散液に前記ガラスピペットの細径先端部を浸し、毛細管現象によって単一の微小球を細径先端部に吸い上げ付着させることを特徴とする。
【０００６】
【実施の形態】
本発明では、ガラスピペットプラーを用いてガラス管を先鋭化することにより、先端径が細くなったガラスピペットを作製する。プローブの先端径が小さくなるほど分解能が向上し、より高精度のプラーを使用することによって先端径を数十ｎｍ程度にまで細くできる。常用のガラスピペットプラーによる場合でも数百ｎｍ程度までガラス管を先鋭化できる。
該ガラスピペットの先端を微小球含有分散液に浸漬するとき、毛細管現象によって微小球がピペット内に吸い上げられ、ピペット先端に微小球を付着させたニアフィールド顕微鏡用プローブが得られる。作製されたニアフィールド顕微鏡用プローブは、プローブ先端のみで光を散乱させる散乱型であって、逆光の発生なく効率よく光を検出できるため、Ｓ／Ｎ比の高い顕微鏡観察を可能にする。
【０００７】
ガラスピペットの作製には、たとえば図１に示すガラスピペットプラー（成茂科学機械研究所製）が使用される。ピペット素材であるガラス管ｇをホルダー１から送り出して白金板２に挿通させ、ガラス管ｇの先端をクランパ３で保持する。クランパ３は、操作部４の操作によって図１で左右方向に移動可能なスライド機構５に連結されている。白金板２は、ガラス管ｇが挿通される孔部が穿設され、ヒータ６で加熱される。
ガラス管ｇの先端をクランパ３で保持した後、ヒータ６によって白金板２を１０００℃近くまで加熱しながらスライド機構５の左方向移動によってガラス管ｇに約１Ｎの張力を加える。ガラス管ｇは、白金板２を介した加熱によって徐々に溶け始めるが、張力によって左右に引き離される。
【０００８】
引き離されたガラス管ｇは、先端が細くなったシャンク部をもつピペットとなる。必要に応じてサブマグネット７を調節することにより、シャンク部の長さを変えることができる。シャンク部の長さを変えても先端径の大きさが変化しないので、目標径のガラスピペットが容易に作製される。
ピペットｐの先端径は、ガラス管ｇの加熱温度及び張力を調整することによって、広い範囲で変化する。そのため、目的に応じて粒径が選択された微粒子に適合する先端径をもつピペットｐを用意できる。
【０００９】
ピペット先端に微小球を付着させるに際しては、ガラスピペットを粗動マイクロマニピュレータにセットする。粗動マイクロマニピュレータとしては、たとえば光学顕微鏡に設置された図２の粗動マイクロマニピュレータ（成茂科学機器研究所製）が使用される。顕微鏡１１の試料台にスライドガラス１３を配置し、微小球ｂを懸濁させた分散液ｌをスライドガラス１３上に滴下する。そして、顕微鏡１１を覗きながらガラスピペットｐの先端をスライドガラス１３上の分散液ｌに浸し、マニピュレータ１４を操作しながらピペットｐの他端に取り付けたスポイトｓに分散液ｌを吸い上げ、微小球ｂをピペットｐの先端に付着させる。
【００１０】
これにより、ピペットｐの先端径に応じたサイズの微小球ｂを付着させることが可能となる。微小球ｂとしては、金属球（Duke Scientific），蛍光色素を内部に含むポリスチレン球（ＰＬ球）等があり、たとえば直径２００ｎｍの金微粒子などが使用される。
微小球ｂを付着させるためには、芯ありガラス管（毛細管現象が起こりやすくするため、内部側壁に細い棒状突起をつけたガラス管）よりも芯なしガラス管をピペット素材に使用することが好ましい。
【００１１】
芯なしガラス管は、芯ありガラス管に比較して毛細管現象を引き起こす可能性が低く、１個の微小球ｂをピペットｐの先端に付着させることができる。その結果、光の場を乱すことなく光検出が可能なプローブが得られる。これに対し、芯ありガラス管から作製されたピペットｐでは、先端の微小開口近傍に相当数の微小球ｂが付着しやすい。複数の微小球ｂが付着したプローブでは、複数の微小球ｂからの散乱が発生する結果として径の大きな微小球が付着したプローブと等価になり、十分な分解能が得られない。
【００１２】
【実施例】
内径０．６ｍｍ，外径１．０ｍｍの芯なしガラス管をピペット素材に使用し、図１のホルダー１及びクランパ３で両端を拘束した。芯なしガラス管を種々の温度で加熱しながら張力を加え、軟化溶融させることによって二つのピペットｐに引き離した。
【００１３】
得られたピペットｐは、先端が細径になっていた。細径先端部の径は、ガラス管の加熱温度及び張力に応じ、図３に示すように異なっていた。すなわち、ガラス管ｇの加熱温度が与える影響が大きく、最適温度に維持することによって初めて先端径の小さなピペットｐが得られることが判る。具体的には、ガラス管ｇの加熱温度が４１０℃，引張り力が０．５Ｎのとき最小の先端径が得られた。
【００１４】
以上の作製実験から、先端径１００ｎｍのガラスピペットまで作製可能なことが確認できた。また、サブマグネット７を用いてガラス管ｇを引張る力を微調整することにより、ピペットｐのシャンク長さを自由に変えることができた。ただし、先端径が微小になるほど芯が孔を塞ぐ割合が大きくなるので、３μｍ以下の微小球ｂを付着させるピペットｐを作製する場合には、芯なしガラス管をピペット素材に使用することが好ましい。
【００１５】
次いで、先端径２００ｎｍのガラスピペットｐを用い、次の手順で微小球を細径先端部に付着させた。
微小球ｂを懸濁させた分散液ｌとしては、直径３μｍのポリスチレン微小球，直径５００ｎｍの金微粒子，直径２００ｎｍの金微粒子をそれぞれ懸濁させた３種類の分散液を用意した。顕微鏡１１の試料台１２に設けたスライドガラス１３上に分散液ｌを滴下し、顕微鏡１１で観察しながらピペットｐの細径先端部をスライドガラス１３上の分散液ｌに浸した（図２）。この状態で、ピペットｐの他端に装着したスポイトｓを操作し、分散液ｌをピペットｐに吸い上げた。分散液ｌの吸引に伴って、分散液ｌに懸濁している微小球ｂもピペットｐに流入し先端開口部に付着した。
微小球ｂが付着したピペットｐの先端開口部をＳＥＭ観察した結果を図４に示す。何れの微小球ｂも、ピペットｐの先端開口に１個だけ付着していることが図４（ａ）〜（ｃ）から判る。
【００１６】
作製したプローブをニアフィールド顕微鏡に使用する場合、プローブを三次元駆動可能なステージに取り付け、数十ｎｍの微小間隙で試料表面に接近させる。そして、レーザ光等によって試料表面を照射し、試料近傍の光を微小球で散乱させ、光検出器を用いて散乱光の強度を測定する。測定値から試料の表面近傍に形成された光強度分布が求められる。したがって、プローブを二次元的に走査するとき、試料の二次元観察像が得られる。
ここで、先端に微小球ｂとして金属球を付着させたプローブを使用する場合、ガラスに比較して金属の散乱効率が格段に大きいので、先端以外のガラス部分からの散乱光を無視でき、検出光を金属微粒子による散乱光として扱える。この点、全体が金属で形成されたプローブでは、先端以外からも大きな散乱光が生じるため迷光が多く、分解能が制限される。
【００１７】
試料に対する照射光は何れの方向からも入射可能であるが、透明な試料や十分に薄い試料を対象にする場合、プリズムの上に置いた試料にプリズム下部から全反射角以上の角度で照射光を入射させてもよい。この入射方式によるとき、プリズム上面で入射光が全反射するので不要な伝播光が発生せず、ガラス部分からの迷光がより減少し、高精度の測定が可能となる。
蛍光分子を含む微小球ｂを先端に付着させたプローブを使用する場合、微小球ｂで発生した蛍光が検出される。蛍光微粒子から発生した蛍光は、照明光の波長と異なるので、干渉フィルタ、色ガラスフィルタ等によって照明光をほぼ完全にカットできる。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、先端が細径になったピペットに毛細管現象を利用して微小球を付着させているので、簡単な操作によってニアフィールド顕微鏡用プローブが得られる。しかも、ピペットの先端径はガラス管（ピペット素材）の加熱温度及び張力に応じて自在に変えることができ、細径になった先端開口に微小球を確実に１個だけ付着させることができるため、極めて高い分解能をもつニアフィールド顕微鏡が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガラス管からピペットを作製する装置の概略図
【図２】  ピペットの先端開口に微小球を付着させる装置の概略図
【図３】  ガラス管（ピペット素材）の加熱温度及び張力がピペットの先端径に及ぼす影響を表したグラフ
【図４】  直径３μｍのＰＬ球（ａ），直径５００ｎｍの金微粒子（ｂ），直径２００ｎｍの金微粒子（ｃ）を先端開口に付着させたピペットのＳＥＭ像
【符号の説明】
１：ホルダー    ２：白金板  ３：クランパ    ４：操作部    ５：スライド機構    ６：ヒータ    ７：サブマグネット    １１：顕微鏡    １２：試料台
１３：スライドガラス
ｇ：ガラス管（ピペット素材）    ｂ：微小球    ｌ：分散液    ｐ：ピペット
ｓ：スポイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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