走査型プローブ顕微鏡
【課題】本発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、更に詳しくは溶液として金属イオン源を用いることなく、またカンチレバー背面に高価なコートをする必要がなく、かつ試料を確実に基板に付着させることができる走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的としている。
【解決手段】溶液が入れられた容器中に試料とカンチレバーを配設し、液中で試料表面の観察及び／又は分析を行なう走査型プローブ顕微鏡であって、基板７上に観察すべき試料８を付着させるようにした走査型プローブ顕微鏡において、前記基板７を絶縁物１２を介して、電源１３が接続された電極板１１上に載置させるように構成する。
【解決手段】溶液が入れられた容器中に試料とカンチレバーを配設し、液中で試料表面の観察及び／又は分析を行なう走査型プローブ顕微鏡であって、基板７上に観察すべき試料８を付着させるようにした走査型プローブ顕微鏡において、前記基板７を絶縁物１２を介して、電源１３が接続された電極板１１上に載置させるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、更に詳しくは溶液中に試料を入れて、溶液中の試料をプローブでなぞりながら、その表面状態を観察・解析する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料表面をプローブでなぞりながら、プローブで検出される試料の情報信号を画像処理
して試料状態を観察・解析する走査型プローブ顕微鏡が知られている。通常の試料の状態では、このような試料観察方法で問題がないが、例えばＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｄ：デオキシリボ核酸）等の生体分子は生体内に近い環境、即ち溶液内での形状をそのまま観察したいという要求がある。そのため、ＤＮＡの表面観察をする場合、溶液中にＤＮＡを浸して観察することが行われる。
【０００３】
図２は走査型プローブ顕微鏡の要部の概念図である。５は試料ホルダであり、この試料ホルダ５の中には試料１が配設されており、周囲を溶液３で覆っている。このような状態で、カンチレバー４で試料１の表面をなぞる（走査する）。なぞった時のカンチレバー４の物理的変化を半導体レーザ６からの入射光でカンチレバー４の背面を照射し、その反射光を検出器７で検出し、検出した信号を処理することで、試料１の表面の情報を得ることができる。
【０００４】
従来のこの種の装置としては、検出系として光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とを具備し、これらの顕微鏡は切り換え機構に固定され、該切り換え操作によって各顕微鏡が試料の同一箇所を観察できる位置に移動できるようにして、先に光学顕微鏡によってＤＮＡの位置を確認しておき、走査型プローブ顕微鏡によるＤＮＡの高精度形状検出や物性情報検出をスムーズに開始するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７１５３４号公報（段落００２１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３は従来の走査型プローブ顕微鏡の問題点の説明図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。ＤＮＡ等をプローブ顕微鏡を用いて観察する際には、ガラスやマイカ等の平坦な基板７上にＤＮＡ試料８を分散させて付着させる必要がある。付着が弱いと、カンチレバー４でＤＮＡ試料８を動かしてしまい、観察することができない。
【０００７】
ＤＮＡ観察で一般的に使用されるマイカ基板７の場合、ＤＮＡもマイカも表面が負の電荷を帯びており、反発しあい、基板７上に付着させることが困難で、プローブ顕微鏡で観察する際に、カンチレバー４でＤＮＡ試料８を動かしてしまい、観察することが困難である。図３に示す例の場合、ＤＮＡ試料８と基板７が共に負に帯電しているため、互いに反発しあい、基板７上に付着させることができない。
【０００８】
そこで、このような不具合を解決するために考え出された例を 図４に示す。図４において、図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図４の実施例では、溶液３の代わりに、金属イオン溶液９が充填されている。この金属イオン溶液としては、例えばマンガン（Ｍｇ）やニッケル（Ｎｉ）が用いられる。
【０００９】
このように構成された装置だと、溶液として金属イオン溶液９を用いて、金属イオン溶液中で観察を行なう。負に帯電しているＤＮＡ試料８と、マイカ基板７に対して、正の電荷を持つプラスの金属イオンがＤＮＡ試料８とマイカ７表面の負の電荷を打ち消すことで、ＤＮＡ試料８をある程度基板７上に付着させることができる。
【００１０】
しかしながら、金属イオンの濃度が高すぎると、ＤＮＡの構造を破壊してしまう可能性がある。一方で、濃度が薄いと付着される力が弱くなり、観察不可能となってしまう。更に、使用するサンプルや基板によって、最適な金属イオンの種類や濃度は異なり、それぞれにイオン濃度を変化させながら、最適条件を調べる必要がある。また、一般的にカンチレバー４の背面には光の反射効率を上げるためにアルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。
【００１１】
しかしながら、イオン溶液９中ではＡｌが溶け出してしまい、使用することができず、カンチレバー４の背面に金（Ａｕ）とか白金（Ｐｔ）といった特殊なコートがされているカンチレバーや背面コートの無いカンチレバーを使用する必要がある。ＡｕやＰｔコートされているカンチレバーは高価であり、背面コートのないカンチレバーを使用した場合には、レーザの反射光の出力が低下し、プローブ顕微鏡の感度が低下してしまうという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、溶液として金属イオン源を用いることなく、またカンチレバー背面に高価なコートをする必要がなく、かつ試料を確実に基板に付着させることができる走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の問題点を解決するために、本発明は以下のような構成をとっている。
（１）請求項１記載の発明は、溶液が入れられた容器中に試料とカンチレバーを配設し、液中で試料表面の観察及び／又は分析を行なう走査型プローブ顕微鏡であって、基板上に観察すべき試料を付着させるようにした走査型プローブ顕微鏡において、前記基板を絶縁物を介して、電源が接続された電極板上に載置させるように構成したことを特徴とする。
【００１４】
（２）請求項２記載の発明は、前記電源から供給される電位は、試料の電位と逆極性となるようにしたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記試料としてＤＮＡを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下のような効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、前記基板を絶縁物を介して、電源が接続された電極板上に載置させるように構成したので、試料と基板の付着がよくなり、試料を正確に観察及び／又は分析することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、前記電源から供給される電位を試料の電位と逆極性となるようにしたので、基板と試料は引き合うようになり、試料の基板上への付着性を高めることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、試料がＤＮＡである場合に、ＤＮＡを正確に観察及び／又は分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例を示す構成概念図である。
【図２】走査型プローブ顕微鏡の要部の概念図である。
【図３】従来の走査型プローブ顕微鏡の問題点の説明図である。
【図４】従来の走査型プローブ顕微鏡の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成概念図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。５は試料をホールドする試料ホルダであり、例えば各種の樹脂が用いられる。８はＤＮＡ試料である。１１は試料ホルダ５の上に載置された電極で、この電極１１には電源１３から電位が供給されるようになっている。電極１１には電源１３から正又は負の電位が印加されるようになっている。
【００１８】
１２はこの電極１１の上に載置され電極１１を覆っている絶縁物である。該絶縁物１２としては、各種樹脂製のモールドが好適に用いられる。７はこの絶縁物１２の上に載置された基板である。該基板７としては、例えばマイカが好適に用いられる。該基板７の上にはＤＮＡ試料８が付着している。１５はＤＮＡ試料８とカンチレバー４がその内部に浸かった溶液である。この溶液１５は、ＤＮＡ試料８と親和性のよいものが用いられる。例えば蒸留水や生理食塩水が好適に用いられる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００１９】
ＤＮＡ試料８を観察する際には、電極１１に正の電圧を印加する。電極１１を溶液１５から絶縁している絶縁物１２は十分に薄いため、マイカ基板７の表面の負の電荷は打ち消され、表面は正に帯電する。すると、負の電荷を帯びたＤＮＡ試料８は基板７に引きつけられ、基板７上に固定（付着）される。
【００２０】
本発明では、溶液１５として金属イオン溶液を使用していないので、ＤＮＡ試料８を破壊することはなく、Ａｌ反射コートを施したカンチレバー４を使用できるので、プローブ顕微鏡の感度を上げることができる。また、ＤＮＡ試料８や基板７の種類が変わったり、状態が変化しても、電極１１に印加する電圧を調整することで、簡単に付着の最適条件を見つけることができる。
【００２１】
本発明によれば、前記基板７を絶縁物１２を介して、電源１３が接続された電極板１１上に載置させるように構成したので、試料８と基板７の付着性がよくなり、試料を正確に観察及び／又は分析することができる。
【００２２】
また、前記電源１３から供給される電位を試料の電位と逆極性となるようにしたので、基板と試料は引き合うようになり、試料の基板上への付着性を高めることができる。
更に、試料がＤＮＡである場合に、ＤＮＡを正確に観察及び／又は分析することができる。
【００２３】
上述の実施例では、試料としてＤＮＡ試料を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、各種の細胞とかの試料の観察／及び又は分析をすることができる。
また、上述の実施例では試料としてＤＮＡ試料を用いて、電極に正の電位を与えて基板と細胞を付着させる場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、試料が正に帯電している場合には、電極に負の電位を与えて、基板と細胞を付着させるようにすることができる。
【００２４】
以上、説明した本願発明は以下のような効果を有している。
走査型プローブ顕微鏡の液中観察用試料ホルダ内部に電極を設け、その電極への印加電圧をコントロールすることで、電荷を帯びている試料や基板に対して、金属イオン溶液を使用することなく、試料を基板表面に付着させることができる。また、金属イオン濃度の最適条件を見つけるための作業が簡略化でき、市販の汎用カンチレバーを用いて、プローブ顕微鏡の感度を落とすことなく使用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
４ カンチレバー
５ 試料ホルダ
７ 基板
８ ＤＮＡ
１１ 電極
１２ 絶縁物
１３ 電源
１５ 溶液
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、更に詳しくは溶液中に試料を入れて、溶液中の試料をプローブでなぞりながら、その表面状態を観察・解析する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料表面をプローブでなぞりながら、プローブで検出される試料の情報信号を画像処理
して試料状態を観察・解析する走査型プローブ顕微鏡が知られている。通常の試料の状態では、このような試料観察方法で問題がないが、例えばＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｄ：デオキシリボ核酸）等の生体分子は生体内に近い環境、即ち溶液内での形状をそのまま観察したいという要求がある。そのため、ＤＮＡの表面観察をする場合、溶液中にＤＮＡを浸して観察することが行われる。
【０００３】
図２は走査型プローブ顕微鏡の要部の概念図である。５は試料ホルダであり、この試料ホルダ５の中には試料１が配設されており、周囲を溶液３で覆っている。このような状態で、カンチレバー４で試料１の表面をなぞる（走査する）。なぞった時のカンチレバー４の物理的変化を半導体レーザ６からの入射光でカンチレバー４の背面を照射し、その反射光を検出器７で検出し、検出した信号を処理することで、試料１の表面の情報を得ることができる。
【０００４】
従来のこの種の装置としては、検出系として光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とを具備し、これらの顕微鏡は切り換え機構に固定され、該切り換え操作によって各顕微鏡が試料の同一箇所を観察できる位置に移動できるようにして、先に光学顕微鏡によってＤＮＡの位置を確認しておき、走査型プローブ顕微鏡によるＤＮＡの高精度形状検出や物性情報検出をスムーズに開始するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７１５３４号公報（段落００２１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３は従来の走査型プローブ顕微鏡の問題点の説明図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。ＤＮＡ等をプローブ顕微鏡を用いて観察する際には、ガラスやマイカ等の平坦な基板７上にＤＮＡ試料８を分散させて付着させる必要がある。付着が弱いと、カンチレバー４でＤＮＡ試料８を動かしてしまい、観察することができない。
【０００７】
ＤＮＡ観察で一般的に使用されるマイカ基板７の場合、ＤＮＡもマイカも表面が負の電荷を帯びており、反発しあい、基板７上に付着させることが困難で、プローブ顕微鏡で観察する際に、カンチレバー４でＤＮＡ試料８を動かしてしまい、観察することが困難である。図３に示す例の場合、ＤＮＡ試料８と基板７が共に負に帯電しているため、互いに反発しあい、基板７上に付着させることができない。
【０００８】
そこで、このような不具合を解決するために考え出された例を 図４に示す。図４において、図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図４の実施例では、溶液３の代わりに、金属イオン溶液９が充填されている。この金属イオン溶液としては、例えばマンガン（Ｍｇ）やニッケル（Ｎｉ）が用いられる。
【０００９】
このように構成された装置だと、溶液として金属イオン溶液９を用いて、金属イオン溶液中で観察を行なう。負に帯電しているＤＮＡ試料８と、マイカ基板７に対して、正の電荷を持つプラスの金属イオンがＤＮＡ試料８とマイカ７表面の負の電荷を打ち消すことで、ＤＮＡ試料８をある程度基板７上に付着させることができる。
【００１０】
しかしながら、金属イオンの濃度が高すぎると、ＤＮＡの構造を破壊してしまう可能性がある。一方で、濃度が薄いと付着される力が弱くなり、観察不可能となってしまう。更に、使用するサンプルや基板によって、最適な金属イオンの種類や濃度は異なり、それぞれにイオン濃度を変化させながら、最適条件を調べる必要がある。また、一般的にカンチレバー４の背面には光の反射効率を上げるためにアルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。
【００１１】
しかしながら、イオン溶液９中ではＡｌが溶け出してしまい、使用することができず、カンチレバー４の背面に金（Ａｕ）とか白金（Ｐｔ）といった特殊なコートがされているカンチレバーや背面コートの無いカンチレバーを使用する必要がある。ＡｕやＰｔコートされているカンチレバーは高価であり、背面コートのないカンチレバーを使用した場合には、レーザの反射光の出力が低下し、プローブ顕微鏡の感度が低下してしまうという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、溶液として金属イオン源を用いることなく、またカンチレバー背面に高価なコートをする必要がなく、かつ試料を確実に基板に付着させることができる走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の問題点を解決するために、本発明は以下のような構成をとっている。
（１）請求項１記載の発明は、溶液が入れられた容器中に試料とカンチレバーを配設し、液中で試料表面の観察及び／又は分析を行なう走査型プローブ顕微鏡であって、基板上に観察すべき試料を付着させるようにした走査型プローブ顕微鏡において、前記基板を絶縁物を介して、電源が接続された電極板上に載置させるように構成したことを特徴とする。
【００１４】
（２）請求項２記載の発明は、前記電源から供給される電位は、試料の電位と逆極性となるようにしたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記試料としてＤＮＡを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下のような効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、前記基板を絶縁物を介して、電源が接続された電極板上に載置させるように構成したので、試料と基板の付着がよくなり、試料を正確に観察及び／又は分析することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、前記電源から供給される電位を試料の電位と逆極性となるようにしたので、基板と試料は引き合うようになり、試料の基板上への付着性を高めることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、試料がＤＮＡである場合に、ＤＮＡを正確に観察及び／又は分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例を示す構成概念図である。
【図２】走査型プローブ顕微鏡の要部の概念図である。
【図３】従来の走査型プローブ顕微鏡の問題点の説明図である。
【図４】従来の走査型プローブ顕微鏡の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成概念図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。５は試料をホールドする試料ホルダであり、例えば各種の樹脂が用いられる。８はＤＮＡ試料である。１１は試料ホルダ５の上に載置された電極で、この電極１１には電源１３から電位が供給されるようになっている。電極１１には電源１３から正又は負の電位が印加されるようになっている。
【００１８】
１２はこの電極１１の上に載置され電極１１を覆っている絶縁物である。該絶縁物１２としては、各種樹脂製のモールドが好適に用いられる。７はこの絶縁物１２の上に載置された基板である。該基板７としては、例えばマイカが好適に用いられる。該基板７の上にはＤＮＡ試料８が付着している。１５はＤＮＡ試料８とカンチレバー４がその内部に浸かった溶液である。この溶液１５は、ＤＮＡ試料８と親和性のよいものが用いられる。例えば蒸留水や生理食塩水が好適に用いられる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００１９】
ＤＮＡ試料８を観察する際には、電極１１に正の電圧を印加する。電極１１を溶液１５から絶縁している絶縁物１２は十分に薄いため、マイカ基板７の表面の負の電荷は打ち消され、表面は正に帯電する。すると、負の電荷を帯びたＤＮＡ試料８は基板７に引きつけられ、基板７上に固定（付着）される。
【００２０】
本発明では、溶液１５として金属イオン溶液を使用していないので、ＤＮＡ試料８を破壊することはなく、Ａｌ反射コートを施したカンチレバー４を使用できるので、プローブ顕微鏡の感度を上げることができる。また、ＤＮＡ試料８や基板７の種類が変わったり、状態が変化しても、電極１１に印加する電圧を調整することで、簡単に付着の最適条件を見つけることができる。
【００２１】
本発明によれば、前記基板７を絶縁物１２を介して、電源１３が接続された電極板１１上に載置させるように構成したので、試料８と基板７の付着性がよくなり、試料を正確に観察及び／又は分析することができる。
【００２２】
また、前記電源１３から供給される電位を試料の電位と逆極性となるようにしたので、基板と試料は引き合うようになり、試料の基板上への付着性を高めることができる。
更に、試料がＤＮＡである場合に、ＤＮＡを正確に観察及び／又は分析することができる。
【００２３】
上述の実施例では、試料としてＤＮＡ試料を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、各種の細胞とかの試料の観察／及び又は分析をすることができる。
また、上述の実施例では試料としてＤＮＡ試料を用いて、電極に正の電位を与えて基板と細胞を付着させる場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、試料が正に帯電している場合には、電極に負の電位を与えて、基板と細胞を付着させるようにすることができる。
【００２４】
以上、説明した本願発明は以下のような効果を有している。
走査型プローブ顕微鏡の液中観察用試料ホルダ内部に電極を設け、その電極への印加電圧をコントロールすることで、電荷を帯びている試料や基板に対して、金属イオン溶液を使用することなく、試料を基板表面に付着させることができる。また、金属イオン濃度の最適条件を見つけるための作業が簡略化でき、市販の汎用カンチレバーを用いて、プローブ顕微鏡の感度を落とすことなく使用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
４ カンチレバー
５ 試料ホルダ
７ 基板
８ ＤＮＡ
１１ 電極
１２ 絶縁物
１３ 電源
１５ 溶液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液が入れられた容器中に試料とカンチレバーを配設し、液中で試料表面の観察及び／又は分析を行なう走査型プローブ顕微鏡であって、基板上に観察すべき試料を付着させるようにした走査型プローブ顕微鏡において、
前記基板を絶縁物を介して、電源が接続された電極板上に載置させるように構成したことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記電源から供給される電位は、試料の電位と逆極性となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記試料としてＤＮＡを用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１】
溶液が入れられた容器中に試料とカンチレバーを配設し、液中で試料表面の観察及び／又は分析を行なう走査型プローブ顕微鏡であって、基板上に観察すべき試料を付着させるようにした走査型プローブ顕微鏡において、
前記基板を絶縁物を介して、電源が接続された電極板上に載置させるように構成したことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記電源から供給される電位は、試料の電位と逆極性となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記試料としてＤＮＡを用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の走査型プローブ顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１６４００６（Ｐ２０１１−１６４００６Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８６５８（Ｐ２０１０−２８６５８）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
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