Ｘ線顕微鏡用試料収容セルおよびＸ線顕微鏡像の観察方法
【課題】溶液中の生物試料の高分解能Ｘ線顕微鏡観察を可能とする技術の提供。
【解決手段】試料液１５中の観察試料１６は第１のＸ線透過膜１４ａの裏面に吸着等されて保持される。鏡体内では、圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲するが、Ｘ線透過膜１４ｃは、第２の空洞部１１ｂ内のガスの膨張により、Ｘ線透過膜１４ａ側に凸に湾曲する。この湾曲により、第１と第２のＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの中央部での間隔は端部間隔に比較して広がることとなるが、Ｘ線顕微鏡観察で主要な視野領域でのＸ線光路長は、Ｘ線透過膜１４ｂ、１４ｃ間において長くなるものの、Ｘ線透過膜１４ａ、１４ｃ間においては殆ど変化がない。従って、鏡体内部でＸ線放射膜およびＸ線透過膜が湾曲しても、Ｘ線光路長が長くなるのはＸ線吸収が生じないガス部１１ｂにおいてであり、試料液１５によるＸ線の吸収は抑制される。
【解決手段】試料液１５中の観察試料１６は第１のＸ線透過膜１４ａの裏面に吸着等されて保持される。鏡体内では、圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲するが、Ｘ線透過膜１４ｃは、第２の空洞部１１ｂ内のガスの膨張により、Ｘ線透過膜１４ａ側に凸に湾曲する。この湾曲により、第１と第２のＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの中央部での間隔は端部間隔に比較して広がることとなるが、Ｘ線顕微鏡観察で主要な視野領域でのＸ線光路長は、Ｘ線透過膜１４ｂ、１４ｃ間において長くなるものの、Ｘ線透過膜１４ａ、１４ｃ間においては殆ど変化がない。従って、鏡体内部でＸ線放射膜およびＸ線透過膜が湾曲しても、Ｘ線光路長が長くなるのはＸ線吸収が生じないガス部１１ｂにおいてであり、試料液１５によるＸ線の吸収は抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線顕微鏡像の観察技術に関し、特に、溶液中の生物試料を高分解能でＸ線顕微鏡観察するに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線顕微鏡は溶液中の試料の高分解能観察が可能であり、特に、観察対象試料が生物試料である場合に有用な手法として知られている。特に、一般に「水の窓」と呼ばれる２．３〜４．４ｎｍの波長範囲（２８４〜５４０ｅＶのエネルギ範囲に相当する）のＸ線（軟Ｘ線）は、生体を構成する物質間の吸収係数の差が大きく、水には吸収されずに透過する一方で炭素や窒素には吸収され易いため、タンパク質などを透過し難いという特性を有するため、軟Ｘ線を用いたＸ線顕微鏡観察は生物試料の観察に好適なものと言える。
【０００３】
「水の窓」の波長領域の軟Ｘ線が有する上述の特性は、水分を含んだ観察対象物(生物試料や溶液中試料)をそのままの状態で観察することを可能とすることに加え、その波長が可視光よりも短いために光学顕微鏡観察よりも高分解能での観察が可能となる。このような理由により、「水の窓」の波長領域のＸ線を利用した顕微鏡（軟Ｘ線顕微鏡）の開発が進められている。
【０００４】
なお、生物試料の観察には、炭素による吸収が少ない「炭素の窓」の波長領域(５．０〜４．５ｎｍ)の軟Ｘ線や更に短波長の領域（０．６〜２．３ｎｍ）の軟Ｘ線も有効である。
【０００５】
Ｘ線顕微鏡は、主として、ゾーンプレート等の集光系を用いてＸ線ビームを細く絞って試料に照射する方法(集光系)と、点光源からのＸ線ビームを試料に照射する方法(点光源系)に分類される。
【０００６】
集光系のＸ線顕微鏡は、照射透過型のものと走査透過型のものとに分類され、分解能はゾーンプレート等の加工精度に依存し、理論的な限界は１０〜１５ｎｍ程度と予想されている。
【０００７】
一方、点光源系のＸ線顕微鏡は、レーザによりＸ線を発生させる方法と、電子線等の荷電粒子線の照射によりＸ線を発生させる方法とに分類される。荷電粒子線の照射によりＸ線を発生させる方法としては、試料支持膜の表面から電子線を入射させて試料支持膜中でＸ線を発生させ、このＸ線を、試料支持膜の裏面に付着させた試料に照射するという手法が提案されている(特許文献１：特開平８−４３６００号公報、特許文献２：特許第４５６５１６８号明細書、特許文献３：特開平２−１３８８５６号公報）。
【０００８】
このような手法によれば、極めて細く絞った荷電粒子を試料支持膜に入射させて荷電粒子の拡散範囲を抑えることが可能となるため、高い分解能を達成することができる。また、試料支持膜の下側（裏面側）の様々な角度や位置にＸ線検出器を複数個設置することとすれば、その設置角度に依存した傾斜画像を得ることができるため、１回の荷電粒子線走査で、設置した検出器の数と同数の傾斜画像が得ら、これら傾斜画像に基づいて観察対象試料の３次元構造を再現することも可能となる(特許文献２)。
【０００９】
こういった軟Ｘ線顕微鏡観察に用いられる試料支持部材(支持膜)としては、窒化シリコン膜が広く用いられてきた。窒化シリコン膜は耐圧性に優れているため、内部が大気圧にある試料収容セルの窓部に設けた場合でも、真空となる顕微鏡装置内での使用には何ら支障が生じないと考えられてきた。例えば、特開平６−１８０４００号公報（特許文献４）に開示されている発明では、２枚の窒化シリコン膜を所定の間隔を有するように対向配置した試料セルを用い、Ｘ線透過窓の周辺に試料液を溜める窪みを設け、窒化シリコン膜間に溶液と一緒に観察試料を封入密閉してＸ線顕微鏡観察を行うこととしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−４３６００号公報
【特許文献２】特許第４５６５１６８号明細書
【特許文献３】特開平２−１３８８５６号公報
【特許文献４】特開平６−１８０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のとおり、窒化シリコン膜は耐圧性に優れており、このような膜を試料支持部材(支持膜)として用いた試料収容セルは、実用上、Ｘ線顕微鏡装置内での使用に何ら支障がないものと考えられてきた。しかし、本発明者は、従来構成の試料収容セルには、更なる改善の余地があるものと考えている。
【００１２】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、従来構成の試料収容セルをＸ線顕微鏡内で使用する際に生じる問題点を説明するための図である。図１（Ａ）に示したように、試料収容セル１００は、観察試料を溶液と一緒に収容するための空洞部１１を有する容器部１０を備えており、この容器部１０には試料液を充填するための孔部１２が設けられている。容器部１０の中央部には、図中上側に、荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線を放射するＸ線放射膜１３と当該軟Ｘ線を透過し且つ空洞部１１内の気密を保持し得る第１のＸ線透過膜１４ａがこの順序で設けられており、図中下側には、第１のＸ線透過膜１４ａと同様に、Ｘ線放射膜１３からの軟Ｘ線を透過し且つ空洞部１１内の気密を保持し得る第２のＸ線透過膜１４ｂが設けられている。
【００１３】
このような試料収容セル１００に試料液１５を充填すると、当該試料液中の観察試料１６はＸ線透過膜（図１（Ｂ）に示した例では第１のＸ線透過膜１４ａの裏面）に吸着等されて保持される。つまり、Ｘ線透過膜は試料支持膜としても機能する。試料液の充填後、孔部１２を封止部材１７で塞ぎ、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする。
【００１４】
Ｘ線顕微鏡観察する際には鏡体内部は真空状態とされるが、このとき、試料収容セル１００の内圧とＸ線顕微鏡の鏡体内部の圧力とに差が生じる。Ｘ線放射膜１３とＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの厚みは一般にサブミクロンレベル（例えば、０．０５〜０．１μｍ程度）と薄く、当該圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲する（図１（Ｃ））。
【００１５】
このような湾曲が生じると、試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａと第２のＸ線透過膜１４ｂの中央部での間隔ｄは、これらＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの端部間隔ｄ0に比較して広がることとなる。このことは、Ｘ線顕微鏡観察に意味をもつ領域内でＸ線の光路長が一様ではなくなることを意味するが、Ｘ線顕微鏡観察の主要な視野となる領域でＸ線の光路長が長くなると、当該光路長増加分に応じて試料液１５によるＸ線の吸収が高まり、感度が低下して観察像の画質低下が生じるという問題が起こる。
【００１６】
湾曲の程度はＸ線放射膜１３とＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの厚みや材質にもよるが、大気圧下では間隔ｄ0が５μｍであったものが、真空中では間隔ｄが２０μｍ程度になることもある。このような現象が起こる原因としては、試料液１５の何れかの場所に減圧による気泡が生成するなどして試料液１５の体積が実質的に増大するなどが考えられ、これを抑制するためには、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする前に試料液１５を予め減圧脱泡しておくこと等が有効であると考えられるが、このような処理を行うと試料収容セル１００内部の著しい減圧が生じる可能性があり、観察試料１６が生体細胞などの比較的脆弱なものである場合には部分的な破損等が生じて形態観察に悪影響を及ぼす結果となり得る。
【００１７】
本発明は、上述のような従来構造の試料収容セルが抱える問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に、溶液中の生物試料の高分解能Ｘ線顕微鏡観察に寄与する試料収容セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる第１の態様の試料収容セルは、真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するための空洞部を備え、前記試料収容セルの一方面には前記空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられており、前記空洞部は、前記特性Ｘ線を透過する第３のＸ線透過膜により前記試料収容セルの一方面側の第１の空洞部と前記試料収容セルの他方面側の第２の空洞部とに分離されており、前記試料収容セルには、前記第１の空洞部に試料液を充填するための孔部が設けられている、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる第２の態様の試料収容セルは、真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するための空洞部を備え、前記試料収容セルの一方面には前記空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられており、前記試料収容セルには、前記空洞部に試料液を充填するための孔部と前記空洞部にガスを注入するためのガス注入部が設けられている、ことを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明にかかる第３の態様の試料収容セルは、真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するためのピストン仕様の試料導入部を備え、前記試料収容セルの一方面には前記試料導入部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられている、ことを特徴とする。
【００２１】
これらＸ線顕微鏡用の試料収容セルは、前記Ｘ線放射膜と第１のＸ線透過膜との間に、前記特性Ｘ線は透過し荷電粒子線は遮断する荷電粒子吸収膜を備えていることが好ましい。
【００２２】
本発明のＸ線顕微鏡像の観察方法は、上述の本発明にかかる試料収容セルを用いて行われる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、鏡体内部で内外圧力差によりＸ線放射膜およびＸ線透過膜が湾曲しても、試料液中でのＸ線光路長が長くなることがなく、試料液によるＸ線の吸収は抑制されるので、溶液中の生物試料を高分解能でＸ線顕微鏡観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来構成の試料収容セルをＸ線顕微鏡内で使用する際に生じる問題点を説明するための図である。
【図２】本発明に係る第１の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明に係る第２の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。
【図４】図３に示した構造の試料収容セルの利用法の一例を説明するための図である。
【図５】本発明に係る第３の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、図面を参照して、本発明にかかるＸ線顕微鏡用試料収容セルおよびこれを用いたＸ線顕微鏡像の観察方法について説明する。
【００２６】
上述したように、従来構造の試料収容セルでは、真空状態にあるＸ線顕微鏡の鏡体内部では、内外圧力の差によってＸ線放射膜およびＸ線透過膜が外側に向かって凸状に湾曲し、Ｘ線顕微鏡観察で主要な視野領域でのＸ線光路長が長くなり、試料液によるＸ線の吸収により観察像の画質低下が生じる。
【００２７】
本発明は、試料収容セルの内部に試料液を収容するための空洞部内に試料液収容部とガス収容部を設けることとし、内外圧力の差によるＸ線光路長の増加を、Ｘ線吸収が生じない上記ガス収容部に負わせ、試料液収容部におけるＸ線光路長の増加を抑制することによりこの問題を解決するものである。
【００２８】
また、他の態様の試料収容セルでは、空洞部内に収容された試料液にガス泡（気泡）を導入し、内外圧力の差によるＸ線光路長の増加を、Ｘ線吸収が生じない上記気泡に負わせ、試料液内でＸ線光路長が増加するのを抑制することによりこの問題を解決するものである。
【００２９】
つまり、本発明に係る試料収容セルでは、鏡体内部で内外圧力差によりＸ線放射膜およびＸ線透過膜が湾曲しても、Ｘ線光路長が長くなるのはＸ線吸収が生じないガス部においてであり、試料液によるＸ線の吸収は抑制され、観察像の画質低下が生じない。
【００３０】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る第１の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。図２（Ａ）では、試料収容セル１００の容器部１０は上部１０ａと下部１０ｂに分割可能に構成されているが、一体化されたものであってもよい（図２（Ｂ））。
【００３１】
試料収容セル１００には、容器部１０内に形成されることとなる空洞部１１に試料液が収容される。試料収容セル１００の一方面には、空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられており、この荷電粒子入射部には、荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜１３と特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａとがこの順序で設けられている。
【００３２】
試料収容セル１００の他方面には、空洞部１１内から射出されるＸ線を透過させて外部からの観察を可能とする為の窓（Ｘ線透過窓）が設けられており、このＸ線透過窓には、上記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜１４ｂが設けられている。
【００３３】
容器部１０の上部１０ａの下側には、上記特性Ｘ線を透過する第３のＸ線透過膜１４ｃが設けられており、容器部上部１０ａと容器部下部１０ｂとが合体された状態では、第３のＸ線透過膜１４ｃと第１のＸ線透過膜１４ａにより容器部上部１０ａ側の空洞部（第１の空洞部１１ａ）が密閉され、第３のＸ線透過膜１４ｃと第２のＸ線透過膜１４ｂにより容器部下部１０ｂ側の空洞部（第２の空洞部１１ｂ）が密閉される。
【００３４】
つまり、空洞部１１は、第３のＸ線透過膜１４ｃにより、試料収容セル１００の一方面側の第１の空洞部１１ａと他方面側の第２の空洞部１１ｂとに分離され、第１の空洞部１１ａ内には孔部１２から試料液が充填される。
【００３５】
試料液１５中の観察試料１６は第１のＸ線透過膜１４ａの裏面に吸着等されて保持され、試料液１５の充填後に孔部１２を封止部材１７で塞ぎ、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする。なお、第２の空洞部１１ｂ内には、観察試料充填環境にあるガス（一般には空気）が充填される結果となる。
【００３６】
試料収容セル１００をセットすると、上述したように、圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲するが、このとき、Ｘ線透過膜１４ｃは、第２の空洞部１１ｂ内のガスの膨張により、Ｘ線透過膜１４ａ側に凸に湾曲する（図２（Ｃ））。
【００３７】
このような湾曲が生じると、試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａと第２のＸ線透過膜１４ｂの中央部での間隔は、これらＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの端部間隔に比較して広がることとなるが、Ｘ線顕微鏡観察で主要な視野領域でのＸ線光路長は、Ｘ線透過膜１４ｂ、１４ｃ間において長くなるものの、Ｘ線透過膜１４ａ、１４ｃ間においては殆ど変化がない。
【００３８】
従って、鏡体内部で内外圧力差によりＸ線放射膜およびＸ線透過膜が湾曲しても、Ｘ線光路長が長くなるのはＸ線吸収が生じないガス部１１ｂにおいてであり、試料液１５によるＸ線の吸収は抑制される。
【００３９】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る第２の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。
【００４０】
試料収容セル１００には、容器部１０内に形成されることとなる空洞部１１に試料液が収容される。試料収容セル１００の一方面には、空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられており、この荷電粒子入射部には、荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜１３と特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａとがこの順序で設けられている。
【００４１】
試料収容セル１００の他方面には、空洞部１１内から射出されるＸ線を透過させて外部からの観察を可能とする為の窓（Ｘ線透過窓）が設けられており、このＸ線透過窓には、上記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜１４ｂが設けられている。
【００４２】
空洞部１１内には孔部１２から試料液１５が充填される。試料液１５中の観察試料１６は第１のＸ線透過膜１４ａの裏面に吸着等されて保持され、試料液１５の充填後に孔部１２を封止部材１７で塞ぎ、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする。
【００４３】
試料収容セル１００には、空洞部１１にガスを注入するためのガス注入部１８が設けられている。
【００４４】
試料収容セル１００をセットすると、上述したように、圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲するが、ガス注入部１８から空洞部１１にガスを注入し（図３（Ｃ））、このガス泡１９をＸ線透過膜１４ａ、１４ｂ間に導く（図３（Ｄ））。
【００４５】
Ｘ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの湾曲が生じると、試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａと第２のＸ線透過膜１４ｂの中央部での間隔は、これらＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの端部間隔に比較して広がることとなるが、注入ガス量の制御により、Ｘ線顕微鏡観察で主要な視野領域でのＸ線光路長の増加分をガス泡１９の厚みに等しくすると、試料液１５によるＸ線の吸収は抑制される。
【００４６】
上記注入ガスとしては、空気やヘリウムなどを例示することができる。Ｘ線のエネルギが３００eＶであるとすると、強度が１／ｅにまで減衰する厚みは、水が概ね２．３μｍであるのに対し、空気は概ね１．５ｍｍ、ヘリウムは概ね１０ｍｍである。
【００４７】
なお、ガス泡１９の空洞部１１内での移動のし易さを考慮すると、第１のＸ線透過膜と第２のＸ線透過膜が真空中で湾曲した状態でのこれらの膜間隔は、ガスが空気の場合は０．１〜０．５ｍｍが好ましい。また、ガスがヘリウムの場合は０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．１〜１ｍｍである。
【００４８】
ガスの注入法としては、鏡体内で生じる内外圧差に起因するセル内の減圧を利用してガスを空洞部１１内に導く方法と、セル１００の外部から加圧してガスを注入する方法がある。
【００４９】
本来、液体の圧力膨張率は気体に比べて小さいから、真空下での膨張量は小さいため、セル内部は減圧状態となる。この減圧状態は生体細胞等の試料にとっては酷な環境だから、過度な減圧状態は避けなければならない。具体的にはセル内圧が１／２気圧以下となることは望ましくない。仮に、減圧によりセル内の空洞部の堆積膨張量を１とするとき、体積が２のガスを空洞部に注入すれば、セル内圧を概ね１／２気圧とすることができる。
【００５０】
なお、図３に示した構造の試料収容セルを、下記のように利用することも有効である。
【００５１】
図４は、図３に示した構造の試料収容セルの利用法の一例を説明するための図である。一旦、試料液１５を空洞部１１に充填し（図４（Ａ））、第１の第１のＸ線透過膜１４ａに観察試料１６を表面張力を利用する等により吸着等させて保持させる（図４（Ｂ））。その後、試料液１５を空洞部１１から外部に排出して孔部１２を封止部材１７で塞ぎ、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする（図４（Ｃ））。
【００５２】
試料収容セル１００をセットすると、上述したように、圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲するが、空洞部１１内の試料液（溶液）は観察試料１６の表面上に残存する微量なものに過ぎないから、顕微鏡観察の障害となるほどの試料液１５によるＸ線の吸収は生じない（図４（Ｄ））。
【００５３】
本発明に係る試料収容セルには、上記の構成の以外にも種々の態様があり得る。例えば、Ｘ線放射膜１３と第１のＸ線透過膜１４ａとの間に、特性Ｘ線は透過し荷電粒子線は遮断する荷電粒子吸収膜を備えている構成とすると、荷電粒子線の照射による観察試料のダメージを軽減することができるため、好ましい。
【００５４】
また、観察試料を第１のＸ線透過膜に支持させるに際しては、表面張力を利用する態様の他にも種々の手法があり得るが、例えば、第１のＸ線透過膜の試料支持面に極薄の吸着膜を設けたり、あるいは、電圧印加により静電的作用で観察試料を吸着させるようにしてもよい。
【００５５】
空洞部にガス泡を注入するに際しては、予め予想される膨張量から算出された量のガスを注入する態様の他、例えば、Ｘ線透過窓の近傍にセンサを設けておきキャパシタンス測定や電気抵抗測定などの手法により適正注入ガス量を算出したり、或いは、鏡体内部でのセルの様子を観察しながら遠隔操作により注入ガス量を調節する等の手法によってもよい。
【００５６】
さらに、図５に示すように、ピストン仕様のセルの試料導入管２０を長尺のものとし、当該試料導入管２０内に、ガスＡ（例えば酸素ガス）、試料液ａ（例えば溶媒液）、ガスＢ（例えば炭酸ガス）、試料液ｂ（例えば蛋白質溶液）、ガスＣ（例えばアルゴンガス）、試料液ｃ（例えば抗体液）、ガスＤ（例えばヘリウムガス）、試料液ｄ（例えば薬品液）、といったように、異なるガス種および溶液種を区分させた状態で予め充填させておき、観察中に、これらを順次移動させて異なる条件下での観察を行うようにしてもよい。この図では、試料導入管２０の一部を図示しているが、実際にはピストン長さを十分にとり、上述のガス部および試料液部の移動が支障なく行えるように設計される。
【００５７】
なお、溶液中に溶存気体があると減圧下で発泡する場合があるから、予め減圧脱泡した溶液を使うことがより好ましい。ここで、減圧脱泡のための圧力は使用条件よりも低い値、具体的には、２／３気圧以下が望ましく、観察目的によっては、０．１気圧程度の低圧が有効である。
【００５８】
このような１チャンネル方式での試料導入方法は、一度セットした試料収容セルを鏡体外に取り出すことなく、種々の異なる条件下での観察を短時間で行えるという利点がある。試料液部とガス部の移動には、例えば、与圧空気室弁のＯＮ／ＯＦＦ切り替えや電磁振動式マイクロポンプなどの公知技術を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、溶液中の生物試料を高分解能でＸ線顕微鏡観察することを可能とする。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 試料収容セル
１０ 容器部
１０ａ 上部
１０ｂ 下部
１１ 空洞部
１２ 孔部
１３ Ｘ線放射膜
１４ａ 第１のＸ線透過膜
１４ｂ 第２のＸ線透過膜
１４ｃ 第３のＸ線透過膜
１５ 試料液
１６ 観察試料
１７ 封止部材
１８ ガス注入部
１９ ガス泡
２０ 試料導入管
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線顕微鏡像の観察技術に関し、特に、溶液中の生物試料を高分解能でＸ線顕微鏡観察するに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線顕微鏡は溶液中の試料の高分解能観察が可能であり、特に、観察対象試料が生物試料である場合に有用な手法として知られている。特に、一般に「水の窓」と呼ばれる２．３〜４．４ｎｍの波長範囲（２８４〜５４０ｅＶのエネルギ範囲に相当する）のＸ線（軟Ｘ線）は、生体を構成する物質間の吸収係数の差が大きく、水には吸収されずに透過する一方で炭素や窒素には吸収され易いため、タンパク質などを透過し難いという特性を有するため、軟Ｘ線を用いたＸ線顕微鏡観察は生物試料の観察に好適なものと言える。
【０００３】
「水の窓」の波長領域の軟Ｘ線が有する上述の特性は、水分を含んだ観察対象物(生物試料や溶液中試料)をそのままの状態で観察することを可能とすることに加え、その波長が可視光よりも短いために光学顕微鏡観察よりも高分解能での観察が可能となる。このような理由により、「水の窓」の波長領域のＸ線を利用した顕微鏡（軟Ｘ線顕微鏡）の開発が進められている。
【０００４】
なお、生物試料の観察には、炭素による吸収が少ない「炭素の窓」の波長領域(５．０〜４．５ｎｍ)の軟Ｘ線や更に短波長の領域（０．６〜２．３ｎｍ）の軟Ｘ線も有効である。
【０００５】
Ｘ線顕微鏡は、主として、ゾーンプレート等の集光系を用いてＸ線ビームを細く絞って試料に照射する方法(集光系)と、点光源からのＸ線ビームを試料に照射する方法(点光源系)に分類される。
【０００６】
集光系のＸ線顕微鏡は、照射透過型のものと走査透過型のものとに分類され、分解能はゾーンプレート等の加工精度に依存し、理論的な限界は１０〜１５ｎｍ程度と予想されている。
【０００７】
一方、点光源系のＸ線顕微鏡は、レーザによりＸ線を発生させる方法と、電子線等の荷電粒子線の照射によりＸ線を発生させる方法とに分類される。荷電粒子線の照射によりＸ線を発生させる方法としては、試料支持膜の表面から電子線を入射させて試料支持膜中でＸ線を発生させ、このＸ線を、試料支持膜の裏面に付着させた試料に照射するという手法が提案されている(特許文献１：特開平８−４３６００号公報、特許文献２：特許第４５６５１６８号明細書、特許文献３：特開平２−１３８８５６号公報）。
【０００８】
このような手法によれば、極めて細く絞った荷電粒子を試料支持膜に入射させて荷電粒子の拡散範囲を抑えることが可能となるため、高い分解能を達成することができる。また、試料支持膜の下側（裏面側）の様々な角度や位置にＸ線検出器を複数個設置することとすれば、その設置角度に依存した傾斜画像を得ることができるため、１回の荷電粒子線走査で、設置した検出器の数と同数の傾斜画像が得ら、これら傾斜画像に基づいて観察対象試料の３次元構造を再現することも可能となる(特許文献２)。
【０００９】
こういった軟Ｘ線顕微鏡観察に用いられる試料支持部材(支持膜)としては、窒化シリコン膜が広く用いられてきた。窒化シリコン膜は耐圧性に優れているため、内部が大気圧にある試料収容セルの窓部に設けた場合でも、真空となる顕微鏡装置内での使用には何ら支障が生じないと考えられてきた。例えば、特開平６−１８０４００号公報（特許文献４）に開示されている発明では、２枚の窒化シリコン膜を所定の間隔を有するように対向配置した試料セルを用い、Ｘ線透過窓の周辺に試料液を溜める窪みを設け、窒化シリコン膜間に溶液と一緒に観察試料を封入密閉してＸ線顕微鏡観察を行うこととしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−４３６００号公報
【特許文献２】特許第４５６５１６８号明細書
【特許文献３】特開平２−１３８８５６号公報
【特許文献４】特開平６−１８０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のとおり、窒化シリコン膜は耐圧性に優れており、このような膜を試料支持部材(支持膜)として用いた試料収容セルは、実用上、Ｘ線顕微鏡装置内での使用に何ら支障がないものと考えられてきた。しかし、本発明者は、従来構成の試料収容セルには、更なる改善の余地があるものと考えている。
【００１２】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、従来構成の試料収容セルをＸ線顕微鏡内で使用する際に生じる問題点を説明するための図である。図１（Ａ）に示したように、試料収容セル１００は、観察試料を溶液と一緒に収容するための空洞部１１を有する容器部１０を備えており、この容器部１０には試料液を充填するための孔部１２が設けられている。容器部１０の中央部には、図中上側に、荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線を放射するＸ線放射膜１３と当該軟Ｘ線を透過し且つ空洞部１１内の気密を保持し得る第１のＸ線透過膜１４ａがこの順序で設けられており、図中下側には、第１のＸ線透過膜１４ａと同様に、Ｘ線放射膜１３からの軟Ｘ線を透過し且つ空洞部１１内の気密を保持し得る第２のＸ線透過膜１４ｂが設けられている。
【００１３】
このような試料収容セル１００に試料液１５を充填すると、当該試料液中の観察試料１６はＸ線透過膜（図１（Ｂ）に示した例では第１のＸ線透過膜１４ａの裏面）に吸着等されて保持される。つまり、Ｘ線透過膜は試料支持膜としても機能する。試料液の充填後、孔部１２を封止部材１７で塞ぎ、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする。
【００１４】
Ｘ線顕微鏡観察する際には鏡体内部は真空状態とされるが、このとき、試料収容セル１００の内圧とＸ線顕微鏡の鏡体内部の圧力とに差が生じる。Ｘ線放射膜１３とＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの厚みは一般にサブミクロンレベル（例えば、０．０５〜０．１μｍ程度）と薄く、当該圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲する（図１（Ｃ））。
【００１５】
このような湾曲が生じると、試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａと第２のＸ線透過膜１４ｂの中央部での間隔ｄは、これらＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの端部間隔ｄ0に比較して広がることとなる。このことは、Ｘ線顕微鏡観察に意味をもつ領域内でＸ線の光路長が一様ではなくなることを意味するが、Ｘ線顕微鏡観察の主要な視野となる領域でＸ線の光路長が長くなると、当該光路長増加分に応じて試料液１５によるＸ線の吸収が高まり、感度が低下して観察像の画質低下が生じるという問題が起こる。
【００１６】
湾曲の程度はＸ線放射膜１３とＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの厚みや材質にもよるが、大気圧下では間隔ｄ0が５μｍであったものが、真空中では間隔ｄが２０μｍ程度になることもある。このような現象が起こる原因としては、試料液１５の何れかの場所に減圧による気泡が生成するなどして試料液１５の体積が実質的に増大するなどが考えられ、これを抑制するためには、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする前に試料液１５を予め減圧脱泡しておくこと等が有効であると考えられるが、このような処理を行うと試料収容セル１００内部の著しい減圧が生じる可能性があり、観察試料１６が生体細胞などの比較的脆弱なものである場合には部分的な破損等が生じて形態観察に悪影響を及ぼす結果となり得る。
【００１７】
本発明は、上述のような従来構造の試料収容セルが抱える問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に、溶液中の生物試料の高分解能Ｘ線顕微鏡観察に寄与する試料収容セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる第１の態様の試料収容セルは、真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するための空洞部を備え、前記試料収容セルの一方面には前記空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられており、前記空洞部は、前記特性Ｘ線を透過する第３のＸ線透過膜により前記試料収容セルの一方面側の第１の空洞部と前記試料収容セルの他方面側の第２の空洞部とに分離されており、前記試料収容セルには、前記第１の空洞部に試料液を充填するための孔部が設けられている、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる第２の態様の試料収容セルは、真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するための空洞部を備え、前記試料収容セルの一方面には前記空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられており、前記試料収容セルには、前記空洞部に試料液を充填するための孔部と前記空洞部にガスを注入するためのガス注入部が設けられている、ことを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明にかかる第３の態様の試料収容セルは、真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するためのピストン仕様の試料導入部を備え、前記試料収容セルの一方面には前記試料導入部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられている、ことを特徴とする。
【００２１】
これらＸ線顕微鏡用の試料収容セルは、前記Ｘ線放射膜と第１のＸ線透過膜との間に、前記特性Ｘ線は透過し荷電粒子線は遮断する荷電粒子吸収膜を備えていることが好ましい。
【００２２】
本発明のＸ線顕微鏡像の観察方法は、上述の本発明にかかる試料収容セルを用いて行われる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、鏡体内部で内外圧力差によりＸ線放射膜およびＸ線透過膜が湾曲しても、試料液中でのＸ線光路長が長くなることがなく、試料液によるＸ線の吸収は抑制されるので、溶液中の生物試料を高分解能でＸ線顕微鏡観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来構成の試料収容セルをＸ線顕微鏡内で使用する際に生じる問題点を説明するための図である。
【図２】本発明に係る第１の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明に係る第２の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。
【図４】図３に示した構造の試料収容セルの利用法の一例を説明するための図である。
【図５】本発明に係る第３の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、図面を参照して、本発明にかかるＸ線顕微鏡用試料収容セルおよびこれを用いたＸ線顕微鏡像の観察方法について説明する。
【００２６】
上述したように、従来構造の試料収容セルでは、真空状態にあるＸ線顕微鏡の鏡体内部では、内外圧力の差によってＸ線放射膜およびＸ線透過膜が外側に向かって凸状に湾曲し、Ｘ線顕微鏡観察で主要な視野領域でのＸ線光路長が長くなり、試料液によるＸ線の吸収により観察像の画質低下が生じる。
【００２７】
本発明は、試料収容セルの内部に試料液を収容するための空洞部内に試料液収容部とガス収容部を設けることとし、内外圧力の差によるＸ線光路長の増加を、Ｘ線吸収が生じない上記ガス収容部に負わせ、試料液収容部におけるＸ線光路長の増加を抑制することによりこの問題を解決するものである。
【００２８】
また、他の態様の試料収容セルでは、空洞部内に収容された試料液にガス泡（気泡）を導入し、内外圧力の差によるＸ線光路長の増加を、Ｘ線吸収が生じない上記気泡に負わせ、試料液内でＸ線光路長が増加するのを抑制することによりこの問題を解決するものである。
【００２９】
つまり、本発明に係る試料収容セルでは、鏡体内部で内外圧力差によりＸ線放射膜およびＸ線透過膜が湾曲しても、Ｘ線光路長が長くなるのはＸ線吸収が生じないガス部においてであり、試料液によるＸ線の吸収は抑制され、観察像の画質低下が生じない。
【００３０】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る第１の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。図２（Ａ）では、試料収容セル１００の容器部１０は上部１０ａと下部１０ｂに分割可能に構成されているが、一体化されたものであってもよい（図２（Ｂ））。
【００３１】
試料収容セル１００には、容器部１０内に形成されることとなる空洞部１１に試料液が収容される。試料収容セル１００の一方面には、空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられており、この荷電粒子入射部には、荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜１３と特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａとがこの順序で設けられている。
【００３２】
試料収容セル１００の他方面には、空洞部１１内から射出されるＸ線を透過させて外部からの観察を可能とする為の窓（Ｘ線透過窓）が設けられており、このＸ線透過窓には、上記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜１４ｂが設けられている。
【００３３】
容器部１０の上部１０ａの下側には、上記特性Ｘ線を透過する第３のＸ線透過膜１４ｃが設けられており、容器部上部１０ａと容器部下部１０ｂとが合体された状態では、第３のＸ線透過膜１４ｃと第１のＸ線透過膜１４ａにより容器部上部１０ａ側の空洞部（第１の空洞部１１ａ）が密閉され、第３のＸ線透過膜１４ｃと第２のＸ線透過膜１４ｂにより容器部下部１０ｂ側の空洞部（第２の空洞部１１ｂ）が密閉される。
【００３４】
つまり、空洞部１１は、第３のＸ線透過膜１４ｃにより、試料収容セル１００の一方面側の第１の空洞部１１ａと他方面側の第２の空洞部１１ｂとに分離され、第１の空洞部１１ａ内には孔部１２から試料液が充填される。
【００３５】
試料液１５中の観察試料１６は第１のＸ線透過膜１４ａの裏面に吸着等されて保持され、試料液１５の充填後に孔部１２を封止部材１７で塞ぎ、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする。なお、第２の空洞部１１ｂ内には、観察試料充填環境にあるガス（一般には空気）が充填される結果となる。
【００３６】
試料収容セル１００をセットすると、上述したように、圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲するが、このとき、Ｘ線透過膜１４ｃは、第２の空洞部１１ｂ内のガスの膨張により、Ｘ線透過膜１４ａ側に凸に湾曲する（図２（Ｃ））。
【００３７】
このような湾曲が生じると、試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａと第２のＸ線透過膜１４ｂの中央部での間隔は、これらＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの端部間隔に比較して広がることとなるが、Ｘ線顕微鏡観察で主要な視野領域でのＸ線光路長は、Ｘ線透過膜１４ｂ、１４ｃ間において長くなるものの、Ｘ線透過膜１４ａ、１４ｃ間においては殆ど変化がない。
【００３８】
従って、鏡体内部で内外圧力差によりＸ線放射膜およびＸ線透過膜が湾曲しても、Ｘ線光路長が長くなるのはＸ線吸収が生じないガス部１１ｂにおいてであり、試料液１５によるＸ線の吸収は抑制される。
【００３９】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る第２の態様の試料収容セルの基本構成を説明するための概略断面図である。
【００４０】
試料収容セル１００には、容器部１０内に形成されることとなる空洞部１１に試料液が収容される。試料収容セル１００の一方面には、空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられており、この荷電粒子入射部には、荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜１３と特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａとがこの順序で設けられている。
【００４１】
試料収容セル１００の他方面には、空洞部１１内から射出されるＸ線を透過させて外部からの観察を可能とする為の窓（Ｘ線透過窓）が設けられており、このＸ線透過窓には、上記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜１４ｂが設けられている。
【００４２】
空洞部１１内には孔部１２から試料液１５が充填される。試料液１５中の観察試料１６は第１のＸ線透過膜１４ａの裏面に吸着等されて保持され、試料液１５の充填後に孔部１２を封止部材１７で塞ぎ、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする。
【００４３】
試料収容セル１００には、空洞部１１にガスを注入するためのガス注入部１８が設けられている。
【００４４】
試料収容セル１００をセットすると、上述したように、圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲するが、ガス注入部１８から空洞部１１にガスを注入し（図３（Ｃ））、このガス泡１９をＸ線透過膜１４ａ、１４ｂ間に導く（図３（Ｄ））。
【００４５】
Ｘ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの湾曲が生じると、試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜１４ａと第２のＸ線透過膜１４ｂの中央部での間隔は、これらＸ線透過膜１４ａ、１４ｂの端部間隔に比較して広がることとなるが、注入ガス量の制御により、Ｘ線顕微鏡観察で主要な視野領域でのＸ線光路長の増加分をガス泡１９の厚みに等しくすると、試料液１５によるＸ線の吸収は抑制される。
【００４６】
上記注入ガスとしては、空気やヘリウムなどを例示することができる。Ｘ線のエネルギが３００eＶであるとすると、強度が１／ｅにまで減衰する厚みは、水が概ね２．３μｍであるのに対し、空気は概ね１．５ｍｍ、ヘリウムは概ね１０ｍｍである。
【００４７】
なお、ガス泡１９の空洞部１１内での移動のし易さを考慮すると、第１のＸ線透過膜と第２のＸ線透過膜が真空中で湾曲した状態でのこれらの膜間隔は、ガスが空気の場合は０．１〜０．５ｍｍが好ましい。また、ガスがヘリウムの場合は０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．１〜１ｍｍである。
【００４８】
ガスの注入法としては、鏡体内で生じる内外圧差に起因するセル内の減圧を利用してガスを空洞部１１内に導く方法と、セル１００の外部から加圧してガスを注入する方法がある。
【００４９】
本来、液体の圧力膨張率は気体に比べて小さいから、真空下での膨張量は小さいため、セル内部は減圧状態となる。この減圧状態は生体細胞等の試料にとっては酷な環境だから、過度な減圧状態は避けなければならない。具体的にはセル内圧が１／２気圧以下となることは望ましくない。仮に、減圧によりセル内の空洞部の堆積膨張量を１とするとき、体積が２のガスを空洞部に注入すれば、セル内圧を概ね１／２気圧とすることができる。
【００５０】
なお、図３に示した構造の試料収容セルを、下記のように利用することも有効である。
【００５１】
図４は、図３に示した構造の試料収容セルの利用法の一例を説明するための図である。一旦、試料液１５を空洞部１１に充填し（図４（Ａ））、第１の第１のＸ線透過膜１４ａに観察試料１６を表面張力を利用する等により吸着等させて保持させる（図４（Ｂ））。その後、試料液１５を空洞部１１から外部に排出して孔部１２を封止部材１７で塞ぎ、Ｘ線顕微鏡の内部に試料収容セル１００をセットする（図４（Ｃ））。
【００５２】
試料収容セル１００をセットすると、上述したように、圧力差によってＸ線放射膜１３およびＸ線透過膜１４ａ、１４ｂは外側に向かって凸となるように湾曲するが、空洞部１１内の試料液（溶液）は観察試料１６の表面上に残存する微量なものに過ぎないから、顕微鏡観察の障害となるほどの試料液１５によるＸ線の吸収は生じない（図４（Ｄ））。
【００５３】
本発明に係る試料収容セルには、上記の構成の以外にも種々の態様があり得る。例えば、Ｘ線放射膜１３と第１のＸ線透過膜１４ａとの間に、特性Ｘ線は透過し荷電粒子線は遮断する荷電粒子吸収膜を備えている構成とすると、荷電粒子線の照射による観察試料のダメージを軽減することができるため、好ましい。
【００５４】
また、観察試料を第１のＸ線透過膜に支持させるに際しては、表面張力を利用する態様の他にも種々の手法があり得るが、例えば、第１のＸ線透過膜の試料支持面に極薄の吸着膜を設けたり、あるいは、電圧印加により静電的作用で観察試料を吸着させるようにしてもよい。
【００５５】
空洞部にガス泡を注入するに際しては、予め予想される膨張量から算出された量のガスを注入する態様の他、例えば、Ｘ線透過窓の近傍にセンサを設けておきキャパシタンス測定や電気抵抗測定などの手法により適正注入ガス量を算出したり、或いは、鏡体内部でのセルの様子を観察しながら遠隔操作により注入ガス量を調節する等の手法によってもよい。
【００５６】
さらに、図５に示すように、ピストン仕様のセルの試料導入管２０を長尺のものとし、当該試料導入管２０内に、ガスＡ（例えば酸素ガス）、試料液ａ（例えば溶媒液）、ガスＢ（例えば炭酸ガス）、試料液ｂ（例えば蛋白質溶液）、ガスＣ（例えばアルゴンガス）、試料液ｃ（例えば抗体液）、ガスＤ（例えばヘリウムガス）、試料液ｄ（例えば薬品液）、といったように、異なるガス種および溶液種を区分させた状態で予め充填させておき、観察中に、これらを順次移動させて異なる条件下での観察を行うようにしてもよい。この図では、試料導入管２０の一部を図示しているが、実際にはピストン長さを十分にとり、上述のガス部および試料液部の移動が支障なく行えるように設計される。
【００５７】
なお、溶液中に溶存気体があると減圧下で発泡する場合があるから、予め減圧脱泡した溶液を使うことがより好ましい。ここで、減圧脱泡のための圧力は使用条件よりも低い値、具体的には、２／３気圧以下が望ましく、観察目的によっては、０．１気圧程度の低圧が有効である。
【００５８】
このような１チャンネル方式での試料導入方法は、一度セットした試料収容セルを鏡体外に取り出すことなく、種々の異なる条件下での観察を短時間で行えるという利点がある。試料液部とガス部の移動には、例えば、与圧空気室弁のＯＮ／ＯＦＦ切り替えや電磁振動式マイクロポンプなどの公知技術を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、溶液中の生物試料を高分解能でＸ線顕微鏡観察することを可能とする。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 試料収容セル
１０ 容器部
１０ａ 上部
１０ｂ 下部
１１ 空洞部
１２ 孔部
１３ Ｘ線放射膜
１４ａ 第１のＸ線透過膜
１４ｂ 第２のＸ線透過膜
１４ｃ 第３のＸ線透過膜
１５ 試料液
１６ 観察試料
１７ 封止部材
１８ ガス注入部
１９ ガス泡
２０ 試料導入管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、
前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するための空洞部を備え、
前記試料収容セルの一方面には前記空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、
前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられており、
前記空洞部は、前記特性Ｘ線を透過する第３のＸ線透過膜により前記試料収容セルの一方面側の第１の空洞部と前記試料収容セルの他方面側の第２の空洞部とに分離されており、
前記試料収容セルには、前記第１の空洞部に試料液を充填するための孔部が設けられている、ことを特徴とするＸ線顕微鏡用試料収容セル。
【請求項２】
真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、
前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するための空洞部を備え、
前記試料収容セルの一方面には前記空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、
前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられており、
前記試料収容セルには、前記空洞部に試料液を充填するための孔部と前記空洞部にガスを注入するためのガス注入部が設けられている、ことを特徴とするＸ線顕微鏡用試料収容セル。
【請求項３】
真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、
前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するためのピストン仕様の試料導入部を備え、
前記試料収容セルの一方面には前記試料導入部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、
前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられている、ことを特徴とするＸ線顕微鏡用試料収容セル。
【請求項４】
前記Ｘ線放射膜と第１のＸ線透過膜との間に、前記特性Ｘ線は透過し荷電粒子線は遮断する荷電粒子吸収膜を備えている、請求項１乃至３の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡用試料収容セル。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡用試料収容セルを用いる、Ｘ線顕微鏡像の観察方法。
【請求項１】
真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、
前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するための空洞部を備え、
前記試料収容セルの一方面には前記空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、
前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられており、
前記空洞部は、前記特性Ｘ線を透過する第３のＸ線透過膜により前記試料収容セルの一方面側の第１の空洞部と前記試料収容セルの他方面側の第２の空洞部とに分離されており、
前記試料収容セルには、前記第１の空洞部に試料液を充填するための孔部が設けられている、ことを特徴とするＸ線顕微鏡用試料収容セル。
【請求項２】
真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、
前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するための空洞部を備え、
前記試料収容セルの一方面には前記空洞部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、
前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられており、
前記試料収容セルには、前記空洞部に試料液を充填するための孔部と前記空洞部にガスを注入するためのガス注入部が設けられている、ことを特徴とするＸ線顕微鏡用試料収容セル。
【請求項３】
真空鏡体内でＸ線顕微鏡観察をおこなう際に用いられるＸ線顕微鏡用の試料収容セルであって、
前記試料収容セルは、内部に試料液を収容するためのピストン仕様の試料導入部を備え、
前記試料収容セルの一方面には前記試料導入部に荷電粒子を入射するための荷電粒子入射窓が設けられ、該荷電粒子入射部には前記荷電粒子の照射を受けて軟Ｘ線領域の特性Ｘ線を放射するＸ線放射膜と前記特性Ｘ線を透過するとともに観察試料支持膜としても機能する第１のＸ線透過膜とがこの順序で設けられており、
前記試料収容セルの他方面にはＸ線透過窓が設けられ、該Ｘ線透過窓には前記特性Ｘ線を透過する第２のＸ線透過膜が設けられている、ことを特徴とするＸ線顕微鏡用試料収容セル。
【請求項４】
前記Ｘ線放射膜と第１のＸ線透過膜との間に、前記特性Ｘ線は透過し荷電粒子線は遮断する荷電粒子吸収膜を備えている、請求項１乃至３の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡用試料収容セル。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡用試料収容セルを用いる、Ｘ線顕微鏡像の観察方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５７６２３（Ｐ２０１３−５７６２３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７０９７（Ｐ２０１１−１９７０９７）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
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