[發(fā)明專利]掃描探針顯微鏡探針及其制造方法,具有該探針的掃描探針顯微鏡以及使用其的分子加工法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01803884.0
• 申請日: 2001-09-20
• 公開（公告）號: CN1395681A
• 公開（公告）日: 2003-02-05
• 發(fā)明（設計）人: 中川徹;行政哲男
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: G01N13/16
• 分類號: G01N13/16;G12B21/08
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 林曉紅

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及利用化學反應分析/加工固體表面的“分子間力顯微鏡”的探針及其制造方法，以及具有這種探針的掃描探針顯微鏡和使用其的分子加工法。

背景技術(shù)

稱為“掃描探針顯微鏡”的測定裝置通過用放置于緊鄰固體表面的尖銳探針以幾埃的精度掃描固體表面的一定范圍，并測定此時在探針和固體表面間引起的相互作用，而檢測固體表面信息。根據(jù)要測定的相互作用的種類而提出各種掃描探針顯微鏡。例如，在相互作用是隧道電流的情況中是掃描隧道顯微鏡，在相互作用是原子間力的情況中是原子力顯微鏡，在相互作用是磁力的情況中是磁力顯微鏡。

提出了“分子間力顯微鏡”，其中將具有化學傳感器功能的分子或催化劑分子固定在掃描探針顯微鏡的探針尖端部，將在探針尖端部的分子和要測定的分子間引起的化學相互作用或催化用于檢測或加工要測定的分子的化學信息(特許公報2653597；特許公報2561396；Nakagawa，“Shokubai(催化劑)”，Vol?39，pp.628-635，1997)。將傳感器分子固定在原子力顯微鏡的探針上的分子間力顯微鏡的原理在以下描述。本文中，“化學傳感器功能”指分析有機分子的化學性質(zhì)的功能。通常，通過分子的三維結(jié)構(gòu)或分子中包含的官能團而測定分子的化學性質(zhì)。具有化學傳感器功能的傳感器分子可以特異性地檢測這種結(jié)構(gòu)或官能團。

圖11闡明原子力顯微鏡的原理。樣品(153)固定于可在X-、Y-和Z-方向上延伸的壓電元件(154)上。在樣品(153)的上部有尖端曲率半徑為數(shù)十納米的的探針(114)。探針(114)固定在杠桿部(152)的尖端。當在樣品(153)和探針(114)間施加力時，杠桿部(152)偏斜。這種偏斜可以通過用兩個光電二極管(155)測定由杠桿部(152)反射的激光束(151)反射角的變化而得到評價。因此，可以從偏斜量和杠桿部的彈簧常數(shù)的積計算樣品和探針間引起的力。因此，當用壓電元件在X-Y平面上掃描樣品的特定區(qū)域時，樣品和探針間引起的力得以測定，從而可以檢測樣品的表面信息。

例如，當將反饋應用于在Z-方向上的壓電元件移動時，掃描X-Y區(qū)域，以使樣品和探針間引起的力保持恒定，從而測定壓電元件在X-、Y-和Z-方向上移動的關系。通過這種測定，可以評價樣品的凹凸。在此，將傳感器分子固定在探針的尖端，以測定其上存在其它種類的分子的基材表面，以便可以測定特定分子的位置。也就是說，在傳感器分子是僅和分子(分子A)引起強吸力的分子的情況下，分子A的位置可以通過用具有這種傳感器分子的探針測定其上存在其它種類的分子的基才表面，以分子水平的分辨率得到測定。此外，如果將催化劑分子固定在探針上，則可以用這種探針加工特定分子。

也可以通過用分子間力顯微鏡測定DNA的堿基順序。在將組成DNA的腺嘌呤固定于探針的情況下，測定固定在基材上的單鏈DNA，可以確定胸腺嘧啶的位置，因為腺嘌呤和DNA中的胸腺嘧啶引起很大的引力。DNA中的堿基順序可以通過用連接有胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶的探針以相似的方式進行測定而得到檢測。

在常規(guī)的分子間力顯微鏡中，將分子固定在探針上以使分子覆蓋探針的整個表面。因此，如果沒有正確控制探針和樣品間的距離，在測定過程中探針上的大量分子與要測定的分子接觸，所以測定分辨率差。相似地，在使用分子間力顯微鏡的分子加工中，很難僅加工一個分子，因為固定在探針上的大量分子與要加工的大量分子引起相互作用。在下文中，詳細描述常規(guī)的分子間力顯微鏡的問題。

圖12用圖解法闡明一個實例，其中用分子間力顯微鏡測定固定在固體表面上的分子A(163)的位置。當將探針壓到固體表面時，固體表面彈性變形，以使兩個相鄰分子，分子A(163)和分子B(164)引起相互作用，結(jié)果這兩個分子的位置不能得到鑒定。

圖13是闡明通過使用分子間力顯微鏡測定單鏈DNA(173)中包含的堿基，腺嘌呤(174)的位置的實例的示意圖。將與腺嘌呤引起特異性相互作用的胸腺嘧啶(172)固定于探針(171)。原理上，DNA中腺嘌呤(174)的位置可以通過檢測與探針上胸腺嘧啶(172)引起相互作用的腺嘌呤的位置而得到測定。然而，如果探針(171)太接近樣品，兩個或兩個以上胸腺嘧啶分子(172)特異性地與DNA鏈(173)中的兩個或兩個以上的腺嘌呤分子(174)相互作用。結(jié)果難以鑒定DNA鏈(173)中腺嘌呤的位置。