JP4600769B2 - Probe, specified substance analyzing apparatus, and specified substance analyzing method - Google Patents

Probe, specified substance analyzing apparatus, and specified substance analyzing method Download PDF

Info

Publication number
JP4600769B2
JP4600769B2 JP2005339934A JP2005339934A JP4600769B2 JP 4600769 B2 JP4600769 B2 JP 4600769B2 JP 2005339934 A JP2005339934 A JP 2005339934A JP 2005339934 A JP2005339934 A JP 2005339934A JP 4600769 B2 JP4600769 B2 JP 4600769B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
thin film
specific substance
lever portion
cantilever
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005339934A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007147353A (en
Inventor
直哉 渡邉
明 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2005339934A priority Critical patent/JP4600769B2/en
Publication of JP2007147353A publication Critical patent/JP2007147353A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4600769B2 publication Critical patent/JP4600769B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、微小粉末や生体試料（原子、分子やＤＮＡ等）等の微小な特定物質の重量を計測するプロープ及び該プローブを有する特定物質解析装置、並びに、特定物質解析方法に関するものである。   The present invention relates to a probe for measuring the weight of a minute specific substance such as a fine powder or a biological sample (atom, molecule, DNA, etc.), a specific substance analyzing apparatus having the probe, and a specific substance analyzing method.

生体内で生じる様々な分子間の相互作用等を解析するために、タンパク質やＤＮＡ等の微小な特定物質の重量を測定する必要がある。このような微小の特定物質の重量を測定して解析を行う方法としては、従来より各種の方法が提案されており、例えば、表面プラズモン共鳴（SPR：Surface Plasmon Resonance）現象を利用した表面プラズモン共鳴センサ（ＳＰＲセンサ）や、水晶振動子を用いた水晶振動子秤量法（QCM： Quartz Crystal Microbalance）によるＱＣＭバイオセンサ（例えば、特許文献１及び２参照）や、カンチレバーを利用したカンチレバーセンサ（例えば、特許文献３参照）等が知られている。   In order to analyze the interaction between various molecules generated in a living body, it is necessary to measure the weight of a minute specific substance such as protein or DNA. Various methods have been proposed to analyze by measuring the weight of such minute specific substances. For example, surface plasmon resonance using the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon. Sensor (SPR sensor), QCM biosensor (for example, refer to Patent Documents 1 and 2) by a quartz crystal weighing method (QCM: Quartz Crystal Microbalance) using a crystal resonator, and a cantilever sensor using a cantilever (for example, Patent Document 3) is known.

上記ＳＰＲセンサは、主として抗原−抗体反応をリアルタイムにモニタリングする装置であり、生体内で起こる様々な分子間相互作用を解析することができるものである。
具体的に説明すると、ガラス基板等の透明基板上に形成した金薄膜の表面に、タンパク質等、ある特定のターゲット物質に対する抗体を、リンカーを介して固定した後、透明基板を通して金薄膜の裏面側にプリズムを介してレーザ光を入射・反射させる。この際、レーザ光の全反射によって、金薄膜側に微弱なエネルギー波（エバネッセント波）が生じると共に、抗体に接触した金薄膜表面に粗密波（表面プラズモン）が発生する。そして、レーザ光の入射角度を変化させると、特定の入射角度で、エバネッセント波と粗密波との波数が一致して反射光が減衰する。 The SPR sensor is a device that mainly monitors an antigen-antibody reaction in real time, and can analyze various intermolecular interactions occurring in a living body.
Specifically, an antibody against a specific target substance such as protein is immobilized on a surface of a gold thin film formed on a transparent substrate such as a glass substrate via a linker, and then the back side of the gold thin film is passed through the transparent substrate. The laser beam is incident and reflected through the prism. At this time, by the total reflection of the laser light, a weak energy wave (evanescent wave) is generated on the gold thin film side, and a rough wave (surface plasmon) is generated on the gold thin film surface in contact with the antibody. When the incident angle of the laser beam is changed, the reflected light is attenuated by matching the wave numbers of the evanescent wave and the dense wave at a specific incident angle.

この現象は、金薄膜と抗体との境界面で起こる表面プラズモン共鳴によるものである。そして、抗原−抗体反応、即ち、抗体に対して抗原であるターゲット物質が結合（修飾）して重量が変化すると、抗体の誘電率が変わり共鳴角度が変化する。よって、共鳴角度の変化（即ち、誘電率変化）を経時的に測定することで、金薄膜表面で起きる反応を検出することができ、特異的結合反応をリアルタイムに検出して、抗体に結合したターゲット物質の定量化を行うことができる。その結果、分子間相互作用等を解析することができる。   This phenomenon is due to surface plasmon resonance occurring at the interface between the gold thin film and the antibody. When the antigen-antibody reaction, that is, when the target substance, which is an antigen, binds (modifies) to the antibody and the weight changes, the dielectric constant of the antibody changes and the resonance angle changes. Therefore, by measuring the change in resonance angle (ie, change in dielectric constant) over time, the reaction that occurs on the gold thin film surface can be detected, and the specific binding reaction is detected in real time and bound to the antibody. The target substance can be quantified. As a result, intermolecular interactions can be analyzed.

また、ＱＣＭバイオセンサは、一定の周波数で振動している水晶振動子の電極に金薄膜を被膜させ、該金薄膜上に特定のターゲット物質に対する抗体を、リンカーを介して固定させたものである。そして、タンパク質やＤＮＡ等の微小なターゲット物質が抗体に結合すると、重量が変化するので振動数が変化する。この振動状態を測定することで、特異的結合反応をリアルタイムに検出して、ターゲット物質の分析や解析を行うことができる。   In addition, the QCM biosensor is a device in which a gold thin film is coated on an electrode of a quartz crystal vibrating at a constant frequency, and an antibody against a specific target substance is immobilized on the gold thin film via a linker. . When a minute target substance such as protein or DNA is bound to the antibody, the weight changes, so the frequency changes. By measuring this vibration state, the specific binding reaction can be detected in real time, and the target substance can be analyzed and analyzed.

また、カンチレバーセンサは、ＱＣＭバイオセンサと同様に、カンチレバーの所定領域上に金薄膜を被膜させると共に、該金薄膜上に特定のターゲット物質に対する抗体を、リンカーを介して固定させ、該カンチレバーを所定の共振周波数で振動させるものである。そして、振動している状態でターゲット物質が抗体に結合すると、その重量変化によりカンチレバーの振動状態が変化する。この振動状態を測定することで、特異的結合反応をリアルタイムに検出して、ターゲット物質の分析や解析を行うことができる。   Similarly to the QCM biosensor, the cantilever sensor has a gold thin film coated on a predetermined area of the cantilever, and an antibody against a specific target substance is fixed on the gold thin film via a linker, so that the cantilever is predetermined. It is made to vibrate at a resonance frequency of. When the target substance binds to the antibody in a vibrating state, the vibration state of the cantilever changes due to the change in weight. By measuring this vibration state, the specific binding reaction can be detected in real time, and the target substance can be analyzed and analyzed.

上述したいずれのセンサにおいても、ターゲット物質が結合する抗体を吸着させる金薄膜等の薄膜が被膜されており、ターゲット物質が抗体に結合したことを信号の変化として捕らえている。そして、この微小重量の変化に基づいて、分子間の様々な相互作用の解析を行っている。また、測定感度としては、数ｐｇから数十ｐｇと非常に高いものである。
特開平１１−３５２０４５号公報 特開２００３−２３４６３２号公報 特開２００４−１２５７０６号公報 In any of the above-described sensors, a thin film such as a gold thin film that adsorbs an antibody to which the target substance binds is coated, and the fact that the target substance has bound to the antibody is captured as a signal change. Based on this change in minute weight, various interactions between molecules are analyzed. The measurement sensitivity is very high, from several pg to several tens of pg.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-352045 JP 2003-234632 A JP 2004-125706 A

しかしながら、上記従来の各種センサでは以下の課題が残されていた。
即ち、ＳＰＲセンサを利用した測定では、同じＳＰＲセンサ同士間で相互の測定結果を比較し合うことはできるが、他の検出方法で測定された測定結果と比較し合って、測定結果の妥当性を検討するといったことができなかった。つまり、測定結果が、ＳＰＲセンサ固有の値として示されるので、他の方法による測定結果と比較することができなかった。そのため、利便性に欠け、測定結果を有効に利用することが困難であった。 However, the following problems remain in the conventional various sensors.
That is, in the measurement using the SPR sensor, it is possible to compare the measurement results of the same SPR sensors with each other, but the validity of the measurement results is compared with the measurement results measured by other detection methods. Could not be considered. That is, since the measurement result is shown as a value specific to the SPR sensor, it cannot be compared with the measurement result obtained by another method. Therefore, it is not convenient and it is difficult to use the measurement results effectively.

また、使用者の間では、目的のターゲット物質が付着したセンサ表面（金薄膜の表面）の状態を把握したいという要望がある。つまり、金薄膜表面に予め固定された抗体に対して、抗原等のターゲット物質が結合すると、表面プラズモン共鳴現象によりＳＰＲシグナルが変化することは明らかとなっているが、実際に表面がどのような状態になっているか、即ち、抗体に対していくつぐらいの抗原が結合しているのか、また、どのような状態で結合しているのか等ということに関しては未だに解明されていないためである。よって、ＳＰＲシグナルとして、あるシグナル量を得ることができるが、このシグナル量と実際のターゲット物質の結合量との関係を相関付けることができなかった。その結果、ターゲット物質を正確に解析することができなかった。   In addition, there is a demand among users to grasp the state of the sensor surface (the surface of the gold thin film) to which the target target material is attached. That is, it is clear that when a target substance such as an antigen binds to an antibody immobilized in advance on the surface of a gold thin film, the SPR signal changes due to the surface plasmon resonance phenomenon. This is because it has not yet been elucidated as to how many antigens are bound to the antibody, and in what state the antigen is bound. Therefore, a certain signal amount can be obtained as the SPR signal, but the relationship between this signal amount and the actual binding amount of the target substance could not be correlated. As a result, the target material could not be analyzed accurately.

この問題は、従来のＱＣＭバイオセンサやカンチレバーセンサを利用した場合であっても、同一の課題を有していた。
仮にこれを解明するため、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバー等を利用して、ターゲット物質が抗体に結合した後の結合状態を観察しようとしても、いずれのセンサであっても抗体が吸着するセンサ面は数十ｎｍのスケールで凹凸形状となっているので、該凹凸内に抗体やターゲット物質が入り込んでしまい、ターゲット物質の結合状態を正確に観察することができなかった。その結果、走査型プローブ顕微鏡等を用いたとしても、やはり上述した問題が依然残されたままであった。 This problem has the same problem even when a conventional QCM biosensor or cantilever sensor is used.
In order to clarify this, even if you try to observe the binding state after the target substance binds to the antibody using the cantilever of the scanning probe microscope, the sensor surface on which the antibody is adsorbed is Since the concavo-convex shape has a scale of several tens of nm, the antibody and the target material enter the concavo-convex, and the binding state of the target material cannot be observed accurately. As a result, even when a scanning probe microscope or the like is used, the above-described problem still remains.

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、タンパク質等の微小な特定物質の重量を、実際の結合状態に相関付けながら正確に測定して該特定物質の解析を高精度に行うことができるプローブ及び該プローブを有する特定物質解析装置並びに特定物質解析方法を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to accurately measure the weight of a minute specific substance such as a protein while correlating it with the actual binding state. It is to provide a probe, a specific substance analyzing apparatus having the probe, and a specific substance analyzing method.

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のプローブは、所定の厚みを有した平板状に形成され、基端側から先端側に向けて一方向に延びたレバー部と、該レバー部の主面上に取り付けられ、特定物質が反応して付着する薄膜と、前記レバー部の基端側を片持ち状態に支持するホルダ部と、前記レバー部の変位を測定する変位測定手段とを備え、前記薄膜が、多層に積層された層状物質を剥離して得られた薄膜であることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The probe of the present invention is formed in a flat plate shape having a predetermined thickness, and is attached to the lever portion extending in one direction from the proximal end side to the distal end side, and attached to the main surface of the lever portion, and the specific substance is A thin film that reacts and adheres, a holder portion that supports the base end side of the lever portion in a cantilever state, and a displacement measuring means that measures the displacement of the lever portion, wherein the thin film is laminated in multiple layers It is a thin film obtained by peeling off a layered substance.

この発明に係るプローブにおいては、ホルダ部に基端側が片持ち状態に支持されたレバー部の主面上に、雲母（マイカ）やグラファイト等の層状物質を剥離して得られた薄膜が接着等により取り付けられている。この雲母等の層状物質から得られた薄膜は、その物性上予め表面が原子レベルで平滑されているという特徴を有しているので、レバー部の主面が従来のように数十ｎｍのスケールで凹凸状になっていたとしても、薄膜表面は主面の凹凸の影響を受けることなく、原子レベルで平らな平滑面となっている。
そして、この薄膜上にタンパク質やＤＮＡ等の微小な特定物質が反応して付着すると、その重量変化によりレバー部は撓んで変形する。また、このレバー部の変位は、変位測定手段によって測定される。 In the probe according to the present invention, a thin film obtained by peeling off a layered material such as mica (mica) or graphite is bonded onto the main surface of the lever portion whose base end side is supported in a cantilever state by the holder portion. It is attached by. The thin film obtained from the layered material such as mica has a characteristic that the surface is smoothed at the atomic level in advance due to its physical properties, so the main surface of the lever part is a scale of several tens of nanometers as before. Even if the surface is uneven, the thin film surface is flat and smooth at the atomic level without being affected by the unevenness of the main surface.
When a minute specific substance such as protein or DNA reacts and adheres to the thin film, the lever portion bends and deforms due to the change in weight. Further, the displacement of the lever portion is measured by a displacement measuring means.

そして、この変位測定手段による測定結果に基づいて、薄膜に付着した特定物質の微小な重量変化を正確に測定することができる。
ここで、薄膜表面は、上述したように原子レベルで平らな平滑面となっているので、走査型プローブ顕微鏡等を利用して薄膜表面に付着した特定物質の状態、例えば、特定物質がいくつ付着したのか、どのような状態で付着したのか等を観察することができる。つまり、数十ｎｍの凹凸内に入り込んで特定物質を観察することが困難であった従来のものとは異なり、表面が原子レベルで平滑なため、このような不具合がなく、付着した全ての特定物質の、実際の状態を正確に観察して把握することができる。 And based on the measurement result by this displacement measuring means, the minute weight change of the specific substance adhering to the thin film can be measured accurately.
Here, since the thin film surface is a flat smooth surface at the atomic level as described above, the state of the specific substance attached to the thin film surface using a scanning probe microscope or the like, for example, how many specific substances are attached. It is possible to observe whether it has been attached or in what state. In other words, the surface is smooth at the atomic level, unlike conventional ones, where it was difficult to observe a specific substance by entering into the unevenness of several tens of nanometers. It is possible to accurately observe and grasp the actual state of the substance.

その結果、特定物質の実際の付着状態と、変位測定手段による測定結果とを関係付けることができ、微小な特定物質の重量を正確に測定して、解析を高精度に行うことができる。特にこの測定データは、従来のＳＰＲセンサとは異なり、装置固有のデータではないので他のデータとの比較を行うことができ、該データを有効に活用できると共に測定結果の信頼性を向上することができる。   As a result, the actual adhesion state of the specific substance can be related to the measurement result by the displacement measuring means, and the weight of the minute specific substance can be accurately measured and the analysis can be performed with high accuracy. In particular, unlike conventional SPR sensors, this measurement data is not device-specific data, so it can be compared with other data, and the data can be used effectively and the reliability of measurement results can be improved. Can do.

また、本発明のプローブは、上記本発明のプローブにおいて、前記薄膜上には、金薄膜又は二酸化珪素のいずれかが被膜されていることを特徴とするものである。   The probe of the present invention is characterized in that, in the probe of the present invention, either a gold thin film or silicon dioxide is coated on the thin film.

この発明に係るプローブにおいては、薄膜上にさらに金薄膜又は二酸化珪素（ＳｉＯ２）が被膜されているので、予め金薄膜表面又は二酸化珪素表面に抗体（例えば、ＩｇＧ抗体）の一端を、リンカーを介して固定することができる。そして、この状態で抗体に反応する抗原等のターゲット物質（特定物質）が接近すると、抗体と抗原とが結合して重量が変化する。
この際、金薄膜又は二酸化珪素は、原子レベルで平滑された薄膜上に被膜されているので、薄膜と同様にやはり表面が原子レベルで平滑化した状態となっている。よって、予め抗体がどのような状態で、金薄膜又は二酸化珪素にどのくらいの個数固定していたか、また、この抗体に対していくつ抗原が結合したか等を、走査型プローブ顕微鏡等を利用して正確に把握することができる。
その結果、従来困難であった、変位測定手段による測定結果と、実際の結合状態とを相関付けた抗体−抗原反応を観察することができる。 In the probe according to the present invention, since a gold thin film or silicon dioxide (SiO 2 ) is further coated on the thin film, one end of an antibody (for example, an IgG antibody) is previously attached to the surface of the gold thin film or the silicon dioxide, with a linker. Can be fixed through. In this state, when a target substance (specific substance) such as an antigen that reacts with the antibody approaches, the antibody and the antigen are combined to change the weight.
At this time, since the gold thin film or silicon dioxide is coated on the thin film smoothed at the atomic level, the surface is also smoothed at the atomic level as with the thin film. Therefore, using a scanning probe microscope, etc., how the antibody was fixed in advance to the gold thin film or silicon dioxide and how many antigens were bound to this antibody. Accurately grasp.
As a result, it is possible to observe an antibody-antigen reaction that correlates the measurement result by the displacement measuring means and the actual binding state, which has been difficult in the past.

また、抗体と金薄膜又は二酸化珪素とを固定させる際に、両者を繋ぎとめる分子膜等の上述したリンカーを用いる必要があるが、薄膜上に二酸化珪素を被膜させることで、金薄膜よりも多種多様のリンカーを利用することができる。よって、リンカーの選択肢が増えるので、観察をより容易に行うことができる。この点、二酸化珪素を用いることが好ましい。   In addition, when the antibody and the gold thin film or silicon dioxide are immobilized, it is necessary to use the above-described linker such as a molecular film that joins the two together. A variety of linkers can be utilized. Therefore, since the choice of linker increases, observation can be performed more easily. In this respect, it is preferable to use silicon dioxide.

また、本発明のプローブは、上記本発明のプローブにおいて、前記レバー部を前記主面に直交する方向に向けて、所定の周波数で振動させる加振手段を備え、前記変位測定手段が、前記レバー部の振動状態の変化から、前記特定物質の付着に起因するレバー部の重量変化を測定することを特徴とするものである。   In the probe of the present invention, the probe of the present invention further includes a vibrating unit that vibrates the lever part at a predetermined frequency in a direction orthogonal to the main surface, and the displacement measuring unit includes the lever The change in the weight of the lever portion due to the adhesion of the specific substance is measured from the change in the vibration state of the portion.

この発明に係るプローブにおいては、加振手段がレバー部を主面に直交する方向に向けて所定の周波数で振動させる。また、変位測定手段が、レバー部の振動状態の測定を行っている。ここで、薄膜上に特定物質が付着すると該付着に起因して重量が変化し、レバー部の振動状態（例えば、周波数）が変化する。変位測定手段は、この振動状態の変化からレバー部の重量変化を正確に測定する。例えば、特定物質が付着してレバー部の重量が増加すると、振動周波数が低くシフトする。よって、逆にこの周波数変化をモニタすることで、重量変化を正確に測定することができる。そして、この測定結果から特定物質の解析を行う。
このように動的な方法で、特定物質の微小な重量変化を測定することができ、静的な方法に比べて測定結果の精度をより向上することができる。 In the probe according to the present invention, the vibration means vibrates the lever portion at a predetermined frequency in a direction orthogonal to the main surface. Further, the displacement measuring means measures the vibration state of the lever portion. Here, when a specific substance adheres to the thin film, the weight changes due to the adhesion, and the vibration state (for example, frequency) of the lever portion changes. The displacement measuring means accurately measures the change in weight of the lever portion from the change in the vibration state. For example, when the specific substance adheres and the weight of the lever portion increases, the vibration frequency shifts low. Therefore, by monitoring this frequency change, the weight change can be accurately measured. And a specific substance is analyzed from this measurement result.
Thus, the minute weight change of the specific substance can be measured by the dynamic method, and the accuracy of the measurement result can be further improved as compared with the static method.

また、本発明のプローブは、上記本発明のいずれかのプローブにおいて、前記レバー部を複数備え、各レバー部の前記薄膜がそれぞれ異なる種類の前記特定物質を付着させることを特徴とするものである。   The probe according to the present invention is the probe according to any one of the present invention described above, characterized in that a plurality of the lever portions are provided, and the thin films of the lever portions adhere different types of the specific substances. .

この発明に係るプローブにおいては、それぞれ異なる種類の特定物質を付着させる薄膜を有するレバー部を、例えば、アレイ状に複数備えているので、一度に複数種類の特定物質を検出して解析を行うことができる。例えば、一度に複数の抗体−抗原反応を観察することができ、各種のアレルギー反応（例えば、蕎麦、卵や花粉アレルギー等）を一度に効率良く調べることが可能である。よって、解析にかける時間を短縮することができると共に、使い易さが向上する。   In the probe according to the present invention, for example, a plurality of lever portions having thin films to which different types of specific substances are attached are provided in an array, for example, so that multiple types of specific substances are detected and analyzed at a time. Can do. For example, a plurality of antibody-antigen reactions can be observed at one time, and various allergic reactions (for example, buckwheat, egg, pollen allergy, etc.) can be efficiently examined at a time. Therefore, the time required for analysis can be shortened and the usability is improved.

また、本発明の特定物質解析装置は、上記本発明のいずれかのプローブと、前記レバー部の主面に対向するように配され、先端に探針を有するカンチレバーと、該カンチレバーと前記プローブとを、前記主面に平行なＸＹ方向に相対的に走査させると共に、主面に垂直なＺ方向に相対的に移動させる移動手段と、前記カンチレバーの変位を測定する第２の変位測定手段と、該第２の変位測定手段による測定結果に基づいて、前記走査時に前記探針と前記レバー部との距離を、前記カンチレバーの撓みが一定となるように前記移動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とするものである。   The specific substance analyzing apparatus of the present invention includes any one of the probes of the present invention described above, a cantilever arranged to face the main surface of the lever portion, and having a probe at the tip, the cantilever and the probe, Moving relative to the XY direction parallel to the main surface and moving relative to the Z direction perpendicular to the main surface, second displacement measuring means for measuring the displacement of the cantilever, Control means for controlling the distance between the probe and the lever portion during the scanning based on the measurement result of the second displacement measuring means, and controlling the moving means so that the bending of the cantilever is constant. It is characterized by that.

この発明に係る特定物質解析装置においては、カンチレバーを備えているので、プローブに付着した特定物質の観察を行うことができる。つまり、特定物質がプローブの薄膜上に付着した後、移動手段によりプローブとカンチレバーとをＸＹ方向に相対的に移動させて、探針で薄膜上の走査を行う。この際、制御手段は、第２の変位測定手段による測定結果に基づいて、カンチレバーの撓みが一定となるように探針とレバー部との距離（高さ）を移動手段によりフィードバック制御する。その結果、薄膜上に付着した特定物質の形状観察を行うことができ、実際の付着状態を正確に把握することができる。なお、特定物質の形状観察だけでなく、特定物質の導電性の有無等、各種物性情報についても観察することができる。   Since the specific substance analyzing apparatus according to the present invention includes the cantilever, the specific substance attached to the probe can be observed. That is, after the specific substance adheres to the thin film of the probe, the probe and the cantilever are relatively moved in the XY directions by the moving means, and the thin film is scanned with the probe. At this time, the control means feedback-controls the distance (height) between the probe and the lever portion by the moving means so that the bending of the cantilever becomes constant based on the measurement result by the second displacement measuring means. As a result, the shape of the specific substance attached on the thin film can be observed, and the actual attached state can be accurately grasped. In addition to observing the shape of the specific substance, various physical property information such as the presence or absence of conductivity of the specific substance can also be observed.

特に、原子レベルで平滑な薄膜を有するプローブを用いているので、従来観察が困難であった特定物質の実際の付着状態を高精度に観察することができる。よって、特定物質の状態を正確に把握して定量化することができ、特定物質の解析を正確に行うことができる。また、プローブに対向する位置にカンチレバーを備えているので、特定物質が付着した後、検出時の雰囲気を選ばずに、例えば、真空中、ガス中や溶液中で、検出と同時に速やかに特定物質の形状観察を行うことができる。よって、使い易く、測定時間の短縮化を図ることができる。   In particular, since a probe having a smooth thin film at the atomic level is used, the actual adhesion state of a specific substance, which has been difficult to observe conventionally, can be observed with high accuracy. Therefore, the state of the specific substance can be accurately grasped and quantified, and the specific substance can be analyzed accurately. In addition, since the cantilever is provided at a position facing the probe, the specific substance can be quickly detected at the same time as detection in vacuum, gas or solution, for example, after the specific substance has adhered, regardless of the detection atmosphere. Can be observed. Therefore, it is easy to use and the measurement time can be shortened.

また、本発明の特定物質解析装置は、上記本発明の特定物質解析装置において、溶液及び前記特定物質を貯留すると共に、少なくとも前記プローブ及び前記カンチレバーを溶液内に浸した状態で収納する容器を備えていることを特徴とするものである。   The specific substance analyzing apparatus of the present invention includes a container for storing the solution and the specific substance and storing at least the probe and the cantilever immersed in the solution in the specific substance analyzing apparatus of the present invention. It is characterized by that.

この発明に係る特定物質解析装置においては、プローブ及びカンチレバーが溶液中に浸された状態で容器内に収納されている。そして、溶液中に含まれる特定物質が、プローブの主面に設けられた薄膜に反応して付着する。また、カンチレバーを利用して、そのまま溶液内で特定物質の形状観察を行える。
このように溶液を貯留する容器を備えているので、液中で特定物質の観察を行うことができる。よって、観察できる特定物質の幅を広げることができ、より使い易くなり、機能性が向上する。 In the specific substance analyzing apparatus according to the present invention, the probe and the cantilever are accommodated in the container in a state of being immersed in the solution. And the specific substance contained in a solution reacts and adheres to the thin film provided in the main surface of the probe. In addition, using a cantilever, the shape of a specific substance can be observed in the solution as it is.
Thus, since the container which stores a solution is provided, a specific substance can be observed in a liquid. Therefore, the range of specific substances that can be observed can be widened, and it becomes easier to use, and the functionality is improved.

また、本発明の特定物質解析方法は、所定の厚みを有した平板状に形成され、基端側がホルダ部に片持ち状態に支持されたレバー部と、該レバー部の主面上に設けられて特定物質が反応して付着する薄膜とを備えたプローブと、主面に対向するように配され、先端に探針を有するカンチレバーとを利用して、特定物質の解析を行う特定物質分析方法であって、前記プローブの周囲に前記特定物質を供給して、該特定物質を前記薄膜に反応させて付着させる付着工程と、該付着工程中における前記レバー部の変位を測定する変位測定工程と、前記付着工程後、前記探針と前記レバー部との距離を、前記カンチレバーの撓みが一定となるように前記主面に垂直なＺ方向に移動制御しながら、前記カンチレバーと前記プローブとを前記主面に平行なＸＹ方向に向けて相対的に移動させて、前記探針で前記薄膜上を走査する走査工程とを備え、前記薄膜が、多層に積層された層状物質を剥離して得られた薄膜であることを特徴とするものである。   Further, the specific substance analysis method of the present invention is provided on the main surface of the lever portion, which is formed in a flat plate shape having a predetermined thickness, the base end side is cantilevered by the holder portion, and the lever portion. Specific substance analysis method for analyzing a specific substance using a probe having a thin film to which a specific substance reacts and adheres, and a cantilever arranged to face the main surface and having a probe at the tip An attachment step of supplying the specific substance around the probe and causing the specific substance to react with and adhere to the thin film; and a displacement measurement step of measuring a displacement of the lever portion during the attachment step; After the attaching step, the distance between the probe and the lever portion is controlled to move in the Z direction perpendicular to the main surface so that the bending of the cantilever is constant, and the cantilever and the probe are Parallel to the main surface And a scanning step of scanning the thin film with the probe while relatively moving in the Y direction, and the thin film is a thin film obtained by peeling a layered material stacked in multiple layers It is characterized by.

この発明に係る特定物質解析方法においては、まず、付着工程によりプローブの周囲にタンパク質やＤＮＡ等の微小な特定物質を供給して、該特定物質を薄膜に反応させて付着させる。この付着によりレバー部は重量が変化するので、撓んで変形する。このレバー部の変位を変位測定工程により測定することで、薄膜に付着した特定物質の微小な重量変化を正確に測定することができる。
次いで、付着工程が終了した後、プローブとカンチレバーとをＸＹ方向に相対的に移動させて、探針で薄膜上の走査工程を行う。この走査工程の際、カンチレバーの撓みが一定となるように探針とレバー部との距離（高さ）をフィードバック制御する。その結果、薄膜上に付着した特定物質の形状観察を行うことができ、実際の付着状態を正確に把握することができる。なお、特定物質の形状観察だけでなく、特定物質の導電性の有無等、各種物性情報についても観察することができる。 In the specific substance analyzing method according to the present invention, first, a minute specific substance such as protein or DNA is supplied around the probe by the attaching step, and the specific substance is reacted with the thin film to be attached. Since the weight of the lever portion changes due to this adhesion, the lever portion bends and deforms. By measuring the displacement of the lever portion by the displacement measuring process, it is possible to accurately measure a minute weight change of the specific substance attached to the thin film.
Next, after the adhesion process is completed, the probe and the cantilever are moved relative to each other in the XY directions, and the scanning process on the thin film is performed with the probe. During this scanning process, the distance (height) between the probe and the lever portion is feedback controlled so that the bending of the cantilever is constant. As a result, the shape of the specific substance attached on the thin film can be observed, and the actual attached state can be accurately grasped. In addition to observing the shape of the specific substance, various physical property information such as the presence or absence of conductivity of the specific substance can also be observed.

ここで、主面上に設けられた薄膜は、雲母やグラファイト等の層状物質を剥離して得られたものであり、その物性上予め表面が原子レベルで平滑されているという特徴を有しているので、レバー部の主面が従来のように数十ｎｍのスケールで凹凸状になっていたとしても、薄膜表面は主面の凹凸の影響を受けることなく、原子レベルで平らな平滑面となっている。よって、走査工程により、薄膜表面に付着した特定物質の状態、例えば、特定物質がいくつ付着したのか、どのような状態で付着したのか等を観察することができる。つまり、数十ｎｍの凹凸内に入り込んで特定物質を観察することが困難であった従来のものとは異なり、付着した全ての特定物質の、実際の状態を正確に観察して把握することができる。   Here, the thin film provided on the main surface is obtained by exfoliating layered materials such as mica and graphite, and has the characteristic that the surface is smoothed at the atomic level in advance due to its physical properties. Therefore, even if the main surface of the lever part is uneven on a scale of several tens of nanometers as in the past, the thin film surface is not affected by the unevenness of the main surface, and is flat and smooth at the atomic level. It has become. Therefore, it is possible to observe the state of the specific substance attached to the thin film surface, for example, how many specific substances are attached, in what state, etc., by the scanning process. In other words, unlike the conventional case where it was difficult to observe a specific substance by entering into the unevenness of several tens of nanometers, it is possible to accurately observe and grasp the actual state of all the attached specific substances. it can.

その結果、特定物質の実際の付着状態と、変位測定工程による測定結果とを関係付けることができ、微小な特定物質の重量を正確に測定して解析を高精度に行うことができる。特にこの測定データは、従来のＳＰＲセンサとは異なり、装置固有のデータではないので他のデータとの比較を行うことができ、該データを有効に活用できると共に、測定結果の信頼性を向上することができる。   As a result, the actual adhesion state of the specific substance can be correlated with the measurement result of the displacement measurement process, and the weight of the minute specific substance can be accurately measured and analyzed with high accuracy. In particular, unlike conventional SPR sensors, this measurement data is not device-specific data, so it can be compared with other data, and the data can be used effectively and the reliability of measurement results is improved. be able to.

また、プローブに対向する位置にカンチレバーを備えているので、特定物質が付着した後、検出時の雰囲気を選ばずに、例えば、真空中、ガス中や溶液中で、検出と同時に速やかに特定物質の形状観察を行うことができる。よって、使い易く、測定時間の短縮化を図ることができる。   In addition, since the cantilever is provided at a position facing the probe, the specific substance can be quickly detected at the same time as detection in vacuum, gas or solution, for example, after the specific substance has adhered, regardless of the detection atmosphere. Can be observed. Therefore, it is easy to use and the measurement time can be shortened.

また、本発明の特定物質解析方法は、上記本発明の特定物質解析方法において、前記付着工程前に、前記レバー部を前記主面に垂直な方向に向けて、所定の周波数で振動させる加振工程を備え、前記レバー部を振動させた状態で前記付着工程を行った後、前記走査工程前にレバー部の振動を停止させることを特徴とするものである。   The specific substance analysis method of the present invention is the specific substance analysis method of the present invention, wherein the lever portion is vibrated at a predetermined frequency in a direction perpendicular to the main surface before the attaching step. A step, and after the attaching step is performed in a state where the lever portion is vibrated, the vibration of the lever portion is stopped before the scanning step.

この発明に係る特定物質解析方法においては、まず、付着工程を行う前に、レバー部を主面に直交する方向に向けて所定の周波数で振動させる加振工程を行う。その後、付着工程を行う。ここで、薄膜上に特定物質が付着すると該付着に起因して重量が変化し、レバー部の振動状態（例えば、周波数）が変化する。そして、変位測定工程において、この振動状態の変化からレバー部の重量変化を正確に測定する。例えば、特定物質が付着してレバー部の重量が増加すると、振動周波数が低くシフトする。よって、逆にこの周波数変化をモニタすることで、重量変化を正確に測定することができる。そして、この測定結果から特定物質の解析を行う。
このように動的な方法で、特定物質の微小な重量変化を測定することができ、静的な方法に比べて測定結果の精度をより向上することができる。
また、付着工程が終了した後、走査工程前にレバー部の振動状態を停止する。その後、カンチレバーによる走査を行って、付着した特定物質の形状観察を行う。 In the specific substance analyzing method according to the present invention, first, before performing the adhesion process, an excitation process is performed in which the lever portion is vibrated at a predetermined frequency in a direction orthogonal to the main surface. Then, an adhesion process is performed. Here, when a specific substance adheres to the thin film, the weight changes due to the adhesion, and the vibration state (for example, frequency) of the lever portion changes. In the displacement measurement step, the change in the weight of the lever portion is accurately measured from the change in the vibration state. For example, when the specific substance adheres and the weight of the lever portion increases, the vibration frequency shifts low. Therefore, by monitoring this frequency change, the weight change can be accurately measured. And a specific substance is analyzed from this measurement result.
Thus, the minute weight change of the specific substance can be measured by the dynamic method, and the accuracy of the measurement result can be further improved as compared with the static method.
In addition, after the adhesion process is completed, the vibration state of the lever portion is stopped before the scanning process. Thereafter, scanning with a cantilever is performed to observe the shape of the attached specific substance.

本発明に係るプローブ及び特定物質解析装置並びに特定物質解析方法によれば、特定物質の実際の付着状態と、変位測定手段による測定結果とを関係付けることができ、微小な特定物質の重量を正確に測定して解析を高精度に行うことができる。   According to the probe, the specific substance analyzing apparatus and the specific substance analyzing method according to the present invention, the actual adhesion state of the specific substance and the measurement result by the displacement measuring means can be related, and the weight of the minute specific substance can be accurately measured. Measurement can be performed with high accuracy.

以下、本発明に係るプローブ及び特定物質解析装置並びに特定物質解析方法の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態の特定物質解析装置１は、図１に示すように、プローブ２と、該プローブ２の後述するレバー部１０の主面１０ａに対向するように配され、先端に探針３を有するカンチレバー４と、該カンチレバー４とプローブ２とを、主面１０ａに平行なＸＹ方向に相対的に走査させると共に、主面１０ａに垂直なＺ方向に相対的に移動させる移動手段５と、カンチレバー４の変位を測定する第２の変位測定手段６と、該第２の変位測定手段６による測定結果に基づいて、走査時に探針３とレバー部１０との距離を、カンチレバー４の撓みが一定となるように移動手段５を制御する制御手段９と、溶液Ｗ及び特定のＤＮＡ（特定物質）を貯留すると共に、少なくともプローブ２及びカンチレバー４を溶液Ｗ内に浸した状態で収納する容器７とを備えている。
即ち、本実施形態では、溶液Ｗ内に存在するＤＮＡを液中観察する場合を例にして説明する。 Hereinafter, an embodiment of a probe, a specific substance analyzing apparatus, and a specific substance analyzing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the specific substance analyzing apparatus 1 of the present embodiment is arranged so as to face a probe 2 and a main surface 10 a of a lever portion 10 described later of the probe 2, and has a probe 3 at the tip. A cantilever 4, a moving means 5 for causing the cantilever 4 and the probe 2 to relatively scan in the XY direction parallel to the main surface 10a, and to relatively move in the Z direction perpendicular to the main surface 10a, and the cantilever 4 And the distance between the probe 3 and the lever portion 10 during scanning based on the measurement result of the second displacement measuring means 6 for measuring the displacement of the second displacement measuring means 6 and the bending of the cantilever 4 being constant. A control means 9 for controlling the moving means 5 and a container 7 for storing the solution W and specific DNA (specific substance) and storing at least the probe 2 and the cantilever 4 in the solution W. Eteiru.
That is, in the present embodiment, a case where DNA present in the solution W is observed in the liquid will be described as an example.

上記プローブ２は、図２に示すように、所定の厚みを有した平板状に形成され、基端側から先端側に向けて一方向に延びたレバー部１０と、該レバー部１０の主面１０ａ上に取り付けられ、ＤＮＡが反応して付着する薄膜１１と、該レバー部１０の基端側を片持ち状態に支持するホルダ部１２と、該レバー部１０の変位を測定する変位測定手段１３とを備えている。   As shown in FIG. 2, the probe 2 is formed in a flat plate shape having a predetermined thickness, and extends in one direction from the proximal end side toward the distal end side, and the main surface of the lever portion 10. A thin film 11 attached to 10a and attached by reaction of DNA; a holder portion 12 for supporting the base end side of the lever portion 10 in a cantilever state; and a displacement measuring means 13 for measuring the displacement of the lever portion 10. And.

このプローブ２は、例えば、シリコン支持層、酸化層及びシリコン活性層の３層を熱的に貼り合わせたＳＯＩ基板から形成されており、レバー部１０及びホルダ部１２が一体的に形成されている。また、レバー部１０とホルダ部１２との接合部分であるレバー部１０の基端側には、開口１４が形成されており、レバー部１０が基端側で屈曲して撓み易くなっている。即ち、レバー部１０の基端側は、応力が集中する応力集中部として機能するようになっている。なお、この開口１４の数は、１つに限定されず、２つ以上形成しても構わないし、形成されていなくても構わない。   The probe 2 is formed from, for example, an SOI substrate in which three layers of a silicon support layer, an oxide layer, and a silicon active layer are thermally bonded, and the lever portion 10 and the holder portion 12 are integrally formed. . An opening 14 is formed on the base end side of the lever portion 10, which is a joint portion between the lever portion 10 and the holder portion 12, and the lever portion 10 is easily bent and bent on the base end side. That is, the base end side of the lever portion 10 functions as a stress concentration portion where stress concentrates. The number of the openings 14 is not limited to one, and two or more openings may be formed or may not be formed.

また、ホルダ部１２及びレバー部１０の基端側には、レバー部１０の撓み量に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子１５が、開口１４の両側にレバー部１０の長手方向に沿って設けられている。なお、このピエゾ抵抗素子１５は、ＳＯＩ基板にイオン注入法や拡散法等により不純物が注入されて形成されたものである。
また、このピエゾ抵抗素子１５には、アルミニウム等の金属配線１６が電気的に接続されており、金属配線１６を含む全体的な形状がＵ字状になるように形成されている。また、金属配線１６の端部は、２つの外部接続端子１７にそれぞれ電気的に接続されている。つまり、一方の外部接続端子１７から金属配線１６に流れた電流は、一方のピエゾ抵抗素子１５を通った後、開口１４を回り込んで他方のピエゾ抵抗素子１５に流れ、その後、他方の外部接続端子１７から外部に流れるようになっている。
なお、ピエゾ抵抗素子１５及び金属配線１６上には、図示しない絶縁膜が成膜されており、外部と電気的に接触しないようになっている。 In addition, on the proximal end side of the holder portion 12 and the lever portion 10, piezoresistive elements 15 whose resistance values change according to the amount of bending of the lever portion 10 are provided along the longitudinal direction of the lever portion 10 on both sides of the opening 14. Is provided. The piezoresistive element 15 is formed by implanting impurities into an SOI substrate by an ion implantation method or a diffusion method.
Further, a metal wiring 16 such as aluminum is electrically connected to the piezoresistive element 15, and the entire shape including the metal wiring 16 is formed in a U shape. The end portions of the metal wiring 16 are electrically connected to the two external connection terminals 17 respectively. That is, the current that flows from one external connection terminal 17 to the metal wiring 16 passes through one piezoresistive element 15, then flows through the opening 14 to the other piezoresistive element 15, and then the other external connection. It flows from the terminal 17 to the outside.
An insulating film (not shown) is formed on the piezoresistive element 15 and the metal wiring 16 so as not to be in electrical contact with the outside.

そして、外部接続端子１７を介して金属配線１６にバイアス電圧を印加することにより、レバー部１０の撓み（変位）、即ち、ピエゾ抵抗素子１５に生じる歪に応じてレベル変化する電気的信号を、出力信号として取り出すことができるようになっている。また、この出力信号は、図１に示す制御部２０に出力されるようになっている。そして、制御部２０は、送られてきた出力信号に基づいて、重量変化に起因するレバー部１０の変位を算出し、ＤＮＡの検出を行うようになっている。
即ち、上述したピエゾ抵抗素子１５、金属配線１６及び外部接続端子１７は、上記変位測定手段１３を構成している。 Then, by applying a bias voltage to the metal wiring 16 via the external connection terminal 17, an electric signal whose level changes according to the bending (displacement) of the lever portion 10, that is, the distortion generated in the piezoresistive element 15, It can be taken out as an output signal. The output signal is output to the control unit 20 shown in FIG. And the control part 20 calculates the displacement of the lever part 10 resulting from a weight change based on the sent output signal, and detects a DNA.
That is, the piezoresistive element 15, the metal wiring 16 and the external connection terminal 17 described above constitute the displacement measuring means 13.

また、上記薄膜１１は、多層に積層された雲母（マイカ）やグラファイト類等の層状物質を剥離して得られた薄膜であり、レバー部１０の主面１０ａ上に接着剤等によって取り付けられている。このような層状物質を剥離して得られた薄膜１１は、その物性上、表面が原子レベルで平滑されているという特徴を有しているので、レバー部１０の主面１０ａの表面が従来どおり数十ｎｍの凹凸を繰り返す凹凸面であったとしても、薄膜１１の表面は主面１０ａの影響を受けることなく、原子レベルで平らな平滑面となっている。   The thin film 11 is a thin film obtained by peeling off layered materials such as mica and graphite that are laminated in multiple layers, and is attached to the main surface 10a of the lever portion 10 with an adhesive or the like. Yes. The thin film 11 obtained by peeling off such a layered material has a characteristic that the surface is smoothed at the atomic level due to its physical properties, so that the surface of the main surface 10a of the lever portion 10 is as usual. Even if it is an uneven surface that repeats unevenness of several tens of nanometers, the surface of the thin film 11 is flat and smooth at the atomic level without being affected by the main surface 10a.

このように構成されたプローブ２は、図１に示すように、ホルダ部１２を介してＸＹＺステージ２１によって、ＸＹ方向及びＺ方向に移動するようになっている。これにより、プローブ２とカンチレバー４とが、ＸＹ方向及びＺ方向に対して相対的に移動可能とされている。このＸＹＺステージ２１は、例えば、３方向に移動可能な圧電素子であり、駆動部２２から印加された電圧に応じて３方向に移動するようになっている。即ち、これらＸＹＺステージ２１及び駆動部２２は、上記移動手段５を構成している。   As shown in FIG. 1, the probe 2 configured as described above is moved in the XY direction and the Z direction by the XYZ stage 21 via the holder portion 12. Thereby, the probe 2 and the cantilever 4 can be moved relative to the XY direction and the Z direction. The XYZ stage 21 is, for example, a piezoelectric element that can move in three directions, and moves in three directions in accordance with a voltage applied from the drive unit 22. That is, the XYZ stage 21 and the drive unit 22 constitute the moving unit 5.

上記カンチレバー４は、プローブ２と同様に例えば、シリコン支持層、酸化層及びシリコン活性層の３層を熱的に貼り合わせたＳＯＩ基板から形成されており、図３に示すように、平板状のレバー部３０と、該レバー部３０の先端に形成された上記探針３と、レバー部３０の基端側を片持ち状に支持するホルダ部３１とを備えている。また、プローブ２と同様に、レバー部３０の基端側に開口３２が形成されていると共に、レバー部３０の撓み量に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子３３が設けられている。また、このピエゾ抵抗素子３３にも同様に、金属配線３４及び２つの外部接続端子３５が電気的に接続されている。
なお、プローブ２と同様に、ピエゾ抵抗素子３３及び金属配線３４上には、図示しない絶縁膜が成膜されており、外部と電気的に接触しないようになっている。 The cantilever 4 is formed of, for example, an SOI substrate in which three layers of a silicon support layer, an oxide layer, and a silicon active layer are thermally bonded, as in the case of the probe 2. As shown in FIG. The lever 30 includes the probe 3 formed at the tip of the lever 30 and a holder 31 that supports the base end of the lever 30 in a cantilevered manner. Similarly to the probe 2, an opening 32 is formed on the proximal end side of the lever portion 30, and a piezoresistive element 33 whose resistance value changes according to the amount of bending of the lever portion 30 is provided. Similarly, the metal wiring 34 and the two external connection terminals 35 are also electrically connected to the piezoresistive element 33.
Similar to the probe 2, an insulating film (not shown) is formed on the piezoresistive element 33 and the metal wiring 34 so as not to be in electrical contact with the outside.

また、このカンチレバー４に設けられたピエゾ抵抗素子３３は、レバー部３０の撓み（変位）応じてレベル変化する電気的信号を、出力信号として図１に示すＺ電圧フィードバック回路２３に出力するようになっている。このＺ電圧フィードバック回路２３は、送られてきた出力信号が常に一定となるように、駆動部２２をフィードバック制御する。これにより、移動手段５により走査を行ったときに、探針３とレバー部１０との距離を、カンチレバー４の変位が一定となるように制御することができる。
また、このＺ電圧フィードバック回路２３には、上述した制御部２０が接続されており、該制御部２０が出力信号に基づいて、レバー部３０の変位を算出し、薄膜１１の表面の形状観察を行うようになっている。
上述したピエゾ抵抗素子３３、金属配線３４及び外部接続端子３５は、上記第２の変位測定手段６を構成している。また、Ｚ電圧フィードバック回路２３及び制御部２０は、制御手段９を構成している。 Further, the piezoresistive element 33 provided on the cantilever 4 outputs an electric signal whose level changes in accordance with the deflection (displacement) of the lever portion 30 to the Z voltage feedback circuit 23 shown in FIG. 1 as an output signal. It has become. The Z voltage feedback circuit 23 performs feedback control of the drive unit 22 so that the output signal sent thereto is always constant. Thereby, when scanning is performed by the moving means 5, the distance between the probe 3 and the lever portion 10 can be controlled so that the displacement of the cantilever 4 is constant.
Further, the control unit 20 described above is connected to the Z voltage feedback circuit 23, and the control unit 20 calculates the displacement of the lever unit 30 based on the output signal and observes the shape of the surface of the thin film 11. To do.
The piezoresistive element 33, the metal wiring 34 and the external connection terminal 35 described above constitute the second displacement measuring means 6. The Z voltage feedback circuit 23 and the control unit 20 constitute a control means 9.

また、容器７には、該容器７内に貯留された溶液Ｗを外部の排水タンク２５に排出する排水ポンプ２６と、該容器７内に貯液タンク２７から新たな溶液Ｗを注入する注入ポンプ２８とを備えている。なお、注入ポンプ２８及び貯液タンク２７の数は、任意に設定して構わない。   Further, the container 7 has a drain pump 26 that discharges the solution W stored in the container 7 to an external drain tank 25 and an injection pump that injects a new solution W from the liquid storage tank 27 into the container 7. 28. The numbers of the infusion pump 28 and the liquid storage tank 27 may be set arbitrarily.

次に、このように構成されたプローブ２及び特定物質解析装置１により、溶液Ｗ中に存在するＤＮＡを検出して、解析を行う特定物質解析方法について説明する。
本実施形態の特定物質解析方法は、プローブ２の周囲にＤＮＡを供給して、特定のＤＮＡを薄膜１１に反応させて付着させる付着工程と、該付着工程中におけるレバー部１０の変位を測定する変位測定工程と、付着工程後、探針３とレバー部１０との距離を、カンチレバー４の撓みが一定となるようにＺ方向に移動制御しながら、カンチレバー４とプローブ２とをＸＹ方向に向けて相対的に移動させて、探針３で薄膜１１上を走査する走査工程とを備えている。これら各工程について、以下に詳細に説明する。 Next, a specific substance analysis method for detecting and analyzing DNA present in the solution W using the probe 2 and the specific substance analysis apparatus 1 configured as described above will be described.
The specific substance analysis method of the present embodiment supplies DNA around the probe 2 and reacts the specific DNA with the thin film 11 to attach and measures the displacement of the lever portion 10 during the attachment process. After the displacement measuring step and the attaching step, the cantilever 4 and the probe 2 are directed in the XY direction while controlling the distance between the probe 3 and the lever portion 10 in the Z direction so that the bending of the cantilever 4 is constant. And a scanning step of scanning the thin film 11 with the probe 3. Each of these steps will be described in detail below.

まず、容器７内にプローブ２及びカンチレバー４を位置させた状態で、注入ポンプ２８を作動させて貯液タンク２７から容器７内にＤＮＡを含む溶液Ｗを注入する。これにより、図４に示すように、プローブ２の周囲にＤＮＡが浮遊するように供給される。ここで、レバー部１０の主面１０ａ上には、薄膜１１が取り付けられているので、薄膜１１に接近したＤＮＡが該薄膜１１に反応して次々と付着する。
この付着工程により、レバー部１０は重量が変化するので、撓んで変形する。レバー部１０が撓んで変形すると、レバー部１０の基端側に設けられたピエゾ抵抗素子１５に歪みが生じ、該歪みに応じて抵抗値が変化する。そして、ピエゾ抵抗素子１５は、レバー部１０の撓みに応じた出力信号を制御部２０に出力する。この変位測定工程により、制御部２０は送られてきた出力信号からレバー部１０の変位を測定でき、薄膜１１にＤＮＡが付着したことによる重量変化を正確に測定することができる。 First, in a state where the probe 2 and the cantilever 4 are positioned in the container 7, the injection pump 28 is operated to inject the solution W containing DNA into the container 7 from the liquid storage tank 27. Thereby, as shown in FIG. 4, DNA is supplied so as to float around the probe 2. Here, since the thin film 11 is attached on the main surface 10a of the lever part 10, the DNA which approached the thin film 11 reacts with this thin film 11, and adheres one after another.
Since the weight of the lever portion 10 is changed by this attaching process, the lever portion 10 is bent and deformed. When the lever portion 10 is bent and deformed, distortion occurs in the piezoresistive element 15 provided on the base end side of the lever portion 10, and the resistance value changes according to the distortion. The piezoresistive element 15 outputs an output signal corresponding to the bending of the lever unit 10 to the control unit 20. By this displacement measuring step, the control unit 20 can measure the displacement of the lever unit 10 from the sent output signal, and can accurately measure the weight change due to the DNA adhering to the thin film 11.

次いで、付着工程が終了した後、駆動部２２からＸＹＺステージ２１に電圧を印加して、図５に示すようにプローブ２をＸＹ方向及びＺ方向に移動させて、カンチレバー４の探針３を薄膜１１の表面に接触させる。探針３が接触すると、レバー部１０が若干撓むのでピエゾ抵抗素子３３の抵抗値が変化して出力信号が変化する。制御部２０は、この出力信号が所定の値となるまで、ＸＹＺステージ２１を介してプローブ２を移動させる。その結果、探針３を所定の力で薄膜１１の表面に接触させることができる。   Next, after the adhesion process is completed, a voltage is applied from the drive unit 22 to the XYZ stage 21 to move the probe 2 in the XY and Z directions as shown in FIG. 11 surfaces. When the probe 3 comes into contact, the lever portion 10 is slightly bent, so that the resistance value of the piezoresistive element 33 changes and the output signal changes. The control unit 20 moves the probe 2 via the XYZ stage 21 until the output signal becomes a predetermined value. As a result, the probe 3 can be brought into contact with the surface of the thin film 11 with a predetermined force.

探針３を接触させた後、ＸＹＺステージ２１を介してプローブ２をＸＹ方向に移動させて、探針３で薄膜１１上の走査を行う走査工程を行う。この走査を行っている間、カンチレバー４は薄膜１１の表面に付着したＤＮＡの形状（凹凸）に応じて上下に撓んで変形しようとするので、ピエゾ抵抗素子３３の抵抗値が変化する。そして、ピエゾ抵抗素子３３は、この撓みに応じた出力信号を、プリアンプを介してＺ電圧フィードバック回路２３に出力する。Ｚ電圧フィードバック回路２３は、送られてきた出力電圧が一定となるように、即ち、カンチレバー４の撓みが一定となるように、ＸＹＺステージ２１をＺ方向にフィードバック制御する。これにより、探針３とレバー部１０との距離を、カンチレバー４の撓みが一定となるように制御した状態で走査を行うことができる。また、制御部２０は、Ｚ電圧フィードバック回路２３により上下させる信号に基づいて、薄膜１１の表面形状、即ち、付着したＤＮＡの形状測定を行う。   After the probe 3 is brought into contact, the probe 2 is moved in the X and Y directions via the XYZ stage 21, and a scanning process is performed in which the probe 3 scans the thin film 11. During this scanning, the cantilever 4 tends to bend up and down in accordance with the shape (unevenness) of the DNA attached to the surface of the thin film 11, so that the resistance value of the piezoresistive element 33 changes. And the piezoresistive element 33 outputs the output signal according to this bending to the Z voltage feedback circuit 23 via a preamplifier. The Z voltage feedback circuit 23 performs feedback control of the XYZ stage 21 in the Z direction so that the transmitted output voltage is constant, that is, the deflection of the cantilever 4 is constant. Thereby, scanning can be performed in a state in which the distance between the probe 3 and the lever portion 10 is controlled so that the bending of the cantilever 4 is constant. Further, the control unit 20 measures the surface shape of the thin film 11, that is, the shape of the attached DNA, based on a signal that is moved up and down by the Z voltage feedback circuit 23.

ここで、薄膜１１の表面は、主面１０ａの凹凸の影響を受けることなく、原子レベルで平らな平滑面となっているので、上述した走査工程及び変位測定工程により、薄膜１１表面に付着したＤＮＡの状態、例えば、ＤＮＡがいくつ付着したのか、また、どのような状態で付着したのか等を観察することができる。つまり、数十ｎｍの凹凸内に入り込んでＤＮＡを観察することが困難であった従来のものとは異なり、付着した全てのＤＮＡの、実際の付着状態を正確に観察して把握することができる。   Here, since the surface of the thin film 11 is a flat smooth surface at the atomic level without being affected by the unevenness of the main surface 10a, it adheres to the surface of the thin film 11 by the scanning process and the displacement measuring process described above. It is possible to observe the state of DNA, for example, how many DNAs are attached and in what state. In other words, it is possible to accurately observe and grasp the actual attachment state of all the attached DNA, unlike the conventional case where it is difficult to observe DNA by entering into the unevenness of several tens of nm. .

その結果、ＤＮＡの実際の付着状態と、変位測定手段１３による測定結果とを関係付けることができ、微小なＤＮＡの重量を正確に測定して解析を高精度に行うことができる。特に、この測定データは、従来のＳＰＲセンサとは異なり、装置固有のデータではないので、他のデータとの比較を行うことができ、該データを有効に活用できると共に測定結果の信頼性を向上することができる。   As a result, the actual adhesion state of the DNA and the measurement result by the displacement measuring means 13 can be related, and the weight of the minute DNA can be accurately measured and the analysis can be performed with high accuracy. In particular, unlike conventional SPR sensors, this measurement data is not device-specific data, so it can be compared with other data, making effective use of the data and improving the reliability of measurement results. can do.

上述したように、本実施形態のプローブ２及び特定物質解析装置１並びに特定物質解析方法によれば、ＤＮＡの実際の付着状態と、変位測定手段１３による測定結果とを関係付けることができ、微小なＤＮＡの重量を正確に測定して、ＤＮＡの解析を高精度に行うことができる。
また、プローブ２に対向する位置にカンチレバー４を備えているので、ＤＮＡが付着した後、そのまま溶液中で速やかにＤＮＡの形状観察を行うことができる。よって、使い易く、測定時間の短縮化を図ることができる。 As described above, according to the probe 2, the specific substance analyzing apparatus 1 and the specific substance analyzing method of the present embodiment, the actual adhesion state of DNA and the measurement result by the displacement measuring means 13 can be related to each other. DNA can be accurately measured, and DNA can be analyzed with high accuracy.
In addition, since the cantilever 4 is provided at a position facing the probe 2, it is possible to quickly observe the shape of the DNA in the solution as it is after the DNA has adhered. Therefore, it is easy to use and the measurement time can be shortened.

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態では、特定物質をＤＮＡとして説明したが、ＤＮＡに限られるものではない。例えば、微小粉末、タンパク質等の生体分子やアレルギーの原因となる抗原を微小な特定物質としても構わない。
ここで、特定物質を抗原とし、本発明に係るプローブ２及び特定物質解析装置１を利用して抗原の結合状態を正確に測定して、抗体−抗原反応を観察する場合を以下に説明する。なお、抗体として最も多量に血液中に含まれているＩｇＧ（Immunoglobulin Gamma）抗体を例にして説明する。 For example, in the above-described embodiment, the specific substance is described as DNA, but is not limited to DNA. For example, biomolecules such as fine powders and proteins, and antigens that cause allergies may be used as minute specific substances.
Here, the case where the specific substance is used as an antigen, the binding state of the antigen is accurately measured using the probe 2 and the specific substance analyzing apparatus 1 according to the present invention, and the antibody-antigen reaction is observed will be described below. An IgG (Immunoglobulin Gamma) antibody contained in the blood in the largest amount as an antibody will be described as an example.

まず、この抗体−抗原反応の観察を行う場合には、予めプローブ２の薄膜１１上に、ＩｇＧ抗体の一端を固定させておく必要がある。そこで、薄膜１１上にＩｇＧ抗体の一端を、例えばリンカーを利用して予め固定化させる。
次いで、ＩｇＧ抗体が固定化されたプローブ２を、各種の抗原が存在する溶液Ｗ内に浸す。すると、ＩｇＧ抗体に反応する特定の抗原が次々とＩｇＧ抗体に結合して修飾し始める。レバー部１０は、この抗原の修飾によって重量が変化するので、撓んで変形する。そして、このレバー部１０の変位を変位測定手段１３で測定することで、抗原の修飾状態を検出することができる。 First, when observing this antibody-antigen reaction, it is necessary to fix one end of the IgG antibody on the thin film 11 of the probe 2 in advance. Therefore, one end of the IgG antibody is immobilized on the thin film 11 in advance using, for example, a linker.
Next, the probe 2 on which the IgG antibody is immobilized is immersed in a solution W in which various antigens are present. Then, a specific antigen that reacts with the IgG antibody binds to the IgG antibody one after another and begins to be modified. Since the weight of the lever portion 10 is changed by the modification of the antigen, the lever portion 10 is bent and deformed. Then, by measuring the displacement of the lever portion 10 by the displacement measuring means 13, the modified state of the antigen can be detected.

次いで、抗原の修飾が終了した後、カンチレバー４を利用して薄膜１１の表面状態を観察する。この際、薄膜１１の表面は、その物性上予め原子レベルで平滑化されているので、凹凸内にＩｇＧ抗体が入り込んで観察することが困難であったという従来の問題が解消され、ＩｇＧ抗体の数や固体状態、ＩｇＧ抗体と抗原との修飾状態、ＩｇＧ抗体に対していくつの抗原が修飾しているか等の実際の状態を正確に観察することができる。
つまり、変位測定手段１３による測定結果を、実際の状態に関係付けながら解析することができる。従って、従来取得することが困難であった正確で幅広いデータを取得することができ、抗原−抗体反応をより詳細に解明することができる。 Next, after the modification of the antigen is completed, the surface state of the thin film 11 is observed using the cantilever 4. At this time, the surface of the thin film 11 has been smoothed at the atomic level in advance due to its physical properties, so that the conventional problem that it was difficult to observe the IgG antibody by entering the irregularities was solved. The actual state such as the number, the solid state, the modification state between the IgG antibody and the antigen, and how many antigens are modified with respect to the IgG antibody can be accurately observed.
That is, the measurement result by the displacement measuring means 13 can be analyzed while relating to the actual state. Therefore, it is possible to acquire accurate and wide-ranging data that has been difficult to acquire conventionally, and to elucidate the antigen-antibody reaction in more detail.

また、この抗原−抗体反応を行うにあたって、図６に示すように、薄膜１１上に金薄膜４０を被膜したプローブ４１を利用しても構わない。この金薄膜４０は、原子レベルで平滑化された薄膜１１上に被膜されているので、薄膜１１と同様にやはり表面が原子レベルで平滑化された状態となっている。
このプローブ４１においては、薄膜１１上にさらに金薄膜４０が被膜されているので、ＩｇＧ抗体を金薄膜４０上に、図示しないリンカーを介して確実に固定することができる。よって、抗原−抗体反応をより正確に観察することができる。 In performing this antigen-antibody reaction, as shown in FIG. 6, a probe 41 in which a thin gold film 40 is coated on a thin film 11 may be used. Since the gold thin film 40 is coated on the thin film 11 smoothed at the atomic level, similarly to the thin film 11, the surface is also smoothed at the atomic level.
In this probe 41, since the gold thin film 40 is further coated on the thin film 11, the IgG antibody can be reliably fixed on the gold thin film 40 via a linker (not shown). Therefore, the antigen-antibody reaction can be observed more accurately.

なお、金薄膜だけに限られず、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を薄膜１１上に被膜しても構わない。上述したように、ＩｇＧ抗体を固定させる際に分子膜等のリンカーを用いる必要があるが、薄膜１１上に二酸化珪素を被膜することで、金薄膜４０よりも多種多様のリンカーを利用することができる。よって、リンカーの選択肢が増えるので、観察をより容易に行えることができる。この点、二酸化珪素を用いることがより好ましい。 Note that the present invention is not limited to the gold thin film, and silicon dioxide (SiO 2 ) may be coated on the thin film 11. As described above, it is necessary to use a linker such as a molecular film when immobilizing the IgG antibody. However, by coating silicon dioxide on the thin film 11, it is possible to use a wider variety of linkers than the gold thin film 40. it can. Therefore, since the choice of a linker increases, observation can be performed more easily. In this respect, it is more preferable to use silicon dioxide.

また、上記実施形態では、ホルダ部１２でレバー部１０を１つ支持したプローブ２を例にしたが、レバー部１０は１つに限られず、例えば、レバー部１０をアレイ状に複数備え、各レバー部１０の薄膜１１がそれぞれ異なる種類の特定物質を付着させるように構成しても構わない。
こうすることで、一度に複数種類の特定物質を検出して解析を行うことができる。例えば、一度に複数の抗体−抗原反応を観察することができ、各種のアレルギー反応（例えば、蕎麦、卵や花粉アレルギー等）を一度に効率良く調べることができる。よって、解析にかける時間を短縮することができ、使い易さを向上することができる。 Moreover, in the said embodiment, although the probe 2 which supported one lever part 10 with the holder part 12 was taken as an example, the lever part 10 is not restricted to one, For example, the lever part 10 is provided with two or more in array form, You may comprise so that the thin film 11 of the lever part 10 may attach a different kind of specific substance, respectively.
By doing so, a plurality of types of specific substances can be detected and analyzed at one time. For example, a plurality of antibody-antigen reactions can be observed at one time, and various allergic reactions (eg, buckwheat, egg, pollen allergy, etc.) can be efficiently examined at a time. Therefore, the time required for analysis can be shortened, and the usability can be improved.

また、上記実施形態では、ピエゾ抵抗素子１５、３３を利用した自己検知方式により、プローブ２及びカンチレバー４の変位を測定したが、自己検知方式に限られず、光を利用した光テコ方式により、プローブ２及びカンチレバー４の変位を測定するように構成しても構わない。   Moreover, in the said embodiment, although the displacement of the probe 2 and the cantilever 4 was measured by the self-detection system using the piezoresistive elements 15 and 33, it is not restricted to a self-detection system, but by the optical lever system using light, 2 and the displacement of the cantilever 4 may be measured.

また、上記実施形態では、プローブ２を振動させず静的な状態で測定を行ったが、この場合に限られず、図７に示すように圧電素子４１等の加振手段をホルダ部１２に設けて、レバー部１０を主面１０ａに直交するＺ方向に向けて所定の周波数で振動させても構わない。この場合には、薄膜１１上にＤＮＡ等の特定物質が付着すると、該付着に起因する重量変化によりレバー部１０の振動状態、即ち、周波数が変化する。そして、変位測定手段１３がこのレバー部１０の周波数の変化を検出し、レバー部１０の重量変化を算出すれば良い。このように、動的な方法で特定物質の微小な重量変化を測定することで、静的な方法に比べて測定結果の精度をより向上することができる。
なお、付着工程が終了した後、走査工程前にレバー部１０の振動状態を停止させる。その後、カンチレバー４による走査を行って、付着した特定物質の形状観察を行う。 Further, in the above embodiment, the measurement was performed in a static state without vibrating the probe 2. However, the present invention is not limited to this, and a vibration means such as a piezoelectric element 41 is provided in the holder portion 12 as shown in FIG. The lever portion 10 may be vibrated at a predetermined frequency in the Z direction orthogonal to the main surface 10a. In this case, when a specific substance such as DNA adheres to the thin film 11, the vibration state of the lever portion 10, that is, the frequency changes due to a weight change caused by the adhesion. And the displacement measuring means 13 should just detect the change of the frequency of this lever part 10, and should just calculate the weight change of the lever part 10. FIG. Thus, by measuring a minute weight change of a specific substance by a dynamic method, the accuracy of the measurement result can be further improved as compared with a static method.
In addition, after an adhesion process is complete | finished, the vibration state of the lever part 10 is stopped before a scanning process. Thereafter, scanning with the cantilever 4 is performed to observe the shape of the attached specific substance.

本発明の一実施形態に係る特定物質解析装置の構成図である。It is a block diagram of the specific substance analysis apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図１に示す特定物質解析装置を構成する本発明に係るプローブの斜視図である。It is a perspective view of the probe which concerns on this invention which comprises the specific substance analysis apparatus shown in FIG. 図１に示す特定物質解析装置を構成するカンチレバーの斜視図である。It is a perspective view of the cantilever which comprises the specific substance analysis apparatus shown in FIG. 図２に示すプローブの周囲にＤＮＡを供給し、ＤＮＡが薄膜に付着し始めた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which supplied DNA around the probe shown in FIG. 2, and DNA began to adhere to a thin film. 図４に示す状態の後、ＤＮＡが薄膜上に付着したプローブをカンチレバーに接近させている状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a state where a probe having DNA attached on a thin film is brought close to a cantilever after the state shown in FIG. 4. 図２に示すプローブとは異なる他のプローブの例を示す図であって、薄膜上に金薄膜が被膜されたプローブを示す図である。It is a figure which shows the example of another probe different from the probe shown in FIG. 2, Comprising: It is a figure which shows the probe by which the gold | metal thin film was coat | covered on the thin film. 図２に示すプローブとは異なる他のプローブの例を示す図であって、レバー部を振動させる加振手段を有するプローブを示す図である。It is a figure which shows the example of the other probe different from the probe shown in FIG. 2, Comprising: It is a figure which shows the probe which has a vibration means to vibrate a lever part.

符号の説明Explanation of symbols

Ｗ 溶液
ＤＮＡ 特定物質
１ 特定物質解析装置
２、４１ プローブ
４ カンチレバー
３ 探針
５ 移動手段
６ 第２の変位測定手段
７ 容器
９ 制御手段
１０ レバー部
１０ａ 主面
１１ 薄膜
１２ ホルダ部
１３ 変位測定手段
４０ 金薄膜
４１ 圧電素子（加振手段）

W solution DNA Specified substance 1 Specified substance analyzer
2, 41 Probe 4 Cantilever 3 Probe 5 Moving means 6 Second displacement measuring means
7 Container 9 Control means 10 Lever part 10a Main surface 11 Thin film 12 Holder part 13 Displacement measuring means 40 Gold thin film 41 Piezoelectric element (vibration means)

Claims (8)

所定の厚みを有した平板状に形成され、基端側から先端側に向けて一方向に延びたレバー部と、
該レバー部の主面上に取り付けられ、特定物質が反応して付着する薄膜と、
前記レバー部の基端側を片持ち状態に支持するホルダ部と、
前記レバー部の変位を測定する変位測定手段とを備え、
前記薄膜は、多層に積層された層状物質を剥離して得られた薄膜であることを特徴とするプローブ。 A lever portion formed in a flat plate shape having a predetermined thickness and extending in one direction from the proximal end side toward the distal end side;
A thin film attached on the main surface of the lever portion, to which a specific substance reacts and adheres;
A holder portion for supporting the base end side of the lever portion in a cantilever state;
Displacement measuring means for measuring the displacement of the lever portion,
The probe according to claim 1, wherein the thin film is a thin film obtained by peeling a layered material laminated in multiple layers. 請求項１に記載のプローブにおいて、
前記薄膜上には、金薄膜又は二酸化珪素のいずれかが被膜されていることを特徴とするプローブ。 The probe according to claim 1, wherein
The probe is characterized in that either a gold thin film or silicon dioxide is coated on the thin film. 請求項１又は２に記載のプローブにおいて、
前記レバー部を前記主面に直交する方向に向けて、所定の周波数で振動させる加振手段を備え、
前記変位測定手段が、前記レバー部の振動状態の変化から、前記特定物質の付着に起因するレバー部の重量変化を測定することを特徴とするプローブ。 The probe according to claim 1 or 2,
A vibration means for vibrating the lever portion at a predetermined frequency in a direction orthogonal to the main surface;
The probe according to claim 1, wherein the displacement measuring unit measures a change in weight of the lever portion due to adhesion of the specific substance from a change in a vibration state of the lever portion. 請求項１から３のいずれか１項に記載のプローブにおいて、
前記レバー部を複数備え、各レバー部の前記薄膜がそれぞれ異なる種類の前記特定物質を付着させることを特徴とするプローブ。 The probe according to any one of claims 1 to 3,
A probe comprising a plurality of the lever portions, wherein the thin films of the lever portions adhere different types of the specific substances. 請求項１から４のいずれか１項に記載のプローブと、
前記レバー部の主面に対向するように配され、先端に探針を有するカンチレバーと、
該カンチレバーと前記プローブとを、前記主面に平行なＸＹ方向に相対的に走査させると共に、主面に垂直なＺ方向に相対的に移動させる移動手段と、
前記カンチレバーの変位を測定する第２の変位測定手段と、
該第２の変位測定手段による測定結果に基づいて、前記走査時に前記探針と前記レバー部との距離を、前記カンチレバーの撓みが一定となるように前記移動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする特定物質解析装置。 The probe according to any one of claims 1 to 4,
A cantilever arranged to face the main surface of the lever part and having a probe at the tip;
Moving means for causing the cantilever and the probe to relatively scan in an XY direction parallel to the main surface and to move in a Z direction perpendicular to the main surface;
Second displacement measuring means for measuring the displacement of the cantilever;
Control means for controlling the distance between the probe and the lever portion during the scanning based on the measurement result of the second displacement measuring means, and controlling the moving means so that the bending of the cantilever is constant. Specific substance analysis device characterized by the above. 請求項５に記載の特定物質解析装置において、
溶液及び前記特定物質を貯留すると共に、少なくとも前記プローブ及び前記カンチレバーを溶液内に浸した状態で収納する容器を備えていることを特徴とする特定物質解析装置。 The specific substance analyzing apparatus according to claim 5,
A specific substance analyzing apparatus comprising a container for storing the solution and the specific substance and storing at least the probe and the cantilever in a state immersed in the solution. 所定の厚みを有した平板状に形成され、基端側がホルダ部に片持ち状態に支持されたレバー部と、該レバー部の主面上に設けられて特定物質が反応して付着する薄膜とを備えたプローブと、主面に対向するように配され、先端に探針を有するカンチレバーとを利用して、特定物質の解析を行う特定物質分析方法であって、
前記プローブの周囲に前記特定物質を供給して、該特定物質を前記薄膜に反応させて付着させる付着工程と、
該付着工程中における前記レバー部の変位を測定する変位測定工程と、
前記付着工程後、前記探針と前記レバー部との距離を、前記カンチレバーの撓みが一定となるように前記主面に垂直なＺ方向に移動制御しながら、前記カンチレバーと前記プローブとを前記主面に平行なＸＹ方向に向けて相対的に移動させて、前記探針で前記薄膜上を走査する走査工程とを備え、
前記薄膜が、多層に積層された層状物質を剥離して得られた薄膜であることを特徴とする特定物質解析方法。 A lever portion which is formed in a flat plate shape having a predetermined thickness and whose base end side is supported in a cantilevered state by the holder portion; and a thin film which is provided on the main surface of the lever portion and to which a specific substance reacts and adheres A specific substance analysis method for analyzing a specific substance using a probe equipped with a cantilever arranged to face the main surface and having a probe at the tip,
An adhesion step of supplying the specific substance around the probe and causing the specific substance to react with and adhere to the thin film;
A displacement measuring step of measuring the displacement of the lever portion during the attaching step;
After the attaching step, the distance between the probe and the lever portion is controlled to move in the Z direction perpendicular to the main surface so that the bending of the cantilever is constant, and the cantilever and the probe are moved to the main surface. Scanning relative to the XY direction parallel to the surface and scanning the thin film with the probe, and
The specific substance analyzing method, wherein the thin film is a thin film obtained by peeling a layered substance laminated in multiple layers. 請求項７に記載の特定物質解析方法において、
前記付着工程前に、前記レバー部を前記主面に垂直な方向に向けて、所定の周波数で振動させる加振工程を備え、
前記レバー部を振動させた状態で前記付着工程を行った後、前記走査工程前にレバー部の振動を停止させることを特徴とする特定物質解析方法。




The specific substance analysis method according to claim 7,
Before the attaching step, comprising a vibration step of vibrating the lever portion at a predetermined frequency in a direction perpendicular to the main surface,
A specific substance analysis method comprising: stopping the vibration of the lever portion before the scanning step after performing the attaching step in a state where the lever portion is vibrated.




JP2005339934A 2005-11-25 2005-11-25 Probe, specified substance analyzing apparatus, and specified substance analyzing method Expired - Fee Related JP4600769B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005339934A JP4600769B2 (en) 2005-11-25 2005-11-25 Probe, specified substance analyzing apparatus, and specified substance analyzing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005339934A JP4600769B2 (en) 2005-11-25 2005-11-25 Probe, specified substance analyzing apparatus, and specified substance analyzing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007147353A JP2007147353A (en) 2007-06-14
JP4600769B2 true JP4600769B2 (en) 2010-12-15

Family

ID=38208936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005339934A Expired - Fee Related JP4600769B2 (en) 2005-11-25 2005-11-25 Probe, specified substance analyzing apparatus, and specified substance analyzing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4600769B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009133772A (en) * 2007-11-30 2009-06-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Detection sensor and oscillator
JP5164743B2 (en) 2008-08-27 2013-03-21 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 Cantilever, cantilever system, probe microscope and adsorption mass sensor
CN111398082A (en) * 2020-04-22 2020-07-10 山东科技大学 Real-time monitoring device and method for content of free silica in industrial and mining dust

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02107942A (en) * 1988-10-17 1990-04-19 Toshiba Corp Making of thin film sample
JPH0595922A (en) * 1991-10-08 1993-04-20 Nippon Achison Kk Electrode for organism and manufacture thereof
JPH063242A (en) * 1992-06-19 1994-01-11 Sanyo Electric Co Ltd Smell detecting device
JP2001003195A (en) * 1999-06-22 2001-01-09 Agency Of Ind Science & Technol Method for forming organic thin film and thin-film optical element produced by the method
JP2003215016A (en) * 2002-01-23 2003-07-30 Canon Inc Sample base for scanning probe microscope and observing method
JP2004028956A (en) * 2002-06-28 2004-01-29 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Adsorption/ desorption amount measuring method and instrument therefor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02107942A (en) * 1988-10-17 1990-04-19 Toshiba Corp Making of thin film sample
JPH0595922A (en) * 1991-10-08 1993-04-20 Nippon Achison Kk Electrode for organism and manufacture thereof
JPH063242A (en) * 1992-06-19 1994-01-11 Sanyo Electric Co Ltd Smell detecting device
JP2001003195A (en) * 1999-06-22 2001-01-09 Agency Of Ind Science & Technol Method for forming organic thin film and thin-film optical element produced by the method
JP2003215016A (en) * 2002-01-23 2003-07-30 Canon Inc Sample base for scanning probe microscope and observing method
JP2004028956A (en) * 2002-06-28 2004-01-29 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Adsorption/ desorption amount measuring method and instrument therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007147353A (en) 2007-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3784074B2 (en) Detection of ligands that interact with polymer materials
US6854317B2 (en) Embedded piezoelectric microcantilever sensors
US6523392B2 (en) Microcantilever sensor
Fritz Cantilever biosensors
US6763705B1 (en) High throughput microcantilever detector
CN1182920C (en) Sensor for microfluid handling system
KR100583233B1 (en) Method and system for detecting bio-element
US7458265B2 (en) Piezoelectric cantilever sensors
JP5225981B2 (en) Self-excited and self-detecting piezoelectric cantilever sensor for direct detection of airborne analytes in air
US7389679B2 (en) Measurement cell and method for the analysis of liquids
JP2007010518A (en) Detection method of target substance using cantilever sensor and detector of target substance
WO2019141287A1 (en) Ordered porous nanostructure thin film interference effect-based biological detector and method for using same to perform biological molecule detection
US7395693B2 (en) Embedded piezoelectric microcantilever sensors
Koev et al. Interferometric readout of multiple cantilever sensors in liquid samples
JP4600769B2 (en) Probe, specified substance analyzing apparatus, and specified substance analyzing method
Xu et al. Label-free microcantilever-based immunosensors for highly sensitive determination of avian influenza virus H9
JP4464270B2 (en) Embedded piezoelectric microcantilever sensor
KR101173607B1 (en) Bio sensor apparatus having real-time ditection about physical change of bio matter and method of sensing
Rico et al. Force-Clamp measurements of receptor–ligand interactions
US7650804B2 (en) Mechanochemical sensor
Rahimpour et al. Design and manufacturing of electromechanical chip for rapid measurement of IgG1 antibody in cell-culture supernatant
Wang et al. Charge Sensitive Optical Detection for Measurement of Small-Molecule Binding Kinetics
Zaccari Multiplexed label-free electronic biosensors for clinical diagnostics
Poloju Fabrication and functional analysis of SPARROW biosensor
JP2006078213A (en) Biosensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080619

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100826

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100907

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20100915

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100915

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131008

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4600769

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees