專利名稱:用于掃描探針顯微鏡的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于研究生物系統(tǒng)的裝置和方法，并且尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)掃描探針顯微鏡研究和特別是力譜研究的裝置和方法。
背景技術(shù)：
生物系統(tǒng)和在其內(nèi)運行的過程基于分子的相互作用。生物系統(tǒng)中的分子力不同于其它分子系統(tǒng)，特別是在整個系統(tǒng)的化學反應(yīng)和物理變化方面。但是，關(guān)于生物系統(tǒng)中的分子的相互作用的信息是前提，以便分析這種系統(tǒng)并能夠進行進一步的論斷。
為了測量生物系統(tǒng)中的分子的相互作用，尤其使用掃描探針顯微鏡的方法，以便以高的橫向和垂直分辨率來確定表面形貌。在此，橫向分辨率應(yīng)理解為生物系統(tǒng)的待研究的表面的平面中的分辨率，而垂直于該平面的分辨率稱作垂直分辨率。
掃描探針顯微鏡的方法的例子包括掃描力顯微鏡方法，例如原子力顯微鏡(SFM，英語scanning force microscopy或者AFM，英語atomicforce microscopy)。
利用這種掃描力顯微鏡方法，除了生物探針的表面的拓撲結(jié)構(gòu)之外也可以檢測試樣的彈性或者在那里起作用的附著力。在這樣的情況下通常稱作“力譜”的掃描力顯微鏡借助掃描試樣的探針確定試樣的分子力，以便例如定量地表明各個分子之間的相互作用的特征。通常，探針包括固定在自支承的支架或者也稱作懸臂(Cantilever)的測量橫梁(Messbalken)上的尖端。為了研究試樣，例如探針掃描過試樣的表面，其中記錄探針的橫向和垂直位置和/或偏轉(zhuǎn)。由于探針和尤其是懸臂的彈性特性，所以探針可相對于試樣移動。根據(jù)所檢測的探針的橫向和垂直位置和/或者偏轉(zhuǎn)確定在試樣方面的分子力并且由此確定其表面形貌。
通常，借助光學測量設(shè)備確定試樣的移動，分辨率在0.1nm的范圍內(nèi)并且能夠?qū)崿F(xiàn)幾個pN的力的探測。
為了確定生物試樣的表面形貌，試樣表面和掃描力顯微鏡的探針這樣彼此形成接觸，使得作用在它們之間的力保持預(yù)定的值(例如50-100pN)。接著，使試樣與探針相對于彼此這樣橫向移動，使得通過探針實現(xiàn)表面試樣的柵狀掃描。在此，試樣和/或探針也垂直移動，以便使在此之間作用的力保持在預(yù)定值。試樣與探針相對于彼此的移動可通過包括壓電陶瓷的裝置來引起。
掃描力顯微鏡的優(yōu)點在于，可以在生理學上有著重要意義的溫度下(例如4℃與60℃之間)對緩沖溶液中的生物試樣進行研究。
圖1簡化地圖示了掃描力顯微鏡的原理。為了研究生物試樣BP的表面使用探針S。探針S完全可被看作探針針尖Sp，該探針針尖“掛”在彈簧C上。在探針S和試樣BP相對于彼此移動時(例如沿著路徑W)，根據(jù)相應(yīng)的表面形貌使探針S和試樣BP相對于彼此在垂直方向上這樣移動，使得彈簧C的偏移為恒定。
目前，掃描探針顯微鏡為費時和人力密集的方式。鑒于可靠分析所必需的測量數(shù)量大，用于掃描探針顯微鏡的目前的解決方法由于對每個時間單位(例如1天)的測量的數(shù)量小而是不令人滿意的方法。對測量數(shù)據(jù)的分析、評估和進一步使用的受限的可能性也是重要的缺點。
發(fā)明的任務(wù)本發(fā)明的任務(wù)是提供一種裝置，以便消除已知掃描顯微鏡方法的缺點，尤其是在人工費用和時間花費方面，并且提供對生物試樣的可靠研究必需的測量。此外，本發(fā)明應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比可以以改進的方式利用在掃描探針顯微鏡測量中所得到的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述任務(wù)，本發(fā)明提供了根據(jù)獨立權(quán)利要求
1或者32所述的一種用于掃描探針顯微鏡的裝置以及一種用于實施掃描探針顯微鏡測量的方法。由從屬權(quán)利要求
、以下描述和附圖中得到優(yōu)選的實施形式。
根據(jù)本發(fā)明的裝置用于掃描探針顯微鏡，并且包括掃描顯微鏡的測量設(shè)備，該測量設(shè)備包括用于掃描顯微鏡測量的測量探針以及用于設(shè)置待掃描顯微鏡測量的試樣的試樣支承體。此外，還設(shè)置有控制設(shè)備和/或分析設(shè)備。
控制設(shè)備以系統(tǒng)集成方式地、即作為根據(jù)本發(fā)明的裝置的完整的組成部分與掃描顯微鏡的測量設(shè)備相連，并且被設(shè)置來根據(jù)預(yù)給定的控制參數(shù)自動地控制測量設(shè)備用于實施掃描顯微鏡測量。
分析設(shè)備同樣以系統(tǒng)集成方式地與掃描顯微鏡測量設(shè)備相連，從而形成根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的完整的組成部分，并且被設(shè)置來根據(jù)預(yù)給定的分析參數(shù)自動地分析借助掃描顯微鏡測量設(shè)備的測量。
利用根據(jù)本發(fā)明的裝置，提供了一平臺，以借助掃描探針顯微鏡自動化地實施和/或分析生物試樣的研究。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置還能夠?qū)崿F(xiàn)，使測量與分別待研究的生物試樣或其系統(tǒng)匹配，其方式是使用相應(yīng)的控制參數(shù)和/或分析參數(shù)。例如，基于此的優(yōu)點在于，這種測量基本上不用人員全職地實施并且可以同時進行分析。
優(yōu)選地，設(shè)置控制設(shè)備和/或分析設(shè)備，來識別說明測量設(shè)備和/或分析設(shè)備的測量的數(shù)據(jù)，用于確定測量的輸入?yún)?shù)或者參數(shù)組。該特征也可以稱作作為控制參數(shù)和/或分析參數(shù)的、說明測量設(shè)備和/或分析設(shè)備的測量的數(shù)據(jù)的反饋。在使用迭代的檢索算法的情況下可以實施參數(shù)或參數(shù)組的識別。此外，也可能的是，至少在該特征方面，控制設(shè)備與分析設(shè)備邏輯上彼此相連。在一種實施例中，分析設(shè)備在實驗期間分析力譜數(shù)據(jù)。在達到顯著數(shù)量的數(shù)據(jù)時，調(diào)節(jié)接下來的實驗參數(shù)并繼續(xù)實驗。在此，可以這樣改變實驗參數(shù)，使得例如更精確地研究所測量的力的確定的變化(以及由此確定的能量和結(jié)合常數(shù)(Bindungskonstanten))。因此，例如可以自動地研究用戶感興趣的分子相互作用的區(qū)域。
如以下更詳細地介紹的那樣，根據(jù)本發(fā)明的裝置的該實施形式能夠?qū)崿F(xiàn)對測量和試樣分類，將試樣上的測量進行相互比較，發(fā)展和/或使用優(yōu)化過的測量策略以及優(yōu)化所使用的測量策略。
優(yōu)選地，該裝置包括用于存儲從分析設(shè)備中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其中這些數(shù)據(jù)從借助掃描探針顯微鏡的測量設(shè)備的測量的分析中得到。該實施形式例如能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)庫具有關(guān)于對掃描探針顯微鏡的待測量的試樣的測量的信息，在連續(xù)的測量之前、期間和之后都可以訪問這些信息。數(shù)據(jù)存儲設(shè)備也可以用于反饋的測量結(jié)果，其中也設(shè)置與已在數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中的信息進行比較。
優(yōu)選地，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備被設(shè)計來這樣存儲預(yù)給定的控制參數(shù)和/或預(yù)給定的分析參數(shù)和/或在相應(yīng)的測量中存在的測量條件，使得實現(xiàn)對相應(yīng)的由分析設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的明確的分配。
在一種優(yōu)選的實施形式中，測量探針包括彈簧彈性的單元。
彈簧彈性的單元可以全部彈簧彈性地構(gòu)造或者具有彈簧彈性的區(qū)域。例如，(自支承的)支架或者測量橫梁(懸臂)可以用作彈簧彈性的單元。在該實施形式中，此外還設(shè)置有測量設(shè)備能夠分析作用到測量探針上的力。
在具有彈簧彈性單元的實施形式的一種改進方案中，設(shè)置有測量設(shè)備能夠通過使用光學測量系統(tǒng)(例如激光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，光束跳動(BeamBouncing))和/或通過壓電效應(yīng)和/或通過磁性的相互作用檢測測量探針與試樣的相互作用并且檢測由此得到的作用在測量探針上的力。
根據(jù)本發(fā)明的裝置也可以包括用于產(chǎn)生作用到測量探針上的光場和/或電場和/或磁場的單元。該場或者這些場可以是靜態(tài)場或者動態(tài)場，其中也設(shè)置在靜態(tài)和動態(tài)之間交替的工作。
優(yōu)選具有長度在1到400微米之間的范圍內(nèi)的彈簧和/或彈簧彈性支架(懸臂)優(yōu)選地設(shè)置為彈簧彈性的元件。
此外，還設(shè)置有控制設(shè)備能夠這樣地控制彈簧彈性單元，使得測量探針以預(yù)給定的幅度振動。例如，幅度設(shè)置在0.1到2000納米之間的范圍內(nèi)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括產(chǎn)生力的單元，其可以分配給測量設(shè)備和/或控制設(shè)備。
在此設(shè)置有控制設(shè)備能夠這樣自動地控制產(chǎn)生力的單元，使得可以實現(xiàn)改變對測量探針起作用的品質(zhì)因數(shù)(Q因數(shù))，其方式是將相應(yīng)的力施加到彈簧彈性元件上。
當測量探針應(yīng)該振動時，則使用產(chǎn)生力的單元是特別優(yōu)選的。為了檢測測量探針的振動變化，可以設(shè)置分析設(shè)備來探測諧振移動和/或幅度變化和/或相位變化形式的這些變化。
在另一種實施形式中，測量設(shè)備包括探針定位單元，以便將測量探針在空間的所有平移軸和/或轉(zhuǎn)動軸中定位。在此，設(shè)置有控制設(shè)備能夠根據(jù)預(yù)給定的探針定位參數(shù)通過控制定位單元自動地定位和/或移動測量探針。
在使用探針定位單元的情況下，設(shè)置使用探針定位參數(shù)，這些探針定位參數(shù)包括-測量探針的用于柵狀地掃描待設(shè)置在試樣支承體上的試樣的移動，其中這種移動包括在0.1納米到數(shù)毫米之間、優(yōu)選在0.1納米到500毫米之間的范圍內(nèi)的移動和/或橫向移動，-測量探針在垂直方向上的移動，其中設(shè)置有，這種運動可以在0.01納米與50微米之間，-測量探針在垂直方向上根據(jù)測量探針與試樣之間的預(yù)給定的最小間距的移動，其中可以將間距調(diào)節(jié)例如PID和/或相位邏輯調(diào)節(jié)用于移動控制，-測量探針與待設(shè)置在試樣支承體上的試樣接觸的最大持續(xù)時間，-測量探針與待設(shè)置在試樣支承體上的試樣接觸的最大接觸頻率，-測量探針相對于待設(shè)置在試樣支承體上的試樣移動的最大和/或最小測量探針速度，-測量探針和待設(shè)置在試樣支承體上的試樣之間的最大和/或最小距離，-預(yù)給定的在測量探針和待設(shè)置在試樣支承體上的試樣之間的要保持恒定的力，該力例如可以在0.1到3000pN之間的范圍內(nèi)，-測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小拉力，-測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小壓力，-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的拉力的最大和/或最小拉力變化率，-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的壓力的最大和/或最小壓力變化率，-測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小剪切力，和/或-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的剪切力的最大和/或最小剪切力變化率。
在一種實施形式中，設(shè)置有第一探測單元，其能夠有規(guī)律地、例如重復(fù)地用數(shù)十或者數(shù)百kHz的頻率檢測測量探針的位置和/或測量探針的移動，優(yōu)選也可以檢測測量探針的偏轉(zhuǎn)，和/或作用到測量探針上的力。在此，控制設(shè)備優(yōu)選被設(shè)置來根據(jù)預(yù)給定的探測參數(shù)自動地控制第一探測單元。
優(yōu)選地，第一探測單元包括用于測量探針的位置探測和/或移動探測的位置傳感器。例如，LVDT傳感器、應(yīng)變計、光學傳感器、干涉測量的傳感器、電容性傳感器可以用于此。特別優(yōu)選的是，設(shè)置光學的輻射偏轉(zhuǎn)探測器用于檢測測量探針的偏移。
此外，優(yōu)選的是，通過使用一個或者多個閉合調(diào)節(jié)回路根據(jù)由第一探測單元所提供的數(shù)據(jù)進行測量探針和/或試樣的位置控制和/或移動控制。對此設(shè)置有將第一探測單元至少在這方面與控制設(shè)備相連。
此外，還設(shè)置有控制設(shè)備能夠根據(jù)預(yù)給定的探測參數(shù)來控制第一探測單元，這些探測參數(shù)包括-關(guān)于單個、多個和/或所有待檢測的量的預(yù)給定的探測率，和/或-第一探測單元應(yīng)實施位置測量、移動測量和/或力測量的頻率。
優(yōu)選地，分析設(shè)備能夠自動地分析由第一探測單元所采集的量。這可以分析地和/或靜態(tài)地進行。
分析設(shè)備可以這樣被設(shè)置，使得對由第一探測單元所采集的量分類。在此，優(yōu)選的是，被分類的量或分析設(shè)備的說明這些量的數(shù)據(jù)，如上面介紹的那樣，被反饋進測量過程，例如以便識別測量的特殊參數(shù)組。
在另一種實施形式中，測量設(shè)備包括試樣支承體定位單元，以便能夠?qū)崿F(xiàn)試樣支承體的定位。在此，這樣地實施控制設(shè)備，使得試樣支承體可根據(jù)預(yù)給定的試樣支承體定位參數(shù)借助試樣支承體定位單元被自動地定位和/或移動。
優(yōu)選地，作為試樣支承體定位參數(shù)使用以下這些，包括-試樣支承體的、用于通過測量探針柵狀掃描待設(shè)置在試樣支承體上的試樣的移動，其中這種移動可以橫向地進行和/或處于0.1微米到500微米之間的范圍內(nèi)，-測量探針與待設(shè)置在試樣支承體上的試樣接觸的最大持續(xù)時間，-測量探針與待設(shè)置在試樣支承體上的試樣接觸的最大接觸頻率，-測量探針相對于試樣支承體的移動的最大和/或最小試樣支承體速度，
-在測量探針與待設(shè)置在試樣支承體上的試樣之間的最大和/或最小距離，-預(yù)給定的、在測量探針和待設(shè)置在試樣支承體上的試樣之間的、要保持恒定的力，該力例如可以在0.1到3000pN之間的范圍內(nèi)，-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小拉力，-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小壓力，-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的拉力的最大和/或最小拉力變化率，-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的壓力的最大和/或最小壓力變化率，-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小剪切力，和/或-由測量探針作用到待設(shè)置在試樣支承體上的試樣上的剪切力的最大和/或最小剪切力變化率。
優(yōu)選地，試樣支承體定位單元包括壓電執(zhí)行器和/或線性驅(qū)動器，線性驅(qū)動器例如可以是音圈驅(qū)動器(Schwingspulenantrieb)。
試樣支承體定位單元的上述實施形式提供了試樣支承體的非常精確的定位和/或移動。此外，試樣支承體定位單元還可以這樣實施，使得能夠?qū)崿F(xiàn)試樣支承體的“粗略的”定位和/或移動，例如在100nm到30cm之間的范圍內(nèi)。這種具有粗略定位的試樣支承體定位單元的優(yōu)點在于，可以快速實施提前定位和更大的移動。接著可以進行精確的定位和移動。
優(yōu)選地，試樣支承體定位單元分配有定位傳感器和/或移動檢測傳感器，它們例如在使用閉合調(diào)節(jié)回路的情況下，提供用于控制試樣支承體定位單元的信息。在此，可以使用上述定位傳感器和/或另外的傳感器。
優(yōu)選地，測量設(shè)備包括試樣室，在該試樣室中可以容納有液體，利用該液體應(yīng)包圍待設(shè)置在試樣支承體上的試樣。在這樣的情況下，“包圍”應(yīng)理解為，至少試樣的應(yīng)該被研究的區(qū)域被液體包圍，例如試樣的確定的表面。在此，控制設(shè)備可以被實施來監(jiān)視對于相應(yīng)被使用的液體預(yù)給定的液體參數(shù)，并且如必需，則調(diào)節(jié)液體參數(shù)。
作為液體參數(shù)例如設(shè)置有這些，包括-預(yù)給定的溫度，-預(yù)給定的溫度分布，-預(yù)給定的pH值，-預(yù)給定的pH值分布，-預(yù)給定的電解質(zhì)含量，-預(yù)給定的電解質(zhì)含量分布，-預(yù)給定的體積流量，-預(yù)給定的體積流量變化，-預(yù)給定的液位(Fluidpegel)，和/或-預(yù)給定量的生物的和/或化學的標記(Markern)。
在使用預(yù)給定量的生物和/或化學的標記作為液體參數(shù)的情況下，可以預(yù)給定用于熒光標記和/或放射性標記的數(shù)量。優(yōu)選地，使用這種標記，其在化學上和/或生物學上被功能化(funktionalisiert)，即在各待研究的試樣方面具有選擇特性。
在另一種實施形式中，設(shè)置有輸送單元，利用該輸送單元可以提供待輸送給試樣室的液體(例如，緩沖溶液、試劑)。在這樣的情況下，可以這樣設(shè)計控制設(shè)備，使得監(jiān)控輸送單元并且必要時這樣控制它，使得在試樣室中保持對于相應(yīng)的液體的預(yù)給定的邊界條件，優(yōu)選也保持這些條件的組合。例如，自動確定的試劑被相互混合，以便調(diào)節(jié)液體參數(shù)、如pH值等。
優(yōu)選地，輸送單元允許將液體輸送給測量時可設(shè)置有試樣的區(qū)域中的試樣支承體。此外，優(yōu)選的是，輸送單元被控制設(shè)備自動地控制。
輸送單元可以包括泵和/或多通道泵。
為了監(jiān)控試樣室中的液體和/或為相應(yīng)液體預(yù)給定的邊界條件，設(shè)置有第二探測單元，第二探測單元能夠檢測試樣室中的當前液位。在此，可這樣實施控制設(shè)備，使得響應(yīng)于由第二探測單元采集的液位而自動地控制第一輸送單元。
優(yōu)選地，設(shè)置有溫度室(Temperaturkammer)，其至少包圍測量探針和試樣支承體。此外也設(shè)置了溫度室也包圍測量設(shè)備的其它組成部分，如例如，產(chǎn)生力的單元、探針定位單元、探針定位單元、試樣支承體定位單元、試樣室、第一輸送單元和/或以下所提及的第二輸送單元(只要存在)。在這樣的情況下，優(yōu)選的是，溫度室的控制通過控制設(shè)備根據(jù)預(yù)給定的溫度參數(shù)來進行。
優(yōu)選地，在此設(shè)置了控制設(shè)備能夠這樣地控制溫度室，使得保持預(yù)給定的溫度和/或至少達到預(yù)給定的溫度分布。例如可以這樣地進行溫度室的控制，使得恒定的溫度時間間隔與其中實現(xiàn)溫度變化的時間間隔交替。
特別優(yōu)選的是，掃描顯微鏡測量設(shè)備為力顯微鏡的測量設(shè)備，優(yōu)選用于檢測力距離曲線(Kraftabstandskurven)。由此，可以獲得關(guān)于各個分子的相互作用和結(jié)合力的認識。
此外優(yōu)選的是，測量設(shè)備還包括光學探測單元、優(yōu)選為基于熒光顯微鏡技術(shù)和/或透射光顯微鏡技術(shù)(例如DIC和/或相位對比、明場和/或暗場)的單元。
上述任務(wù)也通過根據(jù)本發(fā)明的、用于實施掃描探針顯微鏡測量的方法來解決。根據(jù)本發(fā)明的方法以及其優(yōu)選的實施形式在方法權(quán)利要求
中被限定。



以下參照所附附圖來說明優(yōu)選的實施形式，附圖示出圖1掃描力顯微鏡(AFM)的原理的示意圖，圖2示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于掃描探針顯微鏡的裝置的實施形式1，以及圖3示出了用于使用在根據(jù)本發(fā)明的裝置中的測量探針裝置的圖。
具體實施方式
如圖2中所示，實施形式1包括掃描探針顯微鏡的測量設(shè)備2，如原子力顯微鏡測量設(shè)備(AFM)，其包括用于掃描力顯微鏡或力顯微鏡的測量的測量探針4和試樣支承體6，在試樣支承體上設(shè)置有生物試樣8用于實施測量。
測量探針4構(gòu)建為懸臂，其用作測量探針4的彈簧彈性單元，并且在其自由端上構(gòu)造一體化地集成地或者與此相連地具有探針針尖(未表示)。圖2的圖僅僅示出了測量探針。當然，也設(shè)置將多于一個的測量探針4使用在測量設(shè)備2中。
特別是，測量設(shè)備2可以具有兩個、四個、六個、八個和達到百個和更多的測量探針4。為了構(gòu)建多個待用在測量設(shè)備2中的測量探針，例如可以使用所謂的懸臂芯片(Cantilever-Chips)。
圖3示出了懸臂芯片的電子顯微鏡的容納裝置，懸臂芯片具有八個懸臂形式的彈簧彈性單元41，...48。在使用納米技術(shù)的方式的情況下，這種芯片可以具有百個和更多的懸臂。
根據(jù)待分析的試樣和根據(jù)相應(yīng)的分析，可必需使測量探針4以預(yù)給定的幅度振動。為此，測量設(shè)備包括與測量探針4和尤其是與其彈簧彈性單元共同作用的產(chǎn)生力的單元(未示出)。產(chǎn)生力的單元例如能夠?qū)崿F(xiàn)使測量探針4這樣地移動，使得達到對測量所希望的品質(zhì)因數(shù)(Q因數(shù))。
此外，測量設(shè)備具有探針定位單元(未示出)，以便相對于試樣8來定位測量探針4。根據(jù)待分析的試樣和相應(yīng)的分析，可以借助探針定位單元來相應(yīng)地定位和移動測量探針4。
借助由測量設(shè)備2包括的或者分配給它的第一探測單元12，可檢測測量探針4的尤其是相對于試樣8的位置和移動。第一探測單元12構(gòu)建為光學探測器并且包括輻射源14，例如發(fā)出激光的輻射源，以及包括接收器16，該接收器接收與測量探針4相互作用之后的輻射源的光。輻射源14例如在測量探針4自由端的區(qū)域中照射測量探針4。相互作用，特別是輻射源14的光的反射被接收器檢測，以便在分析之后得到測量探針4的位置和移動。
此外，測量設(shè)備2還具有試樣支承體定位單元10，其構(gòu)造一體化地集成地提供了試樣支承體或者可以是其組成部分。試樣支承體6和試樣支承體定位單元18也可以實施為分離的組件。
在此設(shè)置的試樣支承體定位單元18使用壓電執(zhí)行器，其能夠?qū)崿F(xiàn)使試樣支承體6和設(shè)置在其上的試樣8在空間中移動和定位。
試樣室20包圍測量探針4和試樣8或者至少包圍試樣8的待研究的區(qū)域，例如其上表面。不考慮以下描述的供給管和排出管，試樣室20液密地封閉并且因此提供了相對于包圍的區(qū)域而閉合的空間。試樣室20可以全部用于容納液體或者，如圖2中所示，為此具有液體室22，該液體室這樣構(gòu)造，使得測量探針4和試樣8或者其待分析的區(qū)域被液體包圍。
借助第二探測單元24可以檢測試樣室20中的液位。第二探測單元24在此實施為光學測量單元，該光學測量單元包括光源26，例如發(fā)出激光的光源形式的光源以及接收器28，該接收器得到與試樣室20中的液體相互作用之后的光源26的光。根據(jù)接收器28所接收的光可以對試樣室20中的液位進行說明。
試樣室20與輸入管30相連，通過輸入管可將液體供給試樣室20。通過輸出管32可以將液體從試樣室20中移除。
輸入管30輸入側(cè)與供給單元34相連，通過供給單元可將單個、多個、摻合的和混合的液體供給輸入管30并且由此供給試樣室20。為此，供給單元34包括一個或者多個泵或者多通道泵以及設(shè)備(未被示出)，以便摻合或者混合液體。通過饋送管361...36n，供給單元34從貯液器(未被示出)得到不同的液體。在實施形式1中，通過供給單元34供給任意的在試樣8的分析中所希望的和/或必需的液體，例如緩沖溶液和試劑物質(zhì)。
不考慮與饋送管361，...，36n相連的液體源和饋送管361，...，36n的部分，實施形式1的測量設(shè)備2和上面描述的組件被溫度室38包圍。溫度室38負責至少在溫度方面相對于周圍環(huán)境密封的閉合。
此外，實施形式1還具有控制設(shè)備40和分析設(shè)備42。
控制設(shè)備40用于控制設(shè)置在溫度室38內(nèi)的組件以及溫度室38本身。在圖2中，代表對此所需的連接示出了控制設(shè)備40與供給單元34或者試樣支承體定位單元18之間的連接44和46。
分析設(shè)備42首先從為此所設(shè)計的、被溫度室38所包圍的所有組件以及從溫度室38本身得到數(shù)據(jù)、測量信號等，以便能夠確定和分析相應(yīng)的當前工作狀態(tài)或者當前的測量結(jié)果。代表對此所需的連接，在圖2中示出了分析設(shè)備42與供給單元34之間、與試樣支承體定位單元18以及與第二探測單元24之間的連接48、50和52。
此外，實施形式1還包括數(shù)據(jù)存儲設(shè)備54，該數(shù)據(jù)存儲設(shè)備與控制設(shè)備40和分析設(shè)備42相連。數(shù)據(jù)存儲設(shè)備54用于存儲當前由分析設(shè)備42得到的數(shù)據(jù)、測量信號等等，當前由分析設(shè)備42所提供的、可由控制設(shè)備40用于控制實施形式1的數(shù)據(jù)、參數(shù)，以及其它以下所描述的數(shù)據(jù)。
特別是，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備54被這樣地設(shè)置，使得其用作數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中可以存儲以實施形式1而被檢測的、被分析的數(shù)據(jù)和第三方數(shù)據(jù)。
在實施掃描探針顯微鏡測量時，控制設(shè)備40除了自己的力譜實驗之外也控制所有實驗條件，如溫度、對試樣8有效的pH值、與試樣8共同起作用的電解質(zhì)以及制藥的、生化的和化學的試劑的附加物。此外，控制設(shè)備40在預(yù)定的時刻、以預(yù)定的時間間隔或者連續(xù)地檢驗對測量有效的參數(shù)和邊界條件，并且這樣地控制測量，使得保持對測量的預(yù)設(shè)值。
分析設(shè)備42分析在測量中借助測量探針4所檢測的關(guān)于試樣8的力譜并且可以分析力譜。據(jù)此，例如在達到額定值時可以結(jié)束連續(xù)的測量并引入具有改變過的預(yù)設(shè)值(例如環(huán)境條件)的新測量?？刂圃O(shè)備40和由分析設(shè)備42所提供的數(shù)據(jù)也能夠?qū)崿F(xiàn)實施迭代的測量循環(huán)，以便確定邊界條件，該邊界條件有利于確定的相互作用。
在測量期間，測量探針4對試樣8進行掃描，其中根據(jù)測量探針4與試樣8之間的相互作用可以檢測在試樣8的表面上的(生物)分子。根據(jù)測量探針4的構(gòu)造和試樣8的類型，必需測量探針4與試樣之間的確定的接觸時間和/或接觸頻率。這些參數(shù)由控制設(shè)備40調(diào)節(jié)，監(jiān)控以及必要時進行校正。對此，可以有利的是，尤其是為了實施完全自動化的測量，優(yōu)化地預(yù)備試樣8。以下為對此更進一步的闡述。
在測量期間，控制設(shè)備40控制所有相關(guān)的實驗條件，例如測量探針4與試樣8之間的最大和/或最小壓力和/或拉力、測量探針4與試樣8之間相對運動的速度、測量點的數(shù)量(分辨率)和測量探針4與試樣8之間的最大和/或最小間距。
在此，可以實施測量，在這些測量中單個、多個或者所有實驗條件保持恒定和/或系統(tǒng)地和/或混亂地變化。因此，例如可以實施一種測量，在其中除了測量探針4的牽引速度之外保持所有實驗條件恒定。
一旦例如記錄了對單一試樣的預(yù)給定數(shù)量(例如一千)的測量，就可將所得到的數(shù)據(jù)分配給數(shù)據(jù)組。接著，另一些數(shù)據(jù)組可以在實驗條件變化時生成并且被相互比較。這能夠?qū)崿F(xiàn)在其對分子相互作用的影響方面分析不同的生物和/或藥物上相關(guān)的實驗條件。
可影響生物試樣的分析的一個量是熱變化。為了使實驗條件變化時，例如在與試樣8共同起作用的緩沖溶液方面的變化時，特別是熱漂移最小，設(shè)置溫度室38。此外，還可以使用加熱元件或冷卻元件(例如珀耳帖元件(Peltier-Element))以便控制試樣8本身的溫度。這種加熱元件或冷卻元件例如可以設(shè)置在試樣支承體6下方。
生物分子的相互作用通常極大地取決于占優(yōu)勢的生理環(huán)境條件。因此在測量期間應(yīng)該監(jiān)視環(huán)境條件并且這樣控制環(huán)境條件，使得保持所希望的環(huán)境條件或刺激試樣8的自然狀態(tài)。因此，例如設(shè)置，在測量期間借助第二探測系統(tǒng)24在預(yù)定的時刻、以預(yù)給定的時間間隔或者連續(xù)地監(jiān)視在試樣室20內(nèi)的緩沖溶液的水平面，并且必要時這樣地驅(qū)動供給單元34，使得保持或者達到所希望的水平面。以這樣的方式，例如可以在測量期間補償由于蒸發(fā)而引起緩沖液面的降低，也可以這樣地監(jiān)視在所使用的電解質(zhì)以及其它與試樣8共同起作用的物質(zhì)方面的pH波動和變化，并且必要時進行控制。通過合適地控制試樣室20內(nèi)的緩沖溶液也可以防止干涸和脫鹽。
在控制試樣室20內(nèi)的緩沖溶液時，會導(dǎo)致液體運動，例如渦流，這些運動會影響測量。例如在試樣室20內(nèi)的液體運動會引起測量探針4的振動。為了防止振動，設(shè)置了當估計到這種干擾和/或由分析設(shè)備42檢測或預(yù)測到這種干擾時，控制設(shè)備40中斷連續(xù)的測量。
可以其實施測量的速度起著重要的作用。然而，快速的測量會影響其質(zhì)量。為了在高測量速度時達到高的測量質(zhì)量，本發(fā)明允許以更高的速度移動和/或定位測量探針4。在此，設(shè)置了在測量期間在不同和/或相同的測量點使用不同的速度來移動和/或定位測量探針4。這能夠?qū)崿F(xiàn)例如根據(jù)不同速度下所檢測的力譜(例如力距離曲線)做出對分子相互作用的更詳細的斷言。此外，還可以優(yōu)化測量，其方式是提高檢測力譜所使用的分辨率。這可以通過這樣的方式來實現(xiàn)，即使由測量探針4能探測到的最小的力最小化。最小的可被檢測的力尤其取決于測量探針4的彈簧彈性特性。為了達到盡可能小的可被檢測的力，因此設(shè)置使用具有盡可能柔軟的彈簧彈性特性并且具有高諧振頻率的測量探針。
另一種可能性在于，提高測量探針的拉拔速度。高的速度尤其會造成液體動力的流動并且造成由此得到的測量探針4的不希望的移動。結(jié)果，在高拉拔速度的情況下在測量數(shù)據(jù)中會出現(xiàn)高的噪聲成分，由此使對測量探針4與試樣8之間的小的力方面的靈敏度變差。這可以通過使用具有盡可能短的總長度或者具有盡可能短的彈性區(qū)域的測量探針來避免。這種測量探針顯示出相對于傳統(tǒng)的測量探針明顯改進的流體動力的特性并且允許明顯提高的拉拔速度。然而，這種測量探針被更小地偏轉(zhuǎn)。因此，在本發(fā)明中使用具有特殊光學系統(tǒng)的可能的高分辨的光學探測系統(tǒng)作為探測系統(tǒng)12。
為了除靜態(tài)掃描探針顯微鏡測量之外還實施動態(tài)掃描探針顯微鏡測量，在測量期間測量探針4以小的幅度(例如0.1-10nm)振動。動態(tài)掃描探針顯微鏡測量中的困難在于，由緩沖溶液包圍的測量探針通常具有低的品質(zhì)因數(shù)(Q因數(shù))。通常，分子相互作用通過測量探針的諧振偏移或諧振極大值來檢測。測量探針的諧振特性正比于Q因數(shù)，其中小的Q因數(shù)導(dǎo)致寬的諧振極大值。因此，在Q因數(shù)小時力探測的靈敏度也小。此外，例如由包圍測量探針的液體的流體動力的流動引起的耗散的相互作用影響測量探針的彈簧彈性特性(例如衰減常數(shù))。在實施形式1中設(shè)置，以這樣的方式提高Q因數(shù)，即借助正反饋環(huán)將外力施加到測量探針4上。由此，可以將Q因數(shù)改進三個和更大的數(shù)量級，其中力靈敏度在數(shù)pN的范圍內(nèi)。
為了自動化地分析測量結(jié)果，設(shè)置在測量期間通過使用分析設(shè)備42來分析各個力曲線。為了統(tǒng)計分析在此可以如下進行首先，這樣地處理這些力曲線，使得它們可以彼此比較。這例如可以通過確定共同的零位線(參考值)和相應(yīng)地移動和/或伸展各個力曲線來實現(xiàn)。
接著，可以統(tǒng)計分析整個測量，以便例如在折疊的蛋白質(zhì)情況下得到對各個展開過程的概率分布以及對展開所必需的力的認識。
此外，還可以對力曲線分類，彼此重疊和平均。為了對力曲線分類，例如可以考慮相應(yīng)力曲線的長度和在那里存在的力極大值的數(shù)量和位置。力曲線的長度說明了在哪些區(qū)域上出現(xiàn)相互作用。力極大值的數(shù)量和位置可以說明共同的和/或單個的相互作用過程。通過力曲線的分類可以得到關(guān)于不同的相互作用過程的信息，特別是圖形可視化的信息。
通過將歸為一類的力譜平均，減小了各個力曲線的噪聲。由此，實際的相互作用過程變得顯而易見，其中這些相互作用分別就自身而言通過這些力曲線而被描述。此外，根據(jù)平均的力譜的標準偏差可對相互作用過程的可能變化進行說明。
力曲線的分類、共同類的力曲線的平均和由此彼此有關(guān)系或者可相互比較的相互作用過程以及接下來的靜態(tài)分析允許比較在相同的實驗條件下不同試樣的相互作用過程，和相同實驗條件下相同的或類似的試樣的相互作用過程。因此，利用實施形式1，例如在點突變上不同的相同受體的三個突變體可根據(jù)它們的相互作用譜來識別并且相互比較。也可以對突變對蛋白質(zhì)的局部的相互作用的影響以及蛋白質(zhì)與其它分子的局部的相互作用的影響進行斷言。
借助數(shù)據(jù)存儲設(shè)備54可建立力譜的數(shù)據(jù)庫，以便例如表明不同試樣和不同實驗條件的典型的相互作用過程的特征。對于數(shù)據(jù)存儲設(shè)備54的數(shù)據(jù)庫的訪問，設(shè)置使用不同的檢索策略。例如，可以使用展開蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以便定位結(jié)構(gòu)上有關(guān)系的蛋白質(zhì)并且比較它們的展開路徑。為了比較不同的展開譜，可以借助分析設(shè)備42分析數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)，以便例如疊加和比較不同的力譜。這允許對相互作用過程與實驗條件的相關(guān)性進行斷言。也可以對不同的試樣的相互作用過程進行如下評估，其相互作用過程是否表明試樣的可比較的、類似的或者相同的特征。
此外，還設(shè)置能夠根據(jù)力、生理相關(guān)性、相互作用譜和實驗條件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問。
權(quán)利要求
1.一種用于掃描探針顯微鏡的裝置，具有-掃描顯微鏡測量設(shè)備，其包括用于掃描顯微鏡測量的測量探針以及用于設(shè)置掃描顯微鏡待測量的試樣的試樣支承體，-控制設(shè)備，其以系統(tǒng)集成方式地與所述掃描顯微鏡測量設(shè)備相連，其中所述控制設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)預(yù)給定的控制參數(shù)自動地控制用于實施掃描顯微鏡測量的所述測量設(shè)備，和/或-分析設(shè)備，其以系統(tǒng)集成方式地與所述掃描顯微鏡測量設(shè)備相連，其中所述分析設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)預(yù)給定的分析參數(shù)自動分析借助所述掃描顯微鏡測量設(shè)備進行的測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其中-所述控制設(shè)備和/或分析設(shè)備被設(shè)置，以便獲得說明所述控制設(shè)備和/或分析設(shè)備的測量的數(shù)據(jù)，并且用于將這些數(shù)據(jù)反饋到正在進行的測量中，以確定控制參數(shù)和/或分析參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或者2所述的裝置，具有-數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其用于存儲由所述分析設(shè)備通過分析借助所述掃描顯微鏡測量設(shè)備進行的測量而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的裝置，其中-所述數(shù)據(jù)存儲設(shè)備設(shè)計來用于存儲所述預(yù)給定的控制參數(shù)和/或分配給相應(yīng)由所述分析設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的、在所述測量中存在的測量條件。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項所述的裝置，其中-所述測量探針包括彈簧彈性單元，以及-所述分析設(shè)備被設(shè)置，以分析作用到所述測量探針上的力。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的裝置，其中-所述測量設(shè)備被設(shè)置，以借助光學測量系統(tǒng)和/或通過壓電效應(yīng)和/或磁性相互作用檢測所述測量探針與所述試樣之間的相互作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的裝置，具有-用于產(chǎn)生作用到所述測量探針上的光場和/或電場和/或磁場的單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的裝置，其中所述產(chǎn)生場的單元能夠產(chǎn)生靜態(tài)和/或動態(tài)的場。
9.根據(jù)權(quán)利要求
5至8中至少一項所述的裝置，其中-所述彈簧彈性單元包括彈簧和/或支架。
10.根據(jù)權(quán)利要求
5至9中至少一項所述的裝置，其中-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以這樣地控制所述彈簧彈性單元，使得所述測量探針以預(yù)給定的幅度振動。
11.根據(jù)權(quán)利要求
5至10中至少一項所述的裝置，具有-與所述彈簧彈性單元共同起作用的產(chǎn)生力的單元，其中-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以這樣自動地控制所述產(chǎn)生力的單元，使得將為改變對所述測量探針有效的Q因數(shù)的適合的力施加到所述彈簧彈性元件上。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10或者11所述的裝置，其中-所述分析設(shè)備被設(shè)置，以檢測所述測量探針的諧振偏移形式和/或幅度變化形式的振動變化。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求
中一項所述的裝置，其中-所述測量設(shè)備包括探針定位單元，用于將所述測量探針在空間的所有平移軸和轉(zhuǎn)動軸中定位，以及-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)預(yù)給定的探針定位參數(shù)通過控制所述定位單元自動地定位和/或移動所述測量探針。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的裝置，其中所述控制設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)控制參數(shù)組的預(yù)給定的探針定位參數(shù)控制所述探針定位單元，所述探針定位參數(shù)包括-所述測量探針的用于柵狀地掃描待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣的移動，-所述測量探針在垂直方向上的移動，-所述測量探針的在垂直方向上根據(jù)測量探針與試樣之間的預(yù)給定的最小間距的移動，-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣接觸的最大持續(xù)時間，-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣接觸的最大接觸頻率，-所述測量探針相對于待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣移動的最大和/或最小測量探針速度，-恒定的測量探針速度，-恒定的測量探針速度變化-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支撐體上的試樣之間的最大和/或最小間距，-預(yù)給定的在所述測量探針和待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣之間的要保持恒定的力，-所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小拉力，-所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小壓力，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的拉力的最大和/或最小拉力變化率，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的壓力的最大和/或最小壓力變化率-所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小剪切力，和/或-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的剪切力的最大和/或最小剪切力變化率。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項所述的裝置，具有-第一探測單元，用于探測所述測量探針的位置和/或所述測量探針的移動和/或作用到所述測量探針上的力，其中-所述控制設(shè)備被設(shè)置，根據(jù)預(yù)給定的探測參數(shù)自動地控制所述第一探測單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的裝置，其中-所述第一探測單元包括位置傳感器，用于產(chǎn)生所述測量探針的位置和/或移動。
17.根據(jù)權(quán)利要求
15或者16所述的裝置，其中-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)所述控制參數(shù)組的預(yù)給定的探測參數(shù)控制所述第一探測單元，所述探測參數(shù)包括-預(yù)給定的探測率，和/或-用其對所述測量探針的位置和/或所述測量探針的移動和/或作用到所述測量探針上的力實施探測的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求
15至17中任一項所述的裝置，其中-所述分析設(shè)備被設(shè)置，以自動地分析由所述第一探測單元所檢測的位置和/或移動和/或力。
19.根據(jù)權(quán)利要求
15至18中任一項所述的裝置，其中-所述分析設(shè)備被設(shè)置，以將由所述第一探測單元所檢測的位置和/或移動和/或力分類。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項所述的裝置，其中-所述測量設(shè)備包括用于定位所述試樣支承體的試樣支承體定位單元，以及-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)預(yù)給定的試樣支承體定位參數(shù)通過控制所述試樣支承體定位單元自動地定位和/或移動所述試樣支承體。
21.根據(jù)權(quán)利要求
20所述的裝置，其中所述控制設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)所述控制參數(shù)組的預(yù)給定的試樣支承體定位參數(shù)來控制所述試樣支承體定位單元，所述試樣支承體定位參數(shù)包括-用于通過所述測量探針柵狀地掃描待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣的所述試樣支承體的移動，-待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣與所述測量探針接觸的最大持續(xù)時間，-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣接觸的最大接觸頻率，-所述試樣支承體相對于所述測量探針移動的最大和/或最小試樣支承體速度，-待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣與所述測量探針之間的最大和/或最小間距，-預(yù)給定的在待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣和所述測量探針之間的要保持恒定的力，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小拉力，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小壓力，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的拉力的最大和/或最小拉力變化率，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的壓力的最大和/或最小壓力變化率-所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小剪切力，和/或-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的剪切力的最大和/或最小剪切力變化率。
22.根據(jù)權(quán)利要求
20或者21所述的裝置，其中-所述試樣支承體定位單元包括壓電執(zhí)行器和/或線性驅(qū)動器。
23.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項所述的裝置，其中-所述測量設(shè)備包括試樣室，用于容納設(shè)置用于包圍待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣的液體，以及-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以控制為所述液體預(yù)給定的液體參數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求
24所述的裝置，其中所述控制設(shè)備被設(shè)置，以控制所述控制參數(shù)組的為所述液體預(yù)給定的液體參數(shù)，所述液體參數(shù)包括-預(yù)給定的溫度，-預(yù)給定的溫度分布，-預(yù)給定的pH值，-預(yù)給定的pH值分布，-預(yù)給定的電解質(zhì)含量，-預(yù)給定的電解質(zhì)含量分布，-預(yù)給定的體積流量，-預(yù)給定的體積流量變化，-預(yù)給定的液位，和/或-預(yù)給定量的生物的和/或化學的標記。
25.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項所述的裝置，具有-供給單元，用于向試樣室供給液體，其中-所述控制設(shè)備被設(shè)置，其這樣地控制所述供給單元，使得保持對試樣室內(nèi)的液體預(yù)給定的邊界條件。
26.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的裝置，其中-所述第二供給單元包括泵和/或多通道泵。
27.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項所述的裝置，具有-第二探測單元，用于探測所述試樣室內(nèi)的液位，其中-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以響應(yīng)于由所述第二探測單元探測的液位自動地控制所述第一供給單元。
28.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項所述的裝置，具有-包圍所述測量探針和所述試樣支承體的溫度室，并且-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)預(yù)給定的溫度參數(shù)控制所述溫度室。
29.根據(jù)權(quán)利要求
28所述的裝置，其中-所述控制設(shè)備被設(shè)置，以這樣地控制所述溫度室，使得保持預(yù)給定的溫度或者達到至少一個預(yù)給定的溫度分布。
30.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項所述的裝置，其中-所述掃描顯微鏡測量設(shè)備為掃描力顯微鏡測量設(shè)備。
31.根據(jù)上述權(quán)利要求
中一項所述的裝置，其中-所述測量設(shè)備包括光學探測單元。
32.一種用于實施掃描探針顯微鏡測量的方法，具有以下步驟-預(yù)給定用于掃描探針顯微鏡測量的控制參數(shù)和/或分析參數(shù)，以及-將掃描顯微鏡待測量的試樣設(shè)置在被測量設(shè)備所包括的試樣支承體上，并且通過使用由所述測量設(shè)備所包括的測量探針實施掃描探針顯微鏡測量，-其中根據(jù)預(yù)給定的控制參數(shù)由控制設(shè)備自動地控制用于實施掃描顯微鏡測量的測量設(shè)備，和/或根據(jù)預(yù)給定的分析參數(shù)由分析設(shè)備自動地分析所述掃描顯微鏡測量。
33.根據(jù)權(quán)利要求
32所述的方法，其中-說明所述測量設(shè)備和/或分析設(shè)備的測量的數(shù)據(jù)反饋至所述測量方法中，以便確定對所述方法的控制參數(shù)和/或分析參數(shù)。
34.根據(jù)權(quán)利要求
32或者33所述的方法，其中-通過分析由分析設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被自動存儲在數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中。
35.根據(jù)權(quán)利要求
35所述的方法，其中-所述預(yù)給定的控制參數(shù)和/或分配給相應(yīng)的由所述分析設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的、在掃描顯微鏡測量中存在的測量條件被自動地存儲在所述數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中。
36.根據(jù)權(quán)利要求
32至35中任一項所述的方法，其中-作用到所述測量探針上的力由所述分析設(shè)備分析。
37.根據(jù)權(quán)利要求
32至36中任一項所述的方法，其中-在所述控制設(shè)備控制的情況下使所述測量探針以預(yù)給定的幅度振動。
38.根據(jù)權(quán)利要求
32至37中任一項所述的方法，其中-在所述測量探針的控制設(shè)備控制的情況下，供給為改變對所述測量探針有效的Q因數(shù)合適的力。
39.根據(jù)權(quán)利要求
37或者38所述的方法，其中-對所述測量探針有效的振動變化借助所述分析設(shè)備來檢測。
40.根據(jù)權(quán)利要求
32至39中任一項所述的方法，其中-根據(jù)預(yù)給定的探針定位參數(shù)由所述控制設(shè)備自動地定位和/或移動所述測量探針。
41.根據(jù)權(quán)利要求
40所述的方法，其中根據(jù)所述控制參數(shù)組的預(yù)給定的探針定位參數(shù)實施所述測量探針的定位和/或移動，所述探針定位參數(shù)包括-所述測量探針用于柵狀地掃描待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣的移動，-所述測量探針在垂直方向上的移動，-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣接觸的最大持續(xù)時間，-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣接觸的最大接觸頻率，-所述測量探針相對于待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣移動的最大和/或最小測量探針速度，-恒定的測量探針速度，-恒定的測量探針速度變化-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支撐體上的試樣之間的最大和/或最小間距，-預(yù)給定的在所述測量探針和待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣之間的要保持恒定的力，-所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小拉力，-所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小壓力，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的拉力的最大和/或最小拉力變化率，和/或-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的壓力的最大和/或最小壓力變化率
42.根據(jù)權(quán)利要求
32至41所述的方法，其中-借助第一探測單元探測所述測量探針的位置和/或所述測量探針的移動和/或作用到所述測量探針上的力，以及-根據(jù)預(yù)給定的探測參數(shù)由所述控制設(shè)備自動地控制所述第一探測單元。
43.根據(jù)權(quán)利要求
42所述的方法，其中根據(jù)所述控制參數(shù)組的預(yù)給定的探測參數(shù)實施對所述測量探針的位置和/或所述測量探針的移動和/或作用到所述測量探針上的力的探測，所述探測參數(shù)包括-預(yù)給定的探測率，和/或-用其對所述測量探針的位置和/或所述測量探針的移動和/或作用到所述測量探針上的力實施探測的頻率。
44.根據(jù)權(quán)利要求
42或者43所述的方法，其中-自動地由所述分析設(shè)備分析所探測的位置和/或移動和/或力。
45.根據(jù)權(quán)利要求
41至44中任一項所述的方法，其中-自動地由所述分析設(shè)備將所檢測的位置和/或移動和/或力分類。
46.根據(jù)權(quán)利要求
32至45中任一項所述的方法，其中-借助試樣支承體定位單元的控制根據(jù)預(yù)給定的試樣支承體定位參數(shù)通過所述控制設(shè)備自動地定位和/或移動所述試樣支承體。
47.根據(jù)權(quán)利要求
46所述的方法，其中根據(jù)所述控制參數(shù)組的預(yù)給定的試樣支承體定位參數(shù)實施對所述試樣支承體定位單元的控制，所述試樣支承體定位參數(shù)包括-用于通過所述測量探針柵狀地掃描待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣的所述試樣支承體的移動，-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣接觸的最大持續(xù)時間，-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣接觸的最大接觸頻率，-所述試樣支承體相對于所述測量探針移動的最大和/或最小試樣支承體速度，-所述測量探針與待設(shè)置在所述試樣支撐體上的試樣之間的最大和/或最小間距，-預(yù)給定的在待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣和所述測量探針之間的要保持恒定的力，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小拉力，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的最大和/或最小壓力，-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的拉力的最大和/或最小拉力變化率，和/或-由所述測量探針作用到待設(shè)置在所述試樣支承體上的試樣上的壓力的最大和/或最小壓力變化率
48.根據(jù)權(quán)利要求
32至47中任一項所述的方法，其中-對在由所述測量設(shè)備所包括的試樣室內(nèi)存在的、包圍所述試樣液體，在所述控制設(shè)備的控制下自動地控制預(yù)給定的液體參數(shù)。
49.根據(jù)權(quán)利要求
48所述的方法，其中根據(jù)所述控制參數(shù)組實施對所述液體參數(shù)的控制，所述液體參數(shù)包括-預(yù)給定的溫度，-預(yù)給定的溫度分布，-預(yù)給定的pH值，-預(yù)給定的pH值分布，-預(yù)給定的電解質(zhì)含量，-預(yù)給定的電解質(zhì)含量分布，-預(yù)給定的體積流量，-預(yù)給定的體積流量變化，-預(yù)給定的液位，和/或-預(yù)給定量的生物的和/或化學的標記。
50.根據(jù)權(quán)利要求
48或者49所述的方法，其中-借助所述試樣室的第一供給單元在所述控制設(shè)備的控制下自動地這樣供給液體，使得保持對于所述試樣室內(nèi)的液體預(yù)給定的邊界條件。
51.根據(jù)權(quán)利要求
50所述的方法，其中-借助第二探測單元探測所述試樣室內(nèi)的液位，以及-響應(yīng)于由所述第二探測單元探測的液位由所述控制設(shè)備自動地控制所述第一供給單元。
52.根據(jù)權(quán)利要求
32至52中任一項所述的方法，其中-包圍所述測量探針和所述試樣支承體的溫度室由所述控制設(shè)備根據(jù)預(yù)給定的溫度參數(shù)來控制。
53.根據(jù)權(quán)利要求
52所述的方法，其中-這樣控制所述溫度室，使得保持預(yù)給定的溫度或者達到至少一個預(yù)給定的溫度分布。
54.根據(jù)權(quán)利要求
32至53中任一項所述的方法，其中-掃描力顯微鏡測量實施為掃描顯微鏡測量。
專利摘要
用于掃描探針顯微鏡的裝置，具有掃描顯微鏡測量設(shè)備、控制設(shè)備和/或分析設(shè)備，所述測量設(shè)備包括用于掃描顯微鏡測量的測量探針和用于設(shè)置掃描顯微鏡待測量的試樣的試樣支承體，所述控制設(shè)備以系統(tǒng)集成方式地與掃描顯微鏡測量設(shè)備相連，其中所述控制設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)預(yù)給定的控制參數(shù)自動地控制測量設(shè)備用于實施掃描顯微鏡測量，所述分析設(shè)備以系統(tǒng)集成方式地與掃描顯微鏡測量設(shè)備相連，其中所述分析設(shè)備被設(shè)置，以根據(jù)預(yù)給定的分析參數(shù)自動分析借助掃描顯微鏡測量設(shè)備進行的測量。
文檔編號G01Q30/14GKCN101040346SQ200580033919
公開日2007年9月19日 申請日期2005年9月30日
發(fā)明者延斯·施特魯克邁爾, 卡爾·施拉根豪夫 申請人:南比蒂翁有限責任公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan