KR101290060B1 - Electrical force microscope in liquid using insulator coated conducting cantilever - Google Patents
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Abstract
절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경에 관한 발명이다. 상기 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경은, 측정 대상의 생물학적 액상 시료가 로딩되며, 내부에 하부 전극이 배치되는 액상 시료 스테이지; 상기 액상 시료 스테이지의 상부에 배치되는 캔틸레버 검출기; 상기 캔틸레버 검출기에 결합되며, 외표면이 절연막으로 부분적으로 코팅된 상부 전극으로서의 전도성 탐침; 및 상기 전도성 탐침과 시료 간에 작용하는 정전기력(E-field)을 모니터링하는 스캐너를 포함한다.The present invention relates to a liquid electrostatic force microscope using a conductive probe coated with an insulating film. The liquid electrostatic force microscope using the conductive probe coated with the insulating film, the liquid sample stage is loaded with a biological liquid sample to be measured, the lower electrode is disposed therein; A cantilever detector disposed above the liquid sample stage; A conductive probe coupled to the cantilever detector, the conductive probe serving as an upper electrode having an outer surface partially coated with an insulating film; And a scanner for monitoring electrostatic force (E-field) acting between the conductive probe and the sample.
Description
본 발명은, 정전기력 현미경에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 생물학적 액상 시료에 대한 국소 영역의 전기적 특성을 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정의 신뢰성을 높일 수 있는, 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic force microscope, and more particularly, to a liquid phase using a conductive probe coated with an insulating film, which can accurately measure the electrical properties of a local region for a biological liquid sample, and can also increase the reliability of the measurement. It relates to an electrostatic force microscope.
정전기력 현미경(EFM, Electrical Force Microscopy)은 정전기력을 이용하여 표면전위, 표면전하 등 시료의 전기적 특성을 측정 또는 분석하는 툴(tool)이다.Electrical Force Microscopy (EFM) is a tool that uses electrostatic force to measure or analyze electrical characteristics of a sample such as surface potential and surface charge.
이러한 정전기력 현미경(EFM)은 국소 영역에서 나노 사이즈(nano size)의 전기적 특성을 연구하거나 공기 중에서 반도체 소자의 특성을 연구하는 데 유용하다.Electrostatic force microscopy (EFM) is useful for studying the nano-size electrical properties in the local region or the characteristics of semiconductor devices in the air.
하지만, 정전기력을 이용하기 때문에 전도성 탐침 사용에 의한 액체 내에서의 EFM 측정에 어려움을 가지고 있다. 따라서 액상에서 안정적인 생물 분자의 전기적인 특성 분석에 한계를 드러내고 있다.However, due to the use of electrostatic force, it is difficult to measure EFM in a liquid by using a conductive probe. Therefore, it reveals limitations on the electrical characterization of stable biological molecules in the liquid phase.
본 발명의 목적은, 생물학적 액상 시료에 대한 국소 영역의 전기적 특성을 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정의 신뢰성을 높일 수 있는, 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid electrostatic force microscope using an insulating film-coated conductive probe, which can not only accurately measure the electrical properties of a local region for a biological liquid sample but also increase the reliability of the measurement.
상기 목적은, 측정 대상의 생물학적 액상 시료가 로딩되며, 내부에 하부 전극이 배치되는 액상 시료 스테이지; 상기 액상 시료 스테이지의 상부에 배치되는 캔틸레버 검출기; 상기 캔틸레버 검출기에 결합되며, 외표면이 절연막으로 부분적으로 코팅된 상부 전극으로서의 전도성 탐침; 및 상기 전도성 탐침과 시료 간에 작용하는 정전기력(E-field)을 모니터링하는 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경에 의해 달성된다.The object is a liquid sample stage is loaded with a biological liquid sample to be measured, the lower electrode is disposed therein; A cantilever detector disposed above the liquid sample stage; A conductive probe coupled to the cantilever detector, the conductive probe serving as an upper electrode having an outer surface partially coated with an insulating film; And a scanner for monitoring an electrostatic force (E-field) acting between the conductive probe and the sample, by means of a liquid electrostatic force microscope using a conductive probe coated with an insulating film.
상기 전도성 탐침은, 일측에 와이어가 본딩된 탐침 본체 및 상기 탐침 본체의 외표면을 둘러싸도록 코팅되는 절연막을 포함할 수 있다.The conductive probe may include a probe body having a wire bonded to one side and an insulating film coated to surround an outer surface of the probe body.
상기 절연막은 상기 탐침 본체의 단부팁을 제외한 상기 탐침 본체의 나머지 외표면에 코팅될 수 있다.The insulating layer may be coated on the remaining outer surface of the probe body except for the end tip of the probe body.
상기 탐침 본체는 백금 또는 골드 재질로 제작되고, 상기 절연막은 실리콘옥사이드 절연재일 수 있다.The probe body may be made of platinum or gold, and the insulating film may be a silicon oxide insulating material.
상기 전도성 탐침은, V자 혹은 일자형의 탐침일 수 있다.The conductive probe may be a V-shaped or straight probe.
상기 스캐너는 상기 액상 시료 스테이지의 하부에 배치되는 평면 스캐너일 수 있다.The scanner may be a planar scanner disposed under the liquid sample stage.
본 발명에 따르면, 생물학적 액상 시료에 대한 국소 영역의 전기적 특성을 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to accurately measure the electrical properties of the local region for the biological liquid sample, as well as to increase the reliability of the measurement.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경의 구조도이다.
도 2는 전도성 탐침의 외표면에 절연막을 코팅하는 과정을 단계적으로 도시한 도면들이다.
도 3은 액상 내 DNA를 도 1에 도시된 정전기력 현미경(EFM)으로 관찰한 것으로서, (a)는 0.5 V의 샘플 바이어스에서 DNA의EFM 이미지, (b)는 0 V의 샘플 바이어스에서 DNA의 EFM 이미지, (c)는 1.0 V의 샘플 바이어스에서 mesh 패턴의 EFM 이미지, 그리고 (d)는 +1.0 V의 샘플 바이어스에서 mesh 패턴의 EFM 이미지이다.1 is a structural diagram of a liquid electrostatic force microscope using a conductive probe coated with an insulating film according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a process of coating an insulating film on an outer surface of a conductive probe step by step.
FIG. 3 is an electrostatic force microscopy (EFM) of the liquid phase of the DNA shown in Figure 1, (a) is the EFM image of the DNA at 0.5 V sample bias, (b) is the EFM of the DNA at 0 V Image (c) is an EFM image of the mesh pattern at 1.0 V sample bias, and (d) is an EFM image of the mesh pattern at +1.0 V sample bias.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경의 구조도이다.1 is a structural diagram of a liquid electrostatic force microscope using a conductive probe coated with an insulating film according to an embodiment of the present invention.
이 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 정전기력 현미경(EFM, Electrical Force Microscopy, 100)은, 측정 대상의 생물학적 액상 시료가 로딩되며, 내부에 하부 전극(127)이 배치되는 액상 시료 스테이지(125)와, 액상 시료 스테이지(125)의 상부에 배치되는 캔틸레버 검출기(110)와, 캔틸레버 검출기(110)에 결합되며, 외표면이 절연막으로 부분적으로 코팅된 상부 전극으로서의 전도성 탐침(130)과, 전도성 탐침(130)과 시료 간에 작용하는 정전기력(E-field)을 모니터링하는 스캐너(120,190)를 포함할 수 있다.Referring to this drawing, the electrostatic force microscope (EFM) 100 according to the present embodiment includes a
액상 시료 스테이지(125)는 측정 대상의 시료, 특히 생물학적 액상 시료가 로딩되는 장소이다.The
자세히 도시하지는 않았지만 액상 시료 스테이지(125)의 일측에 자기장 발생기가 더 마련될 수도 있다. 자기장 발생기는 영구 자석 또는 전자석일 수 있다.Although not shown in detail, a magnetic field generator may be further provided on one side of the
캔틸레버 검출기(110)는 움직임에 따라 에디 전류를 발생시키면서 발생된 에디 전류를 감지한다. 캔틸레버 검출기(110)의 일측에는 레이저 광원(180)과 단차 스캐너(190)가 마련된다.The
레이저 광원(180)은 캔틸레버 검출기(110)로 레이저빔을 조사한다. 조사된 레이저빔은 캔틸레버 검출기(110)의 전도성 탐침(130)에서 그 초점이 형성될 수 있다.The
정전기력(E-field)을 모니터링하는 스캐너(120,190)는 액상 시료 스테이지(125)의 하부에 배치되는 평면 스캐너(120)와, 레이저 광원(180)의 일측에 배치되는 단차 스캐너(190)를 포함할 수 있다.The
본 실시예에서 전도성 탐침(130)과 시료 간에 작용하는 정전기력(E-field)을 모니터링하는 스캐너는 평면 스캐너(120)일 수 있지만 경우에 따라 단차 스캐너(190)를 활용할 수도 있을 것이다.In this embodiment, the scanner for monitoring the electrostatic force (E-field) acting between the
단차 스캐너(190)는 캔틸레버 검출기(110)의 전도성 탐침(130)으로부터 반사된 레이저빔이 전달되는 장소이다.The
단차 스캐너(190)의 주변에는 거울(170, 171)이 배치되며, 단차 스캐너(190)에는 락-인 증폭기(140), 조정장치(150) 및 컴퓨터(160)가 전기적으로 연결된다. 락-인 증폭기(140)는 신호를 증폭하는 역할을 하고, 조정장치(150)는 신호 내 잡음을 없애는역할을 한다.
한편, 본 실시예에서 적용 중인 전도성 탐침(130)은 일반 탐침이 아닌 절연막(132)이 코팅된 전도성 탐침(130)으로 적용된다.Meanwhile, the
즉 단순한 탐침을 적용하게 되면, 생물학적 액상 시료에 대한 국소 영역의 전기적 특성을 정확하게 측정할 수 없기 때문에, 본 실시예에서는 절연막(132)이 코팅된 전도성 탐침(130)을 적용하고 있는 것이다. 이에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.That is, if a simple probe is applied, the electrical properties of the local region for the biological liquid sample cannot be accurately measured, and thus, in this embodiment, the
도 2는 전도성 탐침의 외표면에 절연막을 코팅하는 과정을 단계적으로 도시한 도면들이다.2 is a diagram illustrating a process of coating an insulating film on an outer surface of a conductive probe step by step.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 정전기력 현미경(EFM)에 적용되는 전도성 탐침(130)은, 도 2의 (a)에 도시된 탐침 본체(131)의 일측에 도 2의 (b)처럼 와이어(W)를 본딩한 다음, 도 2의 (c)처럼 탐침 본체(131)의 외표면을 둘러싸도록 절연막(132)을 코팅함으로써 제작될 수 있다.As shown in this figure, the
이때, 절연막(132)은 탐침 본체(131)의 외표면 전체에 코팅되는 것은 아니며, 탐침 본체(131)의 단부팁(131a)을 제외한 나머지 외표면에 코팅된다. In this case, the
이러한 구성을 갖는 정전기력 현미경(100)의 작용에 대해 설명한다.The operation of the
생물학적 액상 시료의 전기적인 특성을 연구하기 위하여, 다시 말해 전도성 탐침(130)과 시료 간 전기적인 특성을 측정하기 위하여 전도성 탐침(130)은 단부팁(131a)을 제외한 나머지 외표면을 절연막(132)으로 코팅하여 절연시키고, 시료 아래에는 도 1처럼 하부 전극(127)을 두어 측정을 개시한다.In order to study the electrical properties of the biological liquid sample, that is, in order to measure the electrical properties between the
즉 전도성 탐침(130)을 시료인 세포의 표면에 밀착시킨 후에 전도성 탐침(130)을 통해 전도성 탐침(130)과 시료 간 작용하는 정전기력(E-field)을 평면 스캐너(120)를 통해 모니터링함으로써 세포 표면의 전기적 특성을 알 수 있다.In other words, after the
그러면 시료의 국소 영역 전기적 특성을 정확하게 측정하고 정의할 수 있어 시료의 전기적 특성의 효율을 높일 수 있다.This can accurately measure and define the local area electrical properties of the sample, increasing the efficiency of the sample's electrical properties.
이와 같이, 본 발명은 액상 시료 스테이지(125)에 하부 전극(127)을 배치하고, 상부의 캔틸레버 검출기(110)에 절연막(132)으로 코팅된 전도성 탐침(130)을 상부 전극으로서 위치시킴으로써 액체 내에서 전기적 힘인 정전기력(E-field)을 측정할 수 있어 기존 공기 중에서만 측정되던 것의 한계를 뛰어넘을 수 있다.As described above, the present invention arranges the
또한 높은 해상도와 세포 간의 전기적 신호 전달을 동시에 얻을 수 있을 뿐만 아니라 그 적용 범위가 공기 중이라는 제한적이던 것에 반해 어떤 유형의 환경을 막론하고 그 응용의 폭이 넓다는 장점을 가지고 널리 사용될 수 있다.In addition, it is possible to obtain high resolution and electrical signal transmission between cells at the same time, and it can be widely used because of its wide range of applications regardless of the type of environment in contrast to its limited application range in the air.
이러한 정전기력 현미경(100)은 특히, 세포나 DNA 등의 유전체의 전기적인 거동을 연구할 때 적용될 수 있는 것으로서, 세포의 신호 흐름까지 연구될 수 있는 장점이 있기 때문에 향후 고부가가치 창출에 상당히 기여할 것으로 본다.The
참고로, 도 3은 액상 내 DNA를 도 1에 도시된 정전기력 현미경(EFM)으로 관찰한 것으로서, (a)는 0.5 V의 샘플 바이어스에서 DNA의 EFM 이미지, (b)는 0 V의 샘플 바이어스에서 DNA의 EFM 이미지, (c)는 1.0 V의 샘플 바이어스에서 mesh 패턴의 EFM 이미지, 그리고 (d)는 +1.0 V의 샘플 바이어스에서 mesh 패턴의 EFM 이미지이다.For reference, FIG. 3 is an electrostatic force microscopy (EFM) of the liquid phase of the DNA shown in Figure 1, (a) is an EFM image of the DNA at 0.5 V sample bias, (b) is at a sample bias of 0 V An EFM image of DNA, (c) is an EFM image of the mesh pattern at 1.0 V sample bias, and (d) is an EFM image of the mesh pattern at +1.0 V sample bias.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 생물학적 액상 시료에 대한 국소 영역의 전기적 특성을 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, it is possible not only to accurately measure the electrical properties of the local region for the biological liquid sample, but also to increase the reliability of the measurement.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.
100: 정전기력 현미경 110: 캔틸레버 검출기
125: 액상 시료 스테이지 130: 전도성 탐침
131: 탐침 본체 132: 절연막
140: 락-인 증폭기 160: 컴퓨터
170, 171: 거울 180: 레이저 광원
190: 단차 스캐너100: electrostatic force microscope 110: cantilever detector
125: liquid phase sample stage 130: conductive probe
131: probe body 132: insulating film
140: lock-in amplifier 160: computer
170, 171 mirror 180: laser light source
190: step scanner
Claims (6)
상기 액상 시료 스테이지의 상부에 배치되는 캔틸레버 검출기;
상기 캔틸레버 검출기에 결합되며, 외표면이 절연막으로 부분적으로 코팅된 상부 전극으로서의 전도성 탐침; 및
상기 전도성 탐침과 시료 간에 작용하는 정전기력(E-field)을 모니터링하는 스캐너를 포함하며,
상기 전도성 탐침은, 일측에 와이어가 본딩된 탐침 본체 및 상기 탐침 본체의 외표면을 둘러싸도록 코팅된 절연막을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경.
A liquid sample stage loaded with a biological liquid sample to be measured and having a lower electrode disposed therein;
A cantilever detector disposed above the liquid sample stage;
A conductive probe coupled to the cantilever detector, the conductive probe serving as an upper electrode having an outer surface partially coated with an insulating film; And
It includes a scanner for monitoring the electrostatic force (E-field) acting between the conductive probe and the sample,
The conductive probe is a liquid electrostatic force microscope using an insulating film-coated conductive probe, characterized in that it comprises a probe body bonded to the wire on one side and an insulating film coated to surround the outer surface of the probe body.
상기 절연막은 상기 탐침 본체의 단부팁을 제외한 상기 탐침 본체의 나머지 외표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경.
The method of claim 1,
The insulating film is a liquid electrostatic force microscope using a conductive probe coated with an insulating film, characterized in that the coating on the remaining outer surface of the probe body except the end tip of the probe body.
상기 탐침 본체는 백금 또는 골드 재질로 제작되고, 상기 절연막은 실리콘옥사이드 절연재인 것을 특징으로 하는 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경.
The method of claim 1,
The probe body is made of platinum or gold material, the insulating film is a liquid electrostatic force microscope using a conductive probe coated with an insulating film, characterized in that the silicon oxide insulating material.
상기 전도성 탐침은, V자 혹은 일자형의 탐침인 것을 특징으로 하는 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경.
The method of claim 1,
The conductive probe is a liquid electrostatic force microscope using a conductive probe coated with an insulating film, characterized in that the V-shaped or linear probe.
상기 스캐너는 상기 액상 시료 스테이지의 하부에 배치되는 평면 스캐너인 것을 특징으로 하는 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경.The method of claim 1,
The scanner is a liquid electrostatic force microscope using a conductive probe coated with an insulating film, characterized in that the planar scanner disposed under the liquid sample stage.
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