專利名稱：一種電子顯微鏡樣品盒的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種電子顯微鏡樣品盒，尤其是指一種具有導孔的電子顯微鏡樣品盒。
背景技術：
現有技術中，在操作電子顯微鏡觀察樣品時，其電子顯微鏡內的真空環境，對于樣品觀測的分辨率及正確度來說相當重要。因此現有電子顯微鏡多半觀察固態物體結構，或觀察如生物組織、或病毒脫水處理后的樣品，因而局限了樣品的選擇性，也無法觀察樣品的動態狀態。在此樣品選擇性受限的情況下，其電子顯微鏡所能應用的范圍顯然同步受到限制。為解決此狀況，先前研究者發明了一種可以觀察存放于氣體或液體樣品的電子顯微鏡 樣品裝置，其中該樣品可以為化學粒子、生化分子、或生物組織。該電子顯微鏡樣品裝置，是將該樣品容置于一樣品盒中，并以密封膠、或高分子密封膠進行密封。然而，該密封膠卻易吸收樣品中的水分，且高分子密封膠則易使樣品的水分蒸發，因此降低了電子顯微鏡的真空度，且影響樣品的分辨率及觀察效率。為解決以上問題，目前還發展了一種電子顯微鏡樣品盒，其中，此樣品盒除了具有一樣品室之外，另設一氣室及一緩沖室。而此樣品盒解決樣品的氣體溢散或液體蒸發的方法，是將氣室填充惰性氣體至一預定壓力，以減緩氣態樣品的溢散或液態樣品的蒸發情形。然而，此樣品盒雖然解決了密封度的問題，但氣室中所填充的惰性氣體卻可能影響樣品觀察的分辨率，此外，此樣品盒的組成非常復雜，因此也可能增加其成本。更進一步的，該現有的電子顯微鏡樣品裝置，是將存放于氣體或液體的樣品置入后，再進行完全的密封，且密封后即無法再度開啟。然而，在此完全密封的環境下，對于組織或細胞活體的觀察顯然受到限制，因為該密閉的空間僅具有有限的氧氣及緩沖液，使得該組織或細胞的活體樣品存活時間縮短，進而導致無法長時間的觀察該樣品的動態變化。不僅于此，現有電子顯微鏡樣品裝置的密封方式是以密封膠或高分子膠進行密封，然而其密封膠或高分子膠都會吸收樣品中的水分，而蒸發至電子顯微鏡的真空環境中，此現象不但破壞了電子顯微鏡的真空度，也破壞了樣品原本的存儲環境。有鑒于此，開發一種具有高密封度，且可重復開啟的電子顯微鏡樣品盒，有助于進一步更精確的以電子顯微鏡觀測存放于氣體或液體的樣品，并且可增加適用于電子顯微鏡觀察的樣品種類。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種具有導孔、及栓塞的電子顯微鏡樣品盒，以能使該樣品盒重復開啟，以通入樣品所需的氣體或液體，延長樣品動態觀測的時間。本發明的另一目的是提供一種具有高密封度的電子顯微鏡樣品盒，使能在不破壞電子顯微鏡真空度的情況下，使存放于氣體或液體的樣品完全密封于本發明的樣品盒中。
為達成上述目的，本發明提供一種電子顯微鏡樣品盒，包括一第一襯底，其具有一第一表面、一第二表面、一第一凹槽、及一個或一個以上的第一導孔，其中第一凹槽設置于第二表面，而第一表面上設有一第一薄膜，其對應于第一凹槽，且一個或一個以上的第一導孔設置于第一凹槽的外圍，并貫穿第一襯底；一第二襯底，其具有一第三表面、一第四表面、及一第二凹槽，其中第二凹槽設置于第四表面，而第三表面上設有一第二薄膜，其對應于第二凹槽；以及一金屬黏著層，設置于第一襯底與第二襯底間；其中第一襯底、第二襯底、及金屬黏著層間形成一空間，以容置一存放于氣體或液體的樣品。而該樣品可以為化學原子、分子、化合物、混合物，或生物領域的組織、細胞、酵素等·，基本上，只要樣品符合電子顯微鏡觀察的要求，并無特別限制。上述的第一導孔優選是可貫穿第一薄膜，并穿透該第一襯底，以使第一襯底、第二襯底、及金屬黏著層所形成的空間與外界連通，可以使樣品由其第一導孔置入樣品盒的空間中，也可以使氣體或液體由其第一導孔導入其中。上述的第一凹槽及第二凹槽優選是由黃光光刻工藝、再加上濕法刻蝕工藝、干法刻蝕工藝、或深反應離子刻蝕技術(Deep reactive-ion etching)形成其凹槽的結構。其中，第一凹槽及第二凹槽的形狀無特別限制，可以為規則或不規則的形狀，也可以為一圓柱體、一錐體、一正方體、或一長方體，而優選情況下，第一凹槽及第二凹槽可以各自獨立為一圓柱體、一錐體、一正方體、或一長方體。而上述的金屬黏著層可以設置于第二表面與第四表面之間、第二表面與第二薄膜間、或第一薄膜與第二薄膜間，以形成不同體積及形狀的樣品盒內部空間，以適應不同體積的樣品以及不同分辨率的觀察需求而有所調整。其中該空間的體積為0.01至100立方毫米，優選為O. 05至50立方毫米，更佳為O. I至10立方毫米，而該空間的高度為10微米至1000微米之間，優選為20至700之間，而更佳為30至550之間。如前述的金屬黏著層中，其材料優選包含一金屬材料，以形成一金屬焊料，而此金屬材料選自鈦、錫、鉻、鎳、鋅、金、銦、鉍、銅、銀、鈦鎢合金、或其組合所組成的群組，而優選金屬材料為錫、鎳、鋅、金、銦，更佳的金屬材料為錫、金。然而，在此金屬黏著層中，其組成還可以包含一接著層、一冶金層與一焊錫層，其中接著層為欽、欽鶴合金、或絡；冶金層為鎮、銅、或金。其中，本發明所適用的金屬材料具有防水性佳、密封度佳且不具生物排斥性的優點，然而卻需在高溫下才具有黏合的特性，因此在上、下襯底黏合時，可能會有導致樣品盒內的樣品變質的風險。因此操作方法上，優選先在70°C以上的高溫下，以金屬黏著層進行第一襯底及第二襯底的黏合后，再將樣品置入樣品盒中。而前述的第二襯底可以還包括一個或一個以上的第二導孔，其中第二導孔優選是設置于第二凹槽的外圍，并貫穿該第二襯底，以使其第一襯底、第二襯底、及金屬黏著層所形成的空間與外界連通，而使樣品由該第二導孔置入該空間，也可以使氣體或液體由第二導孔導入其中。其中，前述的第一導孔的孔徑為10至1000微米，優選為50至700微米，更佳是100-500微米；而第二導孔的孔徑則為10至1000微米，優選為50至700微米，更佳是100-500微米，其中，各個導孔的孔徑大小可以依照觀察需求而不全相同，在不妨礙電子顯微鏡操作、或觀察的情況下，可以徑行調整。制法上，第一導孔及第二導孔優選是以深反應離子刻蝕技術(Deepreactive-ion etching)或激光鉆孔技術所制成。基本上，其導孔的功能是用以置入存放于氣體或液體的樣品，且也可以導入樣品所需的氣體或液體，如氧氣、氮氣、緩沖液、培養液等，以延長樣品動態觀測的時間。如以細胞樣品來說，該導孔可以導入該細胞所需的氧氣以及培養液，在延長該細胞樣品的存活的同時，進而實時觀察該細胞樣品的動態變化。本發明的電子顯微鏡樣品盒可以還包含一個或一個以上的栓塞，其是容置于第一導孔以及第二導孔。該栓塞的材料無特別限制，可以為金屬、記憶金屬、聚合物、塑料、陶瓷、壓克力、或其組合。其中，該栓塞的材料優選為記憶金屬、聚合物、塑料、陶瓷、或其組合，而更佳為記憶金屬材料。而其記憶金屬的材料是可以選自鈦鎳合金、銅基合金、銅鋅合金、銅鋁錳合金、銅鋁鎳合金、銅鋁鈹合金、銅鋁鈹鋯合金、銅鋁鎳鈹合、及其組合所組成的群組，而優選為鈦鎳合金、銅鋅合金、銅鋁鎳合金、及其所組成的群組，然更佳為鈦鎳合金。此夕卜，由于上述的記憶金屬材料具有熱脹冷縮的記憶特性，因此若以此優選的材料作為栓塞，來密封該導孔，則可以使本發明的電子顯微鏡樣品盒達更高的密封度要求。如前述的電子顯微鏡樣品盒，其中第一薄膜及第二薄膜的材料是各自獨立為二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、或其組合。其可以用以增加工藝中的刻蝕選擇性，且也增強第一襯底、第二襯底的表面硬度。另外，其第一薄膜、及第二薄膜的厚度分別為I至100納米， 優選為5至80納米。而第一薄膜的外層可以再設置一層第一保護層，同理，第二薄膜的外層也可以再設置一層第二保護層。第一保護層及第二保護層的材料優選為氮化硅(Si3N4),因為氮化硅(Si3N4)材料具有較堅硬的特性，如此，可用于防止第一薄膜以及第二薄膜破裂，也可以更進一步增加工藝中的刻蝕選擇性。如前述本發明的第一襯底及第二襯底，其中第一襯底及第二襯底是各自獨立為硅襯底、玻璃襯底、或聚合物襯底，優選為硅襯底。另外，第一襯底及第二襯底的厚度介于10至1000微米，優選介于為100-250微米。綜上所述，本發明電子顯微鏡樣品盒中，具有一金屬黏著層，且在樣品置入樣品盒前，預先以金屬黏著層黏合第一襯底及第二襯底。此外，本發明的樣品盒使用時，可以具有一個或一個以上的第一導孔、一個或一個以上的第二導孔，可以將樣品由樣品盒的第一導孔、第二導孔置入后，再以栓塞密封第一導孔、第二導孔，使本發明的樣品盒最后呈現完全密封的狀態，以便于電子顯微鏡中進行動態觀測。其中，本發明的栓塞可以重復使第一導孔、第二導孔開啟，因此可以由第一導孔、第二導孔再導入氣體或液體，如氧氣或緩沖液，以延長樣品的動態觀測時間。另外，本發明的電子顯微鏡樣品盒結構及制作上，比現有的樣品盒簡單，且本發明所選用的材料及制作方法也為所屬技術領域中，所易于取得及易于了解。因此綜上所述，本發明可以使存放于氣體或液體的樣品，以電子顯微鏡實時地觀測樣品的動態變化、及延長樣品的觀測時間，并以簡單的樣品盒結構，改善現有電子顯微鏡樣品盒的密封度問題。為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
圖I為本發明電子顯微鏡樣品盒的俯視圖。
圖2為本發明實施例一的電子顯微鏡樣品盒的立體剖視圖。圖3為本發明實施例一的電子顯微鏡樣品盒的剖視圖。圖4為本發明實施例二的電子顯微鏡樣品盒的剖視圖。圖5為本發明實施例三的電子顯微鏡樣品盒的剖視圖。圖6為本發明實施例四的電子顯微鏡樣品盒的剖視圖。主要元件符號說明11第一襯底 12第二襯底 13金屬黏合層111第一表面 112第二表面 113第一凹槽
114第一導孔 115第一薄膜 116第一保護層121第三表面 122第四表面 123第二凹槽124第二導孔 125第二薄膜 126第二保護層14空間15栓塞
具體實施例方式實施例一首先，請參考圖I、圖2、及圖3，圖I為本實施例電子顯微鏡樣品盒的俯視圖；圖2為圖I的本實施例電子顯微鏡樣品盒俯視圖中，沿A-A’剖面線的立體剖視圖；而圖3為圖I的本實施例電子顯微鏡樣品盒俯視圖中，沿A-A’剖面線的剖視圖。如圖I、圖2、及圖3所不，本發明的電子顯微鏡樣品盒包含一第一襯底11、一第二襯底12、以及一金屬黏著層
13。在本實施例中，第一襯底11及第二襯底12的材質為硅襯底。并且，第一襯底11的厚度為250微米，而第二襯底12的厚度為250微米。更詳細地說，該第一襯底11具有一第一表面111、一第二表面112、一第一凹槽113、及兩個第一導孔114。其中，第一凹槽113設置于第二表面112，且第一表面111上設有一第一薄膜115，其對應于第一凹槽113。另外，上述的第一導孔114設置于該第一凹槽113的外圍，并貫穿該第一襯底11。上述的第二襯底12具有一第三表面121、一第四表面122、以及一第二凹槽123。其中，第二凹槽123設置于第四表面122 ;且在第三表面121上另設有一第二薄膜125，其對應于第二凹槽123。此外，上述的金屬黏著層13設置于第一襯底11的第二表面114，以及第二襯底12的第四表面122之間。其中，第二表面112、第四表面122、及金屬黏著層13之間圍繞形成一空間14，以將存放于氣體或液體的樣品，容置于此空間14中。在本實施例中，樣品的種類并無特別局限，凡存放于氣體或液體的樣品，在符合電子顯微鏡觀察的要求上，都可以為本實施例所適用。另外，本實施例是以黃光光刻及濕法刻蝕工藝在第二表面112形成上述的第一凹槽113，并在第四表面122上形成上述的第二凹槽123，使第一凹槽113及第二凹槽123的形狀均形成為錐體。此外，本實施例的第一導孔114是以深反應離子刻蝕技術(DeepReactive IonEtching)所制成，以使第一導孔114貫穿第一薄膜115，進而貫穿第一襯底11，并使本實施例的第一導孔114孔徑為250微米。
而該第一導孔114的功能是將欲觀測的樣品由此導孔置入空間14中，且也可以由第一導孔114導入所需的氣體(如氧氣、氮氣等)或液體(如緩沖液、或酸、堿溶液等)，以進一步地動態觀察欲觀測的樣品。上述的第一薄膜115及第二薄膜125的材料在本實施例中，為二氧化硅(SiO2)。其功能為增加第一襯底11及第二襯底12的硬度，使其襯底不易破裂，且可以增加本實施例刻蝕過程中的刻蝕選擇性。而上述本實施例的金屬黏著層13是由一接著層、一冶金層與一焊錫層所形成，其中接著層為鈦鎢合金，而冶金層為銅。且在本實施例中，其是先于約130°C的高溫下，利用自動對準封裝法，以金屬黏著層13進行第一襯底11及第二襯底12的黏合后，再將樣品置入樣品盒空間14中。在本實施例中，金屬黏著層13、第二表面112、及第四表面122間所形成的一空間14，可以使電子顯微鏡的電子束，沿著第一襯底11的第一凹槽113穿透至空間14，再穿透至第二襯底12的第二凹槽123。其中，該空間14的體積為4立方毫米，而其空間14的高度為550微米。再則，在本實施例中，為了增強該襯底的硬強度及刻蝕過程的刻蝕選擇性，因此在第一薄膜115的外層另設一第一保護層116，且在第二薄膜125的外層另設一層第二保護層126。其中，第一保護層116及第二保護層126的材料為具有較強硬度的氮化硅(Si3N4)。最后，本實施例還具有兩個栓塞15，其是可以將第一導孔114密封，以形成完全密封的電子顯微鏡樣品盒。除此之外，由于栓塞15是可以由第一導孔114拔起，因此可以使樣品盒依據觀察需求而重復地開啟或密封。而本實施例的栓塞15是以記憶金屬的鈦鎳合金為材料，其是將栓塞15置于冰點溫度下一段時間后，使鈦鎳合金的溫度降至冰點以下，再拿出來插入至于室溫中樣品盒的第一導孔114中，此時因為鈦鎳合金的溫度會漸漸升高到室溫，使栓塞15膨脹而密封第一導孔114，進而使樣品盒完全密封。以觀測一細胞樣品來說明本實施例的使用方式。將細胞樣品由第一導孔114置入空間14后置于室溫,將置于冰點溫度下的鈦鎳合金的栓塞15拿出，封塞第一導孔114,以使栓塞15密封第一導孔114，此時本實施例的樣品盒呈現完全密封的狀態。接著，將其完全密封的樣品盒置入電子顯微鏡中，觀察細胞的實時動態狀態。隨后，可視觀察的需求，以栓塞15將第一導孔114重復開啟，并置入所需的氧氣或培養液，以進一步觀測細胞樣品的動態狀態。實施例二如圖4所示，圖4為本發明實施例二的電子顯微鏡樣品盒的剖視圖，本實施例與實施例一大致相同，差別僅在于金屬黏著層13是設置于第二表面112及第二保護層126間，且本實施例的金屬黏著層為共晶錫銦焊錫。而本實施例空間14的體積為2立方毫米，其相比實施例一空間14的體積小。雖然本實施例的樣品盒所能容置的樣品體積小于實施例一，然而，本實施例的分辨率卻比實施例一好。因此，可以依照欲觀察樣品的體積大小、以及所需電子顯微鏡的分辨率大小，選擇不同空間14體積的電子顯微鏡樣品盒。實施例三 如圖5所示，圖5為本發明實施例三的電子顯微鏡樣品盒的剖視圖，本實施例與實施例一、實施例二大致相同，差別在于金屬黏著層13是設置于第一保護層116及第二保護層126間，以形成為O. 2立方毫米的空間14。其中，本實施例的空間14體積相比實施例一及實施例二的空間14體積小。雖然本實施例的樣品盒所能容置的樣品體積更小于實施例一及實施例二，然而，本實施例的分辨率卻比實施例一及實施例二好。因此，同樣可以依照欲觀察樣品的體積大小、以及所需電子顯微鏡的分辨率大小，選擇不同空間14體積的電子顯微鏡樣品盒。另外，本實施例以深反應離子刻蝕技術(Deep Reactive Ion Etcher)在第二襯底12上，設置兩個的第二導孔124，使其第二導孔124貫穿第二薄膜125，進而貫穿第二襯底12，而形成250微米孔徑大小的第二導孔124。此外，本實施例的第二導孔124是以鈦鎳合金的栓塞15進行密封，且其第二導孔124的功能也與第一導孔114相同。實施例四
如圖6所示，圖6為本發明實施例四的電子顯微鏡樣品盒的剖視圖，本實施例也大致與實施例三相同，差別僅在于本實施例的第一薄膜115、第一保護層116、第二薄膜125、及第二保護層126僅覆蓋于該第一凹槽113及第二凹槽123的底部，以增強第一凹槽113及第二凹槽123的結構強度，而防止凹槽破裂而使樣品溢出，此外，也可以增加刻蝕的選擇性。另外，本實施例中，以激光鉆孔技術，在部分無覆蓋上述薄膜的第一表面111及第三表面121之上，以形成第一導孔114及第二導孔124，使第一導孔114及第二導孔124只貫穿第一表面111及第三表面121，且形成孔徑為250微米的第一導孔114，及孔徑為250微米的第二導孔124。最后,本實施例都以鈦鎳合金的栓塞15,密封第一導孔114及第二導孔 124。上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發明主張的權利范圍自應以權利要求所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1.一種電子顯微鏡樣品盒,其特征在于,包括 一第一襯底，其具有一第一表面、一第二表面、一第一凹槽、及一個或一個以上的第一導孔，其中該第一凹槽設置于該第二表面，而該第一表面上設有一第一薄膜，其對應于該第一凹槽，且該一個或一個以上的第一導孔設置于該第一凹槽的外圍，并貫穿該第一襯底；一第二襯底，其具有一第三表面、一第四表面、及一第二凹槽，其中該第二凹槽設置于該第四表面，而該第三表面上設有一第二薄膜，其對應于該第二凹槽；以及一金屬黏著層，設置于該第一襯底與該第二襯底間； 其中該第一襯底、該第二襯底、及該金屬黏著層間形成一空間。
2.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一導孔貫穿該第一薄膜。
3.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該金屬黏著層設置于該第二表面與該第四表面之間。
4.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該金屬黏著層設置于該第二表面與該第二薄膜間。
5.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該金屬黏著層設置于該第一薄膜與該第二薄膜間。
6.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第二襯底還包括一個或一個以上的第二導孔，其中該第二導孔設置于該第二凹槽的外圍，并貫穿該第二襯底。
7.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一導孔的孔徑為10至1000微米。
8.根據權利要求6所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第二導孔的孔徑為10至1000微米。
9.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，還包含一個或一個以上的栓塞，容置于該第一導孔。
10.根據權利要求6所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，還包含一個或一個以上的栓塞，容置于該第二導孔。
11.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一薄膜及該第二薄膜的材料是各自獨立為二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、或其組合。
12.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一薄膜、及該第二薄膜的厚度為I至100納米。
13.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一薄膜的外層設有一第一保護層。
14.根據權利要求13所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一保護層的材料為氮化硅Si3N4。
15.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第二薄膜的外層設有一第二保護層。
16.根據權利要求15所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第二保護層的材料為氮化硅Si3N4。
17.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一襯底及第二襯底是各自獨立為硅襯底、玻璃襯底、或聚合物襯底。
18.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其中該第一襯底及該第二襯底的厚度是介于10至1000微米。
19.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該金屬黏著層包含一金屬材料，其中該金屬材料是選自鈦、鉻、錫、銦、鉍、銅、銀、鎳、鋅、金、鈦鎢合金、或其組合所組成的群組。
20.根據權利要求9所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該栓塞的材料是選自鈦鎳合金、銅基合金、銅鋅合金、銅鋁錳合金、銅鋁鎳合金、銅鋁鈹合金、銅鋁鈹鋯合金、銅鋁鎳鈹合、及其組合所組成的群組。
21.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一凹槽及該第二凹槽的形狀是各自獨立為一圓柱體、一錐體、一正方體、或一長方體。
22.根據權利要求I所述的電子顯微鏡樣品盒，其特征在于，該第一襯底、該第二襯底、及該金屬黏著層所形成該空間的體積為O. 01至100立方毫米。
全文摘要
本發明是有關于一種電子顯微鏡樣品盒，包括一第一襯底、一第二襯底、及一金屬黏著層。該第一襯底具有一第一表面、一第二表面、一第一凹槽、及一個或一個以上的第一導孔，該第一導孔貫穿第一襯底。該第二襯底具有一第三表面、一第四表面、及一第二凹槽。另外，該金屬黏著層，設置于該第一襯底與該第二襯底間以形成一空間，使樣品容置于其中，此外，本發明還包括一個或一個以上的栓塞，可以密封第一導孔，使本發明的樣品盒密封并用電子顯微鏡實時觀測。
文檔編號H01J37/20GK102867720SQ20111026000
公開日2013年1月9日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年7月5日
發明者陳智, 杜經寧 申請人:財團法人交大思源基金會