Електронний мікроскоп для сканування біооб’єктів

1. Электронный микроскоп для сканирования биообъектов, содержащий высоковакуумную колонну с электронным излучателем и систему вывода электронного луча в атмосферу, включающую в себя по меньшей мере две торцевые стенки с соосными отверстиями, отличающийся тем, что у каждого отверстия имеется одна биморфная, защемленная одним концом пьезопластина, установленная с возможностью отгибания в сторону отверстия. 2. Микроскоп по п. 1, отличающийся тем, что пьезопластины электрически соединены с системой их питания и управления, имеющей обратную связь с идентификатором пробоя в излучателе. 3. Микроскоп пo любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что пьезопластины имеют защитное покрытие из тугоплавкого материала. 4. Микроскоп по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что он имеет только одну пьезопластину, установленную между торцевыми стенками с возможностью одновременного перекрывания обоих отверстий. Зоя (13) 39208 (11) UA В основу изобретения поставлена задача усо вершенствования сканирующе го электронного микроскопа для визуализации влажных объектов путем размеще ния у каждого отверстия торцевых стенок по одной биморфной, защемленной одним концом пьезопласти не, уста новленной с возможностью отгибания в сто рону отверстия и, соответственно, перекрывания (частичного или полного) это го отверстия, что обеспечит ускоренную откачку микроскопа, сокращение времени на смену диафрагм и расширение функциональной возможности микроскопа в целом, заключающейся в получении нового режима для исследований – стробирующе го. Каждая из пьезопластин электрически соединена с системой питания и управления, имеющей обратную связь с идентифи катором пробоя в излучателе. При возникновении такого пробоя на пьезопластины подается напряжение и они перекрывают отверстия в торцевых стенках, герметизируя вы соковакуумную зону, а также зону ди фференциальной откачки до выхо да системы в рабочий режим. Затем отверстия вновь открываются. Пьезопластины способны адекватно откликаться на частоту до 1 МГц, т.е. способны безынерционно открыть (либо закрыть) отверстие за несколько миллисекунд. С другой сто роны, установлена четкая взаимосвязь величины отгиба биморфной пьезопласти ны от питающе го ее напряжения. Так, би (19) Изобретение относится к растровой электронной микроскопии и может быть использовано для исследования влажных объектов, а также живых микроорганизмов, например, клеток человека. Известен выбранный в качестве прототипа сканирующий электронный микроскоп для визуализации влажных объектов, описанный в Европейском патенте ЕРB № 0324213, Н01J37/20, 1968 г., кото рый содержит высоковакуумную колонну с электронным излучателем и систему вывода электронного луча в атмосфе ру, включающую в се бя по меньшей мере две торцевые стенки с соосными отверстиями. Неста бильная работа известного устройства обусловлена постоянным натеканием сквозь апертуры (отверстия в торцевых стенках) атмосферного воздуха в зону электронного излучателя. Вследствие этого возникают пробои и другие отклонения в зоне работы это го излучателя, например, возникнове ние локальных сильноточных дуг. С другой стороны, наличие сверхмалых апертур (100 микрон) приводит к их очень быстрому "забиванию" осколками органических и других макромолекул и выхо ду всей системы из строя. В устройстве невозможна быстрая смена апертур под различные режимы исследова ния. Например, при рентге новском режиме используют о тверстия диаметрами 250 и 300 мкм, в режиме высокого разрешения – 80 и 120 мкм и т.п. C2 _______________________ 39208 морф с размерами 40 х 10 х 0,5 мм из ЦТС–19 (цирконата-ти таната свинца) отгибается на 0,114 мм при напряжении 200 В; на 0,418 мм при напряжении 500 В; на 0,665 мм при напряжении 800 В и т.п. Для биморфа 60 х 10 х 0,3 мм при постоянном токе напряжением 400 В получено перемещение 1,6 – 1,7 мм (см. Глозман И.А. Пьезокерамика. – М.: Энергия, 1967, 272 с.). Поверхность каждой пьезопластины, которая непосредственно подвергается воздействию электронного луча, защи щена покрытием из тугоплавкого мате риала, в частности из графито вого порошка с температурой плавления около 10000 К. Это покрытие сфор мировано на поверхностях пластин путем втирания порошка в керамику. Толщина покрытия составляет несколько сотен микрон, в связи с чем оно сохраняет достаточную пластичность и не разрушается при изгибе пьезопластин. Каждая из пьезопластин перемещается по поверхности торцевой стенки по скользяще му контакту для надежной герметизации высоковакуумной зоны. На фиг. 1 представлена общая схе ма микроскопа (электронно-оптическая и отклоняющая системы условно не показаны); на фиг. 2 изображена одна из торцевых стенок, вид свер ху, причем отверстие открыто; на фи г. 3 – эта же стенка с закрытым осевым отверстием; на фиг. 4 представлена схема подключения биморфной пьезопластины к источнику питания. Микроскоп включает в себя высоковакуумную колонну 1 с электронным излучателем 2 и системой вывода электронного луча в атмосферу, включающую в себя торцевую стенку 3 с центральным отверстием 4 и торцевую стенку 5 с отверстием 6, соосным отверстию 4. В атмосфе ре нахо дятся детектор 7 в виде полуп роводниковой шайбы, биообъект 8 и аспиратор для снятия с образца заряда, выполненный в виде источника 9, генерирующе го заряженные молекулы воздуха, и пластины 10 конденсатора с зарядом, противоположным заряду заряженных молекул воздуха. На стенке 3 имеется консольно защемленная пьезопластина 11, а на стенке 5 – пьезопласти на 12, которые электрически связаны с коммутирующей панелью 13 и далее через усилитель 14, генератор импульсов 15 и средства согласования 16 – с идентифи катором пробоя 17 в излучателе 2. Эксперименты проводились на макете микроскопа РЭМ–105Б. В качестве запирающего уз ла использовалась биморфная (спеченная) пьезокерамическая пластина из ЦТС–19 (ГОСТ 13927–74) размером 60х10х0,3 мм, установленная между двумя стенками так, чтобы обеспечивался скользящий контакт торцов пьезопласти ны и с верхней торцевой стенкой, и с нижней одновременно. В качестве коммутирующей панели использовалась микросхема К155 КЦ7. Размеры обеих апертур выбирались одинаковыми и равными 300 мкм. Расстояние между стен ками соответствовало высоте поставленной на ребро биморфной пьезопластины и составляло 10 мм. Разрежение в колонне – 10-5 торр. Устройство работает следующим образом. Помещают объект 8 в область воздействия электронного луча. Затем на пьезопластины 11 и 12 от генератора 15 подают постоянный электрический импульс, подводя его так, как изображено на фиг. 4. Пластины (или пластина, если она одна) выгибаются, перекрывая отверстия 4 и 6 сте нок 3 и 5, и остаются в отогнутом положении до завершения процесса откачки колонны 1 микроскопа и формирования электронно-оптической системой электронного луча. После этого прекращают подачу потенциала на пластины 11 и 12, если исследования будут проводиться в рентгеновском режиме, либо снижают величину потенциала для того, чтобы пластины только приоткрыли отверстия 4 и 6 для, например, исследований в режиме высокого разреше ния. Выги бание биморфной пьезопластины (см. фиг. 4), в данном случае вверх, происходит из-за того, что полярность питающего напряжения совпадает с поляризацией доменов верхней пьезопластины (и она, укорачиваясь, утолщается) и не совпадает с поляризацией нижней (и она удлиняется, утоньшаясь). При возникновении в излучателе 2 пробоя иденти фикатор пробоя 17 (выполненный, например, в виде схемы сравнения, подключенной параллельно к схеме пита ния излучателя и имеющий дискриминатор) выдает сигнал, на основании кото рого подается максимальное питающее напряжение на пластины 11 и 12, что обеспечивает почти мгновенное перекрывание отверстий 4 и 6 до завершения полной дооткачки систем. Микроскоп способен проводить сканирование биообъектов в стробирующем режиме. Однако в последнем случае длительность промежутков времени, когда апертуры закрыты, должна быть достаточной для, с одной стороны, поддержания заданного перепада давлений, а с другой – для получения устойчивого изображения. Стробирующий режим особенно необхо дим при исследовании СБИСов. 2 39208 Фиг. 1 Фиг. 2 Фиг. 3 Фиг. 4 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3