一种扫描离子电导显微镜激光定位探头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于扫描离子电导显微镜领域，涉及一种扫描离子电导显微镜探针的定位 装置，具体涉及一种扫描离子电导显微镜激光定位探头。
【背景技术】
[0002] 扫描离子电导显微镜是探针显微镜家族中的一员，是目前新兴的一种显微检测工 具。它通过采集探针尖端的离子电流信号来对样本表面结构与理化特性进行检测。这种探 针显微镜在扫描过程中对样本没有接触影响，而且可以实时、快速、高分辨率地检测到样本 原始状态，尤其在检测软体样本具有优势。基于这些特点，目前该显微镜在对生物与医学领 域的细胞等软体样本观测方面，有着光学显微镜、电子显微镜、原子力显微镜难以比拟的优 势。到目前为止，科研工作者利用这种显微镜作为观测工具，已经取得了一定数量的研宄成 果。
[0003] 扫描离子电导显微镜探头是整个扫描离子电导显微镜的检测部分，它体现着离子 电流检测的原理与方式，直接影响着样本表面结构与理化信息的扫描质量，因此是扫描离 子电导显微镜成像的关键技术点之一。为了改进扫描离子电导显微镜的检测性能，国内外 研宄人员针对探头部分做了诸多的改进工作：有在检测原理上进行改进的方法（如非专利 文献1中提到的一种偏置调制模式）；有针对探头机械结构做出改进的方法（如专利文献1 中采用的一种高频振动夹持器）；也有从探针的角度进行改进的方法（如非专利文献2中 提到的利用电子沉积与聚焦离子束方法改进的新型探针）。这些改进方案对扫描离子电导 显微镜在扫描速度、离子电流漂移、探针易碎等问题的改善上均起到了积极的作用。
[0004] 然而，上述对扫描离子电导显微镜检测样本的改进方法是从扫描过程的角度来提 出的，因此能做到的性能改善限于探针在扫描样本的这一阶段。事实上扫描离子电导显微 镜在扫描样本信息前，还需要经历探针进入溶液，探针进入工作区，并进行探针预定位的过 程；而且探针在每扫完一个区域后，若想再扫描另一个区域，需要重新执行探针进工作区的 过程，这些探针扫描的准备过程是较为繁琐与费时的。再者，当探针要重新进入工作区，或 是人为控制探针在样本溶液中自由移动的过程中，探针尖端的空间位置是未知的。此时，单 一地通过扫描离子电导显微镜上的倒置光学显微镜是无法观测到探针的，这就给实验带来 了较多的不确定因素。
[0005] 其次，扫描离子电导显微镜对样本的检测速度一直是这方面研宄的热点问题，但 同上述内容相似，研宄工作依旧主要着重于扫描过程本身。目前提高扫描速度的方法主要 是通过改变扫描点疏密，先粗略扫描整个区域，然后再有选择地对关键区域高精度扫描的 这种方法来实现的，如有选择性的跳跃扫描模式。然而这样会使扫描模式变得更加复杂，而 且在扫描时可能会丢失部分细节信息，若有时粗扫描的扫描参数设置不当反而会使扫描过 程浪费更多的时间。
【发明内容】
[0006] 针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种扫描离子电导显微镜激光定位 探头，解决上述探针进工作区效率低下，探针位置未知和扫描选区以节约时间的问题。
[0007] 为达到以上目的，本发明的技术方案为：包括用于安装探针的探针夹持模块，探针 夹持模块上端安装有用于对探针进行激光光路定位的激光定位模块：
[0008] 探针夹持模块包括探针夹持器，探针夹持器固定安装于扫描离子电导显微镜粗调 手轮机构上，探针夹持器的前端安装有电极夹持器，电极夹持器中安装有探针；
[0009] 激光定位模块包括安装于探针夹持器上的微调滑轨机构，微调滑轨机构上安装有 能够进行水平移动的支架结构，支架结构内部安装有用于调节激光光束空间位置的调节手 轮机构，支架结构上安装有连接板结构，连接板结构上安装有激光光路结构。
[0010] 所述微调滑轨机构包括滑轨主体结构，滑轨主体结构的两平行侧面上设置有用于 卡合支架结构的导轨，一端导轨下端开设有第一螺纹孔，另一端导轨下端内侧开设有两个 圆形浅槽，圆形浅槽内分别安装有第一弹性元件和第二弹性元件；第一螺纹孔中安装有第 一定位螺钉，所述第一定位螺钉穿过微调滑轨机构侧边螺纹孔抵在支架结构下侧面；
[0011] 滑轨主体结构的前端面内侧开设有两个圆形浅槽，圆形浅槽内分别安装有第三弹 性元件和第四弹性元件，所述滑轨主体结构的前端面上端开设有用于给分光镜预留调节位 置的槽型结构，槽型结构槽深为2~4毫米。
[0012] 所述滑轨主体结构的后方设置有一卡扣，卡扣上开设有第二螺纹孔，第二定位螺 钉穿过卡扣上螺纹孔抵在支架结构后侧面。
[0013] 所述卡扣通过三角形槽固定安装于滑轨主体结构的后方。
[0014] 所述支架结构两侧面开设有第一导轨槽和第二导轨槽，第一导轨槽和第二导轨槽 宽度小于支架结构的导轨宽度1至2毫米，形成活动间隙，支架结构能够在水平方向上的进 行调整，当旋拧第一定位螺钉和第二定位螺钉时，支机结构水平方向运动；第一导轨槽和第 二导轨槽上方开设有第一轴孔和第二轴孔；
[0015] 支架结构内部安装有调节手轮机构，调节手轮机构包括手轮轴，手轮轴一端为手 轮；手轮轴上安装有齿轮，齿轮的两侧分别安装有第一套筒和第二套筒，第一套筒侧边设置 有用于与支架结构一侧外壁轴向定位的轴肩，手轮轴穿过第一轴孔和第二轴孔，齿轮位于 支架结构内部，并通过第一套筒和第二套筒与支架结构内壁进行轴向定位；手轮轴的另一 端安装有与支架结构另一侧外壁进行轴向定位的螺帽。
[0016] 支架结构顶部开设有用于安装连接板结构的第三螺纹孔以及第四螺纹孔。
[0017] 所述连接板结构包括连接板结构主体，连接板结构主体上开设有用于安装激光器 的圆柱形槽，激光器固定安装于圆柱形槽内，连接板结构通过第一连接螺钉和第二连接螺 钉与支架结构固定连接。
[0018] 所述激光器通过第三定位螺钉固定安装于圆柱形槽内。
[0019] 所述激光光路结构安装于连接板结构前端，激光光路结构包括槽型结构的激光光 路结构主体，激光光路结构主体内从上至下设置有分光镜与反光镜，激光光路结构主体上 开设有与分光镜相对应的用于提供照向分光镜通道的通孔，分光镜上安装有与齿轮相啮合 的齿条，齿条设置于激光光路结构主体外侧，带动分光镜进行上下运动，调节激光束高度； 激光光路结构主体内部两侧对称装有第一反光器件和第二反光器件，分光镜将一束激光分 为两束激光，并射入第一反光器件和第二反光器件上，经过第一反光器件和第二反光器件 反射后交叉射向探针尖端。
[0020] 所述分光镜的反光率与透光率之比为1:3。
[0021] 所述探针夹持器前端设有一个圆柱孔，探针和电极夹持器安装于圆柱孔内，圆柱 孔孔壁上开设有探针定位螺纹孔，第四定位螺钉穿过探针定位螺纹孔将电极夹持器和探针 固定在探针夹持器上。
[0022] 与现有技术比较，本发明的有益效果为：
[0023] 1、本发明提供了一种扫描离子电导显微镜激光定位探头，能够将探针的位全过程 进行检测，而不只在扫描样本时才能确切知道探针尖端的位置。当开启激光光源之后，激光 束经过前述的激光光路结构，会产生两束对称的斜向下射出的激光，两束激光汇聚于探针 尖端部位。当探针在贴近样本上方表面移动时，倒置显微镜的成像图像上激光光斑中心的 位置就是探针针尖在水平方向上的位置。当探针远离样本表面时，激光光斑会分为两个，且 两个激光光斑的中心距离随着探针逐渐远离样本表面也逐渐远离。激光光斑距离与探针尖 端到样本距离之间存在一函数关系，在实际使用时，能够实时从倒置显微镜图像中提取激 光光斑中心的位置，通过计算得到探针距离样本的高度与水平位置。在每次更换探针时，探 针尖端位置与原激光定位点可能存在微小偏移，因此需要在探针首次进工作区后，调整激 光定位模块上的水平方向微调螺钉与垂直方向调节手轮，使两束激光重新汇聚于探针尖端 部位，进而能够快速进行探头的定位，缩短实验操作的时间，提高实验效率。
[0024] 2、在探针进入工作区的这一过程中，不再需要像先前的探针逐次下降探索样本表 面从而确定工作区那样费时，只需要根据倒置显微镜图像中两个激光光斑的位置关系就可 以判断探针在溶液中的高度。根据这一高度直接将探针下降至样本表面上方附近，再进入 工作区，这样可以缩短实验操作的时间，提高实验效率。
[0025] 3、探针在水平方向的投影位置可以清楚地通过激光光斑来确定，此时再将激光光 斑的位置与倒置显微镜中观察到的感兴趣细胞位置进行关联，就可以直接将探针尖端位置 定位到所要扫描的样本区域。这样做进一步缩小了目标区域，减少了先前盲目扫描非关注 区域所花费的时间。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的总体结构图；
[0027]图2是探针夹持模块结构图；
[0028]图3是激光定位模块的结构爆炸图；
[0029] 图4是滑轨机构结构爆炸图；
[0030] 图5是支架结构与调节手轮机构结构爆炸图；
[0031] 图6是连接板结构爆炸图；
[0032] 图7是激光光路结构图及光路图；其中，（a)为激光光路结构图；(b)为激光光路 图；
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