用于表面力设备的安装系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容总体上涉及用于显微分析的仪器，并且更特别地涉及用于表面力设备的样本安装系统，该表面力设备允许同时测量多个物理、化学、生物化学、机械或者电气特性。
【背景技术】
[0002]复合大分子和多分子系统可以包括纳米尺寸的溶质大分子，比如分散或者溶解在液体溶剂、小液滴中的蛋白质或者在液体、生物细胞或膜片中的固体胶体微粒等等。这些系统的一个重要物理特性是在悬浮液媒质中或者在蒸气环境中的微粒之间或者它们的表面之间的相互作用势。相互作用势与微粒之间或者表面之间的相互作用力直接相关，其二者都通常被公式化为微粒之间的间隔距离D或者(在薄膜的情况下的)薄膜厚度的两个表面之间的间隔距离D的函数。
[0003]该力可以是平衡力(比如静力平衡或者热力学平衡)或者是随着时间缓慢变化的非平衡力(比如动态力、暂态力、粘性力或者流变力)。在表面力设备(SFA)(例如，见美国专利第5，861，954号，其全部内容通过引证全部结合于此)中给出的绝对距离，距离D可以直接测量。可替换地，在原子力显微镜(AFM)中给出的相对距离或者近似距离，距离D可以间接地测量。
[0004]知道这些力和它们的动力学特性允许模型化复合多成分系统，在该系统中不同的分子关联在不同类型的结构内。这些结构然后可以通过排斥力或者吸引力彼此相互作用，导致微粒的稳定分散或者不稳定分散，在该不稳定分散中在微粒缓慢地聚集或者合并(coalesce，聚结)并且系统随着时间缓慢地变化或者演化。由脂类、蛋白质、聚合电解质和其他复杂分子的混合物组成的生物系统或者聚合物系统常常具有涉及它们的结构和它们的平衡和弛豫时间(equilibrat1n and relaxat1n time)的非常复杂的层级结构。
[0005]在科学、工程学、生物学和医学的几乎每一个领域中，都存在正在增长的理解这种系统的兴趣。但是，现有的技术可能不能测量在复合多分子和层级地构建的系统中的平衡力和非平衡力，这是因为这些技术常常被限制在仅仅测量一个特性。此外，这些技术可以被限制在在力、长度或者时间跨度的有限范围上测量。为了理解复合系统，重要的是确定哪些分子关联以及哪些分子不关联、以及由关联的分子形成的结构。
[0006]被通过与测量平衡力和/或非平衡力同时进行的各种类型的直接或者间接的可视化技术或者成像技术，可以获得对由复合分子的关联形成的结构和它们的动态特性的更好的理解。这些可视化技术和成像技术可以包括常规(光学)显微镜、荧光显微镜、光脱色突光恢复技术(Fluorescence Recovery After Photobleaching) (FRAP)、共聚焦显微镜、反射或切向入射X射线散射以及其他技术。
[0007]除了成像由复合分子的关联形成的结构之外，对理解分子之间、特别是在微粒-溶液接合部发生的化学反应可以是有益的。这种反应可以被通过各种分析技术来研究，比如红外-拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、次级离子质谱分析法(SIMS)和在真空中的能量色散谱(EDS)。
[0008]当在分子之内和之间的力(随时间)变化时，结构也随时间变化。已经研发出许多装置用于直接测量小微粒或“探针末端”与表面之间(比如AFM)的力，以及两个延伸表面之间(比如SFA)的力。但是，没有单个技术做到这两者，也不具备同时原位(“实时”)成像能力。
【发明内容】
[0009]根据本发明的第一方面，提供了一种用于表面力设备的安装系统，该安装系统包括:壳体，该壳体包括多个侧，该多个侧在其中限定了中空空间，该多个侧中的至少一个具有用以进入到该中空空间的开口 ；样本安装件(mount，载片)组件，该样本安装件组件包括:枢转臂，该枢转臂包括第一边缘、本体部分以及在第一边缘与本体部分之间延伸的弯曲区段；弹簧，该弹簧具有第一端部和第二端部，第一端部被耦接到枢转臂的本体部分上；以及第一样本保持器，该第一样本保持器被耦接到弹簧的第二端部上；和第二样本保持器，该第二样本保持器被定位在第一样本保持器的附近；枢转臂被在第一边缘处连接到壳体从而将样本安装件组件安装到壳体上；由此施加到枢转臂上的力导致弯曲区段弯曲并且因此使枢转臂的本体部分相对于第一边缘运动，因此允许调节第一样本保持器和第二样本保持器之间的距离。
[0010]根据本发明的第二方面，提供了一种用于表面力设备的安装系统，该安装系统包括:壳体，该壳体包括多个侧，该多个侧在其中限定了中空空间；枢转臂，该枢转臂包括第一边缘、本体部分以及在第一边缘与本体部分之间延伸的弯曲区段；样本安装件组件，该样本安装件组件通过枢转臂而安装在中空空间内，该样本安装件组件包括第一样本保持器；第二样本保持器，该第二样本保持器定位在第一样本保持器的附近；以及至少一个负载施加装置，该负载施加装置与枢转臂接触；枢转臂在第一边缘处连接到壳体从而将样本安装件组件安装到壳体上；由此负载施加装置的操作导致枢转臂在弯曲区段处弯曲并且因此使枢转臂的本体部分相对于第一边缘运动，从而允许调节第一样本保持器和第二样本保持器之间的距离。
[0011]根据本发明的第三方面，提供了一种用于表面力设备的样本安装件组件，该样本安装件组件包括:枢转臂；该枢转臂包括沿着一个边缘的凸缘，该凸缘用于容纳在表面力设备的安装狭槽中；该枢转臂还包括本体部分以及弯曲区段，该弯曲区段在凸缘和本体部分之间延伸使得本体部分可以相对于凸缘弯曲；本体部分具有安装装置由此表面力设备的样本保持器可以安装至本体部分。
[0012]本申请的实施例可以用于例如测量至少两个表面之间的相互作用力。相互作用力尤其可以包括附着力(adhes1n force)、摩擦力、粘性力(viscous force)和润滑力。多种实施例可用以执行在多种长度和时间量程上的测量。
[0013]参考附图，本发明的另外的特征和优点从以下本发明的优选实施例的说明中将变成显而易见，这些优选实施例是仅以实例的方式给出的。
【附图说明】
[0014]图1是壳体和下样本安装件组件的立体图。
[0015]图2是下样本安装件组件的立体图。
[0016]图3是下样本安装件组件的俯视图。
[0017]图4是下样本安装件组件的截面图。
[0018]图5是下样本安装件组件的立体图。
[0019]图6是安装系统的立体图。
[0020]图7是安装系统的俯视图。
[0021]图8是上样本安装件组件的截面图。
[0022]图9是安装系统的截面图。
[0023]图10是安装系统的截面图。
[0024]图11是安装系统的截面图。
[0025]图12是下样本安装件组件和上样本安装件组件的部分侧视图。
[0026]图13是下样本安装件组件和上样本安装件组件的部分侧视图。
[0027]图14是上样本盘安装件保持器的截面图。
[0028]图15A是安装系统的截面图。
[0029]图15B是安装系统的截面图。
[0030]图16 是摩擦学传感附件(sensory-tribological attachment)的立体图。
[0031]图17是摩擦学传感附件的侧视图。
[0032]图18是壳体和摩擦学传感附件的剖切立体图。
[0033]图19是摩擦学传感安装系统的立体图。
[0034]图20是摩擦学传感安装系统的侧截面图。
[0035]图21是上样本盘安装件保持器的侧截面图。
[0036]图22是具有侧板的安装系统的俯视图。
[0037]图23是波纹管(bellows)上安装组件的侧截面图。
[0038]图24是波纹管上安装组件的侧截面图。
【具体实施方式】
[0039]本发明的实施例的实例涉及用于样本的安装系统和用于与测量装置(比如表面力设备)一起使用的仪器。多个实施例可以包括由多个侧构成的壳体或者室，该多个侧限定了在这些侧内的中空空间，这些侧中的至少一个具有用以进入到该中空空间的开口。下样本安装件组件可以定位在该中空空间内。下样本安装件组件可以包括枢转臂，该枢转臂具有沿着一个边缘的凸缘以及从该凸缘延伸的弯曲区段。具有第一端部和第二端部的弹簧可以在第一端部处耦接到枢转臂，并且下样本保持器可以耦接到弹簧的第二端部。上样本保持器可以定位在下样本保持器的附近。在多个实施例中，施加到枢转臂上的力可以导致弯曲区段弯曲，从而允许调节下样本保持器和上样本保持器之间的距离。
[0040]图1图示了根据本发明的一个实施例的用于显微分析装置(比如表面力设备(SFA)) 一起使用的安装系统100的一个实例。该安装系统100包括具有多个侧的室或者壳体105，该多个侧在其内限定了中空空间，其中下样本安装件组件135定位在该中空空间内。壳体105具有第一侧表面125，该第一侧表面具有穿过它的大的侧开口 130以允许进入到壳体105内的中空空间。虽然在图1中不可见，但是与第一侧表面125直接相对的第二侧表面126具有与第一侧表面125的侧开口 130类似的开口。在多个实施例中，侧开口 130是足够大的，以便通过该侧开口 130插入和移除下样本安装件组件135，而无需要移除附接至壳体105上的任何其他元件，使得能够容易地接近和更换在使用中由下样本安装件组件135支撑的部件和附件(attachment),如将在下文中进一步地讨论的一样。下样本安装件组件135的枢转臂140接合细长狭槽160，该细长狭槽设置成横跨壳体105的上表面110的下面(lower face，下端面)并且延伸穿过侧表面125，从而允许下样本安装件组件135简便地安装和移除，如下文中进一步地讨论的一样。
[0041]壳体105具有前表面115以及在前表面115内的前开口 120，从而允许有额外的方式接近到壳体105内的中空空间。前开口 120允许接近下样本安装件组件135以便快速更换或者重新定位由下样本安装件组件135承载的下样本。壳体105还具有底表面145，该底表面在这个实例中具有开口——窗口部150，以允许光线或者X射线(或者其他电磁波)或者显微镜物镜引入壳体105中(例如，见下文中进一步地讨论的图11)。上表面110具有顶部开口 155，该顶部开口