CN114728260A - 液体流的形成方法以及使用该液体流的对象物的移动方法 - Google Patents

液体流的形成方法以及使用该液体流的对象物的移动方法 Download PDF

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CN114728260A CN202080066789.4A CN202080066789A CN114728260A CN 114728260 A CN114728260 A CN 114728260A CN 202080066789 A CN202080066789 A CN 202080066789A CN 114728260 A CN114728260 A CN 114728260A
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Abstract

本发明提供一种非接触且非侵入地使更大的对象物移动的方法。在液体的表面区域形成液体流的方法中，对使对象物悬浮的含分散微粒的液体(10)的特定表面区域(18)照射激光(14)，使液体的特定表面区域的温度比其周边的其他表面区域相对高，从而在液体的双方表面区域之间形成温度梯度。

Description

液体流的形成方法以及使用该液体流的对象物的移动方法
技术领域
本发明涉及一种使用激光来形成液体的流动(即，液体流)的方法、以及使用形成的液体流使对象物移动的方法。
背景技术
作为使用激光对微粒进行操作的单元，已知光学镊子。光学镊子为周知的技术，利用伴随着激光的焦点附近的折射出现的引力作用而将物体捕获于焦点附近。例如，在“带来了革新的光技术的‘光学镊子’和‘高强度超短脉冲激光’”《化学》Vol.73No.12的(2018年12月发行)、以及低温物质科学研究中心杂志第七号(2005年11月发行)中进行了说明(参照下述非专利文献1和2)。
在微粒的尺寸大于光的波长的情况下，当向在液体中分散的微粒照射光时，发生米氏散射(Mie scattering)。此时，当利用透镜对光进行聚光来照射时，在光入射至微粒而射出时力发挥作用，此外，由于微粒表面的光的折射、反射而，力作用于微粒。如此力作用于微粒，其结果是，微粒被拉至聚光点附近。
此外，在微粒的尺寸充分小于光的波长的情况下，当对在液体中分散的微粒照射光时，发生瑞利散射。此时，通过作为电磁波的光而在微粒中产生感应偶极子(induceddipole)，通过该感应偶极子与电磁场的相互作用，向聚光点方向引起引力。其结果是，能将微粒拉至聚光点附近。
在任意情况下，均能将微粒拉至聚光点附近，即能保持。若利用此现象，能保持微粒，此外，例如通过改变聚光点的位置，能使微粒移动。如此使用光的操作不仅能不与作为对象物的微粒接触，此外，还能用作非侵入地处理微粒的镊子。这样的光学镊子例如可以用于蛋白质、DNA等微小物体的操作、移动等。这样的光学镊子能在光的聚光点附近在分散介质中捕捉微粒。因此，通过使聚光点移动，能使几十μm以下的尺寸的微小物体(通常0.1μm～50μm)移动。然而，期望使更大的物体，具体而言使毫米级的物体移动。此外，利用光学镊子的物体的捕捉、移动，需要使用高倍率的凸透镜，在该情况下通常需要将透镜至物体的距离设为1mm以下，这大幅限制操作的自由度。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：增原宏/中岛信昭“带来了革新的光技术的‘光学镊子’和‘高强度超短脉冲激光’”《化学》Vol.73No.12(2018年12月发行)
非专利文献2：西山雅洋，岡本宪二“光学镊子”《低温物质科学研究中心杂志》第七号(2005年11月发行)
发明内容
发明所要解决的问题
若使用光学镊子，则能非接触且非侵入地对作为对象物的各微粒进行操作，但若考虑其实用性，则期望能对更大的(例如大于几百μm的)对象物进行操作。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，发明人等反复进行了深入研究，结果发现，通过如下方式能解决上述问题，即，利用激光对高效地吸收激光的能量的、含分散了的微粒的液体的表面的特定的区域(以下，也称为液体的“特定表面区域”)进行照射，在特定表面区域分散的微粒吸收照射的激光而使特定表面区域相对于其周边的其他表面区域成为相对高温，从而在液体的表面区域中形成温度梯度，由此，形成表面张力梯度而在液体的表面区域中形成液体的流动(即，液体流)，此外，通过激光的照射方向和/或照射位置来对流动进行控制。
因此，在第一主旨中，本发明提供一种在液体的表面区域中形成液体流的方法，该方法的特征在于，对含分散微粒的液体的特定表面区域照射激光，使液体的特定表面区域的温度比其周边的其他表面区域相对高，从而在液体的双方表面区域之间形成温度梯度。如此，当在液体的表面形成温度梯度时，与其对应地形成了表面张力梯度，其结果是，液体从相对高温的特定表面区域向相对低温的周边的其他表面区域流动，即，形成了液体流。换言之，由形成温度梯度而产生的表面张力梯度成为动力源，来形成了液体流。需要说明的是，通常，表面张力具有温度依存性，温度越高，表面张力越小(因此，特定表面区域的表面张力相对变小)。需要说明的是，液体的“特定表面区域”为照射激光的区域，“周边”这一术语是指，与照射的“特定表面区域”邻接并存在于“特定表面区域”周围(因此，未照射激光)。
在本发明中，为了在液体的表面区域中形成如上所述的温度梯度，需要对特定表面区域进行加热使其相对高温。因此，以高效地吸收向特定表面区域照射的激光的能量的方式构成液体的表面区域。具体而言，使用高效地吸收激光的、含分散了的微粒的液体，优选使微粒实质上均匀分散于液体中。
需要说明的是，在本发明的流体流的形成方法中，在一个方案中，对于含微粒的液体，作为能容纳该液体的容器，只要是需要在容纳的液体的表面区域中形成液体流的、能制作液体的表面区域与气相邻接的状态，就可以在任意适当容器内保持。这样的容器例如可以为各种形态的容器、各种管、各种形态的流路或通道等。构成容器的材料优选激光能透射的材料，例如透明的玻璃、塑料等。在特别优选的方案中，容器为所谓透明的玻璃容器、微流路等。
在一个优选的方案中，容器为透明玻璃容器、透明塑料容器等，液体在其流路中以与气相邻接的状态被保持。在这样的容器中，与液体的表面区域邻接的气相相对于周边环境可以为开放状态(即，可以为打开)，或者也可以为封闭状态(即，也可以为关闭)。更具体而言，容器可以不具有作为盖而发挥功能的部分(即，盖部分)，或者也可以具有盖部分。盖部分在隔着该盖向特定表面区域照射激光的情况下，需要对于激光为透射性。
在另一优选的方案中，盖部分也可以以与液体邻接的气相实质上不存在的方式将液体实质上封入容器内。例如，这样的容器可以为各种微芯片，详而言可以为微芯片的微流路、微混合器(具有混合功能的微小部分)等规定微小空间部的各种容器的一部分。更具体而言，容器例如可以为生物芯片(例如用于免疫测定(immunoassay)的抗体检测芯片)、组织芯片(Organ on a Chip)、离体人体模型(BOC(Body on a Chip：芯片上的人体))等微芯片的微小空间部分(例如微流路部分、微混合器部分等)。
以下，将在如上所述的打开的玻璃容器中容纳有液体的情况为例子，对本发明进一步进行说明。在本说明书中，玻璃容器是指，流路具有例如矩形的剖面，流路的剖面的宽度和深度具有几毫米级的尺寸的玻璃制的容器，更具体而言，可举例示出宽度为8mm，深度为13mm的容器。流路的长度没有特别限定，例如可以为毫米级的长度，具体而言为30mm～200mm的长度，在另一方案中，例如可以为微米级的长度，具体而言为1μm～1000μm的长度。在该玻璃容器中，液体具有与气相(例如空气)的气液界面作为表面。需要说明的是，也可以为具有其他剖面形状的玻璃容器，该其他剖面形状具有与这样的玻璃容器同等的当量直径。当然，也可以为具有微米级的剖面尺寸的更细的流路。
在第二主旨中，本发明提供一种对象物的移动方法，其特征在于，在本发明的第一主旨的液体流的形成方法中，在使意图移动的对象物悬浮于液体的表面区域的状态下，将该对象物悬浮的表面区域、或位于其附近的表面区域作为“液体的特定表面区域”，利用激光照射而形成液体流，使悬浮的对象物搭载于所形成的液体的流动而使其移动。悬浮区域是指，包含悬浮的对象物的液体的表面区域，对象物可以浮于液体的表面区域上，和/或其至少一部分也可以存在于液体表面区域的内部，作为包含这些双方的情况的含义使用“悬浮”的用语。
发明效果
在本发明的液体流的形成方法中，使微粒分散于液体中，液体的特定表面区域所含的微粒吸收照射的激光的能量而对该区域的液体进行加热，由此在液体的表面区域形成温度梯度，因此，与其对应地形成表面张力梯度，由此在液体的表面区域形成流动。即，在本发明中，借助分散的粒子，对作为团(mass)(或块)的特定表面区域的液体进行加热，由此，从该区域向与其接近的区域形成作为团的液体流，即，使液体本身移动。
如此使作为团的液体移动意味着大的力作用于液体。因此，在本发明的对象物的移动方法中，当预先使对象物悬浮于液体的特定表面区域中、或其附近的(例如与其邻接的)液体的表面区域中时，能不直接接触对象物并使对象物、在一个方案中为较大的对象物(例如具有几百μm～几mm尺寸的对象物)搭载于形成的液体流而使其移动。
附图说明
图1示出相对于液体表面对液体的特定表面区域平行地照射激光的方案，图1的(a)示意性地示出从侧面观察包含含分散了的微粒的水作为液体的、由透明材料制成的透明容器的情形，图1的(b)示意性地示出从透明容器的上方观察透明容器的情形。
图2示出相对于液体表面对液体的特定表面区域倾斜地照射激光，使其在液体表面发生全反射的方案，图2的(a)示意性地示出从侧面观察包含含分散了的微粒的水作为液体的、由透明材料制成的透明容器的情形，图2的(b)示意性地示出从透明容器的上方观察透明容器的情形。
图3示出使悬浮于液体表面的对象物移动的方案，图3的(a)示意性地示出从侧面观察包含含分散了的微粒的水作为液体的、由透明材料制成的透明容器的情形，图3的(b)示意性地示出从透明容器的上方观察透明容器的情形。
图4是示出在实施例1中使用的含金纳米粒子的水的吸光系数与波长的测定结果的曲线图。
图5示意性地示出从侧面观察实施例3中的转变(switching)的情形的透明容器的情形。需要说明的是，图5的(a)示意性地示出使对象物向左移动的情况，图5的(b)示意性地示出使对象物向右移动的情况。
具体实施方式
以下，参照附图，以具体的方案为例子对本发明进一步详细地进行说明，但本发明不限定于这样的方案。
在本发明的液体流的形成方法中，在一个方案中，对液体的意图的特定表面区域直接照射激光。在另一方案中，隔着由透射激光的材料(吸收激光少的材料)形成的容器的壁材(因此，间接地)从容器的外部向容器之中的液体入射激光，通过激光对特定表面区域进行照射。该方案适合于例如将液体容纳于由这样的材料形成的透明容器等中，从透明容器的外部隔着通道的壁材向内部入射激光的情况。因此，通道的壁材具有透射激光的性质，即，相对于激光是透明的。
在本发明的方法中，含微粒的液体没有特别限定，可以为试图形成意图的液体流的任意适当的液体。在一个方案中，液体例如考虑稳定性、表面张力的大小等观点，可以为水或水溶液。此外，与液体的表面区域邻接的气相可以为任意适当的气体，在一个优选的方案中，气相可以为氮气、空气等。例如，将液体加入透明容器内，在空气与液体的边界面(气液界面)的液体侧存在表面区域。在另一方案中，代替气液界面，可以在表面张力变大的液液界面(例如水与油，通常的油与氟系油等的界面)中应用本发明的液体流的形成方法以及使用了该方法的对象物的移动方法。
液体所含的微粒吸收照射的激光的能量的至少一部分，优选吸收更大比例的能量。“高效地吸收”这一术语是指，含微粒的液体在照射的光的波长或其附近(优选在光的波长±40nm的范围内，更优选在光的波长±25nm的范围内，特别优选在光的波长±20nm的范围内，例如在光的波长±10nm的范围内微粒的)具有最大吸光系数(AbsorptionCoefficient，例如摩尔吸光系数)。这样的液体例如优选包含所谓纳米粒子，特别是金属纳米粒子(例如金纳米粒子、银纳米粒子等)等。这样的微粒均为市售，可以选择适当的微粒分散于意图的液体来使用。在另一方案中，可以将石墨粒子、碳纳米管用作微粒。
微粒的尺寸没有特别限定，可以使用长度基准的平均粒径优选为1nm～100nm，更优选为1nm～60nm，特别优选为5nm～50nm的微粒，例如为10nm～15nm的微粒。这样的平均粒径通常在基于本发明使用激光的情况下优选。例如在使用激光波长532nm的情况下特别优选。需要说明的是，在包含具有特异大尺寸的微粒(直径例如为5μm～50μm左右的大粒子)的情况下，不期待这样的粒子(不造成不良影响的粒子)作为本发明的微粒发挥功能，因此在计算平均粒径时，可以忽略这样的粒子的存在。
在本发明的流体流的形成方法中，作为分散于液体而使用的优选的微粒，作为具体的一个例子可列举出金纳米粒子。例如，在水中，可以使用利用柠檬酸还原氯金酸(HAuCl4)而得到的球状的金纳米粒子(金纳米粒子粒径约15nm)。在后述的实施例中使用的金纳米粒子是通过该方法得到的，平均粒径15nm，但确认到由于经时变化而金纳米粒子彼此凝聚，大的粒子中也包含粒径为30μm左右的粒子。在这样的金纳米粒子的情况下，吸收极大波长区域(即，吸光系数成为最大的波长)为522±20nm，高效地吸收波长532nm的激光的能量。
液体所含的微粒的量(即含量)没有特别限定，按含微粒的液体的质量基准计，通常为0.5×10－8质量％～10.0×10－8质量％，优选为0.7×10－8质量％～6.0×10－8质量％，使用的激光的波长与显示液体的大的吸光系数一致，优选与显示最大吸光系数的波长一致，或者优选以成为激光的波长附近的方式来选择微粒的含量。这些含量范围在使用通常市售的微粒，特别是使用金属纳米粒子的情况下也妥当。需要说明的是，若微粒的含量过大，则可能产生微粒凝聚而有时无法如规定那样吸收光能的问题，此外，若微粒的含量过小，则可能产生光能的吸收有时会不充分的问题。
激光没有特别限定，优选使用如下激光器：发出分散的微粒的液体会高效地吸收光能的波长的光。换言之，作为高效地吸收光能的、含分散微粒的液体，优选使用如下的液体：在使用的激光器所发出的光的波长、或其附近具有大的吸光系数，优选具有最大吸收系数。因此，吸光系数依赖于使用的微粒(因此，微粒的种类、尺寸以及含量)和使用的液体的种类，因此优选选择大的吸光系数与激光的波长的适当的组合。
需要说明的是，液体的最大吸光系数可以通过如下方式求出：制备意图使用的液体包含意图使用的种类和含量的微粒的分散液的样品，将该样品加入吸光系数测定装置的池(cell)中来测定吸光系数分布。基于其结果，应用发出显示最大吸光系数的波长或其附近的波长的光的激光。如此，在选择使用的液体以及微粒的种类和量时，能确定优选使用的激光的波长。具体而言，在使用的激光的波长(例如500nm～560nm)中，含微粒的液体优选显示1×108M－1cm－1以上的吸光系数。更优选显示9.5×108M－1cm－1～14×108M－1cm－1的吸光系数，例如显示12×108M－1cm－1～14×108M－1cm－1的吸光系数。
例如，在使用发出绿色的光(波长：532nm)的激光器的情况下，可以是，使在522nm处显示最大吸光系数的金纳米粒子(可以根据吸光系数成为峰的波长来计算出平均粒径：15nm左右)以2.2×10－8质量％的含量分散于水而制成溶液，将该溶液用作液体。包含该金纳米粒子的水在522nm处具有例如13.8×108M－1cm－1的吸光系数(参照图4所示的吸光系数分布)。
激光器的输出可以考虑使用的液体以及使用的微粒的种类和其含量等来适当选择，例如，可以使用输出范围为400mW～1000mW，光束直径3mm的激光器。
“表面区域”这一术语是指，含微粒的液体的气液界面的液体侧的区域，实际受到通过激光的照射而产生的表面张力的梯度的影响的区域。根据使用的液体、微粒、激光等条件而表面区域受到影响，但通常是指存在于距气液界面优选1500μm的深度的区域，更优选1000μm的深度的区域的液体区域。
在一个优选的方案中，在液体表面正下方(作为具体的位置，距液体表面例如3mm以内的深度的部位)，以光轴相对于液体表面平行的方式，在透明容器的端面对通道的壁材照射激光。在该情况下，激光穿过容器的端面的壁材而透射液体表面正下方，与端面接近的液体的特定表面区域成为最高温，其区域的表面张力变得最低。其结果是，朝向远离端面的方向在液体的表面区域中产生流动而液体移动。
在特别优选的方案中，以光束直径区域的上侧的边缘到达比液体表面深毫米级(例如1mm～1.5mm)位置的方式照射，使激光的光束直径区域(光束直径约3mm)的上侧的边缘不直接照到液体表面。
参照示出该方案的图1。图1的(a)示意性地示出从侧面观察包含含分散了的微粒的水作为液体10的、由透明材料制成的容器12的情形，图1的(b)示意性地示出从透明容器12的上方观察透明容器12的情形。透明容器12例如为具有矩形剖面的细长的开放通道(open channel)的形态，在一端具有端面16。在透明容器12中，含分散状态的微粒的水与空气邻接，气液界面22的液体侧相当于液体的表面区域。激光14在端面16中在气液界面的正下方，例如在液体表面的下方(例如距液体表面3mm的部位)，如图所示，以光轴成为相对于液体表面平行的方式，从端面16隔着其壁材入射至液体内。
当如此使激光入射时，就与端面16邻接的表面区域18(相当于特定表面区域)而言，存在于此的微粒高效地吸收光能而被局部加热，在加热区域18与(相对低温的)其周边的非加热区域之间形成了温度梯度，其结果是，与其对应地产生表面张力梯度而在表面区域形成向右的液体流(参照箭头20)。如图所示气液界面的形状为细长的矩形，因此由图1的(b)可知，在液体的表面区域中温度相对低的区域存在于加热区域18的实质上右侧，因此在液体的表面区域中形成的液体流实质上向右(向箭头20的方向)流动。
在其他优选的方案中，以光穿过液体中倾斜地向气液界面前进的方式，即，以光轴相对于液体表面成为倾斜的方式(即，以交叉的方式)使激光入射透明容器的端面的壁材。在该情况下，以气液界面的光的入射角(即，光轴与气液界面的垂线所成的角度)成为临界角以上的方式照射激光。如此，穿过液体中的光在气液界面发生全反射，照射的光能在反射点不向液体的外部，即，不向气相中射出而反射，在液体中前进而有助于局部加热液体的反射点附近的表面区域(相当于特定表面区域)。即，这样的反射点附近的液体的特定表面区域的温度相对于其周围的表面区域成为相对高温。其结果是，在液体的表面区域中形成从反射点朝向其周围的液体流。
参照示出该方案的图2。与图1同样地，图2的(a)示意性地示出从侧面观察包含含微粒的液体10的透明容器12的情形，图2的(b)示意性地表示从透明容器的上方观察透明容器的情形。激光14在液体的气液界面22的正下方，例如在界面的下方的部位(距液体表面约2mm的部位)隔着透明容器的端面16的壁材入射至液体内，然后，向反射点24前进。该光的入射角θ优选为临界角(液体为水且气体为空气的情况下，为48.6°)以上，更优选为80°以上，例如为约84°。
在该情况下，在反射点24入射的光全部反射，由于经反射的光而存在于反射点24附近的表面区域26(相当于特定表面区域)的微粒吸收反射的光能而被局部加热。即，表面区域26能吸收入射的光和反射的光双方的能量。在加热区域26与(相对低温的)其周边的非加热区域之间形成了温度梯度，其结果是，产生表面张力梯度而形成向左的液体流(参照箭头28)和向右的液体流(参照箭头30)。
在图示的方案中，气液界面的形状与图1的情况同样地为细长的矩形，因此由图2的(b)可知在液体的表面区域中温度相对低的区域存在于加热区域26的实质上两侧(在图示的方案为左侧和右侧)，因此形成的液体流从加热区域向两侧如箭头28和箭头30那样流动。需要说明的是，实际上，激光穿过壁材时发生了折射，但为了简单，省略该折射来进行了图示。
如参照图1和图2已经说明的那样，激光可以隔着包含液体的容器的壁材入射，对液体的特定表面区域进行间接照射。在另一方案中，将液体容纳于开放通道形态的容器，从该液体的上方朝向特定表面区域直接照射激光。在图1的(a)的图2的(a)中分别以虚线箭头32和34示出这样的直接照射。需要说明的是，直接照射可以如图所示以激光的光轴与气液界面成的角度(即入射角)成为90°的方式实施，更优选如图所示以小于90°的角度倾斜入射，由此能增加液体表面的照射截面积，高效地加热表面附近。
如上所述，实施本发明的流体流的形成方法只要能对含微粒的液体与邻接于该液体的气相的边界面的液体侧，即，对液体的特定表面区域局部照射激光而局部地加热其特定表面区域即可。局部地照射是指，仅对液体的特定表面区域进行照射，例如通过在特定表面区域中对激光进行聚光，而将该区域加热。这样的液体流的形成方法在使液体流动这一含义中，能用作使液体移动的泵。
在本发明的液体流的形成方法中，通过将参照图1说明的方法与参照图2说明的方法组合，能使液体流的朝向进行转变。具体而言，如图1所示，以光轴与气液界面成为平行的方式使激光从容器的端面入射，对与端面邻接的特定表面区域进行加热而形成向右的液体流(箭头20)，然后，如图2所示，以激光在气液界面发生全反射的方式从容器的端面16倾斜照射激光，对反射点24附近的特定表面区域进行加热而形成向左的液体流(箭头28)。因此，通过改变从透明容器的相同端面16照射的激光的入射的角度，能形成向右的液体流和向左的液体流，即，能切换液体流的流动方向，即，能进行转变。
需要说明的是，液体流转变时，为了形成向右的液体流，也可以使用利用激光32进行的直接照射；以及利用激光34进行的直接照射。当然，也可以将间接照射与直接照射组合。
在一个方案中，最初如图3的(a)所示，以相对于气液界面40成为平行的光轴的方式使激光42从透明容器的端面16入射，以光束区域的上侧的边缘到达比与端面邻接的特定表面区域44的表面深毫米级的位置的方式照射，以激光光束区域的上侧的边缘不直接照到液体表面的方式照射。由此，特定表面区域44所含的微粒吸收光能而成为相对高温，其表面张力相对变小，其结果是，形成向右的液体流(箭头46)。当使对象物48在特定表面区域44或在其附近(例如与其邻接地)悬浮时，对象物48搭载于形成的液体流来向右方向移动，例如当停止激光照射，或在全反射条件下进行短时间照射时，在对象物48’所示的位置停止。
因此，本发明也提供搭载于通过本发明的液体流的形成方法形成的液体流由此使对象物移动的方法。即，本发明的使对象物移动的方法的特征在于，在本发明的主旨的液体流的形成方法中，在使意图移动的对象物悬浮于液体的表面区域的状态下，将这样的悬浮区域、或将位于其附近的(例如与其邻接的)液体的表面区域作为“液体的特定表面区域”，利用激光照射而形成液体流，使悬浮的对象物搭载于所形成的液体的流动而使其移动。需要说明的是，“悬浮区域”这一术语是指对象物所存在的液体的表面区域，对其区域或其附近的液体的表面区域(例如与其邻接或远离的区域)照射激光。在该情况下，悬浮区域或其附近的液体的表面区域对应于液体的特定表面区域。
这样的本发明的使对象物移动的方法可以用于在微芯片的微小空间部分(例如微流路)包含含微粒的液体的情况下，通过对微小空间部分的规定部分(相当于液体的特定表面区域)照射激光而形成液体流，使规定对象物搭载于该液体流而使其移动。例如，可以将本发明的移动方法用作如下微芯片的操作方法：通过对容纳于微芯片的微小空间部分的含规定对象物(例如抗原)的液体的特定表面区域照射激光，使对象物搭载于形成的液体流而使其移动。而且，通过如此使其移动，能使抗原与嵌入芯片的抗体结合，因此能将本发明的移动方法用于使用微芯片的分析方法。
在本发明的移动方法中，由于搭载于形成的液体流，因此可以使对象物搭载于液体流的起点(照射激光的液体的特定表面区域)，或者也可以使其搭载于液体流的途中(通过激光的照射而形成的特定表面区域的液体流移动，由此结果上(连环地)产生的其他液体流)。在前者的情况下，对象物的悬浮区域与特定表面区域一致。在后者的情况下，对象物的悬浮区域位于液体的特定表面区域的附近(包括邻接状态)，在该情况下，悬浮于液体的表面区域的对象物从液体的特定表面区域远离想要移动的方向，位于其附近区域。为了搭载于流动，需要避免从特定表面区域过度远离。
接着，对象物48’正右侧成为反射点50，并且以在其反射点发生全反射的方式，以入射角θ从比端面16的激光42的入射位置靠下方的位置对特定表面区域52照射激光56。其结果是，特定表面区域52所含的微粒吸收光能而成为相对高温，其表面张力相对变小，结果是，形成向左的液体流(箭头54)。其结果是，在反射点50的左侧、在特定表面区域52悬浮的对象物48’向左方向移动。
在图3中，示出对象物48与特定表面区域44和52邻接并浮于该表面区域上的状态，也可以在特定表面区域中悬浮。对象物可以为特定表面区域所含的任意适当的对象物。例如，对象物可以为在特定表面区域内、和/或与其邻接地包含的分散物、粒状物、溶解物等(例如生物芯片所含的药剂、细胞、抗体等)。对象物可以仅存在于液体表面的特定表面区域和/或其附近，但在其他方案中，也可以存在于全部液体中。在对象物仅悬浮于特定表面区域中的情况下，相当于前者的方案。需要说明的是，“悬浮”这一术语是指，浮于特定表面区域的液面上的情况、和/或存在于表面区域内的情况。
在本发明的液体流的形成方法中，由于形成液体本身的流动，因此能使较大的对象物移动。具体而言，浮于液体表面的对象物可以具有微米级～毫米级的尺寸，例如可以使2mm×2mm(厚度1μm～1mm)的尺寸的塑料片移动。
在一个方案中，在生命科学领域中对细胞等进行各种处理时，可以将细胞等作为本发明的方法中的对象物来操作，可以使含细胞等的本发明的液体在微流路中移动，在其移动的期间对细胞等实施需要的处理。例如使用微芯片进行分析时，为了使试样与特定的试剂反应，可以在微流路中使试样移动至规定的场所并在此进行处理的情况下，使用本发明的对象物的移动方法。
在另一方案中，可以将本发明的液体流的形成方法用于包含具有各种尺寸的物质的混合物的筛分。具体而言，如图1所示，向包含液体的透明容器12的端面16附近加入想要筛分的混合物，将其端部的表面区域作为“液体的特定表面区域”18来照射激光14，形成如箭头20那样从端部向另一方的液体的流动。
以流动穿过多个网孔的方式预先配置多个网孔，对于该多个网孔，以使在透明容器中的流动(箭头20)的途中网眼阶段性地变小。物质根据该尺寸而确定了能穿过的网孔的网眼，因此混合物能根据网孔的网眼按每个尺寸进行筛分。
实施例1
在长方体的玻璃的透明容器12(8mm(宽度)×100mm(长度)×18mm(深度)，端面的尺寸：8mm×13mm)中包含金纳米粒子作为微粒，加入作为液体10的水。需要说明的是，容器为没有盖部分的打开的容器，水深为13mm。需要说明的是，透明容器由厚度2mm的玻璃片构成。
水含有2.2×10－8质量％的金纳米粒子(长度基准平均粒径：15nm)。使用UV－vis装置，对该金纳米粒子的吸光系数进行了测定，其结果是，得到了图4所示的结果。吸光系数在波长522nm处显示了最大值(13.8×108M－1cm－1)。需要说明的是，吸光系数的测定使用UH5300(HITACHI制)实施。
如图1所示，在室温(25℃)下，以光轴与液体表面实质上成为平行的方式使激光14从容器的端面16入射。入射位置设为液体表面的下方约3mm。需要说明的是，作为激光器光源，使用了(OXIDE制，产品名：CW三波长激光器，输出：730mW)。使用了三波长中的绿色激光(波长：532nm)。
其结果是，如图1所示，与照射几乎同时，如箭头20所示产生了液体流。该液体流的流速最大为约0.63mm/秒。此外，利用热感摄像机(thermocamera)对液体的表面温度进行了测定，其结果是，与端面16邻接的特定表面区域的温度为32℃，比其周边温度(例如距端面16向右侧远离约30mm的部位)高约5℃。
实施例2
与实施例1同样地，向容器中加入含金纳米粒子的水。接着，如图2所示，使激光14从容器的端面16朝斜上入射而在入射点24在液体表面发生全反射。激光的入射角θ为84°。
其结果是，如图2所示，与照射几乎同时，如箭头28所示从反射点24向左方向产生了液体流，此外，如箭头30所示从反射点24向右方向产生了液体流。就该液体流的流速而言，左方向最大为约0.7mm/秒，右方向最大为约0.3mm/秒。此外，利用热感摄像机对液体的表面温度进行了测定，其结果是，在反射点附近为32℃，距反射点24向右侧和左侧远离约30mm的表面区域为27℃，与两端面邻接的表面区域的温度为25℃。
实施例3
与图1同样地、与实施例1同样地，向容器中加入含金纳米粒子的水。如图5的(a)所示，在图示的对象物60的位置使作为对象物的市售的塑料片(2mm×2mm，厚度0.25mm)浮于液体表面。
与实施例2同样地设为使激光61倾斜地从端面16倾斜入射，以使在塑料片60的正右侧的反射点62发生全反射。需要说明的是，入射角θ为84°。其结果是，反射点62附近的区域的温度上升，其周围的表面张力变得更小，因此如箭头64所示，产生向左的液体流而塑料片60向左移动。塑料片60在20秒内移动的距离为约7mm。
接着，如图5的(b)所示，与实施例2同样地设为使激光66倾斜地从端面16倾斜入射，以使在塑料片60的正左侧的反射点68发生全反射。需要说明的是，入射角θ为84°。其结果是，反射点68附近的区域的温度上升，其周围的表面张力变得更小，因此如箭头70所示，产生向右的液体流而塑料片60向右移动。塑料片60在20秒内移动的距离为约5.5mm。
该结果意味着能改变液体流的流动方向，即，能进行转变。当利用刺方法时，能通过激光形成所期望的流动方向的液体流而使对象物移动。
产业上的可利用性
如上述的说明可明确，在本发明的液体流的形成方法中，通过对透明容器所含的液体的特定表面区域照射激光，能形成液体流。而且，如此形成液体流是指，在透明容器中能使液体如规定那样移动。当利用此方法时，使透明容器所含的液体移动来实施需要的处理，处理后再次照射激光形成液体流，由此能如需要那样非接触地移动。例如，在生命科学领域中为了适当处理微量的样品，需要使样品移动。若将样品搭载于通过本发明的液体流的形成方法形成的液体流，则能容易地使样品移动。
附图标记说明
10：含微粒的液体；12：容器；14：激光；16：容器的端面；18：特定表面区域；20：液体的流动方向；22：气液界面；24：反射点；26：特定表面区域；28：液体的流动方向；30：液体的流动方向；32、34：直接照射激光；40：气液界面(或液体表面)；42：激光；44：特定表面区域；46：液体的流动方向；48、48’：对象物；50：反射点；52：特定表面区域；54：液体的流动方向；56：激光；60：对象物；61：激光；62：反射点；64：液体的流动方向；66：激光；68：反射点；70：液体的流动方向。

Claims (14)

1.一种液体流的形成方法，其特征在于，是在液体的表面区域中形成液体流的方法，
对含分散微粒的液体的特定表面区域照射激光，使液体的特定表面区域的温度比其周边的其他表面区域相对高，从而在液体的双方表面区域之间形成温度梯度。
2.根据权利要求1所述的液体流的形成方法，其特征在于，
对含分散微粒的液体的特定表面区域直接照射激光。
3.根据权利要求1所述的液体流的形成方法，其特征在于，
隔着加入有含分散微粒的液体的容器的壁材，对液体的特定表面区域间接照射激光。
4.根据权利要求3所述的液体流的形成方法，其特征在于，
以激光在液体的特定表面区域的气液界面发生全反射的方式照射激光。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，
微粒为金纳米粒子。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，
微粒的长度基准的平均粒径为1nm～100nm。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，
含分散微粒的液体在使用的激光的波长±40nm的范围内具有最大吸光系数。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，
液体以0.5×10－8质量％～10.0×10－8质量％的含量包含微粒。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，
含微粒的液体具有9.5×108M－1cm－1～14×108M－1cm－1的吸光系数。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，
含微粒的液体包含于作为容器的微芯片中。
11.根据权利要求10所述的液体流的形成方法，其特征在于，
微芯片为生物芯片、组织芯片或离体人体模型。
12.一种移动方法，其特征在于，是对象物的移动方法，在权利要求1～11中任一项所述的液体流的形成方法中，在使意图移动的对象物悬浮于液体的表面区域的状态下，将其对象物悬浮的表面区域、或位于其附近的表面区域作为“液体的特定表面区域”，利用激光照射而形成液体流，使悬浮的对象物搭载于所形成的液体的流动而使其移动。
13.根据权利要求12所述的移动方法，其特征在于，
对象物浮于液体的表面上。
14.根据权利要求13所述的移动方法，其特征在于，
对象物存在于液体的表面区域的内部。
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