JP2001071300A - Manipulating device and manipulating method for minute object - Google Patents

Manipulating device and manipulating method for minute object

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JP2001071300A
JP2001071300A JP25114399A JP25114399A JP2001071300A JP 2001071300 A JP2001071300 A JP 2001071300A JP 25114399 A JP25114399 A JP 25114399A JP 25114399 A JP25114399 A JP 25114399A JP 2001071300 A JP2001071300 A JP 2001071300A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulating device and a manipulating method for minute object allowing effective operations with optical tweezers such as picking up and moving a minute object. SOLUTION: This manipulating method for minute object picks up a minute object 3 included in liquid 2 in a container 1 using a optical pressure of light condensed by a lens 12. A target minute object 3a is found among many minute objects 3 densely existing on a bottom surface of the container 1. While the minute object 3a is placed outside (at the front of) a pick-up range T formed by condensing light, laser is irradiated to float the minute object 3a from the bottom. The target minute object 3a is placed in the pick-up range T to pick up the minute object 3a. Thus, the minute object 3a can be picked up efficiently with high workability. Since a minute object is manipulated using light outside the pick-up range of optical tweezers, degree of freedom of workability for the optical tweezers for the minute object increases.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、微生物や動植物細
胞などの微細物体の捕捉や移動の操作を行う微細物体の
操作装置および操作方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for operating a microscopic object which performs operations of capturing and moving a microscopic object such as a microorganism, animal and plant cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】生化学分野等における各種試験や分析で
は、試料中に存在する微生物や動植物細胞などの微細物
体の中から特定の微細物体を識別して捕捉し、採取する
操作が行われる。近年微細物体の捕捉に光ピンセットが
用いられるようになっている。この光ピンセットは集光
された光の光圧力によって微細物体を捕捉可能な光学的
トラップを形成するものであり、試料溶液中などに存在
する微細物体をこの光学的トラップ内に捕捉するもので
ある。この捕捉方法によれば、非接触・非破壊で微細物
体を捕捉することができ、光を走査させることにより捕
捉した微細物体を試料中の任意の位置に移動させること
ができるなど、多くの長所を有している。
2. Description of the Related Art In various tests and analyzes in the field of biochemistry and the like, operations of identifying, capturing, and collecting a specific minute object from minute objects such as microorganisms and animal and plant cells existing in a sample are performed. In recent years, optical tweezers have been used for capturing minute objects. The optical tweezers form an optical trap capable of capturing a fine object by the optical pressure of the collected light, and capture a fine object present in a sample solution or the like in the optical trap. . According to this capturing method, a fine object can be captured in a non-contact / non-destructive manner, and the captured fine object can be moved to an arbitrary position in a sample by scanning with light. have.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで試料溶液中の
微細物体の中には、容器の底に密集した状態で存在する
場合があるが、その密集の中から目的とする微細物体の
みを捕捉することは難しく、作業に時間を費やしてい
た。
Some of the fine objects in the sample solution exist in a dense state at the bottom of the container, but only the target fine object is captured from the dense area. It was difficult and time was spent working.

【0004】そこで本発明は、目的の微細物体を効率よ
く捕捉できる微細物体の操作装置および操作方法を提供
することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a device and a method for operating a fine object which can efficiently capture the target fine object.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の微細物体
の操作装置は、微細物体を含む液体を収納した容器を保
持する容器保持部と、光を発光する光源と、この光源か
らの光を集光することにより光圧力によって微細物体の
捕捉が可能な捕捉範囲を形成するレンズと、この捕捉範
囲を前記容器に対して相対的に移動させる移動手段と、
この移動手段を制御することにより前記微細物体を前記
捕捉範囲内に位置決めする動作と前記微細物体をこの捕
捉範囲外に位置させる動作とを選択的に行わせる制御手
段とを備えた。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for operating a fine object, comprising: a container holding portion for holding a container containing a liquid containing the fine object; a light source for emitting light; A lens that forms a capture range in which a fine object can be captured by light pressure by condensing light, a moving unit that relatively moves the capture range with respect to the container,
Control means is provided for selectively performing an operation of positioning the fine object within the capture range by controlling the moving means and an operation of positioning the fine object outside the capture range.

【0006】請求項2記載の微細物体の操作装置は、請
求項1記載の微細物体の操作装置であって、前記捕捉範
囲外に位置した微細物体に光を照射することにより、こ
の微細物体を光の照射方向へ移動させる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a device for operating a fine object according to the first aspect of the present invention, wherein the fine object located outside the capture range is irradiated with light so that the fine object is operated. Move in the light irradiation direction.

【0007】請求項3記載の微細物体の操作方法は、レ
ンズで集光された光の光圧力を利用して微細物体を操作
する微細物体の操作方法であって、前記微細物体を捕捉
する場合には、光を集光することにより形成される捕捉
範囲内に微細物体を位置させた状態で光を照射し、前記
微細物体を光の照射方向へ移動させる場合には、前記捕
捉範囲外に微細物体を位置させた状態で光を照射するよ
うにした。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for operating a fine object using the light pressure of light condensed by a lens, wherein the fine object is captured. In the case of irradiating light in a state where the fine object is located in the capture range formed by condensing the light, when moving the fine object in the light irradiation direction, outside the capture range Light was emitted while the minute object was positioned.

【0008】本発明によれば、密集状態にある微細物体
を作業性よく効率よく捕捉することができる。また光ピ
ンセットの捕捉範囲から外れた光を用いて微細物体の操
作を行うので、光ピンセットによる微細物体の作業自由
度を高めることができる。
According to the present invention, fine objects in a dense state can be efficiently captured with good workability. In addition, since the operation of the fine object is performed using the light that is out of the capturing range of the optical tweezers, the degree of freedom in working the fine object with the optical tweezers can be increased.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は本発明の
実施の形態1の微細物体の操作装置の断面図、図2は同
微細物体の操作装置の部分断面図、図3は同微細物体の
操作装置による捕捉範囲の説明図、図4は同微細物体捕
捉処理のフロー図、図5、図6は同微細物体捕捉処理の
工程説明図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a cross-sectional view of a device for operating a fine object according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the device for operating a fine object, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of a capturing range of the fine object by the operation device, FIG. 4 is a flowchart of the fine object capturing process, and FIGS. 5 and 6 are process explanatory diagrams of the fine object capturing process.

【0010】まず図1を参照して微細物体の操作装置の
構造を説明する。図1において、透明な容器1中には試
料である液体2が収納されており、液体2中には微生物
や動植物細胞などの微細物体3が多数浮遊状態で存在し
ている。これらの微細物体3は、捕捉や移動などの操作
対象となるものである。容器1は保持テーブル4上に載
置され保持されており、保持テーブル4は容器保持部と
なっている。
First, the structure of a device for operating a fine object will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a liquid 2 which is a sample is stored in a transparent container 1, and a large number of microscopic objects 3 such as microorganisms and animal and plant cells are present in the liquid 2 in a floating state. These fine objects 3 are objects to be operated such as capturing and moving. The container 1 is placed and held on a holding table 4, and the holding table 4 serves as a container holding unit.

【0011】保持テーブル4は移動ステージ5に装着さ
れている。移動ステージ5はXステージ5x、Yステー
ジ5yおよびZステージ5zにより構成されており、X
YZドライバ6によって駆動される。移動ステージ5を
駆動することにより、容器1中の液体2はX方向、Y方
向およびZ方向に移動する。なお、ここで用いられるX
YZ座標は、以下に説明する光学系に固定されており、
容器1はこの座標系に対して相対的に移動する。すなわ
ち、容器1の底面のZ座標ZsはZステージ5zの移動
によって変化し、光学系の光軸の容器1内におけるX方
向、Y方向の位置は、Xステージ5x、Yステージ5y
の移動によって変化する。
The holding table 4 is mounted on a moving stage 5. The moving stage 5 includes an X stage 5x, a Y stage 5y, and a Z stage 5z.
Driven by the YZ driver 6. By driving the moving stage 5, the liquid 2 in the container 1 moves in the X, Y, and Z directions. In addition, X used here
The YZ coordinates are fixed to the optical system described below,
The container 1 moves relatively to this coordinate system. That is, the Z coordinate Zs of the bottom surface of the container 1 changes with the movement of the Z stage 5z, and the position of the optical axis of the optical system in the X direction and the Y direction in the container 1 is determined by the X stage 5x and the Y stage 5y.
It changes with the movement.

【0012】保持テーブル4の下方には、レーザトラッ
プ部10が配設されている。レーザトラップ部10の光
学ケース11の上部には対物レンズ12(各請求項記載
のレンズに該当する)が装着されており、対物レンズ1
2の下方にはハーフミラー13が斜め方向に配設されて
いる。光学ケース11の側部にはレンズ14、15より
成るレーザ光学系が設けられており、レンズ15には光
源であるレーザ照射部16から照射されたレーザ光が入
射する。このレーザ光はレーザ光学系を介してハーフミ
ラー13に水平方向から入射し、上方に反射されて対物
レンズ12に入射する。
Below the holding table 4, a laser trap unit 10 is provided. An objective lens 12 (corresponding to a lens described in each claim) is mounted on an upper part of an optical case 11 of the laser trap unit 10.
Below the mirror 2, a half mirror 13 is disposed in an oblique direction. A laser optical system including lenses 14 and 15 is provided on a side portion of the optical case 11, and a laser beam emitted from a laser irradiation unit 16 as a light source is incident on the lens 15. This laser light enters the half mirror 13 from the horizontal direction via the laser optical system, is reflected upward, and enters the objective lens 12.

【0013】保持テーブル4に設けられた開口部4aを
対物レンズ12に対して位置合わせした状態で、レーザ
照射部16からレーザ光を照射することにより、対物レ
ンズ12に入射したレーザ光は透明な容器1の底面を透
して液体2内に入光する。そしてこのレーザ光は液体2
中で集光し、この集光したレーザ光によって光学的トラ
ップによる捕捉範囲(後述)が形成される。この捕捉範
囲では、微細物体3を光圧力によって非接触で捕捉する
ことができる。
When the laser beam is irradiated from the laser irradiation unit 16 in a state where the opening 4a provided in the holding table 4 is positioned with respect to the objective lens 12, the laser beam incident on the objective lens 12 is transparent. Light enters the liquid 2 through the bottom surface of the container 1. And this laser light is liquid 2
The light is condensed inside, and a trapped range (described later) by the optical trap is formed by the condensed laser light. In this capturing range, the fine object 3 can be captured in a non-contact manner by light pressure.

【0014】ハーフミラー13の下方には撮像レンズ1
7およびカメラ18が配設されている。カメラ18は、
対物レンズ12およびハーフミラー13を透して容器1
の液体2中の微細物体を撮像する。この撮像時のカメラ
18のピントは、前述の捕捉範囲付近に設定される。こ
の捕捉範囲は、光学系に固定のXYZ座標系上で固定さ
れており、捕捉範囲の代表点位置を示す捕捉位置(x
t,yt,zt)の周辺で所定の広がりを持つ領域であ
る。
An image pickup lens 1 is provided below the half mirror 13.
7 and a camera 18 are provided. The camera 18
Container 1 through objective lens 12 and half mirror 13
Of a fine object in the liquid 2 of FIG. The focus of the camera 18 at the time of this imaging is set near the above-described capture range. The capturing range is fixed on an XYZ coordinate system fixed to the optical system, and the capturing position (x
(t, yt, zt).

【0015】カメラ18には画像処理部19が接続され
ており、カメラ18によって得られた撮像データは画像
処理部19に送られる。そしてここで撮像データを画像
処理することにより、液体2中の微細物体3を識別し、
複数の微細物体の中から目的とする微細物体を特定する
探索処理を行う。この探索処理により、捕捉対象の微細
物体3の液体2中での位置が検出される。この位置検出
結果は制御部20に送られ、この位置検出結果に基づい
て制御部20によってXYZドライバ6を制御して移動
ステージ5を駆動することにより、容器1内の捕捉対象
の微細物体3を所定位置に位置決めすることができる。
また、移動ステージ5を駆動することにより、レーザト
ラップ部10によって液体2中に形成された捕捉範囲に
対して容器1を相対的に移動させることができる。すな
わち、移動ステージ5は捕捉範囲を容器1に対して相対
的に移動させる移動手段となっている。
An image processing section 19 is connected to the camera 18, and the image data obtained by the camera 18 is sent to the image processing section 19. Then, by performing image processing on the imaging data, the fine object 3 in the liquid 2 is identified,
A search process for specifying a target fine object from a plurality of fine objects is performed. By this search processing, the position of the minute object 3 to be captured in the liquid 2 is detected. The position detection result is sent to the control unit 20, and the control unit 20 controls the XYZ driver 6 based on the position detection result to drive the moving stage 5, so that the minute object 3 to be captured in the container 1 is moved. It can be positioned at a predetermined position.
In addition, by driving the moving stage 5, the container 1 can be relatively moved with respect to the capturing range formed in the liquid 2 by the laser trap unit 10. That is, the moving stage 5 is moving means for moving the capturing range relatively to the container 1.

【0016】そしてこの移動手段を制御部20によって
制御することにより、微細物体3を捕捉範囲内に位置決
めする動作と微細物体3を捕捉範囲外に位置させる動作
とを選択的に行わせることが可能となっている。すなわ
ち、制御部20は微細物体3を捕捉範囲内に位置決めす
る動作と微細物体3を捕捉範囲外に位置させる動作とを
選択的に行わせる制御手段となっている。
By controlling the moving means by the control unit 20, it is possible to selectively perform the operation of positioning the fine object 3 within the capture range and the operation of positioning the fine object 3 outside the capture range. It has become. That is, the control unit 20 is control means for selectively performing an operation of positioning the fine object 3 within the capture range and an operation of positioning the fine object 3 outside the capture range.

【0017】制御部20には入力部21および出力部2
2が接続されている。入力部21はキーボードやマウス
などの入力手段を備えており、操作コマンドや各種デー
タの入力を行う。表示部22は撮像された微細物体の画
像を画面表示すると共に、操作入力時の操作画面を表示
する。
The control unit 20 includes an input unit 21 and an output unit 2
2 are connected. The input unit 21 includes input means such as a keyboard and a mouse, and inputs operation commands and various data. The display unit 22 displays an image of the captured fine object on a screen and also displays an operation screen at the time of operation input.

【0018】次に図2、図3を参照してレーザトラップ
部10による容器1の液体2中での光学的トラップの捕
捉範囲形成について説明する。図2(a)に示すよう
に、対物レンズ12に下方から入射したレーザ光は、対
物レンズ12によって集光された状態で容器1の液体2
内に入射する。このレーザ光が液体2内の微細物体3に
照射されると、微細物体3には光圧力が作用する。この
光圧力によって一般には微細物体3を照射方向(レーザ
光が進む方向)に移動させる方向の力が作用する。
Next, referring to FIGS. 2 and 3, a description will be given of the formation of the capture range of the optical trap in the liquid 2 of the container 1 by the laser trap unit 10. FIG. As shown in FIG. 2A, the laser light incident on the objective lens 12 from below is collected in the liquid
Incident inside. When the laser light is applied to the fine object 3 in the liquid 2, light pressure acts on the fine object 3. In general, a force in the direction of moving the fine object 3 in the irradiation direction (the direction in which the laser beam travels) acts on the light pressure.

【0019】このとき、対物レンズ12として開口数N
Aの大きなレンズを用いてレーザ光を急激に集束させる
と、図2(b)に示すように、集光点Fの前方(対物レ
ンズ12から遠ざかる方向)の特定位置には、微細物体
3に作用する光圧力がつり合う領域、すなわちレーザ光
の照射方向の光圧力と、照射方向と反対方向で集光点F
に向かう光圧力とがつり合う領域が生じ、この領域内に
位置した微細物体3はレーザ光によりトラップされた状
態となる。そしてこのトラップ状態でレーザ光を液体2
内で走査させると、微細物体3はトラップ状態のまま移
動する。このレーザ光によるトラップが可能な領域は、
前述の捕捉位置(xt,yt,zt)の周辺で所定の広
がりを持っており、微細物体3の捕捉範囲Tとなってい
る。
At this time, the numerical aperture N
When the laser light is rapidly focused using a lens having a large A, as shown in FIG. 2B, the fine object 3 is located at a specific position in front of the focal point F (in a direction away from the objective lens 12). The region where the acting light pressures are balanced, that is, the light pressure in the irradiation direction of the laser beam, and the focal point F in the direction opposite to the irradiation direction
There is a region where the light pressure is balanced with the light, and the fine object 3 located in this region is trapped by the laser beam. Then, in this trap state, the laser light is
When scanning inside, the fine object 3 moves in the trap state. The area where this laser beam can be trapped is
It has a predetermined spread around the above-described capturing position (xt, yt, zt), and is the capturing range T of the fine object 3.

【0020】上述のように、捕捉範囲Tを形成するには
レーザ光の集束の度合いが大きいことが必要であり、図
2(c)に示すように開口数NAが小さいレンズ12’
を用いた場合には、レーザ光の集束の度合いが弱いため
捕捉範囲Tは形成されない。この場合には、レーザ光を
照射された微細物体には、常に照射方向に移動させる方
向の力が作用する。
As described above, the degree of convergence of the laser beam needs to be high to form the capture range T, and the lens 12 'having a small numerical aperture NA as shown in FIG. 2C.
Is used, the capture range T is not formed because the degree of convergence of the laser light is weak. In this case, a force is applied to the fine object irradiated with the laser beam in a direction to always move in the irradiation direction.

【0021】図3は、捕捉範囲Tが形成される場合にお
いて、微細物体3が捕捉範囲Tの近傍に位置している場
合の微細物体3の挙動を示すものである。図3(a)
は、微細物体3が捕捉範囲Tのさらに前方(対物レンズ
12から遠ざかる方向)に位置した状態を示している。
この状態でレーザ光を照射すると、微細物体3には照射
されたレーザ光の光圧力によって照射方向(捕捉範囲T
からさらに遠ざかる方向)へ微細物体を移動させる力が
作用する。この結果微細物体3は液体2中でレーザ光の
照射方向に移動する。このとき、容器1を対物レンズ1
2に対して相対的に接近させる動作を併用することによ
り、レーザ光の照射のみによる移動と比較して、さらに
効率よく微細物体3を液体2内で移動させることができ
る。
FIG. 3 shows the behavior of the microscopic object 3 when the microscopic object 3 is located in the vicinity of the microscopic object 3 when the microscopic object 3 is formed. FIG. 3 (a)
Indicates a state in which the fine object 3 is located further forward of the capture range T (in a direction away from the objective lens 12).
When the laser light is irradiated in this state, the fine object 3 is irradiated in the irradiation direction (capture range T
(In the direction further away from the object). As a result, the fine object 3 moves in the liquid 2 in the irradiation direction of the laser beam. At this time, the container 1 is
By using together the operation of relatively approaching the object 2, the fine object 3 can be moved in the liquid 2 more efficiently as compared with the movement by laser beam irradiation alone.

【0022】図3(b)は微細物体3を捕捉範囲Tの手
前側(捕捉範囲Tと対物レンズ12との間)に位置させ
た状態を示している。この状態でも微細物体3には照射
されるレーザ光の光圧力により照射方向に移動させる力
が作用するが、この場合には微細物体3の移動方向には
捕捉範囲Tが位置しているため、時間の経過とともに微
細物体3は捕捉範囲Tに接近しやがて捕捉範囲T内に移
動して捕捉される。すなわち、図3(b)に示す状態に
微細物体3を位置させれば、その後はレーザ光の照射を
継続するのみで、微細物体3は自動的に捕捉範囲Tまで
移動して捕捉される。
FIG. 3B shows a state in which the fine object 3 is located on the near side of the capturing range T (between the capturing range T and the objective lens 12). Even in this state, a force for moving in the irradiation direction is applied to the fine object 3 by the light pressure of the laser light to be irradiated. In this case, since the capturing range T is located in the moving direction of the fine object 3, As time passes, the fine object 3 approaches the capture range T and soon moves into the capture range T and is captured. That is, if the fine object 3 is positioned in the state shown in FIG. 3B, thereafter, only the irradiation of the laser beam is continued, and the fine object 3 automatically moves to the capture range T and is captured.

【0023】言い換えれば捕捉範囲T内に微細物体3を
正確に位置決めしなくても、図3(b)に示す捕捉範囲
Tと対物レンズ12との間の捕捉準備範囲R内に微細物
体3を位置させれば、後は微細物体3の捕捉は自動的に
行うことができる。捕捉準備範囲Rは捕捉範囲Tよりも
はるかに広いため、この自動捕捉を利用することによ
り、従来の光学的トラップによる捕捉時に求められた微
細物体3と捕捉範囲Tとの位置決め精度を大幅に緩和す
ることが可能となる。
In other words, even if the fine object 3 is not accurately positioned within the capture range T, the fine object 3 can be positioned within the capture preparation range R between the capture range T and the objective lens 12 shown in FIG. Once positioned, the capture of the microscopic object 3 can be performed automatically thereafter. Since the capture preparation range R is much wider than the capture range T, by utilizing this automatic capture, the positioning accuracy between the microscopic object 3 and the capture range T required when capturing by the conventional optical trap is greatly reduced. It is possible to do.

【0024】図3(c)はこの自動捕捉時の捕捉動作を
促進する方法を示すものであり、レーザ光の照射を継続
するとともに、捕捉範囲Tを微細物体3に対して相対的
に近づける方向に移動させるものである。これにより、
微細物体3のみを移動させる場合と比較して捕捉範囲T
に微細物体3が到達して捕捉されるのに要する時間を短
縮できる。
FIG. 3C shows a method of accelerating the capturing operation at the time of the automatic capturing, in which the irradiation of the laser beam is continued and the capturing range T is relatively approached to the fine object 3. Is to be moved. This allows
As compared with the case where only the fine object 3 is moved, the capture range T
The time required for the minute object 3 to reach and be captured can be reduced.

【0025】次にこの微細物体の操作装置による微細物
体捕捉処理を図5、図6を参照して図4のフローに沿っ
て説明する。ここでは、容器1の底面に密集した状態で
多数存在する微細物体3の中から捕捉の対象となる微細
物体3aを探索して捕捉する処理を示している。図5は
捕捉処理における表示部22の表示画面31の表示状態
と、そのときの容器1内の微細物体3と捕捉範囲との位
置関係を示したものである。図5においては、実線で示
すレーザ光Lのみが実際の照射状態を示しており、破線
で示すレーザ光Lは捕捉範囲Tを図示するための仮想線
である。
Next, the fine object capturing process by the fine object operating device will be described with reference to FIGS. 5 and 6 along the flow of FIG. Here, a process of searching for and capturing a fine object 3a to be captured from a large number of fine objects 3 that are densely arranged on the bottom surface of the container 1 is shown. FIG. 5 shows the display state of the display screen 31 of the display unit 22 in the capturing process and the positional relationship between the minute object 3 in the container 1 and the capturing range at that time. In FIG. 5, only the laser light L indicated by a solid line indicates the actual irradiation state, and the laser light L indicated by a broken line is a virtual line for illustrating the capture range T.

【0026】図5(b)に示すように、目的とする微細
物体3aの近傍に捕捉したくない微細物体が多数存在す
る場合があり、いきなり目的とする微細物体3aを捕捉
しようとしても捕捉したくない微細物体まで同時に捕捉
してしまう可能性が極めて高い。このような場合は、目
的の微細物体をその近傍の微細物体ごと容器1の底より
浮揚させ、微細物体の分布をまばらにした状態で目的の
微細物体3aのみを捕捉する。
As shown in FIG. 5 (b), there are cases where there are a number of minute objects that the user does not want to capture near the target minute object 3a. There is a very high possibility of capturing even fine objects that you do not want to use at the same time. In such a case, the target fine object is floated from the bottom of the container 1 together with the nearby fine object, and only the target fine object 3a is captured with the distribution of the fine object sparse.

【0027】まず最初に、レーザ照射がOFFの状態
で、目的となる微細物体3を探索する(ST1)。この
探索は、移動ステージ5を駆動して撮像位置を移動させ
ながらカメラ18によって撮像された微細物体3の画像
を画像処理部19で認識し、識別することによって行
う。図5(a)は探索の結果、容器1の底面上の多数の
微細物体3の中から目的となる微細物体3aの画像33
が表示画面31内で特定された状態を示している。表示
画面31の中央には捕捉範囲の代表点である捕捉位置
(xt,yt)を示すマーク32が表示されている。こ
の後、探索され特定された微細物体3aの位置座標(x
0,y0)を制御部20の記憶装置に記憶する(ST
2)。なお、画像処理を用いて目的となる微細物体3の
自動探索を行うかわりに、表示部22の表示画面上で作
業者が目視により目的となる微細物体3を識別してティ
ーチングして微細物体3aの位置座標を制御部20の記
憶装置に記憶させてもよい。
First, a search is made for a target fine object 3 with the laser irradiation turned off (ST1). This search is performed by driving the moving stage 5 to move the imaging position and recognizing and identifying the image of the fine object 3 captured by the camera 18 by the image processing unit 19. FIG. 5A shows an image 33 of the target fine object 3a from among the many fine objects 3 on the bottom surface of the container 1 as a result of the search.
Indicates a state specified in the display screen 31. In the center of the display screen 31, a mark 32 indicating a capture position (xt, yt), which is a representative point of the capture range, is displayed. Thereafter, the position coordinates (x
(0, y0) is stored in the storage device of the control unit 20 (ST
2). Instead of performing the automatic search for the target fine object 3 using the image processing, the worker visually identifies and teaches the target fine object 3 on the display screen of the display unit 22 to perform the fine object 3a. May be stored in the storage device of the control unit 20.

【0028】図5(a)は探索の結果、容器1の底面上
の多数の微細物体3の中から目的となる微細物体3aの
画像33が表示画面31内で特定された状態を示してい
る。表示画面31の中央には捕捉範囲の代表点である捕
捉位置(xt,yt)を示すマーク32が表示されてい
る。この後、探索され特定された微細物体3aの位置を
認識し、微細物体3aの位置座標(x0,y0,z0)
を制御部20の記憶装置に記憶する(ST2)。
FIG. 5A shows a state in which the image 33 of the target minute object 3a is specified on the display screen 31 from among the many minute objects 3 on the bottom surface of the container 1 as a result of the search. . In the center of the display screen 31, a mark 32 indicating a capture position (xt, yt), which is a representative point of the capture range, is displayed. Thereafter, the position of the searched and specified minute object 3a is recognized, and the position coordinates (x0, y0, z0) of the minute object 3a are recognized.
Is stored in the storage device of the control unit 20 (ST2).

【0029】次に図5(b)に示すように、微細物体3
aの位置座標(x0,y0,z0)が捕捉位置(xt,
yt,zt)からZ方向に遠ざかるよう移動ステージ5
を移動させる(ST3)。これにより、容器1内の底面
上の微細物体3は捕捉範囲Tの前方に位置する。次いで
レーザ照射部16による用レーザ照射をONにする(S
T4)。この結果、微細物体3にはレーザ光が照射さ
れ、図5(c)に示すように微細物体3はレーザ光の光
圧力により液体2内を上方に移動する。これにより、液
体2中における微細物体の分布がまばらとなり、目的と
する微細物体3aの近傍には微細物体が存在しないスペ
ースが生じる。
Next, as shown in FIG.
The position coordinate (x0, y0, z0) of a is the capture position (xt,
yt, zt) to move in the Z direction in the moving stage 5
Is moved (ST3). Thereby, the fine object 3 on the bottom surface in the container 1 is located in front of the capturing range T. Next, the laser irradiation by the laser irradiation unit 16 is turned ON (S
T4). As a result, the fine object 3 is irradiated with the laser light, and as shown in FIG. 5C, the fine object 3 moves upward in the liquid 2 by the light pressure of the laser light. As a result, the distribution of the fine objects in the liquid 2 becomes sparse, and a space where no fine objects exist is generated in the vicinity of the target fine object 3a.

【0030】この後所定時間が経過したならば、表示画
面31によって目的の微細物体3が液体2中に浮揚した
ことを確認する(ST5)。この確認は、微細物体3が
移動することによってカメラ18のピント位置から外
れ、表示画面31上で微細物体の像33がピンボケ状態
になることを観察することにより行われる。
After a predetermined time has elapsed, it is confirmed on the display screen 31 that the target fine object 3 has floated in the liquid 2 (ST5). This confirmation is performed by observing that the fine object 3 moves out of the focus position of the camera 18 due to the movement and the image 33 of the fine object is out of focus on the display screen 31.

【0031】この後、再びレーザ照射をOFFにし(S
T6)、ST1と同様に目的となる微細物体3aを探索
し(ST7)、微細物体3aの位置を認識してこの時点
での位置座標(x0,y0,z0)を検出する。そして
探索された微細物体3aが1個のみであることを確認し
た後、捕捉位置(xt,yt,zt)が微細物体3aの
位置座標(x0,y0,z0)と一致するよう、移動ス
テージ5を移動する(ST8)。そして図6(a)に示
すように、微細物体3aが捕捉範囲T内に位置決めされ
たならば、図6(b)に示すように、再びレーザ照射を
ONにして捕捉範囲T内に微細物体3を捕捉する(ST
9)。これにより、容器1の底面上に存在する多数の微
細物体の中から、目的とする微細物体3aのみが捕捉さ
れる。
Thereafter, the laser irradiation is turned off again (S
T6) Similar to ST1, the target fine object 3a is searched (ST7), the position of the fine object 3a is recognized, and the position coordinates (x0, y0, z0) at this time are detected. After confirming that only one fine object 3a has been searched, the moving stage 5 is moved so that the captured position (xt, yt, zt) matches the position coordinates (x0, y0, z0) of the fine object 3a. Is moved (ST8). Then, as shown in FIG. 6A, when the fine object 3a is positioned within the capture range T, the laser irradiation is turned on again to turn the fine object 3a into the capture range T as shown in FIG. 3 (ST
9). As a result, only the target fine object 3a is captured from the many fine objects existing on the bottom surface of the container 1.

【0032】上記微細物体の操作方法は、レンズで光を
集光させることにより形成される捕捉範囲Tの内と外
で、光圧力による微細物体に対する作用が異なるという
特性を利用して、単一の光ピンセット装置を用いて、微
細物体の捕捉を効率よく行うことを可能としたものであ
る。すなわち、容器の底に密集した状態で存在する微細
物体の中から目的の微細物体3を捕捉する場合には、容
器の底に位置している目的の微細物体3aにレーザ光を
下方から(容器の底から)照射して目的の微細物体3a
とその周囲の微細物体3を試料溶液中に浮揚させ、分布
がまばらになったところで目的の微細物体3aを捕捉す
る。
The method of operating a fine object described above utilizes a characteristic that the action of the light pressure on the fine object is different between inside and outside of a capturing range T formed by condensing light with a lens. By using the optical tweezers device described above, it is possible to efficiently capture a fine object. That is, when the target fine object 3 is to be captured from among the fine objects that are densely packed at the bottom of the container, the laser light is applied to the target fine object 3a located at the bottom of the container from below (container). From the bottom) and illuminate the target fine object 3a
Then, the microscopic object 3 surrounding the target is floated in the sample solution, and when the distribution becomes sparse, the target microscopic object 3a is captured.

【0033】このとき、微細物体3aを浮揚させる場合
に用いられるレーザ光としては、捕捉範囲の外側(対物
レンズから遠ざかる方向)の光を使用する。これによ
り、レーザ光が照射された微細物体は捕捉されることな
く光の進行方法(照射方向)へ移動する。さらには、従
来は捕捉のみに用いられていた光ピンセットの利用範囲
を拡張して光ピンセット装置の有効活用が図れるととも
に、光の光圧による移動は従来の捕捉状態で移動させる
場合と比較して移動速度を大きく設定することが可能な
ため、操作効率を向上させるという効果をも併せて得る
ことができる。
At this time, as the laser light used to levitate the fine object 3a, light outside the capture range (in a direction away from the objective lens) is used. Thereby, the fine object irradiated with the laser light moves in the light traveling method (irradiation direction) without being captured. Furthermore, the range of use of optical tweezers, which was conventionally used only for capturing, can be extended to effectively utilize the optical tweezers device, and the movement by light pressure of light is compared with the case of moving in the conventional capturing state. Since the moving speed can be set high, the effect of improving the operation efficiency can also be obtained.

【0034】(実施の形態2)図7は本発明の実施の形
態2の微細物体の操作装置の断面図である。上記実施の
形態1では、捕捉範囲の容器1に対する相対移動を、移
動ステージ5のZステージ5Zによって容器1をレンズ
に対して相対移動させることにより行っているのに対
し、本実施の形態2においては、捕捉範囲と対物レンズ
との間の光学的距離を変化させることによって行うもの
である。
(Embodiment 2) FIG. 7 is a sectional view of a device for operating a fine object according to Embodiment 2 of the present invention. In Embodiment 1 described above, the relative movement of the capturing range with respect to the container 1 is performed by moving the container 1 relative to the lens by the Z stage 5Z of the moving stage 5, whereas in Embodiment 2, Is performed by changing the optical distance between the capture range and the objective lens.

【0035】図7において、保持テーブル4は、Xステ
ージ5x、Yステージ5yにより成る移動ステージ5’
に装着されている。保持テーブル4はXYドライバ6’
に駆動されて,X方向およびY方向に、すなわち対物レ
ンズ12の中心線に対して垂直な面内で移動可能となっ
ており、移動ステージ5’は、対物レンズ12と容器1
とを前記面内で相対的に移動させる第1の移動手段とな
っている。
In FIG. 7, a holding table 4 has a moving stage 5 'composed of an X stage 5x and a Y stage 5y.
It is attached to. The holding table 4 is an XY driver 6 '
To move in the X direction and the Y direction, that is, in a plane perpendicular to the center line of the objective lens 12.
Are relatively moved in the plane.

【0036】上記構成では、容器1は対物レンズ12に
対してZ方向の位置が固定されている。したがって、こ
の状態では、対物レンズ12によって集光されて形成さ
れる捕捉範囲を容器1に対してZ方向に相対的に移動さ
せることができない。そこで、本実施の形態2では以下
の構成により、捕捉範囲を容器1に対して相対的に移動
させるようにしている。
In the above configuration, the position of the container 1 in the Z direction with respect to the objective lens 12 is fixed. Therefore, in this state, the capture range formed by being condensed by the objective lens 12 cannot be moved relative to the container 1 in the Z direction. Therefore, in the second embodiment, the capturing range is moved relative to the container 1 by the following configuration.

【0037】レーザ光学系を構成するレンズ14は、水
平方向の移動機構23に装着されている。移動機構23
をZドライバ24によって駆動することにより、レンズ
14は水平方向に移動し、したがって、レンズ14は対
物レンズ12に対して相対的に移動する。これにより、
対物レンズ12に下方から入射するレーザ光の入射角が
変化し、対物レンズ12によって集光されたレーザ光が
形成する捕捉範囲と対物レンズ12との間の光学的距離
が変化する。すなわち、レンズ14、移動機構23およ
びZドライバ24は捕捉範囲と対物レンズ12との間の
距離を光学的に変化させる第2の移動手段となってい
る。
The lens 14 constituting the laser optical system is mounted on a horizontal moving mechanism 23. Moving mechanism 23
Is driven by the Z driver 24, the lens 14 moves in the horizontal direction, and therefore, the lens 14 moves relatively to the objective lens 12. This allows
The incident angle of the laser light incident on the objective lens 12 from below changes, and the optical distance between the capture range formed by the laser light collected by the objective lens 12 and the objective lens 12 changes. That is, the lens 14, the moving mechanism 23, and the Z driver 24 are a second moving unit that optically changes the distance between the capturing range and the objective lens 12.

【0038】このような構成を採用することにより、容
器1をZ方向に固定した場合にあっても、対物レンズ1
2によって集光された光が形成する捕捉範囲と容器1と
を相対的に移動させることができる。これにより、実施
の形態1に示した例と同様の微細物体捕捉処理を行うこ
とが可能となる。すなわち、実施の形態1のST3およ
びST8において、移動ステージ5を移動させる替わり
に、移動機構23を駆動してレンズ14を移動させるこ
とにより、捕捉位置(xt,yt,zt)と位置座標
(x0,y0,z0)とを相対移動させることができ
る。したがって、本実施の形態2に示す構成によって、
実施の形態1と同様の効果を得ることが可能となる。
By adopting such a configuration, even when the container 1 is fixed in the Z direction, the objective lens 1
The container 1 can be relatively moved with respect to the capture range formed by the light collected by the light source 2. Thereby, it becomes possible to perform the fine object capturing process similar to the example shown in the first embodiment. That is, in ST3 and ST8 of the first embodiment, instead of moving the moving stage 5, the moving mechanism 23 is driven to move the lens 14, so that the capturing position (xt, yt, zt) and the position coordinates (x0). , Y0, z0). Therefore, with the configuration shown in the second embodiment,
The same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0039】以上のように本発明の微細物体の操作装置
では、光ピンセットの捕捉範囲の外側の光も微細物体の
操作に利用するので光ピンセットによる作業自由度が高
くなり、従来に比べて効率よく微細物体を操作(捕捉、
移動)することができる。特に密集した微細物体の中か
ら目的の微細物体を捕捉する場合において顕著な効果が
期待できる。
As described above, in the device for operating a fine object according to the present invention, the light outside the capturing range of the optical tweezers is also used for operating the fine object. Manipulate fine objects (capture,
Move). In particular, a remarkable effect can be expected when a target minute object is captured from a dense minute object.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、密集状態にある微細物
体を作業性よく効率よく捕捉することができる。また光
ピンセットの捕捉範囲から外れた光を用いて微細物体の
操作を行うので、光ピンセットによる微細物体の作業自
由度を高めることができる。
According to the present invention, fine objects in a dense state can be efficiently captured with good workability. In addition, since the operation of the fine object is performed using the light that is out of the capturing range of the optical tweezers, the degree of freedom in working the fine object with the optical tweezers can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1の微細物体の操作装置の
断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fine object manipulation device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1の微細物体の操作装置の
部分断面図
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the device for operating a fine object according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の実施の形態1の微細物体の操作装置に
よる捕捉範囲の説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram of a capturing range of the fine object according to the first embodiment of the present invention using the operating device.

【図4】本発明の実施の形態1の微細物体捕捉処理のフ
ロー図
FIG. 4 is a flowchart of a fine object capturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態1の微細物体捕捉処理の工
程説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram of a process of a fine object capturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態1の微細物体捕捉処理の工
程説明図
FIG. 6 is a process explanatory view of the fine object capturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態2の微細物体の操作装置の
断面図
FIG. 7 is a cross-sectional view of a device for operating a fine object according to the second embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 容器 2 液体 3 微細物体 4 保持テーブル 5 移動ステージ 6 XYZドライバ 10 レーザトラップ部 12 対物レンズ 14 レンズ 20 制御部 23 移動機構 24 Zドライバ T 捕捉範囲 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Liquid 3 Fine object 4 Holding table 5 Moving stage 6 XYZ driver 10 Laser trap unit 12 Objective lens 14 Lens 20 Control unit 23 Moving mechanism 24 Z driver T Capture range

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】微細物体を含む液体を収納した容器を保持
する容器保持部と、光を発光する光源と、この光源から
の光を集光することにより光圧力によって微細物体の捕
捉が可能な捕捉範囲を形成するレンズと、この捕捉範囲
を前記容器に対して相対的に移動させる移動手段と、こ
の移動手段を制御することにより前記微細物体を前記捕
捉範囲内に位置決めする動作と前記微細物体をこの捕捉
範囲外に位置させる動作とを選択的に行わせる制御手段
とを備えたことを特徴とする微細物体の操作装置。
1. A container holding portion for holding a container containing a liquid containing a microscopic object, a light source for emitting light, and a fine object can be captured by light pressure by condensing light from the light source. A lens that forms a capture range, a moving unit that moves the capture range relative to the container, an operation of positioning the fine object within the capture range by controlling the moving unit, and the fine object And a control means for selectively performing an operation of positioning the object outside the capture range.
【請求項2】前記捕捉範囲外に位置した微細物体に光を
照射することにより、この微細物体を光の照射方向へ移
動させることを特徴とする請求項1記載の微細物体の操
作装置。
2. The apparatus for operating a fine object according to claim 1, wherein the fine object is moved in a light irradiation direction by irradiating the fine object located outside the capture range with light.
【請求項3】レンズで集光された光の光圧力を利用して
微細物体を操作する微細物体の操作方法であって、前記
微細物体を捕捉する場合には、光を集光することにより
形成される捕捉範囲内に微細物体を位置決めした状態で
光を照射し、前記微細物体を光の照射方向へ移動させる
場合には、前記捕捉範囲外に微細物体を位置させた状態
で光を照射することを特徴とする微細物体の操作方法。
3. A method for operating a fine object using the light pressure of light condensed by a lens, the method comprising: condensing light when capturing the fine object. When irradiating light in a state where the fine object is positioned within the capture range to be formed, and when moving the fine object in the light irradiation direction, irradiating light with the fine object positioned outside the capture range A method for operating a fine object, comprising:
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CN116909117A (en) * 2023-09-11 2023-10-20 成都理工大学工程技术学院 Three-dimensional imaging device and imaging method for variable-distance optical tweezers

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