JP2001157999A - Noncontact micromanipulation device and method - Google Patents

Noncontact micromanipulation device and method

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JP2001157999A
JP2001157999A JP34334699A JP34334699A JP2001157999A JP 2001157999 A JP2001157999 A JP 2001157999A JP 34334699 A JP34334699 A JP 34334699A JP 34334699 A JP34334699 A JP 34334699A JP 2001157999 A JP2001157999 A JP 2001157999A
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JP
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sound pressure
standing wave
sound
minute object
ultrasonic
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JP34334699A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirokazu Mukai
博和 向井
Yoshinori Machida
義則 町田
Shinichi Kuramoto
新一 倉本
Ichibai Yu
一梅 兪
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a noncontact micromanipulation device and method of a simple constitution capable of moving a fine-object in a parallel direction to a vibration surface of an ultrasonic vibrator in a short time. SOLUTION: A horn 2 and a reflection plate 1 for enlarging vibration of an ultrasonic vibrator 3 are disposed to face each other, and ultrasonic waves are generated from the ultrasonic vibrator 3 to form a standing wave sound field. Fine-grains 9 existing in medium between the horn 2 and the reflection plate 1 are caught by a node of sound pressure of the standing wave sound field. As a sound pressure controller 4 is disposed in the standing wave sound field, a range of a lower pressure than the node of the sound pressure of the standing wave sound field. The fine-grains 9 caught by the node of the sound pressure are moved to the range of the lower pressure to be stabilized. By moving the sound pressure controller 4 then, the fine-grains 9 follow it to move.

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、超音波を用いて非
接触で微小物体をハンドリングする非接触マイクロマニ
ュピレーション装置および方法に関し、特に、構成が簡
素で、微小物体を短時間で超音波振動子の振動面と平行
な方向に移動可能な非接触マイクロマニュピレーション
装置および方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact micromanipulation apparatus and method for handling a small object in a non-contact manner using ultrasonic waves, and more particularly, to an ultrasonic vibrator having a simple structure and capable of moving a small object in a short time. The present invention relates to a non-contact micromanipulation apparatus and a method that can move in a direction parallel to a vibration plane of a non-contact type.

【0002】[0002]

【従来の技術】医学の分野では、直径100μmの卵細
胞に精子を注入する作業が日常的に行われている。ま
た、走査トンネル顕微鏡を用いれば1個1個の原子を人
工的に並べることすら可能である。原子ほど微小なもの
を取り扱えるということは、われわれ人類はすでに世の
中のありとあらゆるものをハンドリングする技術を獲得
したかのように見える。
2. Description of the Related Art In the field of medicine, an operation of injecting sperm into an egg cell having a diameter of 100 μm is routinely performed. Further, by using a scanning tunneling microscope, it is even possible to arrange atoms one by one artificially. The ability to handle things as small as an atom seems to have already acquired the technology to handle everything in the world.

【0003】しかし、100μmから10nmの広範囲
でハンドリング技術が確立できていない。このことは、
電子機器の高密度化、マイクロマシンの開発など、様々
な科学分野の発展の大きな障害となっている。100μ
mから10nmの領域では、通常、我々がよく目にする
マクロスケールでの現象とは異なり、物体の重力に比べ
てファン・デル・ワールス力などの分子間力や静電気力
が極めて大きい。これは、重力が物体の大きさの3乗に
比例して急激に小さくなるためである。そのため、この
技術分野では付着力を無視することは決してできない。
例えば、100μm以下の微小物体は細い針の先で触れ
てやるだけで針に付着させて持ち上げることができる。
しかし、たとえ微小物体を接触状態で搬送したとして
も、針などの搬送体から微小物体を容易に剥離できない
ため、思った通りのハンドリングが困難となる。このこ
とから分かるように、マイクロマニュピレート技術で
は、非接触状態で対象物体をハンドリングする必要があ
る。
[0003] However, a handling technique has not been established in a wide range from 100 µm to 10 nm. This means
It has become a major obstacle to the development of various scientific fields, such as higher densities of electronic devices and development of micromachines. 100μ
In the region from m to 10 nm, unlike the phenomenon on the macro scale that we often see, the intermolecular force such as van der Waals force and the electrostatic force are extremely large compared to the gravity of an object. This is because the gravity rapidly decreases in proportion to the cube of the size of the object. Therefore, in this technical field, the adhesive force cannot be ignored.
For example, a minute object having a size of 100 μm or less can be attached to the needle and lifted up simply by touching it with the tip of a fine needle.
However, even if a minute object is conveyed in a contact state, the minute object cannot be easily separated from a carrier such as a needle, so that handling as expected becomes difficult. As can be seen from this, in the micromanipulation technique, it is necessary to handle the target object in a non-contact state.

【0004】そしてこれまでに静電気力を用いた方法、
レーザ光の放射力を用いた方法(レーザマニュピレーシ
ョン)などがその技術候補として活発な研究が行われて
いる。
And a method using an electrostatic force so far,
Active research has been conducted on a method using laser beam radiation power (laser manipulation) as a technology candidate.

【0005】静電気力を用いた方法は、動作距離が短
く、電極間の空隙の距離や、湿度などの周囲環境状態に
よって放電が発生することがある。またハンドリングさ
れる微小物体は帯電特性を有する必要性が求められ、し
かもそれが安定であることも求められるなど数々の問題
点を有している。
The method using the electrostatic force has a short operating distance, and discharge may occur depending on the distance between the electrodes and the surrounding environment such as humidity. In addition, there is a need for a small object to be handled, which needs to have a charging property, and also has a number of problems, such as a need to have a stable property.

【0006】レーザマニュピレーション技術では、微小
物体が光学的に光を透過、屈折するものに限られるな
ど、光特性を有する必要がある。例えば、微小物体が駆
動力であるべき光エネルギーを吸収し、微小物体の温度
上昇、さらには溶融現象を引き起こしてしまうのは、照
射されたレーザ光の波長領域での微小物体の光吸収を生
じたからである。加えてレーザマニュピレーションは高
価な設備を必要とすることも問題点の一つである。
[0006] In the laser manipulation technique, it is necessary that the minute object has optical characteristics such as being limited to those which optically transmit and refract light. For example, a minute object absorbs light energy that should be the driving force, causing a temperature rise of the minute object and further causing a melting phenomenon. The minute object absorbs light in the wavelength region of the irradiated laser light. This is because the. In addition, one of the problems is that the laser manipulation requires expensive equipment.

【0007】ところで、よく知られているように空気中
や水中の物体に超音波を照射すると、物体には一方向に
押す力が生ずる。この力を音の放射力(radiation forc
e)と言う。この力は物体の形状が比較的単純な場合につ
いて、流体力学的な手法を用いて解析的に求められてい
る。物体の形が球で、音波が平面進行波の場合の放射力
は次式(1)で与えられる。
As is well known, when an object in the air or water is irradiated with ultrasonic waves, a force is applied to the object in one direction. This power is called the radiation forc
e). This force is analytically obtained using a fluid dynamics method when the shape of the object is relatively simple. When the shape of the object is a sphere and the sound wave is a plane traveling wave, the radiation force is given by the following equation (1).

【数1】 ここでは、rは球の半径、Iは入射音波のインテンシテ
ィ、C0 は液体の音速である。また、YP は音響放射力
関数(acoustic radiation force function)と呼ばれ、
球の弾性的性質(密度・圧縮率)や液体中の音波の伝播定
数k=2π/λ (ここでλは波長)とrの積、krに依
存する非常に複雑な関数である。
(Equation 1) Here, r is the radius of the sphere, I is the intensity of the incident sound wave, and C 0 is the sound velocity of the liquid. Y P is called an acoustic radiation force function,
This is a very complicated function that depends on the elastic properties (density / compressibility) of the sphere and the propagation constant k = 2π / λ (where λ is the wavelength) of the sound wave in the liquid and r, which depends on kr.

【0008】式(1)は平面進行波に対する放射力の式
である。任意の音圧分布に対して球に作用する放射力を
解析的に求めることは困難であるが、音の波長に比べて
半径の小さい球の場合には求めることは可能であり、そ
の作用する放射力は次式(2)で与えられる。
Equation (1) is an equation of radiation power for a plane traveling wave. It is difficult to analytically determine the radiation force acting on a sphere for an arbitrary sound pressure distribution, but it is possible to obtain it for a sphere with a smaller radius than the sound wavelength. Radiation power is given by the following equation (2).

【数2】 さらに定在波の場合を1次元モデルで説明する。このと
きの放射力は、<KE>と<PE>の和を<E>、定在
波を作る音源間の距離をLとすると次式(3),(4)
のように表される。
(Equation 2) Further, the case of a standing wave will be described using a one-dimensional model. The radiation force at this time is given by the following formulas (3) and (4), where <E> is the sum of <KE> and <PE>, and L is the distance between sound sources that generate standing waves.
It is represented as

【数3】 (Equation 3)

【数4】 式(3)、(4)から(D+1−λ)が正の値か負の値
かによってFの符号が反転することが分かる。水溶液中
や大気中では多くの物体が音圧の節にトラップされる。
音圧の腹にトラップされる組み合わせとしては、例え
ば、水溶液中の気泡などが挙げられる。式(4)式中の
Aは、通常、音場を形成している超音波振動子への入力
パワーを制御することにより任意に変化させることがで
きる。すなわち、ここで重要なことは音場中に存在する
粒子への音響放射力を任意に制御することが可能である
という点である。これらが超音波マニュピレーションの
原理となっている。
(Equation 4) Equations (3) and (4) show that the sign of F is inverted depending on whether (D + 1−λ) is a positive value or a negative value. Many objects are trapped in the nodes of sound pressure in aqueous solution and atmosphere.
As a combination trapped in the antinode of the sound pressure, for example, a bubble in an aqueous solution and the like can be mentioned. A in the equation (4) can usually be arbitrarily changed by controlling the input power to the ultrasonic transducer forming the sound field. That is, what is important here is that it is possible to arbitrarily control the acoustic radiation force to particles existing in the sound field. These are the principles of ultrasonic manipulation.

【0009】そしてこのような超音波の定在波の音響放
射圧を利用したマニュピレーション方法も、いくつか研
究されている。それらのマニュピレーション方法にあっ
ては、式(2)から式(4)式に示したように、その音
響放射圧が、媒質中の音波のエネルギー密度の空間的な
変化に起因するものであれば使用可能である。マニュピ
レートの対象とする物体は媒質と異なる音響インピーダ
ンスを有し、音波を反射または吸収するものであればよ
い。つまりマニュピレートの対象となる物質の範囲が極
めて大きいという利点を有する。
Some manipulation methods utilizing the acoustic radiation pressure of the ultrasonic standing wave have been studied. In these manipulation methods, as shown in equations (2) to (4), if the acoustic radiation pressure is caused by a spatial change in the energy density of sound waves in a medium. Can be used. The object to be manipulated need only have an acoustic impedance different from that of the medium and reflect or absorb sound waves. That is, there is an advantage that the range of substances to be manipulated is extremely large.

【0010】このような超音波の定在波の音響放射圧を
利用した従来のマニュピレーション装置として、例え
ば、特開平9−193055号公報および特開平10−
109283号公報に示されるものがある。
As a conventional manipulation device utilizing the acoustic radiation pressure of such an ultrasonic standing wave, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
An example is disclosed in Japanese Patent Publication No. 109283.

【0011】特開平9−193055号公報に示された
マニュピレーション装置は、凹面型超音波振動子とその
焦点位置に配置された反射板を液体媒質中に設置し、超
音波振動子から超音波を発生させて液体媒質中に定在波
音場を形成し、液体媒質中に微小物体を注入させて音圧
の節に微小物体を捕捉せしめる。その後、超音波振動子
の周波数を変化させることにより、音圧の節に捕捉した
微小物体を音軸上に一次元的に移動させる方法である。
これにより、微小物体を所定の狭い領域に安定して捕捉
することができ、捕捉した微小物体を所定の方向に高精
度に移動させることができる。
A manipulation apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-193055 has a concave ultrasonic transducer and a reflector disposed at a focal point of the concave ultrasonic transducer disposed in a liquid medium, and transmits ultrasonic waves from the ultrasonic transducer. The sound wave is generated to form a standing wave sound field in the liquid medium, and the minute object is injected into the liquid medium to capture the minute object at the node of the sound pressure. After that, by changing the frequency of the ultrasonic vibrator, the minute object captured at the node of the sound pressure is moved one-dimensionally on the sound axis.
Thus, the minute object can be stably captured in a predetermined narrow area, and the captured minute object can be moved in a predetermined direction with high accuracy.

【0012】特開平10−109283号公報に示され
たマニュピレーション装置は、アレイ状に配列された複
数の短冊状の振動片と反射板を対向させて液体媒質中に
設置し、複数の振動片のうちの一部の振動片から超音波
を発生させて液体媒質中に定在波音場を形成し、液体媒
質中に微小物体を注入させて音圧の節に微小物体を捕捉
せしめる。その後、超音波を発生させる振動片を順次変
えることにより、音圧の節に捕捉した微小物体を複数の
振動片が配列されている方向に一次元的に移動させる方
法である。これにより、微小物体を所定の狭い領域に安
定して捕捉することができ、捕捉した微小物体を所定の
方向に高精度に移動させることができる。
[0012] In the manipulation apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-109283, a plurality of strip-shaped vibrating pieces arranged in an array and a reflector are placed in a liquid medium so as to face each other, and a plurality of vibrating pieces are arranged. Ultrasonic waves are generated from some of the vibrating pieces to form a standing wave sound field in the liquid medium, and a minute object is injected into the liquid medium to cause the node of the sound pressure to capture the minute object. Thereafter, by sequentially changing the vibrating reeds for generating ultrasonic waves, a minute object captured in a node of sound pressure is moved one-dimensionally in a direction in which a plurality of vibrating reeds are arranged. Thus, the minute object can be stably captured in a predetermined narrow area, and the captured minute object can be moved in a predetermined direction with high accuracy.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平9−1
93055号公報に示された従来のマニュピレーション
装置によると、音軸上に一次元的にしか微小物体を移動
できず、その微小物体を移動させるためには周波数を細
かく変化させならないため、微小物体を短時間で超音波
振動子の振動面と平行な方向に移動できないという問題
がある。
SUMMARY OF THE INVENTION However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1
According to the conventional manipulation device disclosed in Japanese Patent No. 93055, a minute object can be moved only one-dimensionally on a sound axis, and the frequency must not be finely changed in order to move the minute object. There is a problem that the ultrasonic transducer cannot be moved in a direction parallel to the vibration plane of the ultrasonic transducer in a short time.

【0014】特開平10−109283号公報に示され
た従来のマニュピレーション装置によると、複数の振動
片が配列されている方向に一次元的にしか微小物体を移
動できず、その微小物体を移動させるためには複数の振
動片を順次駆動しなければならないため、微小物体を短
時間で移動できないという問題があり、また、複数の振
動片が必要でることから、コスト高を招き、構成が複雑
化するという問題がある。
According to the conventional manipulation apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-109283, a minute object can be moved only one-dimensionally in a direction in which a plurality of vibrating bars are arranged, and the minute object is moved. Therefore, there is a problem that a minute object cannot be moved in a short time because a plurality of vibrating pieces must be sequentially driven. In addition, since a plurality of vibrating pieces are required, cost is increased and a configuration is complicated. There is a problem of doing.

【0015】従って、本発明の目的は、構成が簡素で、
微小物体を短時間で超音波振動子の振動面と平行な方向
に移動可能な非接触マニュピレーション装置および方法
を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a simple configuration,
An object of the present invention is to provide a non-contact manipulation device and a method capable of moving a minute object in a direction parallel to a vibration surface of an ultrasonic transducer in a short time.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、微小物体が存在する媒質中に超音波振動子
と反射板を所定の距離を設けて対向配置させ、前記超音
波振動子から超音波を発生させて前記媒質中に定在波音
場を形成して前記微小物体を前記定在波音場の音圧の節
に捕捉し、その捕捉された前記微小物体を非接触で移動
させる非接触マイクロマニュピレーション装置におい
て、前記媒質より大きい前記超音波の反射性を有し、前
記定在波音場中に配置されることにより、前記定在波音
場中に前記音圧の節より低圧の領域を形成する音圧制御
器を備えたことを特徴とする非接触マイクロマニュピレ
ーション装置を提供する。上記構成によれば、音圧制御
器を定在波音場中に配置すると、定在波音場の音圧の節
に捕捉されていた微小物体は、音圧制御器の低圧の領域
へ移動し、安定しようとする。従って、音圧制御器を超
音波振動子の振動面に平行な方向に移動させると、微小
物体はそれに追従して移動する。
According to the present invention, in order to achieve the above object, an ultrasonic vibrator and a reflecting plate are arranged opposite to each other at a predetermined distance in a medium in which a minute object exists, and the ultrasonic vibration A standing wave sound field is generated in the medium by generating ultrasonic waves from the transducer to capture the minute object at a node of the sound pressure of the standing wave sound field, and the captured minute object moves in a non-contact manner In the non-contact micromanipulation device, the ultrasonic wave has a higher reflectivity than the medium, and is arranged in the standing wave sound field, so that the pressure of the sound pressure is lower than that of the node of the sound pressure in the standing wave sound field. A non-contact micromanipulation device comprising a sound pressure controller for forming a region. According to the above configuration, when the sound pressure controller is arranged in the standing wave sound field, the minute object captured in the node of the sound pressure of the standing wave sound field moves to the low pressure area of the sound pressure controller, Try to stabilize. Therefore, when the sound pressure controller is moved in a direction parallel to the vibration plane of the ultrasonic transducer, the minute object moves following the movement.

【0017】本発明は、上記目的を達成するため、微小
物体が存在する媒質中に超音波振動子と反射板を所定の
距離を設けて対向配置させ、前記超音波振動子から超音
波を発生させて前記媒質中に定在波音場を形成して前記
微小物体を前記定在波音場の音圧の節に捕捉し、その捕
捉された前記微小物体を非接触で移動させる非接触マイ
クロマニュピレーション方法において、前記定在波音場
中に前記媒質より大きい前記超音波の反射性を有する音
圧制御器を配置して前記定在波音場中に前記音圧の節よ
り低圧の領域を形成することにより、前記微小物体を前
記音圧の節から前記低圧の領域に移動させて前記微小物
体を捕捉し、前記音圧制御器を移動して前記微小物体を
非接触で前記音圧制御器の移動に追従させることを特徴
とする非接触マイクロマニュピレーション方法を提供す
る。
According to the present invention, in order to achieve the above object, an ultrasonic oscillator and a reflecting plate are arranged facing each other at a predetermined distance in a medium in which a minute object exists, and an ultrasonic wave is generated from the ultrasonic oscillator. A non-contact micromanipulation method for forming a standing wave sound field in the medium to capture the minute object at a node of the sound pressure of the standing wave sound field, and moving the captured minute object without contact. In the standing wave sound field, a sound pressure controller having a reflectivity of the ultrasonic wave larger than the medium is arranged in the standing wave sound field to form a region in the standing wave sound field having a pressure lower than a node of the sound pressure. Moving the minute object from the node of the sound pressure to the low pressure area to capture the minute object, and moving the sound pressure controller to move the minute object in a non-contact manner to move the sound pressure controller. Non-contact My, characterized by following To provide Russia Manipulation method.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態に係る非接触マイクロマニュピレーション装置を示
す。この装置は、セラミックス製の平板からなる反射板
1と、反射板1に対向配置された、例えば、イクスポネ
ンシャル型のホーン2と、反射板1とホーン2との間に
配置され、近傍で微粒子9を捕捉して移動させる粒子制
御器4と、超音波を放射してホーン2と反射板1との間
に定在波音場を形成する、例えば、ボルト締めランジュ
バン型振動子(BLT)からなる超音波振動子3と、正
弦波交流電圧を発振するファンクションジェネレータ6
と、ファンクションジェネレータ6で発振された正弦波
交流電圧を増幅して超音波振動子3に入力するパワーア
ンプ5とを有する。
FIG. 1 shows a non-contact micromanipulation apparatus according to a first embodiment of the present invention. The apparatus includes a reflector 1 made of a ceramic flat plate, an exponential horn 2 opposed to the reflector 1, for example, and a reflector 1 disposed between the reflector 1 and the horn 2. A particle controller 4 that captures and moves the fine particles 9 with a radiator and emits ultrasonic waves to form a standing wave sound field between the horn 2 and the reflector 1. For example, a bolted Langevin type vibrator (BLT) Vibrator 3 composed of an oscillator and a function generator 6 for oscillating a sinusoidal AC voltage
And a power amplifier 5 that amplifies the sine wave AC voltage oscillated by the function generator 6 and inputs the amplified voltage to the ultrasonic transducer 3.

【0019】ホーン2は、超音波振動子3が発生する振
動を機械的に増幅するもの、言い換えると、発生する超
音波の音圧を増大するものである。ホーン2の先端部
は、例えば、直径50mmを有し、同図矢印方向に同位
相振動(ピストン振動)するようになっている。
The horn 2 mechanically amplifies the vibration generated by the ultrasonic vibrator 3, in other words, increases the sound pressure of the generated ultrasonic wave. The tip of the horn 2 has, for example, a diameter of 50 mm and is made to oscillate in phase (piston oscillation) in the direction of the arrow in FIG.

【0020】粒子制御器4は、XY軸マイクロメータに
よって任意の軌跡を描くように移動できるようになって
いる。これにより、微粒子9の位置を高精度に制御する
ことが可能となる。なお、XY軸マイクロメータを用い
ずに手動によって粒子制御器4を移動させてもよい。こ
れにより、簡易な構成とすることができる。
The particle controller 4 can be moved by an XY axis micrometer so as to draw an arbitrary trajectory. Thereby, the position of the fine particles 9 can be controlled with high accuracy. Note that the particle controller 4 may be moved manually without using the XY axis micrometer. Thereby, a simple configuration can be obtained.

【0021】次に、本装置の動作を図面を参照して説明
する。
Next, the operation of the present apparatus will be described with reference to the drawings.

【0022】図2(a)は、定在波音場を形成した状態
を示す。超音波振動子3として共振周波数19.84k
Hz付近のものを用い、超音波振動子3にパワー3Wを
投入すると、このとき放射される超音波音場の音圧は1
00[N/m2](dB表記で134dB)となる。こ
のとき、ホーン2の先端面(振動面)2aと反射板1の
反射面1aとの間の距離を半波長(λ/2、ここでλは
波長)の整数倍になるように配置することにより、図2
(a)に示すような音圧分布を有する定在波音場10が
形成される。媒質が例えば24℃の大気中の場合、ホー
ン2の先端面2aと反射板1の反射面1aとの間の距離
は、8.7mmの整数倍となる。音圧の節10aは、ホ
ーン2の先端面2aと反射板1の反射面1aとを結ぶ方
向に半波長毎に存在する。
FIG. 2A shows a state in which a standing wave sound field is formed. Resonance frequency 19.84k as ultrasonic transducer 3
When a power of 3 W is applied to the ultrasonic vibrator 3 at a frequency of about 3 Hz, the sound pressure of the ultrasonic sound field radiated at this time becomes 1
00 [N / m 2 ] (134 dB in dB notation). At this time, the distance between the tip surface (vibration surface) 2a of the horn 2 and the reflection surface 1a of the reflection plate 1 is arranged so as to be an integral multiple of a half wavelength (λ / 2, where λ is a wavelength). FIG. 2
A standing wave sound field 10 having a sound pressure distribution as shown in FIG. When the medium is in the air at, for example, 24 ° C., the distance between the tip surface 2a of the horn 2 and the reflection surface 1a of the reflection plate 1 is an integral multiple of 8.7 mm. The node 10a of the sound pressure exists every half wavelength in a direction connecting the tip surface 2a of the horn 2 and the reflection surface 1a of the reflection plate 1.

【0023】図2(b)は、微粒子9の捕捉位置を示
す。微粒子9として、例えば、平均粒径100μmの発
泡スチレン粒子をスパチュラを用いて定在波音場10中
に注入すると、作用方向(同図矢印)が1/4波長毎に
入れ替わる音響放射力11の作用によって大部分の微粒
子9は、同図(b)に示すように、音圧の節10aに捕
捉される。
FIG. 2B shows the capturing position of the fine particles 9. When, for example, foamed styrene particles having an average particle diameter of 100 μm are injected into the standing wave sound field 10 using a spatula as the fine particles 9, the action of the acoustic radiation force 11 in which the action direction (arrow in the figure) changes every quarter wavelength is applied. As a result, most of the fine particles 9 are captured by the node 10a of the sound pressure as shown in FIG.

【0024】図3(a),(b)は、粒子制御器4とし
て2本のステンレスロッド40Aを定在波音場10中に
挿入した状態を示す。なお、左図は真上から見た図、右
図は真横から見た図である。粒子制御器4として2本の
ステンレスロッド40Aを同図(a)に示すように、微
粒子9を挟むように対向配置させる。初期位置では、2
本のステンレスロッド40Aを結ぶ直線上の中点の位置
に微粒子9が来るように2本のステンレスロッド40A
を配置する。この場合、微粒子9は左右のステンレスロ
ッド40Aから各々に接近する力を均等に受けるため、
結果として2本のステンレスロッド40Aを結ぶ直線上
の中点の位置でその挙動が安定する。この状態のまま2
本のステンレスロッド40Aを同時に左の方向へ移動さ
せると、同図(b)に示すように、微粒子9もこの動き
に追従する。しかも、2本のステンレスロッド40Aの
動きを停止しても最終的に慣性で微粒子9がステンレス
ロッド40Aに直接接触する現象は発生せず、常時安定
して2本のステンレスロッド40Aを結ぶ直線上の中点
に位置させることが可能である。
FIGS. 3A and 3B show a state where two stainless steel rods 40 A are inserted into the standing wave sound field 10 as the particle controller 4. The left diagram is a diagram viewed from directly above, and the right diagram is a diagram viewed from the side. As shown in FIG. 1A, two stainless steel rods 40A are arranged opposite to each other so as to sandwich the fine particles 9 as the particle controller 4. In the initial position, 2
The two stainless rods 40A are arranged such that the fine particles 9 come to the position of the midpoint on the straight line connecting the two stainless rods 40A.
Place. In this case, the fine particles 9 receive the force of approaching each of them from the left and right stainless steel rods 40A equally,
As a result, the behavior is stabilized at the position of the midpoint on the straight line connecting the two stainless rods 40A. 2 in this state
When the stainless steel rod 40A is simultaneously moved to the left, the fine particles 9 follow this movement as shown in FIG. Moreover, even if the movement of the two stainless steel rods 40A is stopped, the phenomenon that the fine particles 9 directly contact the stainless steel rod 40A due to inertia does not eventually occur, and the linear movement between the two stainless steel rods 40A is always stable. Can be located at the midpoint.

【0025】図4(a),(b)は、比較例の粒子制御
器4を示す。なお、左図は真上から見た図、右図は真横
から見た図である。この比較例では、粒子制御器4とし
て長さ15mm、径1mmの1本のステンレスロッド4
0Aを用いる。図2(b)に示すように、反射板1とホ
ーン2の間に形成された定在波音場10の音圧の節10
aに微粒子9が捕捉されている状態で、1本のステンレ
スロッド40Aを挿入すると、図4(a)に示すよう
に、音圧の節10aに捕捉され、安定に超音波浮揚を行
っていた微粒子9が、ステンレスロッド40Aの挿入と
同時にステンレスロッド40Aの方へ近づくように水平
位置を変化させる。
FIGS. 4A and 4B show a particle controller 4 of a comparative example. The left diagram is a diagram viewed from directly above, and the right diagram is a diagram viewed from the side. In this comparative example, a single stainless steel rod 4 having a length of 15 mm and a diameter of 1 mm was used as the particle controller 4.
Use 0A. As shown in FIG. 2B, a node 10 of the sound pressure of the standing wave sound field 10 formed between the reflector 1 and the horn 2.
When a single stainless rod 40A is inserted in the state where the microparticles 9 are captured in a, as shown in FIG. 4A, the stainless steel rod 40A is captured by the node 10a of the sound pressure and stably performs ultrasonic levitation. The horizontal position is changed so that the fine particles 9 approach the stainless steel rod 40A simultaneously with the insertion of the stainless steel rod 40A.

【0026】また、挿入したステンレスロッド40Aの
位置が微粒子9に近いと、微粒子9が近づくように水平
位置を変化させ、最終的には、図4(b)に示すよう
に、微粒子9がステンレスロッド40Aに接触する。し
かも、接触後は離れることなく接触状態で挙動が安定す
る。つまり、このことは、定在波音場10中にステンレ
スロッド40Aを挿入した場合、ステンレスロッド40
Aも粒子の捕捉点となることを示している。
When the position of the inserted stainless steel rod 40A is close to the fine particles 9, the horizontal position is changed so that the fine particles 9 approach, and finally, as shown in FIG. Contact rod 40A. Moreover, the behavior is stable in the contact state without leaving after the contact. That is, this means that when the stainless steel rod 40A is inserted into the standing wave sound field 10, the stainless steel rod 40A
A also indicates that it is a trapping point for particles.

【0027】ステンレスロッド40Aの位置を微粒子9
が直接付着しない領域に設定し、ステンレスロッド40
Aを微粒子9から離れる方向に移動させると、この動き
に追従して微粒子9は離れないよう同じ方向に移動す
る。この現象はステンレスロッド40Aの材質や電気伝
導性に関係なく見られることなど、この現象は静電気力
によってもたらされてはいないことが判明した。
The position of the stainless rod 40A is
Is set in an area where the stainless steel rod 40
When A moves away from the fine particles 9, the fine particles 9 follow the movement and move in the same direction so as not to separate. This phenomenon was observed regardless of the material and electrical conductivity of the stainless steel rod 40A, and it was found that this phenomenon was not caused by electrostatic force.

【0028】次に、考えられる原因を以下に説明する。
まずステンレスロッド40Aの挿入により、定在波によ
って形成される周期的な音圧の節10a以外に音圧の低
い部分がステンレスロッド40Aの周囲に形成される。
このとき、媒質中の音波のエネルギー密度の空間的な大
きな変化が生じ、しかもロッド40A付近が音圧の極小
値となるため、ステンレスロッド40Aの向きの音響放
射力が発生するのである。なお、ステンレスロッド40
Aの代わりにステンレスプレートでも上記の現象は観察
され、形状に対する大きな依存性はない。なお、ステン
レスロッド40Aと微粒子9、さらにホーン2、これら
の相対位置に注意する必要がある。ステンレスロッド4
0Aと振動面であるホーン2との距離を微粒子9とホー
ン2との距離に比べて同じ距離、もしくは小さな値に設
定する必要がある。これ以外の条件の場合、ステンレス
ロッド40Aの動きに微粒子9が追随しない。しかし、
上述したように非接触でマニュピレートしたい微粒子9
にステンレスロッド40Aが接触するというのは大きな
問題である。たとえ、ステンレスロッド40Aの初期位
置を微粒子9が直接付着しない領域に設定しても、ステ
ンレスロッド40Aの動きに追従して微粒子9が移動し
た場合、最終的に、ステンレスロッド40Aの動きを停
止すると、微粒子9は慣性力で運動を続け、ステンレス
ロッド40Aへ直接、接触することがある。
Next, possible causes will be described below.
First, by inserting the stainless rod 40A, a portion having a low sound pressure is formed around the stainless rod 40A in addition to the periodic sound pressure node 10a formed by the standing wave.
At this time, a large spatial change in the energy density of the sound wave in the medium occurs, and the sound pressure in the vicinity of the rod 40A becomes a minimum value, so that an acoustic radiation force in the direction of the stainless steel rod 40A is generated. The stainless steel rod 40
The above phenomenon is observed even with a stainless steel plate instead of A, and there is no great dependence on the shape. It is necessary to pay attention to the relative positions of the stainless rod 40A, the fine particles 9, the horn 2, and these. Stainless rod 4
It is necessary to set the distance between 0A and the horn 2 which is the vibration surface to be equal to or smaller than the distance between the fine particles 9 and the horn 2. Under other conditions, the fine particles 9 do not follow the movement of the stainless rod 40A. But,
Fine particles 9 to be manipulated without contact as described above
It is a big problem that the stainless steel rod 40A comes in contact with the stainless steel. Even if the initial position of the stainless steel rod 40A is set to a region where the fine particles 9 do not directly adhere, if the fine particles 9 move following the movement of the stainless steel rod 40A, the movement of the stainless steel rod 40A is finally stopped. In some cases, the fine particles 9 continue to move due to the inertial force and directly contact the stainless rod 40A.

【0029】上述した第1の実施の形態によれば、微小
粒子9を所定の狭い領域に安定的に捕捉し得ると共に、
その捕捉した微小粒子9を超音波振動子3の振動面と平
行な方向に長距離にわたって移動させる場合において
も、構成が簡易で、短時間で高精度に移動させることが
可能である。
According to the first embodiment, the fine particles 9 can be stably captured in a predetermined narrow area, and
Even when the captured microparticles 9 are moved over a long distance in a direction parallel to the vibration plane of the ultrasonic transducer 3, the configuration is simple, and it is possible to move the microparticles 9 with high accuracy in a short time.

【0030】図5は、本発明の第2の実施の形態に係る
粒子制御器を示す。同図(a)は、粒子制御器4として
3本のステンレスロッド40Aを用いた場合、図5
(b)は、4本のテンレスロッド40Aを用いた場合、
同図(c)は、4本の三角形状のステンレスプレート4
0Bを用いた場合をそれぞれ示す。粒子制御器4として
3本以上のステンレスロッド40Aあるいはステンレス
プレート40Bを線対称となるように配置し、その対称
の中心に微粒子9を配置させるようにすることが必要で
ある。これらを満足しない場合、微粒子9の挙動は極め
て不安定になりマイクロマニュピレーションが困難とな
る。
FIG. 5 shows a particle controller according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5A shows a case where three stainless rods 40 </ b> A are used as the particle controller 4.
(B), when four tenless rods 40A are used,
FIG. 4C shows four triangular stainless steel plates 4.
0B is shown. It is necessary to arrange three or more stainless steel rods 40A or stainless steel plates 40B as the particle controller 4 so as to be linearly symmetric, and to arrange the fine particles 9 at the center of the symmetry. If these are not satisfied, the behavior of the fine particles 9 becomes extremely unstable, and micromanipulation becomes difficult.

【0031】図6(a)〜(d)は、本発明の第3の実
施の形態に係る粒子制御器を示す。なお、上段は平面
図、下段は側面図である。この第3の実施の形態の粒子
制御器4は、開口部41を有し、線対称性のステンレス
環体40Cを用いたものである。この場合は、ステンレ
ス環体40Cの開口部41の中心を通る軸線上に微粒子
9を配置させる。この第3の実施の形態によれば、複数
のステンレスロッド40Aあるいはステンレスプレート
40Bを組み合わせる構成に比べて、複数のステンレス
ロッド40Aあるいはステンレスプレート40Bを同時
に制御する必要がなく、一つの粒子制御器4のみを制御
すればよいため、粒子制御器4の位置制御が容易とな
る。
FIGS. 6A to 6D show a particle controller according to a third embodiment of the present invention. The upper part is a plan view, and the lower part is a side view. The particle controller 4 according to the third embodiment has an opening 41 and uses a linearly symmetric stainless steel ring 40C. In this case, the fine particles 9 are arranged on an axis passing through the center of the opening 41 of the stainless steel ring 40C. According to the third embodiment, it is not necessary to simultaneously control the plurality of stainless steel rods 40A or the stainless steel plates 40B as compared with the configuration in which the plurality of stainless steel rods 40A or the stainless steel plates 40B are combined. Only the position control of the particle controller 4 is facilitated because only the control of the particle controller 4 is required.

【0032】図7(a)〜(d)は、本発明の第4の実
施の形態に係る粒子制御器を示す。なお、上段は平面
図、下段は側面図である。この第4の実施の形態の粒子
制御器4は、凹部42を有し、線対称性のステンレス湾
曲体40Dを用いたものである。この場合は、ステンレ
ス湾曲体40Dの凹部42の内側に微粒子9を配置させ
る。この第4の実施の形態によれば、第3の実施の形態
と同様の効果が得られる。
FIGS. 7A to 7D show a particle controller according to a fourth embodiment of the present invention. The upper part is a plan view, and the lower part is a side view. The particle controller 4 according to the fourth embodiment has a concave portion 42 and uses a linearly symmetric stainless steel curved body 40D. In this case, the fine particles 9 are arranged inside the concave portion 42 of the stainless curved body 40D. According to the fourth embodiment, the same effects as in the third embodiment can be obtained.

【0033】図8(a)〜(f)は、本発明の第5の実
施の形態に係る粒子制御器を示す。この第5の実施の形
態の粒子制御器4は、開口部41の大きさを自在に変化
できるシャッタ式制御器40Eであり、固定リング43
と、固定リング43から内側に出没する複数の可動羽4
4とを備える。複数の微粒子9を粒子制御器4により開
口部41の中央位置に捕捉した場合、粒子制御器4の開
口部41の大きさに比べて微粒子9の大きさが極めて小
さいと、微粒子9相互の距離が所望の大きさより大きい
ままとなることがある。そこでこれら微粒子9相互の距
離を小さくさせたい場合に、本シャッタ式制御器40E
の開口部41の大きさを変化させることにより目的を達
成できる。
FIGS. 8A to 8F show a particle controller according to a fifth embodiment of the present invention. The particle controller 4 according to the fifth embodiment is a shutter controller 40E that can freely change the size of the opening 41, and includes a fixed ring 43.
And a plurality of movable wings 4 protruding inward from the fixed ring 43.
4 is provided. When a plurality of fine particles 9 are captured at the center position of the opening 41 by the particle controller 4, if the size of the fine particles 9 is extremely small compared to the size of the opening 41 of the particle controller 4, the distance between the fine particles 9 will be large. May remain larger than desired. Therefore, when it is desired to reduce the distance between these fine particles 9, the shutter type controller 40E
The purpose can be achieved by changing the size of the opening portion 41 of the above.

【0034】図9および図10は、微粒子9を捕捉する
手順を示す。まず、開口部41を図9(a),(b),
(c),(d)に示すように、可動羽44を動かして開
口部41を小さくして浮遊している複数の微粒子9を中
央に凝集させる。次に、図10(a),(b),(c)
に示すように、所望する方向にシャッタ式制御器40E
を移動させて微粒子9をこれに追従させる。
FIGS. 9 and 10 show a procedure for capturing the fine particles 9. First, the opening 41 is formed as shown in FIGS.
As shown in (c) and (d), the movable blade 44 is moved to make the opening 41 smaller, and the floating fine particles 9 are aggregated at the center. Next, FIGS. 10 (a), (b), (c)
As shown in FIG.
Is moved to cause the fine particles 9 to follow this.

【0035】この第5の実施の形態によれば、複数の微
粒子9を1つの粒子制御器4によって位置を制御するこ
とが可能となる。
According to the fifth embodiment, the positions of the plurality of fine particles 9 can be controlled by one particle controller 4.

【0036】図11は、本発明の第6の実施の形態に係
る非接触マイクロマニュピレーション装置を示す。この
装置は、第1の実施の形態において、例えば、内径98
mmのアクリル水槽7内に超音波を伝播させる液体媒質
8として水を満たし、その液体媒質8中に、反射板1、
ホーン2および粒子制御器4を配置したものであり、他
は第1の実施の形態と同様に構成されている。この第6
の実施の形態によれば、液体は気体に比べて音響インピ
ーダンスが大きいため、低い入力パワーで十分な音圧を
発生することが可能となる。
FIG. 11 shows a non-contact micromanipulation apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. This device is different from the first embodiment in that, for example, the inside diameter 98
mm is filled with water as a liquid medium 8 for propagating ultrasonic waves in an acrylic water tank 7 mm.
A horn 2 and a particle controller 4 are arranged, and the other components are configured in the same manner as in the first embodiment. This sixth
According to the embodiment, the liquid has a larger acoustic impedance than the gas, so that it is possible to generate a sufficient sound pressure with a low input power.

【0037】図12は、本発明の第7の実施の形態に係
る非接触マイクロマニュピレーション装置を示す。この
第7の実施の形態は、第6の実施の形態において、ホー
ン2を省略したものである。この第7の実施の形態によ
れば、超音波振動子3として共振周波数が19.84k
Hz付近と201kHz付近の2つを有するものを用い
た場合、ホーン2の振動面と反射板1との間の距離は、
例えば、24℃の水中の場合、37.8mmと3.73
mmの整数倍となる。微粒子9として平均粒径36μm
のアルミナ粒子を水に懸濁させ、その後、ピペットを用
いて定在波音場中に注入し、大気中と同様に粒子制御器
4を用いて微粒子9を自由自在に移動させることができ
る。
FIG. 12 shows a non-contact micromanipulation apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. In the seventh embodiment, the horn 2 is omitted from the sixth embodiment. According to the seventh embodiment, the resonance frequency of the ultrasonic transducer 3 is 19.84 k.
In the case of using one having two near Hz and near 201 kHz, the distance between the vibrating surface of the horn 2 and the reflector 1 is
For example, in water at 24 ° C., 37.8 mm and 3.73 mm
mm. 36 μm average particle size as fine particles 9
Are suspended in water and then injected into a standing wave sound field using a pipette, and the fine particles 9 can be freely moved using the particle controller 4 as in the atmosphere.

【0038】なお、上記実施の形態では粒子制御器4の
材質にステンレスを用いたが、これに限定されることは
ない。超音波伝播媒質(大気又は水)と比較して超音波
の透過性・反射性が大きく異なれば、適用が可能であ
り、大部分の固体材料はこれを満たす。このような材料
として、例えば、ベークライト、ポリスチレン、ガラ
ス、鉛、銅、ニッケル、アルミニウムなどが挙げられ
る。また、上記実施の形態では、超音波振動子3に印加
する交流電圧は、正弦形状の波形を有するものであった
が、これに限定されることはない。例えば、矩形形状の
交流電圧でもよい。
Although stainless steel is used as the material of the particle controller 4 in the above embodiment, the material is not limited to stainless steel. If the transmittance and reflectivity of the ultrasonic wave are significantly different from those of the ultrasonic wave propagation medium (atmosphere or water), application is possible, and most solid materials satisfy this. Examples of such a material include bakelite, polystyrene, glass, lead, copper, nickel, and aluminum. Further, in the above embodiment, the AC voltage applied to the ultrasonic transducer 3 has a sinusoidal waveform, but is not limited to this. For example, a rectangular AC voltage may be used.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の非接触マ
イクロマニュピレーション装置および方法によれば、音
圧制御器を定在波音場中に配置して微小物体を捕捉し、
音圧制御器を超音波振動子の振動面と平行な方向に移動
するだけで、微小物体をハンドリングできるので、構成
が簡素で、微小物体を短時間で超音波振動子の振動面と
平行な方向に移動可能となる。
As described above, according to the non-contact micromanipulation apparatus and method of the present invention, a sound pressure controller is disposed in a standing wave sound field to capture a minute object,
A small object can be handled simply by moving the sound pressure controller in a direction parallel to the vibration plane of the ultrasonic vibrator, so the configuration is simple and the micro object can be moved in parallel with the vibration plane of the ultrasonic vibrator in a short time. It is possible to move in the direction.

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

【図1】本発明の実施の形態に係る非接触マイクロマニ
ュピレーション装置を示す図
FIG. 1 shows a non-contact micromanipulation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は反射面と振動面間に形成された定在波
を示し、(b)は粒子捕捉位置を示す図
FIG. 2A shows a standing wave formed between a reflecting surface and a vibrating surface, and FIG. 2B shows a particle capturing position.

【図3】(a),(b)は本発明の第1の実施の形態に
係る粒子制御器として2本のステンレスロッドを定在波
音場中に挿入した場合の微粒子の挙動を模式的に示した
FIGS. 3A and 3B schematically show the behavior of fine particles when two stainless steel rods are inserted into a standing wave sound field as a particle controller according to the first embodiment of the present invention. The figure shown

【図4】(a),(b)は比較例として粒子制御器とし
て1本のステンレスロッドを定在波音場中に挿入した場
合の微粒子の挙動を模式的に示した図
FIGS. 4A and 4B are diagrams schematically showing behavior of fine particles when one stainless rod is inserted into a standing wave sound field as a particle controller as a comparative example.

【図5】本発明の第2の実施の形態に係る粒子制御器を
定在波音場中に挿入した場合の微粒子の位置を模式的に
示した図であり、(a)は粒子制御器として3本のステ
ンレスロッドを用いた場合、(b)は粒子制御器として
4本のステンレスロッドを用いた場合、(c)は粒子制
御器として4本のステンレスプレートを用いた場合を示
す図
FIG. 5 is a diagram schematically showing the positions of fine particles when the particle controller according to the second embodiment of the present invention is inserted into a standing wave sound field, and FIG. (B) shows a case where four stainless steel rods are used as a particle controller, and (c) shows a case where four stainless steel plates are used as a particle controller.

【図6】(a)〜(d)は本発明の第3の実施の形態に
係る粒子制御器の形状を示す図
FIGS. 6A to 6D are views showing the shape of a particle controller according to a third embodiment of the present invention.

【図7】(a)〜(d)は本発明の第4の実施の形態に
係る粒子制御器の形状を示す図
FIGS. 7A to 7D are diagrams showing a shape of a particle controller according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】(a)〜(f)は本発明の第5の実施の形態に
係る粒子制御器の形状を示す図
FIGS. 8A to 8F are diagrams showing a shape of a particle controller according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】(a)〜(d)は第5の実施の形態の粒子制御
器を定在波音場中に挿入した場合の微小粒子の挙動を模
式的に示す図
FIGS. 9A to 9D are diagrams schematically showing the behavior of fine particles when the particle controller according to the fifth embodiment is inserted into a standing wave sound field.

【図10】(a)〜(c)は第5の実施の形態の粒子制
御器を定在波音場中で移動させた場合の微小粒子の挙動
を模式的に示す図
FIGS. 10A to 10C are diagrams schematically showing the behavior of fine particles when the particle controller according to the fifth embodiment is moved in a standing wave sound field.

【図11】本発明の第6の実施の形態に係る非接触マイ
クロマニュピレーション装置を示す図
FIG. 11 shows a non-contact micromanipulation device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第7の実施の形態に係る非接触マイ
クロマニュピレーション装置を示す図
FIG. 12 is a diagram showing a non-contact micromanipulation device according to a seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反射板 1a 反射面 2 ホーン 2a 振動面 3 超音波振動子 4 粒子制御器 5 パワーアンプ 6 ファンクションジェネレータ 7 水槽 8 液体媒質 9 微粒子 10 定在波音場 10a 音圧の節 11 音響放射力 40A ステンレスロッド 40B ステンレスプレート 40C ステンレス環体 40D ステンレス湾曲体 40E シャッタ式制御器 41 開口部 42 凹部 43 固定リング 44 可動羽 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reflector 1a Reflection surface 2 Horn 2a Vibration surface 3 Ultrasonic vibrator 4 Particle controller 5 Power amplifier 6 Function generator 7 Water tank 8 Liquid medium 9 Fine particles 10 Standing wave sound field 10a Sound pressure node 11 Acoustic radiation force 40A Stainless rod 40B Stainless Plate 40C Stainless Ring 40D Stainless Curved Body 40E Shutter Controller 41 Opening 42 Recess 43 Fixed Ring 44 Movable Wing

フロントページの続き (72)発明者 倉本 新一 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 兪 一梅 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 Fターム(参考) 3F060 AA01 BA10 HA00 Continuing on the front page (72) Inventor Shinichi Kuramoto 430 Nakai-cho Sakai-Kamigami-gun, Kanagawa Prefecture Inside Green Tech Nakafuji Fuji Xerox Co., Ltd. F term (reference) 3F060 AA01 BA10 HA00

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】微小物体が存在する媒質中に超音波振動子
と反射板を所定の距離を設けて対向配置させ、前記超音
波振動子から超音波を発生させて前記媒質中に定在波音
場を形成して前記微小物体を前記定在波音場の音圧の節
に捕捉し、その捕捉された前記微小物体を非接触で移動
させる非接触マイクロマニュピレーション装置におい
て、 前記媒質より大きい前記超音波の反射性を有し、前記定
在波音場中に配置されることにより、前記定在波音場中
に前記音圧の節より低圧の領域を形成する音圧制御器を
備えたことを特徴とする非接触マイクロマニュピレーシ
ョン装置。
An ultrasonic transducer and a reflecting plate are disposed facing each other at a predetermined distance in a medium in which a minute object exists, and an ultrasonic wave is generated from the ultrasonic transducer to generate a standing wave sound in the medium. A non-contact micromanipulation apparatus for forming a field to capture the minute object at a node of the sound pressure of the standing wave sound field and to move the captured minute object in a non-contact manner; Having a sound pressure controller that is arranged in the standing wave sound field to form a region of a lower pressure than the node of the sound pressure in the standing wave sound field. Contactless micromanipulation device.
【請求項2】前記音圧制御器は、線あるいは点対称の形
状を有する構成の請求項1記載の非接触マイクロマニュ
ピレーション装置。
2. The non-contact micromanipulation apparatus according to claim 1, wherein said sound pressure controller has a line or point symmetric shape.
【請求項3】前記音圧制御器は、線あるいは点対称の形
状を有し、前記形状が可変である構成の請求項1記載の
非接触マイクロマニュピレーション装置。
3. The non-contact micromanipulation device according to claim 1, wherein said sound pressure controller has a line or point symmetric shape, and said shape is variable.
【請求項4】前記媒質は、液体あるいは気体である構成
の請求項1記載の非接触マイクロマニュピレーション装
置。
4. The non-contact micromanipulation apparatus according to claim 1, wherein said medium is a liquid or a gas.
【請求項5】微小物体が存在する媒質中に超音波振動子
と反射板を所定の距離を設けて対向配置させ、前記超音
波振動子から超音波を発生させて前記媒質中に定在波音
場を形成して前記微小物体を前記定在波音場の音圧の節
に捕捉し、その捕捉された前記微小物体を非接触で移動
させる非接触マイクロマニュピレーション装置におい
て、 前記媒質より大きい前記超音波の反射性を有し、前記定
在波音場中に配置されることにより、前記定在波音場中
に前記音圧の節より低圧の領域を形成する音圧制御器
と、 前記音圧制御器を移動させる移動手段とを備えたことを
特徴とする非接触マイクロマニュピレーション装置。
5. An ultrasonic vibrator and a reflection plate are disposed facing each other at a predetermined distance in a medium in which a minute object is present, and ultrasonic waves are generated from the ultrasonic vibrator to generate a standing wave sound in the medium. A non-contact micromanipulation apparatus for forming a field to capture the minute object at a node of the sound pressure of the standing wave sound field and to move the captured minute object in a non-contact manner; And a sound pressure controller that is arranged in the standing wave sound field to form a lower pressure region than the node of the sound pressure in the standing wave sound field, and the sound pressure controller A non-contact micromanipulation device comprising:
【請求項6】前記移動手段は、前記超音波振動子と前記
音圧制御器との間の距離が前記超音波振動子と前記微小
物体との間の距離以下となるように前記音圧制御器を移
動させる構成の請求項5記載の非接触マイクロマニュピ
レーション装置。
6. The sound pressure control device such that the distance between the ultrasonic transducer and the sound pressure controller is less than or equal to the distance between the ultrasonic transducer and the minute object. The non-contact micromanipulation device according to claim 5, wherein the device is configured to move the vessel.
【請求項7】微小物体が存在する媒質中に超音波振動子
と反射板を所定の距離を設けて対向配置させ、前記超音
波振動子から超音波を発生させて前記媒質中に定在波音
場を形成して前記微小物体を前記定在波音場の音圧の節
に捕捉し、その捕捉された前記微小物体を非接触で移動
させる非接触マイクロマニュピレーション方法におい
て、 前記定在波音場中に前記媒質より大きい前記超音波の反
射性を有する音圧制御器を配置して前記定在波音場中に
前記音圧の節より低圧の領域を形成することにより、前
記微小物体を前記音圧の節から前記低圧の領域に移動さ
せて前記微小物体を捕捉し、 前記音圧制御器を移動して前記微小物体を非接触で前記
音圧制御器の移動に追従させることを特徴とする非接触
マイクロマニュピレーション方法。
7. An ultrasonic vibrator and a reflection plate are disposed facing each other at a predetermined distance in a medium in which a minute object exists, and an ultrasonic wave is generated from the ultrasonic vibrator to generate a standing wave sound in the medium. A non-contact micromanipulation method of forming a field and capturing the minute object at a node of the sound pressure of the standing wave sound field, and moving the captured minute object in a non-contact manner; By arranging a sound pressure controller having a reflectivity of the ultrasonic wave larger than the medium and forming a region having a pressure lower than the node of the sound pressure in the standing wave sound field, the minute object is adjusted to the sound pressure. Moving the sound pressure controller from a node to the low-pressure area to capture the minute object, and moving the sound pressure controller to follow the movement of the sound pressure controller in a non-contact manner. Micromanipulation method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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