JP2014091195A - 湾曲反射面を有する固体セルを用いた超音波マイクロマニピュレーション方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】壁部3A、3Bと底部4により構成され、微小物体が分散された液体媒体のための入口5と出口6A、6Bを有するマイクロ流路2を備え、マイクロ流路2は直線流路2Aと途中で分岐した分岐流路2B及び分岐点に設けられた溜まり場7を有し、一方の壁部3Aの側面に直線流路に平行となるように超音波振動子8が取り付けられた固体セル1を用いる。マイクロ流路に、微小物体が分散した液体媒質を流し、超音波振動子8からの超音波をマイクロ流路の下部を進行波として伝搬させ、マイクロ流路の超音波振動子の側面に対向する湾曲した壁部3Bで反射波としてマイクロ流路に伝搬させ、微小物体に音響放射圧を作用させることで媒体中の微小物体の流れの方向を制御する。
【選択図】図2
Description
(1)上面部又は内部に、少なくとも一対の壁部と底部により構成され、微小物体が分散された液体媒体のための入口と出口を有するマイクロ流路を備え、前記マイクロ流路は直線流路と途中で二股に分岐した分岐流路よりなり、前記直線流路と前記分岐流路の分岐点に設けられた溜まり場を有し、一方の壁部の側面に前記直線流路に平行となるように超音波振動子が取り付けられた固体セルを用い、前記マイクロ流路に、微小物体が分散した液体媒質を流し、前記超音波振動子からの超音波を前記マイクロ流路の下部を進行波として伝搬させ、前記マイクロ流路の前記超音波振動子の側面に対向する湾曲した壁部で超音波を反射させて反射波とし、前記固体セル部分から前記マイクロ流路に伝搬させ、前記微小物体に音響放射圧を作用させることにより、前記媒体中の微小物体の流れの方向を制御することを特徴とする超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
(2)前記固体セルとして、前記超音波振動子を取り付ける面が平面で、対向する端面部が湾曲して放物面の曲率を持つものを用いることを特徴とする上記(1)に記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
(3)前記固体セルとして、前記マイクロ流路の分岐点に設ける溜まり場の形状が断面半円形の柱状又は球状であり、その中心が前記湾曲状の端面部の焦点位置に設定されているものを用いることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
(4)前記固体セルとして、前記マイクロ流路の深さが、前記固体セルの厚さの半分程度であるものを用いることを特徴とする上記(1)から(3)のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
(5)前記超音波振動子に一定の周波数を印加することを特徴とする上記(1)から(4)のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
(6)前記超音波振動子に印加する周波数を連続して同一速度で変化させ、瞬時に初期値に戻した後、再度連続して変化させることを繰り返し行う周波数スイープを行うことを特徴とする上記(1)から(4)のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
(7)固定セルから構成される超音波非接触マイクロマニピュレーション装置であって、前記固定セルが、上面部又は内部に、少なくとも一対の壁部と底部とにより構成され、微小物体が分散された液体媒体のための入口と出口を有するマイクロ流路を備え、前記マイクロ流路は直線流路と途中で二股に分岐した分岐流路よりなり、前記直線流路と前記分岐流路の分岐点に、前記微小物体の操作のための溜まり場が設けられ、一方の壁部の側面に前記直線流路と平行となるように超音波振動子が設けられ、これと対向する壁部の端面部が湾曲状に形成されてなることを特徴とする超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
(8)前記超音波振動子を取り付ける面が平面で、対向する壁部の端面部が湾曲して放物面の曲率を持つことを特徴とする上記(7)に記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
(9)前記マイクロ流路の分岐点に設ける溜まり場の形状が断面半円形の柱状又は球状であり、その中心が前記湾曲状の端面部の焦点位置にあることを特徴とする上記(7)又は(8)に記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
(10)前記マイクロ流路の深さが、前記固体セルの厚さの半分程度であることを特徴とする上記(7)から(9)のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
(11)前記超音波振動子に一定の周波数を印加することを特徴とする上記(7)から(10)のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
(12)前記超音波振動子に印加する周波数を連続して同一速度で変化させ、瞬時に初期値に戻した後、再度連続して変化させることを繰り返し行う周波数スイープを行う機構を設けたことを特徴とする上記(7)から(10)のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
[実施例1]
本例では、50mm×50mm×5mmの大きさのパイレックス(商標登録)ガラスの中央に、断面2mm×2mmのT字型流路(分岐角度90度)を作成した。そして、流路の分岐点に直径10mm(深さは流路と同じ2mm)の半円形の溜まり場を作成した。その流路中に微粒子の懸濁液を投入し、ガラス板の左端より超音波を伝搬させ、流路下部のガラス板中を超音波は伝搬して右端の湾曲面に到達し、湾曲面で反射した超音波は固体セル中央の焦点に向けて集束して、直径10mmの半円形の溜まり場に入射する。半円の中心が焦点となるように設定されているため、ガラスと液体媒質の界面である半円に音波は垂直に入射する。そして、超音波は集束することにより、強力な力で懸濁液中の粒子をその焦点に向けて押すことになる。溜まり場に充填されている懸濁液中の固体粒子の濃度が濃い場合は、超音波は懸濁液中の粒子により急激に減衰するため、進行波により粒子を押す現象のみが現れる。
[実施例2]
また、装置構成は実施例1と同様にし、懸濁液中の粒子の濃度を薄くしたところ、実施例1のように粒子が左側に押されるのではなく、溜まり場で幾何学模様を形成する様子が観察された(図5)。これは、超音波が溜まり場の半円の中心にある流路壁の平面で反射し、定在波音場が形成されたためと考えられる。この状態で周波数をスイープさせると、粒子が移動することになる。固体粒子の排出先を、出口6A、または出口6Bに選択できる。
また、前記したように、微小物体をハンドリングするためのマイクロマニピュレーション方法が、バイオテクノロジー、マイクロマシン、材料開発等の分野において強く求められていたが、本発明は、それらの分野にも応用可能である。
2(2A、2B) 流路(直線流路、分岐流路)
3(3A、3B) 壁部
4 底部
5 入口
6(6A、6B) 出口
7 溜まり場
8 超音波震動子
9 薄膜フィルム
Claims (12)
- 上面部又は内部に、少なくとも一対の壁部と底部により構成され、微小物体が分散された液体媒体のための入口と出口を有するマイクロ流路を備え、前記マイクロ流路は直線流路と途中で二股に分岐した分岐流路よりなり、前記直線流路と前記分岐流路の分岐点に設けられた溜まり場を有し、一方の壁部の側面に前記直線流路に平行となるように超音波振動子が取り付けられた固体セルを用い、前記マイクロ流路に、微小物体が分散した液体媒質を流し、前記超音波振動子からの超音波を前記マイクロ流路の下部を進行波として伝搬させ、前記マイクロ流路の前記超音波振動子の側面に対向する湾曲した壁部で超音波を反射させて反射波とし、前記固体セル部分から前記マイクロ流路に伝搬させ、前記微小物体に音響放射圧を作用させることにより、前記媒体中の微小物体の流れの方向を制御することを特徴とする超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
- 前記固体セルとして、前記超音波振動子を取り付ける面が平面で、対向する端面部が湾曲して放物面の曲率を持つものを用いることを特徴とする請求項1に記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
- 前記固体セルとして、前記マイクロ流路の分岐点に設ける溜まり場の形状が断面半円形の柱状又は球状であり、その中心が前記湾曲状の端面部の焦点位置に設定されているものを用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
- 前記固体セルとして、前記マイクロ流路の深さが、前記固体セルの厚さの半分程度であるものを用いることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
- 前記超音波振動子に一定の周波数を印加することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
- 前記超音波振動子に印加する周波数を連続して同一速度で変化させ、瞬時に初期値に戻した後、再度連続して変化させることを繰り返し行う周波数スイープを行うことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション方法。
- 固定セルから構成される超音波非接触マイクロマニピュレーション装置であって、
前記固定セルが、上面部又は内部に、少なくとも一対の壁部と底部とにより構成され、微小物体が分散された液体媒体のための入口と出口を有するマイクロ流路を備え、前記マイクロ流路は直線流路と途中で二股に分岐した分岐流路よりなり、前記直線流路と前記分岐流路の分岐点に、前記微小物体の操作のための溜まり場が設けられ、一方の壁部の側面に前記直線流路と平行となるように超音波振動子が設けられ、これと対向する壁部の端面部が湾曲状に形成されてなることを特徴とする超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。 - 前記超音波振動子を取り付ける面が平面で、対向する壁部の端面部が湾曲して放物面の曲率を持つことを特徴とする請求項7に記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
- 前記マイクロ流路の分岐点に設ける溜まり場の形状が断面半円形の柱状又は球状であり、その中心が前記湾曲状の端面部の焦点位置にあることを特徴とする請求項7又は8に記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
- 前記マイクロ流路の深さが、前記固体セルの厚さの半分程度であることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
- 前記超音波振動子に一定の周波数を印加することを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
- 前記超音波振動子に印加する周波数を連続して同一速度で変化させ、瞬時に初期値に戻した後、再度連続して変化させることを繰り返し行う周波数スイープを行う機構を設けたことを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載の超音波非接触マイクロマニピュレーション装置。
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---|---|---|---|---|
JPH0747259A (ja) * | 1992-12-02 | 1995-02-21 | Hitachi Ltd | 超音波による流体中の微粒子処理装置 |
JPH11352048A (ja) * | 1998-06-04 | 1999-12-24 | Toray Eng Co Ltd | 液中微粒子測定装置 |
JP2012040647A (ja) * | 2010-08-19 | 2012-03-01 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 超音波非接触マイクロマニピュレーション方法及び装置 |
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