JP3129471B2 - マルチビーム微粒子操作方法 - Google Patents

マルチビーム微粒子操作方法

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/04—Acceleration by electromagnetic wave pressure

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、マルチビーム微粒子
操作方法に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、生物工学、化学等の諸分野において有用な、マイ
クロメートルオーダーの微粒子の複数種のものを非接触
で自由に操作することのできるマルチビーム微粒子操作
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、マイクロメートル
オーダーの微粒子をレーザ光によって捕捉するレーザト
ラッピング方法が知られており、生物工学における細胞
操作や化学分野における微粒子の改質、反応等への応用
が期待されている。このレーザトラッピング方法につい
ては、すでにこの発明の発明者らによって、マイクロマ
ニピュレーションの発展としていくつかの提案がなされ
ており、微粒子群による動態パターンの形成、マイクロ
微粒子加工、金属微粒子の操作等について画期的な方法
を開発してきている（特願平１−３１８２５８，特願平
２−７８４２１，特願平２−４０２０６３，特願平３−
１０４５１７）。
【０００３】これらの方法によって、微粒子または微粒
子群の捕捉、移動、加工等が非接触で、かつ、自由に操
作できるようになってきている。しかしながら、このよ
うなレーザビームによるマイクロマニピュレーション技
術の発展にもかかわらず、複数の微粒子を、各々、独立
して操作することのできる方法についてはこれまで確立
されていなかった。このため、レーザ走査マイクロマニ
ピュレーションの応用の拡大にとっての障害となってい
た。
【０００４】そこで、この発明は、以上の通りの従来法
の課題を解決し、複数の微粒子または微粒子群であって
も、これを捕捉、加工、組み立て等することのできる新
しい方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、単一レーザー光を分割
し、これをさらに同軸化した複数のレーザビームを各々
異なる微粒子または微粒子群に照射し、これらの微粒子
または微粒子群を捕捉して操作することを特徴とするマ
ルチビーム微粒子操作方法を提供する。
【０００６】また、この出願の発明は、上記方法に関し
て、レーザ光を偏光し、偏光ビームスプリッターで分割
し、これをさらに同軸化した複数のレーザビームを照射
するマルチビーム微粒子操作方法や、微粒子または微粒
子群を捕捉するレーザービームと同軸で励起したレーザ
光を照射して操作することを特徴とするマルチビーム微
粒子操作方法を提供する。
【０００７】
【実施例】以下、さらに詳しくこの発明のマルチビーム
微粒子操作法について具体例を示しつつ説明する。この
発明の方法に用いることのできるシステム構成は、たと
えば図１に示すことができる。この例においては、トラ
ッピング用レーザ光として、ＣＷＮｄ：ＹＡＧレーザ
（Spectron ＳＬ９０２Ｔ、波長１０６４nm、直線偏
光）を用いている。このレーザー光をλ／４板で円偏光
にし、偏光ビームスプリッタで２つのビームに分割す
る。この分割された２本のレーザビームを、それぞれ
に、２枚のガルバノミラー（ＧＳＺ Ｑ３２５ＤＴ）で
２軸方向に偏光させた後、偏光ビームスプリッタで同軸
にする。このとき、２つのビームは偏光方向が直交する
ので干渉しない（ビームの相対位置により強度分布が変
化しない）という特徴がある。これらのレーザビーム
は、レンズ系で顕微鏡（Nikon Optiphot ＸＦ）に導か
れ、油浸対物レンズ（x １００、ＮＡ＝1.30）で試料上
に集光される。集光スポットの大きさは１μｍである。
ガルバノミラーは顕微鏡の開口瞳と結像位置にあり、ガ
ルバノミラーによる偏向により、焦点位置は試料上を２
次元的に走査する。ガルバノミラーはコンピュータ（Ｎ
ＥＣ ＰＣ９８０１ ＲＡ）で制御され、キーボードの
操作により２つのビームを思いのままに動かすことがで
きる。また、レーザ走査法により、それぞれのビームで
複数の微粒子を配列させたり金属微粒子・低屈折率微粒
子を捕捉することも可能である。レーザ走査の経路もキ
ーボード入力で自由に設定できる。一方、励起レーザ光
には、Ｑ−スイッチＹＡＧレーザ（波長＝３５５nm、パ
ルス幅＝約３０ps）を用い、トラッピングレーザ光と同
軸で試料に集光する。微粒子マニピュレーションの様子
は、ＣＣＤカメラおよびビデオ録画装置で観測する。ま
た、モニタ画面上には、レーザビームの位置、操作の状
況等がスパーインポーズで表示される。
【０００８】たとえば以上のシステム構成を用いて、直
径３μｍの単分散ポリスチレン微粒子を、アクリル酸
（モノマー）、Ｎ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミド
（架橋剤）、ダロキュアー１１１６（光重合開始剤）を
溶かしたエチレングリコールに分散させたものを試料と
してマイクロマニピュレーションを行った場合の例を次
に説明する。 ＜操作例＞まず、図２に示したように、２本のビームで
それぞれに上記試料のポリスチレンラテックス微粒子を
捕捉し、ビームを移動して微粒子を接触させる。次に、
その接点に励起レーザを照射し光重合を開始させる。レ
ーザ照射数秒後、ポリスチレン微粒子の表面にアクリル
酸ゲルが発生し２つの微粒子が接着する。ビームを動か
して接着を確認した上で、一方のビームのレーザ走査を
開始し、結合微粒子を捕捉する。次に、図３に示したよ
うに、もう一方のビームは、移動して別の微粒子を捕捉
した後、接着した２つの微粒子の任意の位置に移動させ
接触させる。その接点に、励起レーザ光を先程と同様に
照射し、再び光重合により接着を行う。この操作を繰り
返すと微粒子による構造物ができ上がる。
【０００９】次に、この微粒子構造物を回転運動させる
ために、図４に示したように、（ａ）まず、レーザ走査
を停止して、構造物の任意の２点を捕捉する。（ｂ）１
方のビームを固定してこれを回転軸とし、（ｂ）（ｃ）
（ｄ）もう一方のビームはこの軸を中心として円形走査
を開始する。すると、微小構造物は回転運動を始める。
【００１０】もちろん、以上の操作においては、各種の
レーザビーム光学系が採用でき、また、対象とする微粒
子も、有機ポリマーだけでなく、各種の有機物、無機あ
るいは金属の微粒子等が対象となる。生物細胞等の生物
試料であってもよい。この方法によって、干渉しない２
本のトラッピング・レーザ光で、あたかも人間の左右の
手の様に微粒子を操ることができる。その操作はすべて
コンピユータで制御される。さらに、励起レーザ光を同
軸で導入することにより、加工・組み立て用の化学反応
を誘起することが可能である。
【００１１】
【発明の効果】複数のレーザビームを用いたこの発明の
マイクロマニピュレーション法により複数の微粒子、あ
るいは微粒子群の加工・組み立てや機械的運動を行うこ
とが可能となる。この手法はマイクロマシーンの組み立
て・駆動装置として直接応用できるだけでなく、それに
よってマイクロメートルオーダーの物理・化学・機械・
電気的に重要な微小構造物を構築したり、さらに、それ
を制御することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に用いることのできるシステム構成を
例示したブロック図である。
【図２】この発明による微粒子操作例を示した平面図で
ある。
【図３】この発明による微粒子操作例を示した平面図で
ある。
【図４】この発明による微粒子操作例を示した平面図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 19/08 B22F 1/00 B23K 26/00 C12N 13/00 G02B 21/32 H01S 3/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単一レーザー光を分割し、これをさらに
    同軸化した複数のレーザビームを各々異なる微粒子また
    は微粒子群に照射し、これらの微粒子または微粒子群を
    捕捉して操作することを特徴とするマルチビーム微粒子
    操作方法。
  2. 【請求項２】 レーザ光を偏光し、偏光ビームスプリッ
    ターで分割し、これをさらに同軸化した複数のレーザビ
    ームを照射する請求項１のマルチビーム微粒子操作方
    法。
  3. 【請求項３】 請求項１または２の方法において、微粒
    子または微粒子群を捕捉するレーザービームと同軸で励
    起したレーザ光を照射して操作することを特徴とするマ
    ルチビーム微粒子操作方法。
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