JP4006519B2 - Fine particle labeling apparatus and labeling method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を利用して微粒子に視覚的標識を付与するための標識化装置及び標識化方法に関し、特に、遺伝子操作やマイクロマシン組立など、微小物や微小構造物の非接触自動操作の際に必要となる微粒子に、画像処理により容易に識別可能な視覚的標識を付与することができる微粒子の標識化装置及び標識化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
微小物質や微小構造物(以下、微小物と記す)の表面に微小なポリスチレン球やガラス球を取り付けて、これらにレーザ光を集束させる光ピンセット法によって、微小物に熱的損傷を与えることなく、非接触で微小物を捕捉し、操作できることが知られている(下記非特許文献1、2参照)。取り付けられた微粒子が視覚的に識別され得るものであれば、画像処理や現代制御理論などの高度自動化技術を使用して、上記した非接触での微小物の操作を自動化できる可能性があることから、例えば、蛍光色素などで着色された微小ポリスチレン球が実現されており、このポリスチレン球を操作対象の微小物に取り付ける微粒子として使用することができる。また、微粒子を微小物の表面に取り付ける手段は、光硬化樹脂を接着剤として用いるなど各種の手段が開発されている。
【0003】
【非特許文献1】
新井史人,「ナノ・マイクロマニピュレーションの現状と課題」,システム/制御/情報,Vol.46,No.5,2002,pp.244-251
【0004】
【非特許文献2】
三輪昌史、外2名,「微小構造物のレーザー走査マニピュレーションによる保持」,電学論E,120巻7号,平成12年,pp.345-349
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、微小物の自動操作を目的に微粒子を微小物の表面に取り付けるには、多種類の標識を有する微粒子を事前に準備しなければならず、それらを微小物の表面上の特定の場所に取り付けることも困難であることから、未だ、上記した非接触での微小物の自動操作は実現されていない。
【0006】
また、蛍光色素などで着色された微小ポリスチレン球を使用する場合、容器に入っている多数の微小ポリスチレン球の中から、1個の微小ポリスチレン球のみを取り出すということが困難であるため、認識の際に外乱となる余分な微粒子を取り出すことなく、上記した多種類の微粒子の取り付け作業を行うことは困難であった。
【0007】
一方、微小物の表面に取り付ける微粒子に、蛍光色素などを用いずに識別できる視覚的な標識を付与する技術が開発されれば、画像処理技術などを利用して微小構造物などを自動操作することが可能となることから、レーザマニピュレーション技術で安定に捕捉できる微粒子に、多様な視覚的標識を付与する技術の開発が、上記分野の重要な課題の1つとなっていた。
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明は、媒体(液体又は気体)中において、非接触で、複数の微粒子の表面又はその内部に、視覚的に識別可能な異なった標識を付与することができる微粒子の標識化装置及び標識化方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【0010】
即ち、本発明に係る微粒子の標識化装置(1)は、捕捉用ビームを出力する捕捉用ビーム出力部と、加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、制御部と、識別物質を運搬する運搬ビームを出力する運搬ビーム出力部とを備え、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉し、捕捉された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子の表面に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成し、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して前記運搬ビームの光路を変化させ、前記穴に前記識別物質を運搬することを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係る微粒子の標識化装置(2)は、2本の捕捉用ビームを出力する捕捉用ビーム出力部と、加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、制御部と、識別物質を運搬する運搬ビームを出力する運搬ビーム出力部とを備え、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、2本の前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させて、2本の軌道によって挟まれた領域に、複数の前記微粒子を捕捉し、捕捉された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子の表面に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成し、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して前記運搬ビームの光路を変化させ、前記穴に前記識別物質を運搬することを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係る微粒子の標識化装置(3)は、捕捉用ビームを出力する捕捉用ビーム出力部と、加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、制御部とを備え、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉し、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも1個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、1個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させ、前記焦点に移動された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施すことを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係る微粒子の標識化装置(4)は、2本の捕捉用ビームを出力する捕捉用ビーム出力部と、加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、制御部とを備え、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、2本の前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させて、2本の軌道によって挟まれた領域に、複数の前記微粒子を捕捉し、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも1個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、1個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させ、前記焦点に移動された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施すことを特徴とする。
【0014】
また、本発明に係る微粒子の標識化装置(5)は、上記微粒子の標識化装置(3)又は(4)において、前記加工によって前記微粒子の表面又は内部に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成することを特徴とする。
【0015】
本発明に係る微粒子の標識化方法(1)は、捕捉用ビームを出力する第1ステップと、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームの焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉する第2ステップと、捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子の表面に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成する第3ステップと、識別物質を運搬する運搬ビームを出力する第4ステップと、前記運搬ビームによって前記識別物質を捕捉し、前記運搬ビームの焦点位置を移動させ、前記穴に前記識別物質を運搬する第5ステップとを含むことを特徴とする。
【0016】
本発明に係る微粒子の標識化方法(2)は、2本の捕捉用ビームを出力する第1ステップと、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、2本の前記捕捉用ビームの各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させて、2本の軌道によって挟まれた領域に、複数の前記微粒子を捕捉する第2ステップと、捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第3ステップと、識別物質を運搬する運搬ビームを出力する第4ステップと、前記運搬ビームによって前記識別物質を捕捉し、前記運搬ビームの焦点位置を移動させ、前記穴に前記識別物質を運搬する第5ステップとを含むことを特徴とする。
【0017】
本発明に係る微粒子の標識化方法(3)は、捕捉用ビームを出力する第1ステップと、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームの焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉する第2ステップと、捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第3ステップとを含み、前記第3ステップが、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも1個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、1個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させる第4ステップを含むことを特徴とする。
【0018】
本発明に係る微粒子の標識化方法(4)は、2本の捕捉用ビームを出力する第1ステップと、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、2本の前記捕捉用ビームの各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させて、2本の軌道によって挟まれた領域に、複数の前記微粒子を捕捉する第2ステップと、捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第3ステップとを含み、前記第3ステップが、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも1個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、1個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させる第4ステップを含むことを特徴とする。
【0019】
本発明に係る微粒子の標識化方法(5)は、上記微粒子の標識化方法(3)又は(4)において、前記加工によって前記微粒子の表面又は内部に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成することを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。即ち、標識を付与したい微粒子をレーザ光の走査によって円軌道上に捕捉し、その捕捉した微粒子の表面又は内部に円形の穴を開ける微粒子の標識化装置及び標識化方法について説明する。
【0021】
図1は、本発明の実施の形態に係る微粒子の標識化装置の概略構成を示すブロック図である。標識化装置は、制御部5と、カメラ部4と、光源7、17と、第1〜第3焦点移動機構12〜12”とを備えて構成されている。制御部5は、後述する制御及びデータ処理を行う処理部(以下、CPUと記す)20と、データを一時的に記憶するメモリ部21と、データを持続的に記録する記録部22と、操作部23と、制御インタフェース部24と、ビデオ部25と、制御部5内部でデータを交換するためのデータバス26と、表示部27とを備えている。第1〜第3焦点移動機構12〜12”は、制御インタフェース部24を介して、CPU20によって制御され、光源7から発せられたレーザ光を、顕微鏡(図示せず)試料面内に配置された複数の微粒子3に導いて、後述するように微粒子3を捕捉する。図1では、光源7から微粒子3に対して照射されるレーザ光の経路は省略している。また、カメラ部4からの映像信号は、ビデオ部25を介して表示部27に表示され、必要に応じて、ディジタルデータとしてフレーム毎に記録部22に記録される。
【0022】
図2は、レーザ光の走査によって同時に複数の微粒子3を捕捉し、捕捉した微粒子3の表面に穴を開ける処理を模式的に示す斜視図である。微粒子3は、球形であり、照射される捕捉用レーザ光に対して高い透過性があり、且つ周囲の媒体よりも高い屈折率を有しており、例えば、ポリスチレン球やホウ珪酸塩ガラス球などであればよい。
【0023】
光源7から射出されたレーザ光は、2本のレーザ光に分解され、その内の1本のレーザ光1が、第1焦点移動機構12を介して、上記したように複数の微粒子3を含む媒体に照射される。このとき、レーザ光1は、図2に示したように、その焦点が円軌道1”上を適切な一定の高速度で移動するように、第1焦点移動機構12によって光路を制御される。自由運動していた微粒子3に、この走査する高密度に集束されたレーザ光1が照射されると、光ピンセットの原理により、微粒子3は安定に円軌道1”上に捕捉される。カメラ部4の映像によってこれら微粒子3の捕捉が観測された後、光源17から加工用のレーザ光2が射出され、第3焦点移動機構12”によって光路が変化され、微粒子3に対して集光される。これによって、何れかの微粒子3の表面上に加工用レーザ光2の焦点位置を合わせて高密度に集光照射することによって、捕捉された微粒子3の表面上又は内部に、視覚的に識別可能な円形の穴3’を開ける。この時、上記の穴を開けたい微粒子3に加工用レーザ光の焦点を合わせる制御は、カメラ部4によって撮像された画像が処理されて、求められる微粒子の位置に加工用レーザ光2の位置を合わせることで可能である。
【0024】
図3は、図1に示した標識化装置における光学系構成の一実施の形態をより詳細に示すブロック図である。光源7からのレーザ光は、ビームエクスパンダ8によって径、即ちレーザ光の空間的広がりを変化され、半波長板9を通り、第1偏光ビームスプリッタ10、10’によって2方向のレーザ光に分解される。これら2本のレーザ光は、それぞれ電磁シャッタ11、11’を介し、ガルバノミラー対及び焦点位置変更レンズを装備して構成される第1焦点位置移動機構12及び第2焦点位置移動機構12’を経由し、第2偏光ビームスプリッタ13、13’によって各々の光路軸を揃えられ、リレーレンズ14によって落射照明光の軸と一致させて顕微鏡6内に導入される。
【0025】
上記した分解後の2本のレーザ光1、1’は、顕微鏡6の対物レンズ15によりその焦点位置で、標識を付与したい微粒子3の直径よりも小さい波長限界程度、例えば1μm程度のスポットサイズまで高密度に集束される。制御部5が、操作部23からの指示を受けて軌道1”を決定し、軌道1”及び走査速度に基づき第1焦点位置移動機構12を制御することによって、集光されたレーザ光1の焦点が軌道1”上を移動するように精密に制御することができる。これによって、複数の微粒子3を同時に捕捉することができる。
【0026】
分解されたもう1本のレーザ光1’は、後述するように、標識が付された微粒子を軌道1”上から取り出す目的や、微粒子3の標識化のために別の識別可能な微小粒子(例えば、色素試薬)を微粒子3に取り付ける目的などに使用される。
【0027】
微粒子3の表面上に標識を付与するためのレーザ光2の生成には、微粒子3の材質に対して透過性の低い波長のレーザ光を照射する光源17を利用する。光源17から射出されるレーザ光2は、上記した捕捉用レーザ光1、1’と同様に、ビームエクスパンダ8’によって径を変換され、電磁シャッタ11”を介した後に、第3焦点位置移動機構12”を経由して、ビームスプリッタ13”によって、上記2本のビームと光路軸を揃えられ、リレーレンズ14を経由して顕微鏡6内に導入され、捕捉された微粒子3に対して穴開け加工を行う。この時、マイクロ加工用レーザ光2の焦点位置は、カメラ部4によって観測された微粒子位置となるように第3焦点位置移動機構12”を制御することにより3次元的に制御される。
【0028】
この微粒子3への穴開け加工は、第3焦点位置移動機構12”を用いてマイクロ加工用レーザ光2の焦点位置を変更することで、顕微鏡ステージなどを動かすことなく、複数個の微粒子3を同時に捕捉したまま行える。
【0029】
次に、図1及び3に示した標識化装置を使用する微粒子の標識化方法に関して、図4に示すフローチャートを参照して説明する。以下において、CPU20は、処理に必要なデータを記録部22から読み出し、メモリ部21上で計算を行い、計算結果を必要に応じて記録部22に記録する。
【0030】
ステップS1において、カメラ部4によって撮影された、自由運動をしている複数の微粒子3を含んだ画像を、ビデオ部を介して表示部27に表示する。
【0031】
ステップS2において、CPU20は、操作部23を介して、レーザ光1の焦点を移動させる円軌道1”のパラメータ、走査速度(線速度又は回転速度)、及び標識化する微粒子の個数nなどの初期データの入力を受け付ける。ここで、円軌道1”のZ座標(顕微鏡の光軸方向)は、微粒子3がフォーカスされることによって自動的に決定され得るので、変更可能なパラメータは円軌道の中心の座標(X0,Y0,Z0)と半径rとである。円軌道1”の指定は、例えば、予め記録部22に記録されたパラメータ(円軌道の中心位置と半径)を使用して、表示部27に表示された微粒子2の映像に重ねて円軌道1”を表示し、この円軌道1”の中心と半径とを、操作部23が操作されて、適宜変更されることによって行われる。
【0032】
ステップS3において、CPU20は、ステップS2で決定した円軌道1”のパラメータ及び走査速度を基に、レーザ光1の焦点を円軌道1”上で走査する周期を計算し、1周期に亘って第1焦点移動機構12の制御パラメータを時間の関数として計算し、これらの計算された関数に基づいて第1焦点移動機構12を繰り返し制御する。
【0033】
ステップS4において、CPU20は、カメラ部4からの映像を使用して、指定された円軌道1”上に、微粒子3が安定して捕捉されているか否かを判断し、安定して捕捉されていると判断するまで、ステップS3、S4を繰り返す。安定に捕捉されていると判断した場合、ステップS5に移行する。判断には、周知の画像認識技術を使用すればよい。例えば、カメラ部4によって撮像される映像を、一定の時間間隔でディジタル化してフレーム画像として記録し、フレーム画像間で画素毎の差分を計算し、全画素の差分値が所定の値以下、例えばノイズレベル以下であるか否かによって判断することができる。
【0034】
ステップS5において、CPU20は、カメラ部4からの映像を使用して、複数の微粒子3を認識し、軌道1”上に捕捉されている各々の微粒子3の位置座標(Xi,Yi,Z0)(i=1〜N、Nは軌道1”上に捕捉されている微粒子3の総数)を計算する。ここで、Z座標は、上記したように一定の値(Z0)である。微粒子3の認識には、周知の画像処理を使用すればよい。
【0035】
その後、CPU20は、ステップS6において、繰り返し処理のカウンタjに1をセットした後、ステップS7において、ステップS5で決定された位置座標(Xj,Yj,Z0)によって指定される点に、加工用レーザ光2が集光するように、第3焦点移動機構12”を制御し、所定のパルス幅の加工用レーザ光2を光源17から、j回照射する。
【0036】
ステップS8において、j=nか否か、即ち標識化すべきn個の微粒子3に対して、ステップS7での加工用レーザ光2の照射を完了したか否かを判断する。ここで、n≦N、即ち、ステップS2において、捕捉されている微粒子の個数N以下の値が、標識化する個数nとして指定されていると仮定する。判断の結果、j=nでなければ、ステップS9において、カウンタjを1だけ増加させた後、ステップS7の処理を繰り返す。ステップS7〜S9の繰り返し処理の結果、n個の微粒子3の各々は、加工用レーザ光2が異なる回数照射され、各々の微粒子3を識別するための標識として使用され得る、異なる大きさの穴が表面又は内部に形成される。
【0037】
n個の微粒子3に対して照射が完了したと判断した場合、ステップS10に移行し、CPU20は、ステップS7で加工用レーザ光2が照射されて標識が付されたn個の微粒子3の中の1個に、レーザ光1’が集光するように第2焦点移動機構12’を制御した後、この微粒子3を取り付ける対象の微小物までレーザ光1’の焦点が移動するように第2焦点移動機構12’を制御する。これによって、図5に示すように、レーザ光1によって軌道1”上に捕捉されている複数の微粒子3の中から、標識が付された1個の微粒子3をレーザ光1’によって捕捉して取り出し、微小物まで移動させ、所定の方法で微小物に取り付けることができる。
【0038】
ステップ11において、CPU20は、ステップS7において標識が付されたn個の微粒子3を全て、円軌道1”から取り出したか否かを判断し、全て取り出すまでステップS10の処理を繰り返す。
【0039】
ステップS11において、CPU20は、停止の指示があったか否か判断し、停止の指示あったと判断した場合、捕捉用レーザ光の照射を停止して一連の処理を終了し、停止の指示がなかったと判断した場合、ステップS1に戻り、上記した一連の処理を繰り返す。
【0040】
以上では、加工用レーザ光2の焦点を移動させて微粒子3に穴を開ける場合を説明したが、捕捉用レーザ光1を走査する円軌道1”を移動させてもよい。例えば、捕捉用レーザ光1を、円軌道1”を走査した状態のままゆっくりと平行移動させて、円軌道1”上に加工用レーザ光2の焦点が位置するようにし、その後、捕捉用レーザ光1の走査速度を低下させることにより、複数の微粒子3全体を円軌道1”上で走査方向に回転移動させ、これによって所定の微粒子3を加工用レーザ光2の焦点に位置させる。また、捕捉用レーザ光1の走査速度を軌道全体において一様に低下させずに、特定の微粒子3を走査するときだけ低下させることによって、特定の微粒子3のみを、円軌道1”上で走査方向に移動させて加工用レーザ光2の焦点に位置させてもよい。ここで、微粒子3を円軌道1”上で移動させるための捕捉用レーザ光1の走査速度は、微粒子3の光学特性及びその周囲の媒体の粘性などに依存するので、例えば、微粒子3を円軌道1”上に静止捕捉した状態から、微粒子3の状態を観測しながら、捕捉用レーザ光1の走査速度を徐々に低下させればよい。この場合、第3焦点位置移動機構12”を用いなくても、微粒子3の加工が可能となる。
【0041】
また、さらにもう1本の微粒子捕捉用レーザ光の光源及び焦点移動機構を備え、このレーザ光を使用して色素試薬を捕捉し、微粒子3の表面に開けた穴の内部に運搬して付着させてもよい。これによって、より多くの種類の標識を微粒子3に付与することが可能となる。
【0042】
また、上記の分解された2本のレーザ光1、1’の内、円軌道1”の生成に使用しないレーザ光1’を、上記した微粒子3の表面に開けた穴の内部への色素試薬の運搬に用いてもよい。
【0043】
また、上記では加工用レーザ光をパルス照射する回数によって、微粒子3に開ける穴の大きさを変化させる場合を説明したが、加工用レーザ光の強度を変化させることによって、穴の大きさを変化させてもよい。
【0044】
また、1個の微粒子3に複数個の穴を開けて標識としてもよい。例えば、穴の大きさの種類(m種類)と各種類の穴の有無とを組み合わせれば、2m個の識別可能なコードを微粒子3に付与することが可能である。
【0045】
また、以上では、対象とする微粒子が、捕捉用レーザ光に対して透過性且つ高屈折率である場合を説明したが、非透過性又は低屈折率の微粒子の場合には、上記した2本のレーザ光1、1’を、それらの焦点間の距離が微粒子3の直径よりも大きくなるように保持したまま、同心円上を同期走査することによって形成した空洞の中に、複数個の微粒子3を同時に捕捉すればよい。この際、2本の分解されたレーザ光1、1’は、上記したように偏光方向が直交するので干渉を起こすことはなく、2本のレーザ光1、1’の相対位置により強度分布が変化することはない。従って、2本のレーザ光1、1’の同期走査によって形成した光の空洞内に、安定して目的とする微粒子を捕捉することができる。
【0046】
また、以上では、捕捉用レーザ光1が円軌道1”上を走査する場合を説明したが、複数の微粒子3を同時に捕捉するためには、円形の走査に限らず、任意の閉曲線の走査、さらには任意の曲線又は直線上を往復走査してもよい。
【0047】
また、微粒子3を捕捉する手段はレーザ光の走査に限定されず、光学レンズ等の集束手段によって高密度に集束可能で、微粒子3に照射された場合に、微粒子3を透過し、その焦点位置に向かって捕捉力を発生するものであればよい。例えば、白色光でもよく、電磁気的な集束手段によって集束可能な荷電粒子(α粒子、電子、陽子、荷電素粒子など)を使用してもよい。
【0048】
さらに、本発明は上記した実施の形態の構成に限定されるものではなく、微粒子を捕捉するためのビームの選択、光学系など、適宜設計変更することができ、処理の順序も適宜変更され得るものである。
【0049】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。図1及び3に示した標識化装置において、微粒子捕捉用レーザ光源として連続発振のNd:YAGレーザ(波長1064nm、直線偏光)、加工用レーザ光源としてパルス発振のNd:YAGレーザの3倍波(波長355nm)を用い、直径約8μmのホウ珪酸塩ガラス微粒子に対して、その表面に1μmの穴を開ける操作を行った。図6は、レーザ光で捕捉した状態の微粒子18に対して、加工用レーザパルス光を1回照射し、その表面に1個の穴18’を開け、その結果をCCDカメラにより観測して得られた画像である。図6では、微粒子18の表面に穴を開けたことにより、顕微鏡の透過照明光が穴18’の境界において散乱し、穴18’の大きさが顕微鏡の明視野観察で容易に観測可能な明度差として現れている。
【0050】
従って、微粒子の表面に開けた穴の大きさ、個数などが、2値化処理などの画像処理によって容易に判別可能な標識として利用可能であり、穴の大きさ及び/又は個数を用いて、コード化することにより微粒子の識別を自動的に行うことが可能となる。
【0051】
この穴18’を表面に開けられた微粒子18は、穴18’を開けられた後もレーザ光で捕捉された状態を保っているので、捕捉用レーザ光の焦点位置を焦点移動機構により移動させることによって、コードを付与された微粒子を見失うことなく特定の構造物に取り付けることができる。図6に示した微粒子19は、このように移動されて構造物に取り付けられた微粒子である。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、媒体(液体又は気体)中において、非接触で、複数の微粒子の表面又はその内部に、視覚的に識別可能な異なった標識を付与することができる微粒子の標識化装置及び標識化方法を提供することができる。これによって、蛍光励起のための特別な光源を用いることなく、明視野の顕微鏡観察で識別可能なコード化された標識を付与された微粒子を必要な個数だけ製作し、そのままの状態で特定の位置へ正確に移動することができる。
【0053】
また、画像処理によって容易に識別可能な多種類の異なった標識を有する微粒子を準備し、それらを微小構造物表面の特定の場所に取り付けることが可能となることから、視覚制御などの高度自動化技術を利用して、マイクロ構造物の自動組立が可能となる。
【0054】
また、微粒子の標識化作業とその運搬という操作はすべて非接触で行えるため、外乱物質や細菌の混入を防止できる閉鎖系環境での作業が可能であり、長期間の安定した環境下でのμ-TASやマイクロマシンの自動生産も可能となる。
【0055】
また、微粒子に開けた穴のサイズは、顕微鏡の照明光が穴の境界において屈折或いは散乱するため、明視野状態で明度差として容易に観測可能であることから、2値化処理などの画像処理を利用して微粒子に付与されたコードの判別を自動的に行うことが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る微粒子の標識化装置の概略を示すブロック図である。
【図2】 レーザ光の走査によって複数の微粒子が走査軌道上に捕捉された状態を模式的に示す斜視図である。
【図3】 本発明の実施の形態に係る微粒子の標識化装置の光学系を示すブロック図である。
【図4】 本発明の実施の形態に係る微粒子の標識化方法を示すフローチャートである。
【図5】 標識が付された1個の微粒子が軌道上から取り出された状態を模式的に示す斜視図である。
【図6】 本発明の実施例に係る微粒子の標識化装置を使用して、微粒子の表面に穴が開けられた状態を示すCCDカメラ画像である。
【符号の説明】
1、1’ 捕捉用レーザ光
1” 捕捉用レーザ光の走査軌道
2 加工用レーザ光
3、18、19 微粒子
3’、18’ 穴
4 カメラ部
5 制御部
6 顕微鏡
7 捕捉用レーザ光源
8、8’ ビームエクスパンダ
9 半波長版
10、10’ 第1偏光ビームスプリッタ
11、11’、11” 電磁シャッタ
12、12’、12” 第1〜第3焦点位置移動機構
13、13’、13” 第2偏光ビームスプリッタ
14 リレーレンズ
15 集光レンズ
16 試料面
17 加工用レーザ光源
20 処理部(CPU)
21 メモリ部
22 記録部
23 操作部
24 制御インタフェース部
25 ビデオ部
26 バス
27 表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a labeling device and a labeling method for applying a visual label to a microparticle using laser light, and in particular, for non-contact automatic operation of minute objects and microstructures such as gene manipulation and micromachine assembly. The present invention relates to a microparticle labeling apparatus and a labeling method capable of providing a visual label that can be easily identified by image processing to microparticles that are required at the time.
[0002]
[Prior art]
By attaching a small polystyrene sphere or glass sphere to the surface of a minute substance or minute structure (hereinafter referred to as a minute object) and focusing the laser beam on these surfaces, there is no thermal damage to the minute object. It is known that a minute object can be captured and operated without contact (see Non-Patent
[0003]
[Non-Patent Document 1]
Fumito Arai, “Current Status and Issues of Nano / Micro Manipulation”, System / Control / Information, Vol.46, No.5, 2002, pp.244-251
[0004]
[Non-Patent Document 2]
Masafumi Miwa, 2 others, “Retention of microstructures by laser scanning manipulation”, Electrical Engineering E, Vol. 120, No. 7, 2000, pp.345-349
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to attach microparticles to the surface of a micro object for the purpose of automatic operation of the micro object, it is necessary to prepare micro particles having various kinds of labels in advance and place them at a specific place on the surface of the micro object. Since it is difficult to attach, the above-described automatic operation of minute objects without contact has not been realized yet.
[0006]
Also, when using micro polystyrene spheres colored with fluorescent dyes etc., it is difficult to take out only one micro polystyrene sphere from many micro polystyrene spheres contained in the container. It was difficult to perform the above-described attachment operation of the various kinds of fine particles without taking out the excessive fine particles that caused disturbance.
[0007]
On the other hand, if a technology is developed that provides visual labels that can be identified without using fluorescent dyes, etc., on the microparticles attached to the surface of the minute object, the microstructure will be automatically manipulated using image processing technology. Therefore, the development of a technique for imparting various visual labels to fine particles that can be stably captured by the laser manipulation technique has been one of the important issues in the above field.
[0008]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention may provide different visually identifiable labels on the surface of or inside a plurality of fine particles in a non-contact manner in a medium (liquid or gas). An object of the present invention is to provide a labeling apparatus and labeling method for fine particles.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is achieved by the following means.
[0010]
That is, the particulate labeling apparatus (1) according to the present invention includes a capturing beam output section that outputs a capturing beam, a processing beam output section that outputs a processing beam, and the incident capturing beam and processing. A focus moving unit that changes and outputs an optical path of the working beam, a converging unit that focuses the capturing beam and the processing beam outputted from the focus moving unit, and a control unit; A transport beam output unit for outputting a transport beam for transporting an identification substance; And the control unit controls the focal point moving unit to capture the capturing beam in the medium including a plurality of spherical fine particles having a higher refractive index than the surrounding medium with respect to the capturing beam. Scanning a focal point on which a beam is focused by the focusing unit on a predetermined trajectory, capturing a plurality of the microparticles on the trajectory, irradiating the captured beam with the processing beam; A single hole having a predetermined size or a plurality of holes having different sizes are formed on the surface of the fine particles, and the control unit controls the focal point moving unit to change the optical path of the carrying beam, Transport the identification substance into the hole It is characterized by that.
[0011]
The particulate labeling device (2) according to the present invention includes a capture beam output unit that outputs two capture beams, a processing beam output unit that outputs a processing beam, and the incident capture unit. A focus moving unit that changes and outputs an optical path of the beam and the processing beam, a converging unit that focuses the capturing beam and the processing beam output from the focus moving unit, and a control unit; A transport beam output unit for outputting a transport beam for transporting an identification substance; In the medium including a plurality of spherical fine particles that control the focal point moving unit to be non-transparent to the capturing beam or have a refractive index lower than that of the surrounding medium. The focal points where the two capturing beams are focused by the focusing unit are scanned on a predetermined trajectory synchronously while maintaining the focal point distance wider than the diameter of the fine particles. In an area between two orbits A plurality of the fine particles Capture Irradiating the processing beam to the captured fine particles, A single hole having a predetermined size or a plurality of holes having different sizes are formed on the surface of the fine particles, and the control unit controls the focal point moving unit to change the optical path of the carrying beam, Transport the identification substance into the hole It is characterized by that.
[0012]
The particulate labeling device (3) according to the present invention comprises: A capture beam output section for outputting a capture beam, a processing beam output section for outputting a processing beam, a focus moving section for changing and outputting an optical path of the incident capture beam and the processing beam, and A focusing unit for focusing the capture beam and the processing beam output from the focus moving unit; and a control unit, wherein the control unit controls the focus moving unit and surrounds the capture beam. In the medium including a plurality of spherical fine particles having a refractive index higher than that of the medium, a focus on which the capturing beam is focused by the converging unit is scanned on a predetermined trajectory, and the plurality of fine particles are From the state where the particles are captured on the orbit and a plurality of the particles are captured, the scanning speed of the capturing beam is decreased in the vicinity of scanning at least one of the particles, and the one particle is processed. Moving the focal point of the beam, with respect to the fine particles moved to the focal point, irradiating the processing beam is subjected to a discernible processed into the fine particles It is characterized by that.
[0013]
The particulate labeling device (4) according to the present invention comprises: A capturing beam output unit that outputs two capturing beams, a processing beam output unit that outputs a processing beam, and a focus moving unit that changes and outputs an optical path of the incident capturing beam and the processing beam. A focusing unit for focusing the capturing beam and the processing beam output from the focus moving unit, and a control unit, and the control unit controls the focus moving unit to obtain the capturing beam. In the medium containing a plurality of spherical fine particles that are non-transparent or have a refractive index lower than that of the surrounding medium, the respective focal points at which the two capturing beams are focused by the focusing unit are A plurality of the fine particles are captured in a region sandwiched by two orbits by keeping the focal distance wider than the diameter of the fine particles and synchronously scanning on a predetermined orbit. Capture From this state, the scanning speed of the capturing beam is decreased in the vicinity of scanning at least one of the fine particles, one fine particle is moved to the focal point of the processing beam, and the moving beam is moved to the focal point. Irradiate the processing beam to the fine particles, and perform processing capable of distinguishing the fine particles. It is characterized by that.
[0014]
In addition, the particulate labeling device (5) according to the present invention includes the particulate labeling device ( 3 ) Or ( 4) Leave One hole having a predetermined size or a plurality of holes having different sizes are formed on the surface or inside of the fine particles by the processing. It is characterized by that.
[0015]
The particle labeling method (1) according to the present invention includes a first step of outputting a capturing beam and a plurality of spherical particles having a higher refractive index than the surrounding medium with respect to the capturing beam. In the medium, a second step of scanning the focus of the capturing beam on a predetermined trajectory to capture a plurality of the microparticles on the trajectory, and irradiating the captured microparticles with a processing beam And One hole having a predetermined size or a plurality of holes having different sizes are formed on the surface of the fine particles. The third step and A fourth step of outputting a conveying beam for conveying the identification substance; a fifth step of capturing the identification substance by the conveying beam, moving a focal position of the conveying beam, and conveying the identification substance to the hole; It is characterized by including.
[0016]
The particle labeling method (2) according to the present invention includes a first step of outputting two capture beams, and a spherical shape that is non-transparent to the capture beam or has a refractive index lower than that of the surrounding medium. In the medium containing a plurality of fine particles, the focus of each of the two capture beams is scanned on a predetermined trajectory in synchronization with the focal point being wider than the diameter of the fine particles. Let me In an area between two orbits A plurality of the fine particles Capture A second step of capturing, and a third step of irradiating a processing beam to the captured fine particles and performing an identifiable process on the fine particles; A fourth step of outputting a conveying beam for conveying the identification substance; a fifth step of capturing the identification substance by the conveying beam, moving a focal position of the conveying beam, and conveying the identification substance to the hole; It is characterized by including.
[0017]
The microparticle labeling method (3) according to the present invention comprises: A first step of outputting a capture beam; and a focus of the capture beam in a medium including a plurality of spherical particles having a higher refractive index than the surrounding medium with respect to the capture beam. A second step of scanning on the trajectory and capturing a plurality of the fine particles on the trajectory; and a third step of irradiating a processing beam to the captured fine particles and performing an identifiable processing on the fine particles. And the third step reduces the scanning speed of the capturing beam in the vicinity of scanning at least one of the particles from the state where a plurality of the particles are captured, Includes a fourth step of moving to the focus of the processing beam It is characterized by that.
[0018]
The microparticle labeling method (4) according to the present invention comprises: A first step of outputting two capture beams, and two in the medium containing a plurality of spherical particles that are non-transparent to the capture beam or have a lower refractive index than the surrounding medium. The focal point of each of the capture beams is wider than the diameter of the fine particles, and the focal point distance is maintained, and the focal point is synchronously scanned on a predetermined trajectory. A second step of capturing a plurality of the fine particles; and a third step of irradiating the captured fine particles with a processing beam and performing an identifiable process on the fine particles, and the third step includes: From the state where a plurality of the fine particles are captured, the scanning speed of the capturing beam is decreased in the vicinity of scanning at least one of the fine particles, and the single fine particle is moved to the focal point of the processing beam. Including the step It is characterized by that.
[0019]
The microparticle labeling method (5) according to the present invention comprises the above microparticle labeling method ( 3 ) Or (4 ) Leave One hole having a predetermined size or a plurality of holes having different sizes are formed on the surface or inside of the fine particles by the processing. It is characterized by that.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. That is, a microparticle labeling device and a labeling method for capturing microparticles to be labeled on a circular orbit by scanning with a laser beam and making a circular hole in the surface or inside of the captured microparticles will be described.
[0021]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a microparticle labeling apparatus according to an embodiment of the present invention. The labeling device includes a
[0022]
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a process of capturing a plurality of
[0023]
The laser light emitted from the
[0024]
FIG. 3 is a block diagram showing in more detail an embodiment of the optical system configuration in the labeling apparatus shown in FIG. The laser light from the
[0025]
The two
[0026]
As will be described later, the
[0027]
For the generation of the
[0028]
This drilling process for the
[0029]
Next, a microparticle labeling method using the labeling apparatus shown in FIGS. 1 and 3 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the following, the
[0030]
In step S1, an image including a plurality of free-moving
[0031]
In step S2, the
[0032]
In step S3, the
[0033]
In step S4, the
[0034]
In step S5, the
[0035]
Thereafter, in step S6, the
[0036]
In step S8, it is determined whether or not j = n, that is, whether or not the irradiation of the
[0037]
If it is determined that the irradiation of
[0038]
In
[0039]
In step S11, the
[0040]
In the above description, the focus of the
[0041]
In addition, another laser light source for capturing microparticles and a focal point moving mechanism are provided, and the dye reagent is captured using this laser beam, and is transported and attached to the inside of the hole formed in the surface of the
[0042]
In addition, among the two decomposed
[0043]
In the above description, the case where the size of the hole to be opened in the
[0044]
Also, a plurality of holes may be formed in one
[0045]
In the above description, the case where the target fine particle is transparent to the capturing laser beam and has a high refractive index has been described. However, in the case of the non-transparent or low refractive index fine particle, the above two particles are used. Are held in a cavity formed by synchronous scanning on concentric circles while maintaining the distance between the focal points of the
[0046]
In the above description, the case where the capturing
[0047]
Further, the means for capturing the
[0048]
Furthermore, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate, such as the selection of a beam for capturing fine particles and the optical system, and the order of processing can also be changed as appropriate. Is.
[0049]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In the labeling apparatus shown in FIGS. 1 and 3, a continuous wave Nd: YAG laser (wavelength 1064 nm, linearly polarized light) is used as a fine particle capturing laser light source, and a triple wave of a pulsed Nd: YAG laser is used as a processing laser light source ( Using a wavelength of 355 nm, an operation of making a 1 μm hole on the surface of a borosilicate glass fine particle having a diameter of about 8 μm was performed. FIG. 6 is obtained by irradiating the
[0050]
Therefore, the size and number of holes opened on the surface of the fine particles can be used as a marker that can be easily discriminated by image processing such as binarization processing, and using the size and / or number of holes, By encoding, it is possible to automatically identify the fine particles.
[0051]
Since the
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a medium (liquid or gas), a fine particle labeling device capable of imparting different visually identifiable labels to the surface of or inside a plurality of fine particles in a non-contact manner, and A labeling method can be provided. This makes it possible to produce as many fine particles as possible with coded labels that can be identified by bright-field microscopic observation without using a special light source for fluorescence excitation. Can move accurately to.
[0053]
In addition, it is possible to prepare fine particles with many different types of labels that can be easily identified by image processing, and attach them to specific locations on the surface of microstructures. Using this, it is possible to automatically assemble a micro structure.
[0054]
In addition, because the labeling and transporting operations of the fine particles can be performed in a non-contact manner, it is possible to work in a closed system environment that can prevent the introduction of disturbance substances and bacteria, and in a stable environment for a long time. -Automatic production of TAS and micromachines is also possible.
[0055]
In addition, the size of the hole formed in the fine particle can be easily observed as a brightness difference in a bright field state because the illumination light of the microscope is refracted or scattered at the boundary of the hole, so image processing such as binarization processing It becomes easy to automatically discriminate the code given to the microparticles using.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a microparticle labeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a state in which a plurality of fine particles are captured on a scanning orbit by scanning with a laser beam.
FIG. 3 is a block diagram showing an optical system of a microparticle labeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a microparticle labeling method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a state in which a single microparticle with a label is taken out from an orbit.
FIG. 6 is a CCD camera image showing a state in which holes are made in the surface of the fine particles using the fine particle labeling apparatus according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1 'laser light for capturing
1 "Scanning trajectory of laser beam for capture
2 Laser beam for processing
3, 18, 19 Fine particles
3 ', 18' holes
4 Camera section
5 Control unit
6 Microscope
7 Laser light source for capture
8, 8 'beam expander
9 Half-wave version
10, 10 'first polarization beam splitter
11, 11 ', 11 "electromagnetic shutter
12, 12 ′, 12 ″ first to third focal position moving mechanism
13, 13 ', 13 "second polarizing beam splitter
14 Relay lens
15 Condensing lens
16 Sample surface
17 Laser light source for processing
20 Processing unit (CPU)
21 Memory section
22 Recording section
23 Operation unit
24 Control interface part
25 Video part
26 Bus
27 Display section
Claims (10)
加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、
入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、
前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、
制御部と、
識別物質を運搬する運搬ビームを出力する運搬ビーム出力部とを備え、
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉し、
捕捉された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子の表面に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成し、
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して前記運搬ビームの光路を変化させ、前記穴に前記識別物質を運搬することを特徴とする微粒子の標識化装置。A capture beam output section for outputting a capture beam;
A processing beam output section for outputting a processing beam;
A focal point moving section for changing and outputting the optical path of the incident capturing beam and processing beam; and
A focusing unit that focuses the capturing beam and the processing beam output from the focal point moving unit;
A control unit ;
A transport beam output unit for outputting a transport beam for transporting the identification substance ;
The control unit controls the focus moving unit, and in the medium including a plurality of spherical fine particles having a higher refractive index than the surrounding medium with respect to the capture beam, the capture beam is Scanning a focal point focused by the focusing unit on a predetermined trajectory, capturing a plurality of the fine particles on the trajectory;
Irradiating the processing beam to the captured fine particles, forming one hole of a predetermined size or a plurality of holes having different sizes on the surface of the fine particles,
The fine particle labeling apparatus , wherein the control unit controls the focal point moving unit to change an optical path of the carrying beam and carries the identification substance into the hole .
加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、
入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、
前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、
制御部と、
識別物質を運搬する運搬ビームを出力する運搬ビーム出力部とを備え、
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、2本の前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させて、2本の軌道によって挟まれた領域に、複数の前記微粒子を捕捉し、
捕捉された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子の表面に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成し、
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して前記運搬ビームの光路を変化させ、前記穴に前記識別物質を運搬することを特徴とする微粒子の標識化装置。A capture beam output section for outputting two capture beams;
A processing beam output section for outputting a processing beam;
A focal point moving section for changing and outputting the optical path of the incident capturing beam and processing beam; and
A focusing unit that focuses the capturing beam and the processing beam output from the focal point moving unit;
A control unit ;
A transport beam output unit for outputting a transport beam for transporting the identification substance ;
The control unit controls the focal point moving unit so that two particles in the medium containing a plurality of spherical fine particles that are non-transparent to the capturing beam or have a refractive index lower than that of the surrounding medium. Each of the focal points on which the capturing beam is focused by the focusing unit is scanned on a predetermined trajectory in a synchronized manner while maintaining a distance between the focal points wider than the diameter of the fine particles, and two trajectories. the region sandwiched by, and捉capturing a plurality of the fine particles,
Irradiating the processing beam to the captured fine particles, forming one hole of a predetermined size or a plurality of holes having different sizes on the surface of the fine particles,
The fine particle labeling apparatus , wherein the control unit controls the focal point moving unit to change an optical path of the carrying beam and carries the identification substance into the hole .
加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、A processing beam output section for outputting a processing beam;
入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、A focal point moving section for changing and outputting the optical path of the incident capturing beam and processing beam; and
前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、A focusing unit that focuses the capturing beam and the processing beam output from the focal point moving unit;
制御部とを備え、A control unit,
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉し、The control unit controls the focus moving unit, and in the medium including a plurality of spherical fine particles having a higher refractive index than the surrounding medium with respect to the capture beam, the capture beam is Scanning a focal point focused by the focusing unit on a predetermined trajectory, capturing a plurality of the fine particles on the trajectory;
複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも1個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、1個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点From the state where a plurality of the fine particles are captured, the scanning speed of the capturing beam is reduced in the vicinity of scanning at least one of the fine particles, and one fine particle is focused on the processing beam. に移動させ、Moved to
前記焦点に移動された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施すことを特徴とする微粒子の標識化装置。 An apparatus for labeling microparticles, wherein the microparticles moved to the focal point are irradiated with the processing beam to perform processing that allows the microparticles to be identified.
加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、A processing beam output section for outputting a processing beam;
入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、A focal point moving section for changing and outputting the optical path of the incident capturing beam and processing beam; and
前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、A focusing unit that focuses the capturing beam and the processing beam output from the focal point moving unit;
制御部とを備え、A control unit,
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、2本の前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させて、2本の軌道によって挟まれた領域に、複数の前記微粒子を捕捉し、The control unit controls the focal point moving unit so that two particles in the medium containing a plurality of spherical fine particles that are non-transparent to the capturing beam or have a refractive index lower than that of the surrounding medium. Each of the focal points on which the capturing beam is focused by the focusing unit is scanned on a predetermined trajectory in a synchronized manner while maintaining a distance between the focal points wider than the diameter of the fine particles, and two trajectories. Capturing a plurality of the fine particles in a region sandwiched between
複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも1個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、1個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させ、From the state where a plurality of the fine particles are captured, the scanning speed of the capturing beam is decreased in the vicinity of scanning at least one of the fine particles, and the one fine particle is moved to the focal point of the processing beam,
前記焦点に移動された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施すことを特徴とする微粒子の標識化装置。An apparatus for labeling microparticles, wherein the microparticles moved to the focal point are irradiated with the processing beam to perform processing that allows the microparticles to be identified.
前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームの焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉する第2ステップと、
捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子の表面に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成する第3ステップと、
識別物質を運搬する運搬ビームを出力する第4ステップと、
前記運搬ビームによって前記識別物質を捕捉し、前記運搬ビームの焦点位置を移動させ、前記穴に前記識別物質を運搬する第5ステップとを含むことを特徴とする微粒子の標識化方法。A first step of outputting a capture beam;
In the medium including a plurality of spherical fine particles having a higher refractive index than the surrounding medium with respect to the capturing beam, the focus of the capturing beam is scanned on a predetermined trajectory, and the plurality of fine particles are A second step of capturing on the trajectory;
A third step of irradiating the captured fine particles with a processing beam to form one hole of a predetermined size or a plurality of holes having different sizes on the surface of the fine particles ;
A fourth step of outputting a transport beam for transporting the identification substance;
And a fifth step of capturing the identification material by the transport beam, moving a focal position of the transport beam, and transporting the identification material to the hole .
前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、2本の前記捕捉用ビームの各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させて、2本の軌道によって挟まれた領域に、複数の前記微粒子を捕捉する第2ステップと、
捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子の表面に、所定の大きさの1個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成する第3ステップと、
識別物質を運搬する運搬ビームを出力する第4ステップと、
前記運搬ビームによって前記識別物質を捕捉し、前記運搬ビームの焦点位置を移動させ、前記穴に前記識別物質を運搬する第5ステップとを含むことを特徴とする微粒子の標識化方法。A first step of outputting two capture beams;
In the medium comprising a plurality of spherical particles that are opaque to the capture beam or have a lower refractive index than the surrounding medium, the focus of each of the two capture beams is focused on the particles. holding the wide spacing of the focal point than the diameter, and by scanning synchronously on a given track, the region sandwiched by two track, a second step of捉capturing a plurality of the fine particles,
A third step of irradiating the captured fine particles with a processing beam to form one hole of a predetermined size or a plurality of holes having different sizes on the surface of the fine particles ;
A fourth step of outputting a transport beam for transporting the identification substance;
And a fifth step of capturing the identification material by the transport beam, moving a focal position of the transport beam, and transporting the identification material to the hole .
前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームの焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉する第2ステップと、In the medium including a plurality of spherical fine particles having a higher refractive index than the surrounding medium with respect to the capturing beam, the focus of the capturing beam is scanned on a predetermined trajectory, and the plurality of fine particles are A second step of capturing on the trajectory;
捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第3ステップとを含み、Irradiating a processing beam to the captured fine particles, and performing a process capable of distinguishing the fine particles;
前記第3ステップが、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも1個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、1個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させる第4ステップを含むことを特徴とする微粒子の標識化方法。From the state in which the third step captures the plurality of particles, the scanning speed of the capturing beam is decreased in the vicinity of scanning at least one particle, and one particle is removed from the processing beam. A method for labeling microparticles, comprising a fourth step of moving to a focal point.
前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、2本の前記捕捉用ビームの各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させて、2本の軌道によって挟まれた領域に、複数の前記微粒子を捕捉する第2ステップと、In the medium comprising a plurality of spherical particles that are opaque to the capture beam or have a lower refractive index than the surrounding medium, the focus of each of the two capture beams is focused on the particles. A second step of capturing a plurality of the fine particles in a region sandwiched by two orbits while maintaining a distance between the focal points wider than a diameter and synchronously scanning on a predetermined orbit;
捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第3ステップとを含み、Irradiating a processing beam to the captured fine particles, and performing a process capable of distinguishing the fine particles;
前記第3ステップが、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも1個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、1個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させる第4ステップを含むことを特徴とする微粒子の標識化方法。From the state in which the third step captures the plurality of particles, the scanning speed of the capturing beam is decreased in the vicinity of scanning at least one particle, and one particle is removed from the processing beam. A method for labeling microparticles, comprising a fourth step of moving to a focal point.
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