JP4919232B2 - Local fluorescent labeling microdevice for micro object manipulation and measurement - Google Patents

Local fluorescent labeling microdevice for micro object manipulation and measurement Download PDF

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Description

本発明は、微小物体の操作を行うためのマイクロデバイスに関する。より詳細には、本発明は、液中等(液体はもとより、気体や真空中にての微小物体の操作を行うためのマイクロデバイスにも適用が可能である)の流体中で微小物体を操作するための、局所的に蛍光ラベルされた3次元構造を有するマイクロデバイスおよび、それを用いた位置・作用力計測システムに関する。   The present invention relates to a microdevice for operating a minute object. More specifically, the present invention operates a micro object in a fluid such as a liquid (which can be applied to a micro device for manipulating a micro object in a gas or a vacuum as well as in a liquid). The present invention relates to a micro device having a locally fluorescently labeled three-dimensional structure and a position / action force measuring system using the micro device.

従来、液中に分散した微小物体の操作・計測には、延伸したガラスピペットや、MEMS技術を用いて作製した微小ピンセット、あるいはマイクロビーズ等が用いられてきた。光ピンセットと呼ばれるレーザによって捕捉されたマイクロビーズと呼ばれる微小球を用いてマイクロ・ナノサイズの対象物の操作・計測は、屈折率の大きい微小球に光が入射する際に、屈折によって光の運動量が変化するが、その運動量変化に応じた力が微粒子表面に生じる。これらの合力がレーザ焦点に向くために、微粒子を引き寄せるように働く原理を利用したものである。中でも、光学的、電気的、あるいは磁気的な作用力によって捕捉されたマイクロビーズを用いて、微小物体を操作する手法は、密閉された容器内でも適用可能なことや、多数のマイクロビーズを分散させることにより多数の対象物の操作が可能なこと、さらに可動範囲が大きいこと等から、細胞や生体分子を扱う研究において多用されている(下記特許文献1参照)。   Conventionally, stretched glass pipettes, microtweezers manufactured using MEMS technology, microbeads, and the like have been used for manipulation and measurement of microscopic objects dispersed in a liquid. Using microspheres called microbeads captured by a laser called optical tweezers, micrometer / nanosize objects are manipulated and measured when light is incident on microspheres with a large refractive index. However, a force corresponding to the change in momentum is generated on the surface of the fine particles. In order for these resultant forces to be directed to the laser focus, the principle of working to attract fine particles is used. Above all, the technique of manipulating minute objects using microbeads captured by optical, electrical, or magnetic action force can be applied in a sealed container, and many microbeads are dispersed. It is widely used in researches dealing with cells and biomolecules because it allows manipulation of a large number of objects and has a large movable range (see Patent Document 1 below).

しかし、マイクロビーズは形状が球状体に限定されるため、掴んだり、引っ張ったり、捩じったりする局所的な操作や、単分子の操作を行うことは困難であった。そのため、対象物の操作に適したより複雑な構造を有し、かつマイクロビーズと同様に液中分散可能な、各種マイクロデバイス(下記非特許文献1および特許文献2、3参照)が開発されてきた。そして、本件発明者は、前述したような光駆動ナノマニピュレータとして、長さ10μmに満たない2自由度ナノニードル、2自由度ナノムーバ、2自由度ナノロボットハンドをこれまでに開発し、数μm径の生細胞の個別遠隔操作に成功している。
特許公開2001−165840 Applied Physics Letters,Vol.82(1),pp.133−135,2003 特許公表2005−500914 特許公開2007−97475
However, since the shape of the microbead is limited to a spherical body, it has been difficult to perform local operations such as grasping, pulling, and twisting, and single molecule operations. For this reason, various microdevices (see Non-Patent Document 1 and Patent Documents 2 and 3 below) that have a more complicated structure suitable for operation of an object and can be dispersed in a liquid like microbeads have been developed. . The present inventor has thus far developed a two-degree-of-freedom nanoneedle, a two-degree-of-freedom nanomover, and a two-degree-of-freedom nanorobot hand having a length of several μm as a light-driven nanomanipulator as described above. Has succeeded in individual remote control of live cells.
Patent Publication 2001-165840 Applied Physics Letters, Vol. 82 (1), pp. 133-135, 2003 Patent publication 2005-500914 Patent Publication 2007-97475

通常、これらのマイクロデバイスは、顕微鏡に接続されたカメラによって、明視野下で観察される。しかし、細胞や生体分子を扱う研究においては、対象物を蛍光物質で染色している場合が多いため、蛍光観察下で操作可能なマイクロデバイスが求められている。そのためには、蛍光観察下でもマイクロデバイスの位置を検出できなければならない。しかしながら、マイクロデバイスを蛍光強度の高い材料で作製した場合、蛍光のバックグラウンドが高くなり、対象物自体の蛍光の観察が妨げられるという問題がある。   Usually, these micro devices are observed in a bright field by a camera connected to a microscope. However, in research dealing with cells and biomolecules, since a target object is often stained with a fluorescent substance, a microdevice operable under fluorescence observation is required. For this purpose, it is necessary to be able to detect the position of the microdevice even under fluorescence observation. However, when the microdevice is made of a material having high fluorescence intensity, there is a problem that the fluorescence background becomes high and observation of fluorescence of the object itself is hindered.

そこで本発明では、前記課題を解決して、微小物体を操作するためのマイクロデバイスであって、蛍光観察下で位置を検出することが可能であり、かつ、対象物の蛍光観察を妨げないマイクロデバイスを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-described problems and is a micro device for manipulating a minute object, which can detect a position under fluorescence observation and does not interfere with fluorescence observation of an object. The purpose is to provide a device.

このため、本発明は、
微小物体の操作を可能とするためのマイクロデバイスであって、このマイクロデバイスはUV硬化性エポキシ系光硬化性樹脂にフェムト秒パルスレーザを照射して3次元的に硬化させた一つの部位と、前記未硬化の樹脂を洗浄した後、UV硬化性エポキシ系硬化性樹脂に蛍光色素を混合した樹脂によりマイクロデバイス上の対象物との接触部位の反対端部に形成され、かつ、光圧力によって捕捉される局所領域としての少なくとも1つの部位を備え、前記3次元的に硬化させた一つの部位は対象物の操作に適した形状あるいは機構を有する部位として形成され、かつ、対象物との接触部位に、酵素、タンパク、核酸、抗体、細胞外マトリクス、脂質、糖鎖、無機触媒の少なくとも1つが固定されており、また、接触部位の反対端部に形成される1つの部位は光圧力によって捕捉される円柱状突起として成され、前記突起のみに蛍光標識が付与されて構成されていることを特徴とするマイクロデバイスである。
また、前記少なくとも1つの部位のX、Y、Zいずれかの方向の寸法が100μm未満であることを特徴とするマイクロデバイスである。
また、前記少なくとも1つの蛍光標識された検出領域のX−Y方向の寸法が、50μm未満であることを特徴とするマイクロデバイスである。
また、前記蛍光標識された局所領域に、別の蛍光特性を有する蛍光標識を施したことを特徴とするマイクロデバイスである。
また、前記蛍光標識された複数の局所領域が、それぞれ異なる蛍光特性を有することを特徴とするマイクロデバイスである。
また、前記少なくとも1つの蛍光標識された局所領域が、蛍光色素、無機蛍光粒子、量子ドット、蛍光ビーズのいずれか、またはこれらの混合物を含むことを特徴とするマイクロデバイスである。
また、前記光圧力によって流体中で捕捉される少なくとも1つの部位に作用する力と平衡点からの変位の関係が、理論または実験的に校正されていることを特徴とするマイクロデバイスである。
For this reason, the present invention
A microdevice for enabling manipulation of a minute object, the microdevice being irradiated with a femtosecond pulse laser on a UV curable epoxy photocurable resin and three-dimensionally cured, After the uncured resin is washed, it is formed at the opposite end of the contact area with the object on the microdevice by a resin in which a fluorescent dye is mixed with a UV curable epoxy curable resin, and is captured by light pressure. And at least one part as a local region to be formed, and the one part that is three-dimensionally cured is formed as a part having a shape or a mechanism suitable for the operation of the object, and a part in contact with the object , enzymatic, protein, nucleic acid, antibody, extracellular matrix, a lipid, a sugar chain, at least one inorganic catalyst is fixed, also formed on the opposite end of the contact portion One site is made form a cylindrical projection which is caught by light pressure, a microdevice, characterized in that the projection only fluorescent labels are configured granted.
Further, the microdevice is characterized in that the dimension in any of X, Y, and Z directions of the at least one portion is less than 100 μm.
In the micro device, the dimension in the XY direction of the at least one fluorescently labeled detection region is less than 50 μm.
The microdevice is characterized in that a fluorescent label having another fluorescence characteristic is applied to the fluorescently labeled local region .
In addition, the micro device is characterized in that the plurality of fluorescently labeled local regions have different fluorescence characteristics.
The at least one fluorescently labeled local region includes a fluorescent dye, inorganic fluorescent particles, quantum dots, fluorescent beads, or a mixture thereof.
The microdevice is characterized in that the relationship between the force acting on at least one site captured in the fluid by the light pressure and the displacement from the equilibrium point is calibrated theoretically or experimentally.

本発明によれば、微小物体の操作を可能とするためのマイクロデバイスであって、静電気力、磁気力、光圧力、流体力等によって捕捉される少なくとも1つの部位と、対象物の操作に適した形状あるいは機構を有する少なくとも1つの部位とからなり、かつ、該マイクロデバイス上の対象物との接触部位から十分離れた少なくとも1つの局所領域に蛍光標識を有することにより、蛍光観察下でのマイクロデバイスの位置の検出を容易にするとともに、対象物自体の蛍光の観察との両立が可能となり、微小な力の計測や細胞内小器官等の弾性等をより精度良く計測することが可能となる。   According to the present invention, it is a micro device for enabling manipulation of a minute object, and is suitable for manipulation of at least one part captured by electrostatic force, magnetic force, light pressure, fluid force, etc., and an object. And having a fluorescent label in at least one local region that is sufficiently away from the contact area with the object on the microdevice. It is possible to easily detect the position of the device and to observe the fluorescence of the object itself, and to measure the micro force and the elasticity of subcellular organelles with higher accuracy. .

また、前記少なくとも1つの部位のX、Y、Zいずれかの方向の寸法が100μm未満である場合は、微小物体の操作をより精確に行うことが可能となる。
また、前記マイクロデバイスは、樹脂、ガラス、金属、生体高分子、機能性微粒子、またはこれらの混合物から構成される場合は、液による溶解等の影響を受けることがなく、液中での確実な操作が可能となる。
さらに、前記各部位が前記樹脂、ガラス、金属、生体高分子、機能性微粒子、またはこれらの混合物の材料の内、異なる材料によって形成されている場合は、適材を適所に使用して、対象となる微小物体との点接触、線接触、面接触、あるいは対象物体の搬送、回転、切断、圧縮、引っ張り、穿孔等の操作に適した形状を採用するのに適した素材を自由に選定することができて、設計の自由度が向上する。
In addition, when the dimension in any one of the X, Y, and Z directions of the at least one part is less than 100 μm, it is possible to more accurately operate the minute object.
In addition, when the microdevice is composed of resin, glass, metal, biopolymer, functional fine particles, or a mixture thereof, it is not affected by dissolution by the liquid and the like in the liquid. Operation becomes possible.
Furthermore, when each of the parts is formed of a different material among the materials of the resin, glass, metal, biopolymer, functional fine particles, or a mixture thereof, the appropriate material is used in the right place, The material suitable for adopting the shape suitable for the point contact, line contact, surface contact with the object to be formed, or the operation suitable for the transfer, rotation, cutting, compression, pulling, drilling, etc. of the target object can be freely selected. To improve design freedom.

さらにまた、前記静電気力、磁気力、光圧力、流体力等によって流体中で捕捉される少なくとも1つの部位が、誘電体微粒子、磁性微粒子、透明微粒子の少なくとも1つを含む場合は、静電気力、磁気力、光圧力、流体力等によって流体中で前記部位を捕捉する力が向上し、操作すべき対象物を、誘電体微粒子、磁性微粒子、透明微粒子の少なくとも1つを含むマイクロデバイスによってより効果的に操作することができる。
また、前記少なくとも1つの部位の表面に、親水基を有するタンパク、高分子またはこれらの混合物が、結合、混合、吸着、あるいはコーティングされている場合は、表面の接着力が低下し、液中での操作がより容易となる。
さらに、前記対象物の操作に適した形状あるいは機構を有する少なくとも1つの部位に、酵素、タンパク、核酸、抗体、細胞外マトリクス、脂質、糖鎖、無機触媒の少なくとも1つが固定されている場合は、対象物への接触部に化学的あるいは生化学的作用を加えることができて、試験条件等の選択領域の幅が増大する。
Furthermore, when at least one site captured in the fluid by the electrostatic force, magnetic force, light pressure, fluid force, or the like includes at least one of dielectric fine particles, magnetic fine particles, and transparent fine particles, The force to capture the part in the fluid is improved by magnetic force, light pressure, fluid force, etc., and the object to be manipulated is more effective by a micro device including at least one of dielectric fine particles, magnetic fine particles, and transparent fine particles. Can be operated manually.
In addition, when a protein having a hydrophilic group, a polymer, or a mixture thereof is bound, mixed, adsorbed or coated on the surface of the at least one site, the adhesive strength of the surface decreases, Is easier to operate.
Furthermore, when at least one of an enzyme, protein, nucleic acid, antibody, extracellular matrix, lipid, sugar chain, and inorganic catalyst is fixed to at least one site having a shape or mechanism suitable for the operation of the object In addition, a chemical or biochemical action can be applied to the contact portion with the object, and the width of a selected area such as a test condition is increased.

さらに、前記対象物の操作に適した形状あるいは機構を有する少なくとも1つの部位に、酵素、タンパク、核酸、抗体、細胞外マトリクス、脂質、糖鎖、無機触媒の少なくとも1つを含む液体、あるいは微粒子群が供給される構成となっている場合は、対象物への接触部に液体、あるいは微粒子群の供給により、化学的あるいは生化学的作用を連続的に加えることができる。
さらにまた、前記少なくとも1つの部位が、リソグラフィー、化学的エッチング、物理的エッチング、レーザーによる除去・切断加工、ステレオリソグラフィー、放電加工、マイクロ切削、モールディング、エンボス、ソフトリソグラフィー、インプリント、インクジェット、印刷のいずれか、又はこれらの組み合わせによって作製された場合は、蛍光観察に使用される励起波長下での蛍光発光の要否の選択に伴う加工、特にマイクロデバイスの局所領域での位置検出用の蛍光標識の付与等が各種加工法によって容易に行える。
Furthermore, a liquid or fine particles containing at least one of an enzyme, protein, nucleic acid, antibody, extracellular matrix, lipid, sugar chain, and inorganic catalyst in at least one site having a shape or mechanism suitable for the operation of the object. In the case where a group is supplied, a chemical or biochemical action can be continuously applied to the contact portion to the object by supplying a liquid or a fine particle group.
Furthermore, the at least one portion is formed by lithography, chemical etching, physical etching, laser removal / cutting, stereolithography, electric discharge machining, micro cutting, molding, embossing, soft lithography, imprint, inkjet, printing. When produced by either or a combination of these, processing associated with the selection of the necessity of fluorescence emission under the excitation wavelength used for fluorescence observation, particularly a fluorescent label for position detection in a local region of a microdevice Can be easily applied by various processing methods.

また、前記少なくとも1つの蛍光標識された検出用領域のX−Y方向の寸法が、50μm未満である場合は、μmオーダの微細な対象物の弾性等の変化をより精度良く計測することが可能となる。
さらに、前記蛍光標識された検出用領域以外の領域に、別の蛍光特性を有する蛍光標識を施した場合は、マイクロデバイスの位置の検出はもとより、方向等や姿勢も蛍光標識の識別力によって精度よく検出することが可能となる。
Further, when the dimension in the XY direction of the at least one fluorescently labeled detection region is less than 50 μm, it is possible to measure the change in elasticity or the like of a fine object on the order of μm with higher accuracy. It becomes.
In addition, when a fluorescent label having another fluorescent property is applied to a region other than the detection region labeled with the fluorescent label, not only the position of the microdevice is detected, but also the direction and orientation are accurately determined by the discriminating power of the fluorescent label. It is possible to detect well.

さらにまた、前記蛍光標識された複数の検出用領域が、それぞれ異なる蛍光特性を有する場合は、複数の検出用領域を容易に識別でき、マイクロデバイスの位置や方向さらには姿勢の検出精度が向上する。
また、前記少なくとも1つの蛍光標識された検出用領域が、蛍光色素、無機蛍光粒子、量子ドット、蛍光ビーズのいずれか、またはこれらの混合物を含む場合は、マイクロデバイス上の局所領域に位置検出用の蛍光標識を付与する方法として、固定あるいは内包させるだけで容易に行える。
Furthermore, when the plurality of fluorescently labeled detection regions have different fluorescence characteristics, the plurality of detection regions can be easily identified, and the detection accuracy of the position, direction, and orientation of the microdevice is improved. .
When the at least one fluorescently labeled detection region includes any one of a fluorescent dye, an inorganic fluorescent particle, a quantum dot, a fluorescent bead, or a mixture thereof, a position detection is performed in a local region on the microdevice. As a method of applying the fluorescent label, it can be easily performed simply by fixing or encapsulating.

さらに、前記静電気力、磁気力、光圧力、流体力等によって流体中で捕捉される少なくとも1つの部位に作用する力と平衡点からの変位の関係が、理論または実験的に校正されている場合は、変位と力の校正式から、対象物を操作中のマイクロデバイスに加わる対象物からの作用力を計算により容易に求めることができる。   Furthermore, the relationship between the force acting on at least one part captured in the fluid by the electrostatic force, magnetic force, light pressure, fluid force, etc. and the displacement from the equilibrium point is calibrated theoretically or experimentally. Can easily calculate the acting force from the object applied to the microdevice operating the object from the displacement and force calibration formula.

以上のように、本発明によれば、特に液中で、微小な対象物を蛍光観察しながら、同時に、対象物に搬送、回転、切断、圧縮、引っ張り、穿孔等の操作を加え、さらに同時に対象物からの作用力を計測することができる。その結果、細胞や生体分子等を蛍光観察しながら、同時に操作を加え、それに対する反応を観察するという、新たな実験手法が可能となった。   As described above, according to the present invention, operations such as conveyance, rotation, cutting, compression, pulling, perforation, etc. are simultaneously applied to a target object while observing a microscopic target object with fluorescence, particularly in a liquid. The acting force from the object can be measured. As a result, a new experimental technique has been made available in which cells, biomolecules, and the like are observed at the same time while observing the fluorescence of cells and biomolecules, and the reaction to them is observed.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明の局所蛍光標識マイクロデバイスの概略図、図2は本発明の局所蛍光標識マイクロデバイスを用いた操作・計測システムの概略図、図3は前記マイクロデバイスおよび装置を用いて、細胞を操作中のCCDカメラで取得した蛍光像図、図4は図3に示したマイクロデバイスの突起のみを上面から拡大した模式図、図5は本発明によって求められた、イースト菌細胞圧縮時における細胞膜の変位量と細胞膜への作用力との時系列図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic diagram of a local fluorescent-labeled microdevice of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of an operation / measurement system using the local fluorescent-labeled microdevice of the present invention, and FIG. 3 is a cell using the microdevice and apparatus. FIG. 4 is a schematic diagram in which only the protrusions of the microdevice shown in FIG. 3 are enlarged from the upper surface, and FIG. 5 is a cell membrane obtained by compressing yeast cells obtained by the present invention. FIG. 6 is a time series diagram of the amount of displacement and the acting force on the cell membrane.

本発明のマイクロデバイスは、好適には、樹脂、ガラス、金属、生体高分子、機能性微粒子、またはこれらの混合物から構成される。さらに、該マイクロデバイス内の部位ごとに異なる材料が使用されてもよい。本発明のマイクロデバイスの少なくとも1つの構成部は、静電気力、磁気力、光圧力、流体力のいずれか、またはこれらの組み合わせによって、液中で操作可能な材料からなり、操作に適した形状を有している。本発明のマイクロデバイスの、前記部分とは異なる、さらに少なくとも1つの構成部は、対象となる微小物体との点接触、線接触、面接触、あるいは対象物体の搬送、回転、切断、圧縮、引っ張り、穿孔等の操作に適した形状を有している。   The microdevice of the present invention is preferably composed of resin, glass, metal, biopolymer, functional fine particles, or a mixture thereof. Furthermore, a different material may be used for each part in the microdevice. At least one component of the microdevice of the present invention is made of a material that can be operated in liquid by electrostatic force, magnetic force, light pressure, fluid force, or a combination thereof, and has a shape suitable for operation. Have. The microdevice of the present invention is different from the above-described part, and at least one component is a point contact, a line contact, a surface contact with a target micro object, or a transport, rotation, cutting, compression, and tension of the target object. It has a shape suitable for operations such as drilling.

本マイクロデバイスの対象物と接触する部位においては、対象物との接着性あるいは非接着性を制御する目的で、少なくとも表面上の一部領域に適切な高分子が存在していることが望ましい。また、対象物への化学的、あるいは生化学的作用を加えることを目的として、対象物との接触部位に、酵素、タンパク、核酸、抗体、細胞外マトリクス、脂質、糖鎖、無機触媒の少なくとも1つが固定されている、もしくはそれらを含む液体あるいは微粒子群が供給される構成となっていてもよい。多くの場合、本発明の実施形態において、マイクロデバイスのX−Y−Zの各次元は100μm未満の構造を形成する。より好ましくは、X−Y−Zの各次元が10μm未満の構造を形成し、さらに好ましくは、少なくとも1つの部分の寸法が500nm未満となる。   In the part of the microdevice that comes into contact with the object, it is desirable that an appropriate polymer is present at least in a partial region on the surface for the purpose of controlling adhesiveness or non-adhesion with the object. In addition, for the purpose of adding a chemical or biochemical action to the object, at least the enzyme, protein, nucleic acid, antibody, extracellular matrix, lipid, sugar chain, inorganic catalyst is present at the contact site with the object. One may be fixed, or a liquid or fine particle group containing them may be supplied. Often, in embodiments of the present invention, the XYZ dimensions of the microdevice form a structure of less than 100 μm. More preferably, a structure in which each dimension of XYZ is less than 10 μm is formed, and more preferably, the dimension of at least one portion is less than 500 nm.

本発明のマイクロデバイスの少なくとも1つの部分は、公知のリソグラフィー、化学的エッチング、物理的エッチング、レーザーによる除去・切断加工、ステレオリソグラフィー、放電加工、マイクロ切削、モールディング、エンボス、ソフトリソグラフィー、インプリント、インクジェット、印刷のいずれか、又はこれらの組み合わせによって作製される。多くの場合、本発明の実施形態において、該マイクロデバイスの主要部分は、蛍光観察に使用される励起波長下で、蛍光を発しない材料が選択される。該マイクロデバイスを用いた微小物質操作において、対象物質と近接する該マイクロデバイス上の領域から十分離れた、該マイクロデバイス上の局所領域のみに、位置検出用の蛍光標識が付与される。   At least one part of the microdevice of the present invention includes known lithography, chemical etching, physical etching, laser removal and cutting, stereolithography, electrical discharge machining, micro cutting, molding, embossing, soft lithography, imprint, It is produced by either ink jet printing, printing, or a combination thereof. In many cases, in the embodiments of the present invention, a material that does not emit fluorescence under the excitation wavelength used for fluorescence observation is selected as the main part of the microdevice. In the micromaterial operation using the microdevice, a fluorescent label for position detection is applied only to a local region on the microdevice that is sufficiently away from a region on the microdevice that is close to the target substance.

本発明のマイクロデバイス上の局所領域に蛍光を付与する方法としては、蛍光色素、無機蛍光粒子、量子ドット、蛍光ビーズの少なくとも1つからなる材料を、該局所領域表面に固定する、または、該局所領域に内包させることによって実現される。本発明のマイクロデバイスは、該マイクロデバイス上に少なくとも1つの局所蛍光標識された検出用の領域を有し、より好ましくは、2つの蛍光標識された検出用領域を有し、さらに好ましくは3つ以上の蛍光標識された検出用領域を有する。本発明のマイクロデバイスは、蛍光観察下において、該マイクロデバイス上の蛍光が付与された検出用領域からの蛍光シグナルを光学的に取得することによって、位置を検出することが可能である。該マイクロデバイス上の蛍光を付与された領域が2つの場合、該マイクロデバイスの位置に加え、方向も検出することが可能であり、さらに、蛍光を付与された領域が3つ以上の場合には、姿勢をも検出することが可能である。   As a method for imparting fluorescence to a local region on the microdevice of the present invention, a material comprising at least one of a fluorescent dye, inorganic fluorescent particles, quantum dots, and fluorescent beads is fixed to the surface of the local region, or This is realized by including in a local area. The microdevice of the present invention has at least one local fluorescently labeled detection region on the microdevice, more preferably has two fluorescently labeled detection regions, and more preferably three. It has the above-mentioned fluorescence-labeled detection region. The position of the microdevice of the present invention can be detected by optically acquiring a fluorescence signal from a detection region to which fluorescence is applied on the microdevice under fluorescence observation. When there are two fluorescent regions on the microdevice, it is possible to detect the direction as well as the position of the microdevice. Further, when there are three or more fluorescent regions, It is also possible to detect the posture.

本発明の多くの実施形態では、該マイクロデバイスは、液中において操作のために印加される静電気力、磁気力、光圧力、流体力のいずれか、又はこれらの組み合わせによる外力との平衡点、即ち、該マイクロデバイスに印加される外力の合ベクトルが0となる位置および姿勢を有する。そのような実施形態では、該マイクロデバイスを用いて対象物を操作中の該マイクロデバイスの位置および姿勢と、当初の平衡点での位置および姿勢との変位から、予め理論的あるいは実験的に求められた、変位と力の校正式から、対象物を操作中の該マイクロデバイスに加わる、対象物からの作用力を計算により求めることができる。   In many embodiments of the present invention, the microdevice is an equilibrium point with an external force due to any of electrostatic force, magnetic force, light pressure, fluid force, or a combination thereof applied for operation in liquid, That is, it has a position and orientation in which the resultant vector of external forces applied to the microdevice is zero. In such an embodiment, it is theoretically or experimentally obtained in advance from the displacement between the position and orientation of the microdevice that is operating the object using the microdevice and the position and orientation at the initial equilibrium point. From the displacement and force calibration formulas obtained, the acting force from the object applied to the microdevice that is operating the object can be obtained by calculation.

本実施例は、液中で細胞を圧縮した際の作用力を計測するための、光圧力によって操作されるマイクロデバイスである。図1は本発明の以下の実施例で使用される局所蛍光標識マイクロデバイスの概略図である。本実施例でのマイクロデバイスは、縦5μm、横10μm、高さ1μmのU字型のフレーム1の先端に、縦5μm、高さ5μm、厚さ1μmの平板2が固定されている。U字型フレーム1上の平板と反対の端部には円柱状の突起3が形成されており、この突起3のみに蛍光が付与されている。また、この突起3は光圧力によるトラップに最適な形状に形成されており、この突起3にレーザー光4を対物レンズ5を通して集光することにより、突起部に光圧力が作用し、突起部がレーザー焦点6に捕捉される。平板2と対向する位置に壁7が設置されており、レーザー焦点6を移動させることにより、平板2と壁7の間に載置された細胞8が圧縮される。   The present embodiment is a microdevice operated by light pressure for measuring the acting force when cells are compressed in a liquid. FIG. 1 is a schematic diagram of a local fluorescently labeled microdevice used in the following examples of the present invention. In the microdevice of this embodiment, a flat plate 2 having a length of 5 μm, a height of 5 μm, and a thickness of 1 μm is fixed to the tip of a U-shaped frame 1 having a length of 5 μm, a width of 10 μm, and a height of 1 μm. A cylindrical projection 3 is formed at the end of the U-shaped frame 1 opposite to the flat plate, and fluorescence is imparted only to the projection 3. Further, the protrusion 3 is formed in an optimum shape for trapping by light pressure, and by condensing the laser light 4 through the objective lens 5 on the protrusion 3, the light pressure acts on the protrusion, and the protrusion is Captured by the laser focus 6. A wall 7 is installed at a position facing the flat plate 2, and the cell 8 placed between the flat plate 2 and the wall 7 is compressed by moving the laser focus 6.

本発明者が開発した前述の光駆動マイクロデバイスは、二光子ナノ光造形法によって作製する。非線形現象である二光子吸収を用いた3次元マイクロ加工法である。二光子吸収とは、光子の密度が非常に高いとき、二つの光子が同時に吸収される現象である。この現象は焦点近傍でのみ発生する。この現象を利用して、紫外線レーザ等により液体から固体に固まる光硬化性樹脂を準備しておくことで、焦点以外では通常の一光子吸収が起きるが、エネルギーが足りずに樹脂は硬化しない。しかしながら、焦点付近では二光子吸収は起きるので、二つの光子を吸収し、近赤外線の半波長の紫外線を照射したのと同様の現象が起きて樹脂が硬化する。レーザを操作することで任意の3次元マクロ構造物を構築することが可能である。   The above-described light-driven microdevice developed by the present inventor is produced by a two-photon nano-photofabrication method. This is a three-dimensional micromachining method using two-photon absorption, which is a nonlinear phenomenon. Two-photon absorption is a phenomenon in which two photons are absorbed simultaneously when the density of photons is very high. This phenomenon occurs only near the focal point. By utilizing this phenomenon and preparing a photo-curing resin that solidifies from a liquid to a solid by an ultraviolet laser or the like, normal one-photon absorption occurs except at the focal point, but the resin is not cured due to insufficient energy. However, since two-photon absorption occurs near the focal point, two photons are absorbed, and a phenomenon similar to that of irradiating near-infrared half-wave ultraviolet light occurs and the resin is cured. It is possible to construct an arbitrary three-dimensional macro structure by operating the laser.

本マイクロデバイスにおける円柱状の突起3以外の部分(1、2、7。以下、第1の部分)は、UV硬化性エポキシ系光硬化性樹脂(ディーメック、SCR701)から作製される。この樹脂を2光子吸収ステレオリソグラフィーによって、3次元的に硬化させ、構造を作製する。図示しての詳述はしないが、まず、未硬化の樹脂が顕微鏡スライドガラス上に載置され、対物レンズで集光されたフェムト秒パルスレーザー(756nm、80MHz、Tsunami、スペクトラフィジクス)が未硬化の樹脂内に照射されることにより、約100nm四方の体積が硬化する。レーザーの集光点をX、Y、Z方向に移動させることにより、目的のマイクロデバイスの第1の部分の構造が形成される。次に、未硬化の樹脂を洗浄した後、UV硬化性エポキシ系光硬化性樹脂に蛍光色素ローダミンBを混合した樹脂を、第1の部位が形成されたスライドガラス上に載置し、前記と同じ手法により、円柱状の突起3の構造を形成する。これにより、本マイクロデバイスの突起3のみに蛍光が付与される。   Portions other than the columnar projections 3 (1, 2, 7, hereinafter referred to as a first portion) in the present microdevice are made from a UV curable epoxy-based photocurable resin (Dimec, SCR701). This resin is three-dimensionally cured by two-photon absorption stereolithography to produce a structure. Although not illustrated in detail, first, an uncured resin is placed on a microscope slide glass, and a femtosecond pulse laser (756 nm, 80 MHz, Tsunami, Spectraphysics) collected by an objective lens is not yet used. By irradiating into the cured resin, a volume of about 100 nm square is cured. By moving the condensing point of the laser in the X, Y, and Z directions, the structure of the first portion of the target microdevice is formed. Next, after washing the uncured resin, a resin in which the fluorescent dye rhodamine B is mixed with the UV curable epoxy-based photocurable resin is placed on the slide glass on which the first portion is formed, and The structure of the cylindrical protrusion 3 is formed by the same method. Thereby, fluorescence is imparted only to the protrusions 3 of the present microdevice.

光駆動には、赤外線レーザを用いる。前記光駆動マイクロデバイスの後部にはトラップポイントと呼ぶ円柱状の突起を付加する工夫で光のトラップ力を数倍から数十倍の増大させることができる。マイクロビーズの場合と同様の原理で、トラップポイントはレーザ焦点に引き寄せられる。ガルバノスキャナミラーでレーザを走査すると、それに追従してマイクロデバイスが水溶液中で運動する。トラップポイントにレーザを集光させると、トラップポイントはバネのようにレーザ焦点に捕捉される。屈折率の大きいトラップポイントに光が入射する際、屈折によって光の運動量が変わり、その運動量変化に応じた力がトラップポイント表面に生じて、これらの合力はレーザ焦点にトラップポイントは引き寄せられるように作用する。レーザ焦点とトラップポイントに中心との距離が離れる程、合力は大きくなる。したがって、マイクロデバイスに作用する力Fとトラップポイント中心Xrからレーザ焦点XL までの変位δの関係を予め明らかにしておけば、変位δからトラップポイントに作用する外力を計測することが可能である。 An infrared laser is used for optical driving. The light trapping force can be increased several to several tens of times by adding a cylindrical protrusion called a trap point at the rear of the light-driven microdevice. On the same principle as in the case of microbeads, the trap point is attracted to the laser focus. When the laser is scanned by the galvano scanner mirror, the micro device moves in the aqueous solution following the scanning. When the laser is focused on the trap point, the trap point is captured at the laser focus like a spring. When light is incident on a trap point with a large refractive index, the momentum of light changes due to refraction, and a force corresponding to the change in the momentum is generated on the surface of the trap point, and these resultant forces are attracted to the laser focus. Works. The greater the distance between the laser focus and the trap point, the greater the resultant force. Therefore, if the relationship between the force F acting on the microdevice and the displacement δ from the trap point center Xr to the laser focus X L is clarified in advance, the external force acting on the trap point can be measured from the displacement δ. .

図2は以下の実施例で使用する本発明の局所蛍光標識マイクロデバイスを用いた操作・計測システムの概略図である。本装置システムは、マイクロデバイスの操作および計測に用いるものである。操作者は、コントローラリモコン9を操作し、その操作量を計算機10が取得する。計算機10は操作量を1組のガルバノミラー11の回転量に変換し、出力する。赤外レーザー光12は、ガルバノミラー11によって偏向され、対物レンズ13を通して、マイクロデバイスの突起14(前記図1の突起3に相当)に集光される。突起14はレーザー光の焦点に捕捉されているため、コントローラ9を操作することにより、マイクロデバイスを任意に操作することができる。マイクロデバイス14および、対象物15は、光路中に挿入されたダイクロイックミラー16によって照射される励起光17によって、蛍光を発し、蛍光像はダイクロイックミラー18により反射されて、CCDカメラ19により検出される。検出された蛍光像は、モニター20上に表示され、操作者に提示されると同時に、計算機10によって取得される。   FIG. 2 is a schematic view of an operation / measurement system using the local fluorescent labeling microdevice of the present invention used in the following examples. This apparatus system is used for operation and measurement of a microdevice. The operator operates the controller remote controller 9 and the computer 10 acquires the operation amount. The computer 10 converts the operation amount into a rotation amount of a set of galvanometer mirrors 11 and outputs the rotation amount. The infrared laser beam 12 is deflected by the galvanometer mirror 11 and is condensed through the objective lens 13 onto the projection 14 of the microdevice (corresponding to the projection 3 in FIG. 1). Since the protrusion 14 is captured at the focal point of the laser beam, the microdevice can be arbitrarily operated by operating the controller 9. The micro device 14 and the object 15 emit fluorescence by the excitation light 17 irradiated by the dichroic mirror 16 inserted in the optical path, and the fluorescence image is reflected by the dichroic mirror 18 and detected by the CCD camera 19. . The detected fluorescent image is displayed on the monitor 20 and presented to the operator, and is simultaneously acquired by the computer 10.

図3は前記マイクロデバイスおよび装置を用いて、細胞を操作中のCCDカメラで取得した蛍光像図である。本マイクロデバイスの局所蛍光標識された突起21(前記図1の突起3に相当)のみが高い蛍光シグナルを有し、他のU字型フレーム22、平板23、対抗壁24(それぞれ前記図1の1、2、7に相当)は蛍光シグナルを発していない。また、対象の細胞25(前記図1の8に相当)は本実施例では、蛍光を発していないが、可視化するべき分子に対応した蛍光修飾を加えることにより、該細胞内あるいは表面からの蛍光シグナルを操作と同時に観察することは容易である。さらに、このCCD画像を計算機に取得し、蛍光標識された突起21の重心位置を計算することで、マイクロデバイスの位置を正確に求めることができる。本実施形態での重心位置の計算アルゴリズムには、テンプレートマッチング、輝度重心、エッジ検出、ハフ変換等を用いているが、何らこれらに限られるものではない。この時、取得画像上で突起21を探索する範囲26を予め限定しておくことにより、計算時間を短縮することが可能である。   FIG. 3 is a fluorescence image obtained by a CCD camera during cell manipulation using the microdevice and apparatus. Only the locally fluorescently labeled protrusion 21 (corresponding to the protrusion 3 in FIG. 1) of this microdevice has a high fluorescence signal, and the other U-shaped frame 22, the flat plate 23, the opposing wall 24 (each of FIG. 1). (Corresponding to 1, 2, 7) does not emit a fluorescent signal. In addition, the target cell 25 (corresponding to 8 in FIG. 1) does not emit fluorescence in this embodiment, but by adding a fluorescence modification corresponding to the molecule to be visualized, fluorescence from the inside or the surface of the cell is added. It is easy to observe the signal simultaneously with manipulation. Further, the position of the micro device can be accurately obtained by acquiring this CCD image in a computer and calculating the position of the center of gravity of the fluorescently labeled projection 21. Although the template matching, the luminance centroid, the edge detection, the Hough transform, and the like are used as the centroid position calculation algorithm in the present embodiment, it is not limited to these. At this time, it is possible to shorten the calculation time by previously limiting the range 26 for searching the protrusion 21 on the acquired image.

図4は図3に示したマイクロデバイスの突起のみを上面から拡大した模式図である。前述の操作時、細胞25からマイクロデバイスに作用する力26と、レーザー光による光圧力27が平衡状態にある。計算機からガルバノミラーを介して出力されたレーザー光の焦点位置28と、CCDカメラによる画像から計算された突起の重心位置29との差分30を、予め用意された光圧力の校正式31に代入することにより、この時点で作用している光圧力27すなわち、細胞からの作用力26が計算される。   FIG. 4 is a schematic view in which only the protrusions of the microdevice shown in FIG. 3 are enlarged from the upper surface. During the aforementioned operation, the force 26 acting on the microdevice from the cell 25 and the light pressure 27 by the laser light are in an equilibrium state. The difference 30 between the focal position 28 of the laser beam output from the computer through the galvanomirror and the barycentric position 29 of the projection calculated from the image by the CCD camera is substituted into the calibration formula 31 of the light pressure prepared in advance. Thus, the light pressure 27 acting at this time, that is, the acting force 26 from the cell is calculated.

図5は本発明によって求められ、イースト菌細胞を対象例とした圧縮時における細胞膜の変位量と細胞膜への作用力との時系列図である。点線で示された各時刻における、マイクロデバイスと細胞との位置関係が示されている。イースト菌細胞は、BSA1wt%添加したミリQ水に懸濁し、マイクロデバイスの前方に5μmの対抗壁を造形して、該対抗壁とマイクロデバイスとの間にイースト菌細胞を挟んで、0.5Hz周期で細胞圧縮をしながら、反力をリアルタイムで計測することに成功した。かくして、マイクロデバイスの位置と細胞反力が連続的に計測され、画像により、イースト菌細胞は最大で0.099μm変形したことが分かった。本実施形態では、局所的に蛍光標識されたマイクロデバイスを、光圧力によって操作することにより、蛍光観察下で、細胞周辺の蛍光バックグラウンドを上げることなく、細胞の観察と操作、作用力の計測が同時に実現された。   FIG. 5 is a time series diagram of the amount of displacement of the cell membrane and the acting force on the cell membrane at the time of compression obtained by the present invention and using yeast cells as a target example. The positional relationship between the microdevice and the cell at each time indicated by the dotted line is shown. The yeast cells are suspended in MilliQ water supplemented with 1 wt% BSA, a 5 μm opposing wall is formed in front of the microdevice, and the yeast cells are sandwiched between the opposing wall and the microdevice at a cycle of 0.5 Hz. We succeeded in measuring reaction force in real time while compressing cells. Thus, the position of the microdevice and the cell reaction force were continuously measured, and the images showed that the yeast cells were deformed by a maximum of 0.099 μm. In the present embodiment, by operating a locally fluorescently-labeled microdevice with light pressure, observation and manipulation of cells and measurement of action force without increasing the fluorescence background around the cells under fluorescence observation. Was realized at the same time.

以上、本発明の各実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、微小物体の捕捉形態(静電気力、磁気力、光圧力、流体力等)、対象物の操作に適したデバイスの形状、機構、そのX−Y方向の寸法、対象物との接触部位からの蛍光標識の距離、マイクロデバイスの材質(樹脂、ガラス、金属、生体高分子、機能性微粒子、これらの混合物等またはそれらの混合物)、マイクロデバイスにおける表面の素材の特性(親水基を有するタンパク、高分子、またはこれらの混合物が結合、混合、吸着あるいはコーティングされる構成等)、マイクロデバイスにおける捕捉部位の素材の特性(誘電体微粒子、磁性微粒子、透明微粒子等。酵素、タンパク、核酸、抗体、細胞外マトリクス、脂質、糖鎖、無機触媒の少なくとも1つが固定されてもよいし、それらの1つを、含む液体、あるいは微粒子群が供給される構成)、形状あるいは機構、マイクロデバイスにおける捕捉部位の加工形態(リソグラフィー、化学的エッチング、物理的エッチング、レーザーによる除去・切断加工、ステレオリソグラフィー、放電加工、マイクロ切削、モールディング、エンボス、ソフトリソグラフィー、インプリント、インクジェット、印刷のいずれか、又はこれらの組み合わせ)、蛍光標識された検出用領域のX−Y方向の寸法、蛍光標識の蛍光特性、検出用領域における蛍光標識の作製形態(蛍光色素、無機蛍光粒子、量子ドット、蛍光ビーズのいずれか、またはこれらの混合物等)、静電気力、磁気力、光圧力、流体力等によって液中で捕捉される少なくとも1つの部位に作用する力と平衡点からの変位の関係の、理論または実験的に校正形態等については適宜選定できる。詳細な説明中の各諸元等については限定的に解釈してはならない。   As described above, each embodiment of the present invention has been described. However, within the scope of the present invention, a fine object capturing mode (electrostatic force, magnetic force, light pressure, fluid force, etc.) and suitable for manipulation of an object. Device shape, mechanism, dimensions in X and Y directions, distance of fluorescent label from contact point with target object, material of micro device (resin, glass, metal, biopolymer, functional fine particle, mixture of these Or a mixture of them), characteristics of the surface material in the microdevice (a structure in which a protein having a hydrophilic group, a polymer, or a mixture thereof is bound, mixed, adsorbed or coated, etc.), the material of the capture site in the microdevice Characteristics (dielectric fine particles, magnetic fine particles, transparent fine particles, etc .. At least one of enzyme, protein, nucleic acid, antibody, extracellular matrix, lipid, sugar chain, and inorganic catalyst is solid. A liquid containing one of them, or a configuration in which a group of fine particles is supplied), shape or mechanism, and processing form of a capture site in a microdevice (lithography, chemical etching, physical etching, laser) Removal / cutting, stereolithography, electrical discharge machining, micro cutting, molding, embossing, soft lithography, imprint, ink jet, printing, or a combination thereof), fluorescently labeled detection region in the XY direction Dimensions, fluorescent properties of fluorescent labels, preparation forms of fluorescent labels in the detection area (fluorescent dyes, inorganic fluorescent particles, quantum dots, fluorescent beads, or a mixture thereof), electrostatic force, magnetic force, light pressure, Acts on at least one site that is trapped in the liquid by fluid forces, etc. And the displacement of the relationship between the equilibrium point, can be appropriately selected for theoretical or experimental calibration forms and the like. Each item in the detailed description should not be interpreted in a limited way.

本発明の局所蛍光標識マイクロデバイスの概略図である。It is the schematic of the local fluorescent labeling microdevice of this invention. 同、局所蛍光標識マイクロデバイスを用いた操作・計測システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an operation / measurement system using a local fluorescent labeling microdevice. 同、前記マイクロデバイスおよび装置を用いて、細胞を操作中のCCDカメラで取得した蛍光像図である。It is the fluorescence image figure acquired with the CCD camera which is operating a cell using the said microdevice and apparatus similarly. 同、図3に示したマイクロデバイスの突起のみを上面から拡大した模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram in which only the protrusions of the microdevice shown in FIG. 3 are enlarged from the upper surface. 本発明によって求められ、イースト菌細胞を例とした圧縮時における細胞膜の変位量と細胞膜への作用力との時系列図である。It is a time series diagram of the amount of displacement of the cell membrane and the acting force on the cell membrane at the time of compression obtained by the present invention and taking yeast cell as an example.

符号の説明Explanation of symbols

1 U字型のフレーム
2 平板(接触部位)
3 蛍光標識用の突起(トラップポイント)
4 レーザー光
5 対物レンズ
6 レーザー焦点
7 壁
8 対象物(細胞)
1 U-shaped frame 2 Flat plate (contact part)
3 Projection for fluorescent labeling (trap point)
4 Laser light 5 Objective lens 6 Laser focus 7 Wall 8 Object (cell)

Claims (7)

微小物体の操作を可能とするためのマイクロデバイスであって、このマイクロデバイスはUV硬化性エポキシ系光硬化性樹脂にフェムト秒パルスレーザを照射して3次元的に硬化させた一つの部位と、前記未硬化の樹脂を洗浄した後、UV硬化性エポキシ系硬化性樹脂に蛍光色素を混合した樹脂によりマイクロデバイス上の対象物との接触部位の反対端部に形成され、かつ、光圧力によって捕捉される局所領域としての少なくとも1つの部位を備え、前記3次元的に硬化させた一つの部位は対象物の操作に適した形状あるいは機構を有する部位として形成され、かつ、対象物との接触部位に、酵素、タンパク、核酸、抗体、細胞外マトリクス、脂質、糖鎖、無機触媒の少なくとも1つが固定されており、また、接触部位の反対端部に形成される1つの部位は光圧力によって捕捉される円柱状突起として成され、前記突起のみに蛍光標識が付与されて構成されていることを特徴とするマイクロデバイス。 A microdevice for enabling manipulation of a minute object, the microdevice being irradiated with a femtosecond pulse laser on a UV curable epoxy photocurable resin and three-dimensionally cured, After the uncured resin is washed, it is formed at the opposite end of the contact area with the object on the microdevice by a resin in which a fluorescent dye is mixed with a UV curable epoxy curable resin, and is captured by light pressure. And at least one part as a local region to be formed, and the one part that is three-dimensionally cured is formed as a part having a shape or a mechanism suitable for the operation of the object, and a part in contact with the object , enzymatic, protein, nucleic acid, antibody, extracellular matrix, a lipid, a sugar chain, at least one inorganic catalyst is fixed, also formed on the opposite end of the contact sites Microdevice one site is made form a cylindrical projection which is caught by light pressure, characterized in that the only fluorescence-labeled projection is configured granted. 前記少なくとも1つの部位のX、Y、Zいずれかの方向の寸法が100μm未満であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロデバイス。 2. The micro device according to claim 1, wherein a dimension of the at least one portion in any of X, Y, and Z directions is less than 100 μm . 前記少なくとも1つの蛍光標識された検出領域のX−Y方向の寸法が、50μm未満であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロデバイス。 2. The microdevice according to claim 1, wherein the dimension of the at least one fluorescently labeled detection region in the XY direction is less than 50 μm. 前記蛍光標識された局所領域に、別の蛍光特性を有する蛍光標識を施したことを特徴とする請求項1に記載のマイクロデバイス。 2. The microdevice according to claim 1, wherein a fluorescent label having another fluorescent property is applied to the fluorescently labeled local region . 前記蛍光標識された複数の局所領域が、それぞれ異なる蛍光特性を有することを特徴とする請求項1に記載のマイクロデバイス。 2. The microdevice according to claim 1, wherein the plurality of fluorescently labeled local regions have different fluorescence characteristics. 前記少なくとも1つの蛍光標識された局所領域が、蛍光色素、無機蛍光粒子、量子ドット、蛍光ビーズのいずれか、またはこれらの混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載のマイクロデバイス。 The microdevice according to claim 1, wherein the at least one fluorescently labeled local region includes any one of a fluorescent dye, inorganic fluorescent particles, quantum dots, fluorescent beads, or a mixture thereof. 前記光圧力によって流体中で捕捉される少なくとも1つの部位に作用する力と平衡点からの変位の関係が、理論または実験的に校正されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロデバイス。 2. The microdevice according to claim 1, wherein a relationship between a force acting on at least one portion captured in the fluid by the light pressure and a displacement from an equilibrium point is calibrated theoretically or experimentally. .
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG162633A1 (en) * 2008-12-22 2010-07-29 Helios Applied Systems Pte Ltd Integrated system for manufacture of sub-micron 3d structures using 2-d photon lithography and nanoimprinting and process thereof
JP5221614B2 (en) 2010-09-17 2013-06-26 独立行政法人科学技術振興機構 Three-dimensional confocal observation device and observation focal plane displacement / correction unit
JP6939063B2 (en) * 2017-04-28 2021-09-22 日本精工株式会社 Flow cytometer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09203865A (en) * 1996-01-25 1997-08-05 Nikon Corp Index glass and fluorescent optical apparatus formed by using the index glass
JP2003001599A (en) * 2001-06-25 2003-01-08 Japan Science & Technology Corp Manufacture method of three-dimensional minute structure and apparatus thereof
JP2005500914A (en) * 2001-08-31 2005-01-13 アリックス インコーポレイテッド Optical tool operated by optical trap
JP3887684B2 (en) * 2003-01-31 2007-02-28 独立行政法人産業技術総合研究所 Attitude control device and attitude control method for minute objects
GB0416498D0 (en) * 2004-07-23 2004-08-25 Council Cent Lab Res Councils Optically controllable device

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