JP6762695B2 - 流路装置 - Google Patents

Description

本発明は、流路に対象物を流通させる流路装置に関する。

従来の流路装置として、流路内を流れる微粒子等の対象物に対して所定の方法で力を付与することによって、流路内における対象物の動作を制御するものが知られている。このような流路装置として、例えば、特許文献１には、超音波を用いて対象物の動作を制御するものが記載されている。また、特許文献２には、妨害体を流路内に設けることで対象物の動作を制御しているものが記載されている。また、特許文献３には、磁石を用いて対象物の動作を制御するものが記載されている。また、特許文献４には、流体の流れによって対象物の動作を制御するものが記載されている。

特開平９−１２２４８０号公報 特開２００４−３５４３６４号公報 特開２００９−１９５１５６号公報 特開２０１３−１０２７３３号公報

上述のように様々な方法によって流路中の対象物の制御が行われている。しかし、これらの方法では、流路に対して力を発生させるための別途の機構を設ける必要がある場合や、流路を構成するにおいて何かしらの制約条件がかかる場合等がある。以上より、流路の構成によらず、容易に対象物の流れを制御することが求められていた。

そこで、本発明は、流路の構成によらず、容易に対象物の流れを制御することができる流路装置を提供することを目的とする。

本発明に係る流路装置は、対象物を流通させる流路を有する流路ユニットと、軌道角運動量を有する光である光渦の周方向における少なくとも一部の領域を対象物に集光照射する集光照射部と、を備え、集光照射部は、光渦によって対象物に駆動力を付与することで、流路内における対象物の動作を制御する。

本発明に係る流路装置は、対象物を流通させる流路を有する流路ユニットと、光渦の周方向における少なくとも一部の領域を対象物に集光照射する集光照射部と、を備えている。また、集光照射部は、光渦によって対象物に駆動力を付与することで、流路内における対象物の動作を制御する。この場合、流路ユニットに直接的な機構を設けなくとも、集光照射部が、流路ユニットの外側から光渦を照射するだけの簡易な構成にて、対象物の動作の制御が可能となる。また、集光照射部は、流路ユニットを構成する上での制約条件を与えることなく、対象物に駆動力を付与することができる。以上より、流路の構成によらず、容易に対象物の流れを制御することができる。

本発明に係る流路装置において、集光照射部は、光渦の軌道角運動量の向きを変えることによって、対象物の動作を制御してよい。これにより、光渦の軌道角運動量の向きを変えるだけで、容易に対象物の動作を制御できる。

本発明に係る流路装置において、集光照射部は、光渦の伝搬軸と流路との相対的な位置を移動させることによって、対象物の動作を制御してよい。これにより、光渦の伝搬軸と流路との相対的な位置を移動させるだけで、容易に対象物の動作を制御できる。

本発明に係る流路装置において、集光照射部は、光渦によって対象物に駆動力を付与することで、流路が分岐する位置において対象物が流れる方向を制御して、対象物を選別してよい。また、集光照射部は、光渦によって対象物に駆動力を付与することで、対象物を所定の位置で停止させてよい。また、集光照射部は、光渦によって対象物に駆動力を付与することで、所定の方向へ流れる対象物を一時的に停止させてよい。集光照射部は、光渦によって対象物に駆動力を付与することで、流路に設けられた捕捉部へ対象物を移動させることによって、対象物を捕捉してよい。また、集光照射部は、光渦によって対象物に駆動力を付与することで、流路の所定の位置で停止していた対象物を、所定の位置から離脱させてよい。これらによれば、光渦を用いることで、流路中で対象物の様々な動作について制御を行うことができる。

本発明によれば、流路の構成によらず、容易に対象物の流れを制御することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る流路装置を示す模式図である。 図２は、光渦によって付与される駆動力を説明するための模式図である。 図３は、流路ユニットを示す図である。 図４は、図３に示す流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図６は、第３実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図７は、第４実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図８は、第５実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図９は、第５実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図１０は、第６実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図１１は、第７実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図１２は、第８実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図１３は、第８実施形態に係る流路装置の流路ユニットにおける対象物の動作を示す図である。 図１４は、変形例に係る流路装置を示す模式図である。 図１５は、変形例に係る流路装置を示す模式図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１に示されるように、本実施形態に係る流路装置１００は、流路中の対象物の動作を制御する装置であって、集光照射部２０、ステージ７、流路ユニット８、レンズ９、照明部１０、ミラー１１、レンズ１２、撮像部１３を備える。また、集光照射部２０は、光渦の周方向における少なくとも一部の領域を対象物に集光照射するものであり、光源２、光渦生成部３、ダイクロイックミラー４、及び対物レンズ６を備える。

光源２は光を出力する。光源２はレーザ光源であってもよい。光源２から出力される光は、流路ユニット８中の対象物のダメージを軽減するため、エネルギーの低い波長であってもよい。光源２としてレーザ光源を用いる場合は、赤外レーザであってもよい。赤外レーザの波長としては、例えば、９００〜１２００ｎｍ程度とすることができる。

光渦生成部３は、光源２から出力された光を入力して光渦を生成し出力する。光渦生成部３が生成する光渦は、螺旋波面を持つ光ビームであり、例えば、ラゲール・ガウシアンビーム、ベッセルビーム等である。光渦生成部３として空間光変調器、回折光学素子、らせん状位相プレート、フォーク状ホログラム、レーザキャビティ等を用いることができる。空間光変調器は、２次元配列された複数の画素を有し、各画素において光の振幅及び位相を変調して出力することができる。このような空間光変調器を光渦生成部３として用いれば、光学系を変更することなく、様々な形態の光渦を容易に生成することができる。光渦生成部３として用いられる空間光変調器は、透過型のものであってもよいし、反射型のものであってもよい。反射型の空間光変調器として、例えば、ＬＣＯＳ−ＳＬＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いてもよい。図１では、光渦生成部３として反射型の空間光変調器が示されている。図１では、光渦生成部３へ光が垂直に入射しているが、斜め方向から光が光渦生成部３へ入射してもよい。また、空間光変調器に表示する位相パターンを変更すれば、光渦の半径、軌道角運動量の向き、及び光トラップ力等、及び対象物へ付与する駆動力を簡単に制御することができる。

ダイクロイックミラー４、対物レンズ６は、光渦生成部３から出力された光渦を流路ユニット８の対象物に導く。ダイクロイックミラー４は、光渦生成部３から出力される光渦を反射させる。対物レンズ６は、光渦生成部３から出力された光渦を対象物に集光照射して、対象物に駆動力を与える。

ここで、図２を参照して、集光照射部２０が光渦６０を対象物５０に集光照射することによって、対象物５０へ駆動力を付与することについて説明する。集光照射部２０は、光渦６０の周方向における少なくとも一部の領域を対象物５０へ集光照射することで、光渦６０に沿って回転（回動）するような駆動力Ｆを付与する。

光渦６０について詳細に説明する。光渦６０とは、螺旋状の位相構造を光波面形状の全体あるいは一部に含む光に対する、一般的呼称である。螺旋状位相波面の中心部は位相特異点と呼ばれ、そこでは有意な位相値が定義できないことから、光振幅が必ず０となる性質を持つ。特に、光の伝搬軸Ｌ（図２（ｂ）参照）を軸とする単一の位相特異点のみを有する光（ベッセルビーム、ラゲール・ガウシアンビーム）においては、伝搬軸Ｌを中心とするリング状の光形状を有するとともに、螺旋状波面の方向と螺旋のピッチに対応した方向・大きさの軌道角運動量をもっており、このような光の照射を受けた物質は、伝搬軸Ｌ回りに回転力を受けることが知られている。一般に、位相特異点周辺のビーム形状は多重リング状となるが、説明を簡略化するために以下において光渦は伝搬軸Ｌ上にのみ位相特異点を有し、かつ単一のリング状（ドーナツ状）光パターンを持つものとする。

図２（ａ）に示すように、光渦６０は、伝搬軸Ｌからある距離のところで光強度が最大となるドーナツ型の光強度分布を有する。集光照射部２０は、光渦６０の周方向における一部の領域を対象物５０に集光照射させる。なお、光渦６０は、径方向に一定の幅を有しているが、対象物５０は、光渦６０の径方向のどの部分が照射されてもよい。図２（ｂ）に示すように、光渦６０は、集光面Ｐ１付近において対象物５０をトラップする。トラップされた対象物５０は、トラップ面Ｐ２上を回転運動する。トラップ面Ｐ２は、集光面Ｐ１よりも半波長分、下流側に設定される。なお、光渦６０がラゲール・ガウシアンビームである場合は、運動方向として平面方向の成分のみを考慮すればよいため、伝搬軸Ｌ方向の駆動力を考慮する必要がない。従って、対象物５０には、伝搬軸Ｌと垂直な方向に駆動力が作用する。

図１に示すように、ステージ７は、流路ユニット８を載置するものであり、流路ユニット８をＸＹＺ方向に移動させることができる。ステージ７は、対象物５０と光渦６０の集光照射位置とを位置合わせすることができる。なお、位置合わせは、光渦６０に対してステージ７で流路ユニット８を移動させることによって実行されている。これに代えて、光渦６０を流路ユニット８に対して移動させて位置合わせしてもよく、両方を移動させて位置合わせしてもよい。なお、対物レンズ６に入射する前の光渦６０の光路上にλ／４板又はλ／２板を配置して、光渦６０の回転形状（円、楕円形）を制御することもできる。なお、流路ユニット８の構成の詳細な説明については、後述する。

照明部１０は、流路ユニット８を挟んで対物レンズ６と反対の側に設けられ、流路ユニット８へコンデンサレンズ９を介して照明光を出力する。照明部１０は、光源２から出力される光の波長と異なる波長の光を出力することが好ましい。照明部１０として、白色光源、水銀ランプ、レーザ光源等が用いられる。

撮像部１３は、照明部１０により照明された流路ユニット８における対象物５０を、対物レンズ６、ダイクロイックミラー４、ミラー１１、及びレンズ１２を介して撮像して、画像データを出力する。撮像部１３として、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等が用いられる。ダイクロイックミラー４は、照明部１０より照明された流路ユニット８からの光を透過させる。

図３を参照して、流路ユニット８の構成について説明する。図３に示すように、流路ユニット８は、対象物５０を流通させる流路３１，３２，３３を有している。流路ユニット８は、ＰＤＭＳ、プラスチック、ガラス、シリコン等の基材に流路３１，３２，３３を形成することによって構成される。流路３１，３２，３３の下面はガラス等の光を通すことができる材質で構成されている。

本実施形態では、流路ユニット８は、長方形平板状に構成されており、長手方向に互いに対向する端部８ａ，８ｂと、短手方向に互いに対向する端部８ｃ，８ｄと、を備える。流路３１は、流路ユニット８の端部８ａから長手方向に沿って中央位置付近まで延び、流路３２及び流路３３へ分岐している。流路３２は、短手方向に沿って端部８ｃまで伸びている。流路３３は、短手方向に沿って端部８ｄまで伸びている。

流路３１は、端部８ａにおいて入口部３４に接続されている。当該入口部３４には入力シリンジ４１が接続されており、入力シリンジ４１は、入口部３４を介して、流路３１へ対象物５０を供給する。なお、供給される対象物５０として、ポリスチレン球、細胞、リポソーム等の様々な物質が挙げられる。流路３２は、端部８ｃにおいて出口部３５に接続されている。出口部３５には、出力シリンジ４２が接続されており、出力シリンジ４２は、出口部３５を介して、流路３２へ選別された対象物５０を回収する。流路３３は、端部８ｄにおいて出口部３６に接続されている。出口部３６には、出力シリンジ４３が接続されており、出力シリンジ４３は、出口部３６を介して、流路３３へ選別された対象物５０を回収する。

ここで集光照射部２０は、光渦６０によって対象物５０に駆動力を付与することで、流路３１，３２，３３内における対象物５０の動作を制御する。集光照射部２０は、光渦６０の軌道角運動量の向きを変えることによって、対象物５０の動作を制御する。集光照射部２０は、光渦６０によって対象物５０に駆動力を付与することで、流路３１，３２，３３が分岐する位置において対象物５０が流れる方向を制御して、対象物５０を選別する。集光照射部２０は、流路３１から流路３２及び流路３３へ分岐する部分に、光渦６０の円弧部分が配置されるように、光渦６０を集光照射する。光渦６０の伝搬軸Ｌは、短手方向における中央位置であって、流路３２，３３よりも端部８ｂ側の位置に配置される。これにより、流路３１から流路３２及び流路３３へ分岐する部分には、光渦６０の円弧部分が、端部８ａ側へ凸となるように配置される。

次に、図４を参照して、光渦６０によって対象物５０を選別する方法について説明する。本実施形態では、集光照射部２０は、集光照射を行わない方法（図４（ａ））、対象物５０に対して出口部３５側へ流れるような駆動力を付与する方法（図４（ｂ））、及び対象物５０に対して出口部３６側へ流れるような駆動力を付与する方法（図４（ｃ））で、対象物５０の動作を制御する。

図４（ａ）に示すように、集光照射部２０が集光照射を行わない場合、対象物５０は溶液の流れに応じて確率的に出口部３５と出口部３６のいずれかへ流れる。図４（ｂ）に示すように、対象物５０に対して出口部３５側へ流れるような駆動力を付与する場合、溶液自体の流れ（出口部３６側へ向かうような流れ）によって受ける力よりも駆動力の方が十分に大きければ、対象物５０は出口部３５側へ流れる。すなわち、光渦６０によって、出口部３６側へ向かうような溶液の流れが形成されたとしても、対象物５０が出口部３６側へ流されないようにするような、不可視な壁を形成することができる。図４（ｃ）に示すように、対象物５０に対して出口部３６側へ流れるような駆動力を付与する場合、溶液自体の流れ（出口部３５側へ向かうような流れ）によって受ける力よりも駆動力の方が十分に大きければ、対象物５０は出口部３６側へ流れる。すなわち、光渦６０によって、出口部３５側へ向かうような溶液の流れが形成されたとしても、対象物５０が出口部３５側へ流されないようにするような、不可視な壁を形成することができる。

また、図４（ｂ），（ｃ）において、光渦６０による駆動力と溶液の流れによる力を調整することで、出口部３５側と出口部３６側へ流れる対象物５０の量の比を調整することができる。光渦６０が物質へ与える駆動力は光強度に比例するため、集光照射部２０が光渦６０の光強度を変えると駆動力を変えることができる。

以上により、本実施形態に係る流路装置１００は、対象物５０を流通させる流路３１，３２，３３を有する流路ユニット８と、光渦６０の周方向における少なくとも一部の領域を対象物５０に集光照射する集光照射部２０と、を備えている。また、集光照射部２０は、光渦６０によって対象物５０に駆動力を付与することで、流路内における対象物５０の動作を制御する。この場合、流路ユニット８に直接的な機構を設けなくとも、集光照射部２０が、流路ユニット８の外側から光渦６０を照射するだけの簡易な構成によって、対象物５０の動作の制御が可能となる。また、集光照射部２０は、流路ユニット８を構成する上で制約条件を与えることなく、対象物５０に駆動力を付与することができる。以上より、流路の構成によらず、容易に対象物５０の流れを制御することができる。

例えば、水の流れを用いて対象物５０を制御する場合、流路ユニットの流路構造が複雑になる上、水流を複雑にコントロールする必要がある。これに対し、光渦６０を用いる場合は、流路ユニット８の流路構造としてあらゆる構造を適用可能であり、水流とは独立な力場を形成することができる。また、電場を用いて対象物５０を制御する場合、流路内に電極を形成する必要があると共に、動作が溶液の電導度に依存する。これに対し、光渦６０を用いる場合は、電極が必要なく、電導度という制約条件に依存することなく、自由度の高い動作をさせることができる。また、音場を用いて対象物５０を制御する場合、流路構造が、音場を効果的に用いることができるものに限定される。これに対し、光渦６０を用いる場合は、流路構造としてあらゆる構造を適用可能である。また、光ピンセットを用いる場合、捕捉のみの動作しか行えない上、位置操作のためにレーザの検出機構が必要である。これに対し、光渦６０を用いる場合、照射のみで操作が可能となる。また、近接場光を用いる場合、流路表面のみの操作となってしまう。これに対し、光渦６０を用いる場合、流路表面以外でも対象物の制御が可能である。また、磁場を用いる場合、対象物が磁性を有している必要がある。これに対し、光渦６０を用いる場合、対象物５０が磁性を有してるという制約条件はなく、あらゆる対象物５０を適用することができる。また、重力を用いる場合、設置面に対して方向が定まってしまうため、流路構成が限定されてしまう。これに対し、光渦６０を用いる場合、流路ユニットの方向を考慮する必要がなく、あらゆる流路構造を採用することができる。また、遠心力を用いる場合、遠心機の設置が必要となる。これに対し、光渦６０を用いる場合、遠心機が不要となる。なお、本段落において比較例として挙げられた方法は、光渦６０と合わせて用いてもよい。

本実施形態に係る流路装置１００において、集光照射部２０は、光渦６０の軌道角運動量の向きを変えることによって、対象物５０の動作を制御している。これにより、光渦６０の軌道角運動量の向きを変えるだけで、容易に対象物５０の動作を制御できる。

（第２実施形態）
図５に示すように、第２実施形態に係る流路装置では、集光照射部２０は、光渦６０の伝搬軸Ｌと流路との相対的な位置を移動させることによって、対象物５０の動作を制御している点で第１実施形態に係る流路装置と異なっている。これにより、光渦６０の伝搬軸Ｌと流路との相対的な位置を移動させるだけで、容易に対象物５０の動作を制御できる。

図５に示す流路ユニット８は、図４に示す流路ユニット８と同様の構成を有している。図５（ｂ），（ｃ）に示すように、光渦６０は伝搬軸Ｌが中央よりも出口部３５側に配置され、円弧部分が流路３１及び流路３２に沿うように配置される。また、図５（ｄ），（ｅ）に示すように、光渦６０は伝搬軸Ｌが中央よりも出口部３６側に配置され、円弧部分が流路３１及び流路３３に沿うように配置される。なお、光渦６０の位置は、その場で観察しながら位置合わせをしてもよく、あらかじめ位置を記憶させるプログラムを作成しておき、スイッチ一つで位置を変更してもよい。

図５（ａ）に示すように、集光照射部２０が集光照射を行わない場合、対象物５０は溶液の流れに応じて確率的に出口部３５及び出口部３６のいずれかへ流れる。図５（ｂ）に示すように、対象物５０に対して出口部３５側へ流れるような駆動力を付与する場合、十分強い駆動力であれば、出口部３５側へ対象物５０を流すことができる。また、駆動力を調整すれば、出口部３５又は出口部３６へ流れる対象物５０の量を調整できる。図５（ｃ）に示すように、対象物５０に対して入口部３４側へ流れるような駆動力を付与する場合、十分に強い駆動力であれば、対象物５０を所定の位置で一時的に停止できる。ここで、光渦６０による駆動力を徐々に弱くなるように調整することで、出口側へ向かう対象物５０の量を調整できる。図５（ｄ），（ｅ）の場合も、図５（ｂ），（ｃ）と同趣旨である。

（第３実施形態）
図６に示すように、第３実施形態に係る流路装置は、流路ユニットの流路構成が異なる点で、第１実施形態に係る流路装置と相違している。第３実施形態に係る流路装置では、流路ユニット８の流路３２及び流路３３が、流路３１から分岐した後は、四分の１の円弧を描くように湾曲すると共に長手方向の端部へ延びている。このような構成によれば、分岐部分付近における流路３２及び流路３３は半円弧を描くように湾曲し、当該半円弧の部分に、光渦６０の半円弧部分が一致するように配置される。これによって、光渦６０が対象物５０に駆動力を付与できる部分の長さを増やすことができる。

光渦６０による対象物５０への駆動力の付与の態様は、第１実施形態及び第２実施形態と同趣旨である。図６（ｂ），（ｃ）に示すように、分岐部分に光渦６０を配置し、駆動力を付与する方向を変更することで対象物５０を選別することができる。また、図６（ｄ）に示すように、光渦６０を短手方向における一方寄りの位置に配置し、対象物５０の選別及び一時停止を行ってもよい。

（第４実施形態）
図７に示すように、第４実施形態に係る流路装置は、流路ユニットの流路構成が異なる点で、第１実施形態に係る流路装置と相違している。第４実施形態に係る流路装置では、流路ユニット６８が長手方向に延びる流路６１，６２を有し、中央位置にて合流して短手方向の一方へ延びる流路６３を有する。流路６１，６２には入口部３４Ａ，３４Ｂが設けられ、流路６３には出口部３６が設けられる。

図７（ａ）に示すように、入口側の流路６１または流路６２に光渦６０の円弧部分が配置される。例えば、流路６１に光渦６０の円弧部分を配置し、対象物５０に入口部３４Ａ側へ向かう駆動力を付与した場合、対象物５０を一時的に停止することができる。同様に、流路６２に光渦６０の円弧部分を配置し、対象物５０に入口部３４Ｂ側へ向かう駆動力を付与した場合、対象物５０を一時的に停止することができる。また、光渦６０の光強度を調整することで、バルブを開くように、対象物５０が出口部３６側へ流れる量を調整できる。

また、図７（ｂ）に示すように、入口側の流路７１に円形のチャンバー部７５を設け、入口側の流路７２に円形のチャンバー部７４を設けた流路ユニット７８を採用してもよい。このチャンバー部７４，７５は、光渦６０が収容されるような大きさに形成される。このような構成によれば、対象物５０が多数流れてきても、チャンバー部７４，７５に対象物５０を貯めておくことができる。これにより、より確実に対象物５０の運動を制御することができる。例えば、チャンバー部７４，７５に連続的に対象物５０を貯めたり放出したりという動作を効率よく実行できる。従って、容易に溶液中の粒子量の濃縮や希釈を行うことができる。

（第５実施形態）
図８及び図９に示すように、第５実施形態に係る流路装置は、流路ユニットの流路構成が異なる点で、第１実施形態に係る流路装置と相違している。第５実施形態に係る流路装置の流路ユニット８８では、第１実施形態の流路ユニット８のＴ字型の流路（ここでは流路８３，８５，８６が第１実施形態の流路３１，３３，３２に対応）に対して長手方向へ延びる流路８４が一本追加されている。図８（ｂ），（ｃ）に示すように、光渦６０を第１実施形態と同様の位置に配置して、出口部３５，３６へ向かうような駆動力を対象物５０に付与する。また、図８（ａ）のように、光渦６０を集光照射しない場合は、三つの出口部３５，３７，３８のいずれかへ確率的に進む。

図９に示すように、光渦６０の位置を変更してもよい。図９（ａ），（ｂ）に示すように、光渦６０の円弧部分が流路８３，８６に沿うように配置され、出口部３５側へ対象物５０に駆動力を付与してもよく、流路８３の位置で一時停止させてもよい。また、図９（ｃ），（ｄ）に示すように、光渦６０の円弧部分が流路８４，８５に沿うように配置されて、出口部３７側へ対象物５０に駆動力を付与してよく、出口部３６側へ対象物５０に駆動力を付与してもよい。

（第６実施形態）
図１０に示すように、第６実施形態に係る流路装置は、流路ユニットの流路構成が異なる点で、第１実施形態に係る流路装置と相違している。第６実施形態に係る流路装置の流路ユニット９８では、長手方向へ延びる一本の流路９３が形成されている。図１０（ａ）に示すように、光渦６０を照射しない場合は、対象物５０は、溶液の流れに従って流れる。図１０（ｂ）に示すように、光渦６０の円弧部分を流路９３に沿って配置した場合、対象物５０に入口部３４側へ十分強い駆動力を付与すれば、溶液は流れつつも、対象物５０を一時的に停止することができる。また、バルブを徐々に開くように、光渦６０の光強度を徐々に弱めてもよい。更に、対象物５０に出口部３７側へ駆動力を付与すれば、対象物５０を加速することができる。当該加速の大きさは、光渦６０の光強度の大きさで変更可能である。また、図１０（ｃ）に示すように、流路９３に円形のチャンバー部９４を設けてもよい。このチャンバー部９４は、光渦６０が収容されるような大きさに形成される。このような構成によれば、対象物５０がたくさん流れてきても、チャンバー部９４に一時停止させた対象物５０を貯めておくことができる。これにより、より確実に対象物５０の運動を制御することができる。例えば、チャンバー部９４に連続的に対象物５０を貯めたり放出したりという動作を効率よく実行できる。従って、容易に溶液中の粒子量の濃縮や希釈を行うことができる。

（第７実施形態）
図１１に示すように、第７実施形態に係る流路装置は、流路ユニットの流路構成が異なる点で、第６実施形態に係る流路装置と相違している。第７実施形態に係る流路装置の流路ユニット１１０では、第６実施形態の流路ユニット９８に長手方向へ延びる流路が追加されて、平行に延びる一対の流路９３Ａ，９３Ｂが形成されている。図１１（ａ）に示すように、光渦６０を照射しない場合は、いずれの流路９３Ａ，９３Ｂでも、対象物５０は溶液の流れに従って流れる。図１１（ｂ）に示すように、光渦６０の伝搬軸Ｌを流路９３Ａ，９３Ｂ間に配置し、円弧部分を流路９３Ａ，９３Ｂに沿って配置する。この場合、一対の流路９３Ａ，９３Ｂの一方側では、対象物５０に入口部３４側へ十分強い駆動力を付与すれば、溶液は流れつつも、対象物５０を一時的に停止することができる。また、バルブを徐々に開くように、光渦６０の光強度を徐々に弱めてもよい。一対の流路９３Ａ，９３Ｂの他方側では、対象物５０に出口部３７側へ駆動力が付与され、対象物５０を加速することができる。当該加速の大きさは、光渦６０の光強度の大きさで変更可能である。このように、一対の流路９３Ａ，９３Ｂのいずれかにおいては、対象物５０が出口部３７側へ流れ、いずれかにおいては対象物５０が一時停止した状態となる。すなわち、一対の流路９３Ａ，９３Ｂのバルブの開閉を関連付けて連動制御することができる。なお、流路９３Ａ，９３Ｂの流路の一方において、出口部３７と入口部３４とを逆向きにすれば、一対の流路９３Ａ，９３Ｂにおいて、同一の動作が同時に行われるような連動制御を行うことができる。

（第８実施形態）
図１２及び図１３に示すように、第８実施形態に係る流路装置は、捕捉部１０７を有する点で、第７実施形態に係る流路装置と相違している。第８実施形態に係る流路装置の流路ユニット１０８は、一対の流路１０３Ａ，１０３Ｂを有しており、その間の壁部１０４に、対象物５０を捕捉するための捕捉部１０７を有している。この流路ユニット１０８は、例えば、膜小胞測定デバイスにおいて、選択的に脂質膜小胞（リポソーム）を捕捉する装置に用いられる。捕捉部１０７は、リポソームなどの対象物５０をトラップでき、電気による穿孔によって脂質膜に孔をあけられるような構造を有する。捕捉部１０７は、各流路１０３Ａ，１０３Ｂ側にポケット構造を有しており、中央に微細小孔が形成されて、流路１０３Ａ，１０３Ｂが連通した状態となっている。

光渦６０は、円弧部分の一部が、流路１０３Ａ，１０３Ｂのいずれかに配置されると共に、捕捉部１０７にさしかかるように配置される。この場合、流路１０３Ａ，１０３Ｂに好適なリポソームなどの対象物５０が流れてきた場合、図１２（ｂ）に示すように、集光照射部２０は、光渦６０によって対象物５０に駆動力を付与することで、流路１０３Ａ，１０３Ｂに設けられた捕捉部１０７へ対象物５０を移動させることによって、対象物５０を捕捉できる。すなわち、光渦６０で駆動力を付与して、捕捉部１０７へスムーズに誘導し、捕捉することができる。

また、図１２（ｃ）に示すように、集光照射部２０は、光渦６０によって対象物５０に駆動力を付与することで、捕捉部１０７で停止していた対象物５０を、当該捕捉部１０７の位置から離脱させる。例えば、ターゲットとは異なるゴミなどが捕捉部１０７で捕捉された場合は、光渦６０は、当該対象物５０が捕捉部１０７から離脱する方向へ駆動力を付与する。

また、図１３に示す流路ユニット１０８では、流路１０３Ａにリポソームなどの対象物５０Ａが流れ、流路１０３Ｂにポリスチレンビーズなどの対象物５０Ｂが流れている。対象物５０Ａを捕捉したくないときは、図１３（ｂ）に示すように、光渦６０の円弧部分が流路１０３Ｂ及び捕捉部１０７にさしかかるように配置され、流路１０３Ｂから捕捉部１０７側へ駆動力を付与するように照射される。これにより、対象物５０Ａは微細小孔から離れるように移動し、対象物５０Ｂは微細小孔を埋めるように移動する。一方、図１３（ｃ）に示すように、光渦６０が、流路１０３Ａから捕捉部１０７側へ駆動力を付与するように照射されると、対象物５０Ａは微細小孔へ向かって移動し、対象物５０Ｂは微細小孔から離脱するように移動する。このとき、微細小孔から対象物５０Ｂが離れると、微細小孔からも溶液の流れが生じるため、流路１０３Ａと流路１０３Ｂとの間に圧力差をつけることで、より積極的に対象物５０を捕捉することができる。以上のように、ビーズなどの対象物５０Ｂを流すことで、バルブ効果によって、リポソーム等を捕捉しないようにする排除効果を高めることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態においては、光渦６０の全体を照射していたが、例えばスリット付きのマスク等を配置することによって、対象物５０の集光照射に必要な領域のみを透過させてもよい。

また、図２（ｃ）に示すように、複数の光渦６０の一部の領域を重ね合わせて対象物５０に集光照射してもよい。これによって、対象物５０により大きな駆動力を付与できる。このような重ね合わせによる光渦６０の照射を行うために、図１４または図１５に示すような構成を採用してよい。

図１４に示す流路装置は、二系統に係る集光照射部２０を有しており、二系統の集光照射部２０が流路ユニット８に対して同方向から光渦６０を照射している。一方の集光照射部２０は、光源２Ａと、拡大光学系２１Ａと、ミラー２２Ａと、光渦生成部３Ａと、レンズ２３Ａと、ダイクロイックミラー４Ａと、対物レンズ６とによって構成される。また、他方の集光照射部２０は、光源２Ｂと、拡大光学系２１Ｂと、ミラー２２Ｂと、光渦生成部３Ｂと、レンズ２３Ｂと、ダイクロイックミラー４Ｂと、対物レンズ６とによって構成される。両系統からの光渦６０は、ダイクロイックミラー４Ｂの位置にて重ね合わせられている。

図１５に示す流路装置は、二系統に係る集光照射部２０を有しており、二系統の集光照射部２０が流路ユニット８を挟んで異なる方向から光渦６０を照射している。一方の集光照射部２０は、光源２Ａと、拡大光学系２１Ａと、ミラー２２Ａと、光渦生成部３Ａと、レンズ２３Ａと、ダイクロイックミラー４Ａと、対物レンズ６Ａとによって構成される。また、他方の集光照射部２０は、光源２Ｃと、拡大光学系２１Ｃと、ミラー２２Ｃと、光渦生成部３Ｃと、レンズ２３Ｃと、ダイクロイックミラー４Ｃと、対物レンズ６Ｃとによって構成される。両系統からの光渦６０は、流路ユニット８の位置にて重ね合わせられている。

８,６８,８８,９８,１０８，１１０…流路ユニット、２０…集光照射部、３１,３２,３３,６１,６２,６３,７１,７２,８４,８３,８６,８５,９３,９３Ａ,９３Ｂ,１０３Ａ,１０３Ｂ…流路、５０…対象物、６０…光渦、１００…流路装置。

Claims (10)

1. 対象物を流通させる流路を有する流路ユニットと、
   前記流路内の溶液に流れを形成する流れ形成手段と、
   軌道角運動量を有する光である光渦の周方向における一部の領域が前記流路に配置されると共に前記光渦の周方向における他の領域が前記流路外に配置されるように、前記一部の領域を前記対象物に集光照射する集光照射部と、を備え、
   前記集光照射部は、前記光渦によって、当該光渦とは異なる箇所で前記流れ形成手段によって形成された前記溶液の流れによって力を受けている前記対象物に駆動力を付与することで、前記流路内における前記対象物の動作を制御する、流路装置。
2. 前記集光照射部は、前記光渦の前記軌道角運動量の向きを変えることによって、前記対象物の動作を制御する、請求項１に記載の流路装置。
3. 前記集光照射部は、前記光渦の伝搬軸と前記流路との相対的な位置を移動させることによって、前記対象物の動作を制御する、請求項１に記載の流路装置。
4. 前記集光照射部は、前記光渦によって前記対象物に駆動力を付与することで、前記流路が分岐する位置において前記対象物が流れる方向を制御して、前記対象物を選別する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流路装置。
5. 前記集光照射部は、前記光渦によって前記対象物に駆動力を付与することで、前記対象物を所定の位置で停止させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流路装置。
6. 前記集光照射部は、前記光渦によって前記対象物に駆動力を付与することで、所定の方向へ流れる前記対象物を一時的に停止させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流路装置。
7. 前記集光照射部は、前記光渦によって前記対象物に駆動力を付与することで、前記流路に設けられた捕捉部へ前記対象物を移動させることによって、前記対象物を捕捉する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流路装置。
8. 前記集光照射部は、前記光渦によって前記対象物に駆動力を付与することで、前記流路の所定の位置で停止していた前記対象物を、前記所定の位置から離脱させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流路装置。
9. 前記集光照射部は、前記光渦によって前記対象物に駆動力を付与することで、前記光渦の前記周方向に沿って前記対象物を移動させる、請求項１〜４、請求項７及び請求項８の何れか一項に記載の流路装置。
10. 前記集光照射部は、前記光渦の伝搬軸の位置を固定した状態で、前記対象物に駆動力を付与する、請求項１〜９の何れか一項に記載の流路装置。

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