JPH03110510A - レーザ光微小物体トラッピング装置 - Google Patents
レーザ光微小物体トラッピング装置Info
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- JPH03110510A JPH03110510A JP24889789A JP24889789A JPH03110510A JP H03110510 A JPH03110510 A JP H03110510A JP 24889789 A JP24889789 A JP 24889789A JP 24889789 A JP24889789 A JP 24889789A JP H03110510 A JPH03110510 A JP H03110510A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
この発明は、レーザ光微小物体トラッピング装置に関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、細胞プロ
セッシングにも有用を、コンパクトで、安定したレーザ
光出力によるトラッピングを可能とする新しいレーザ光
微小物体トラッピング装置に関するものである。
るものである。さらに詳しくは、この発明は、細胞プロ
セッシングにも有用を、コンパクトで、安定したレーザ
光出力によるトラッピングを可能とする新しいレーザ光
微小物体トラッピング装置に関するものである。
（背景技術）
近年、マイクロメーターサイズの微小物体に対する精密
操作技術への要請が高まり、無Ｒ物質や生体細胞、ある
いはバクテリアなどの微小物体を損傷することなく、精
密に、かつ迅速に操作するための手法の開発が精力的に
進められてきている。
操作技術への要請が高まり、無Ｒ物質や生体細胞、ある
いはバクテリアなどの微小物体を損傷することなく、精
密に、かつ迅速に操作するための手法の開発が精力的に
進められてきている。
このような微小物体に対する操作の一つとして注目され
るしのに、レーザ光が有する優れたコヒーレント特性に
よって、光の持つ場の運動量を物体に働く力学的な運動
量として受は渡し、微小物体に力を加えてその物体を補
捉、もしくは移動させる光トラッピング操作がある。
るしのに、レーザ光が有する優れたコヒーレント特性に
よって、光の持つ場の運動量を物体に働く力学的な運動
量として受は渡し、微小物体に力を加えてその物体を補
捉、もしくは移動させる光トラッピング操作がある。
この光トラッピング操作では、レーザ光がもたらす力の
みが対象物に働くことから、完全な非接触および非破壊
での操作が可能になる。このため、微小物体に対する操
作としては、この光トラッピング技術への期待が極めて
大きい。
みが対象物に働くことから、完全な非接触および非破壊
での操作が可能になる。このため、微小物体に対する操
作としては、この光トラッピング技術への期待が極めて
大きい。
第５図は、このような光トラッピングの原理を模式的に
説明したものである。この第５図に示したように、レン
ズを介してレーザ光（Ａ、Ｂ）が微小物体（Ｃ）に入射
し、点（ａｔ、ｂ＋）で反射・屈折し、点（ａ２．ｂ２
）で屈折すると、レーザ光の持つ運動ｌは、微小物体
（Ｃ）に受は渡される。反射率は通常率さいので、屈折
により受は渡される運動量が支配的となり、図中に示し
たような力（Ｆ）が微小物体（Ｃ）に加わる。
説明したものである。この第５図に示したように、レン
ズを介してレーザ光（Ａ、Ｂ）が微小物体（Ｃ）に入射
し、点（ａｔ、ｂ＋）で反射・屈折し、点（ａ２．ｂ２
）で屈折すると、レーザ光の持つ運動ｌは、微小物体
（Ｃ）に受は渡される。反射率は通常率さいので、屈折
により受は渡される運動量が支配的となり、図中に示し
たような力（Ｆ）が微小物体（Ｃ）に加わる。
ａｔ 、ｂ＋ ＋ ａ２＋ ｂｚの各々の点で受ける力
（Ｆ）は上向き（外向き）となり、微小物体（Ｃ）は、
この力（Ｆ）によって、レーザ光（Ａ、Ｂ）に補捉され
た状態となる。このため、レーザ光を移動させると、こ
の微小物体（Ｃ）もそれに追随することになる。
（Ｆ）は上向き（外向き）となり、微小物体（Ｃ）は、
この力（Ｆ）によって、レーザ光（Ａ、Ｂ）に補捉され
た状態となる。このため、レーザ光を移動させると、こ
の微小物体（Ｃ）もそれに追随することになる。
この原理からも明らかなように、非接触、かつ非破壊で
の微小物体の補捉、移動という操作が可能となり、この
状態において微小物体、たとえば生体細胞やバクテリア
にプロセッシングが加えられるならば、この光トラッピ
ングは、微小物体の反応操作においても極めて有益な手
段となる。
の微小物体の補捉、移動という操作が可能となり、この
状態において微小物体、たとえば生体細胞やバクテリア
にプロセッシングが加えられるならば、この光トラッピ
ングは、微小物体の反応操作においても極めて有益な手
段となる。
従来、このような光トラッピングのための光源としては
高出力の得られる特性から気体レーザが使用されてきて
いた。
高出力の得られる特性から気体レーザが使用されてきて
いた。
しかしながら、光トラッピング技術の発展のためには、
この気体レーザ光源、そしてこれを組込んだ気体レーザ
光トラッピング装置には実用上の大きな欠点があるのが
実情であった。
この気体レーザ光源、そしてこれを組込んだ気体レーザ
光トラッピング装置には実用上の大きな欠点があるのが
実情であった。
すなわち、Ａｒレーザなどの気体レーザを光源とする場
合には装置の大型化が避けられず、しかもまた、光学系
の除振が困難であり、気体レーザ自体の出力変動も避け
られないという欠点があった。さらには、微小物体とし
て生体細胞を対象とする場合には、生体組繊による光の
吸収はおもに紫外域から可視域の波長にあり、この波長
の点において、Ａｒレーザなどによる光トラッピングで
は光の吸収による生体細胞への影響が懸念されるという
問題もあった。
合には装置の大型化が避けられず、しかもまた、光学系
の除振が困難であり、気体レーザ自体の出力変動も避け
られないという欠点があった。さらには、微小物体とし
て生体細胞を対象とする場合には、生体組繊による光の
吸収はおもに紫外域から可視域の波長にあり、この波長
の点において、Ａｒレーザなどによる光トラッピングで
は光の吸収による生体細胞への影響が懸念されるという
問題もあった。
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、レーザ光トラッピング操作の特徴を生かしつつ、
かつ、従来の気体レーザ光源を用いた方法や装置の欠点
を解消するものとして、コンパクトな装置で、安定した
高出力の維持が可能で、しかも生体細胞への影響も抑止
することのできる、新しいレーザ光トラッピング装置を
提供することを目的としている。
あり、レーザ光トラッピング操作の特徴を生かしつつ、
かつ、従来の気体レーザ光源を用いた方法や装置の欠点
を解消するものとして、コンパクトな装置で、安定した
高出力の維持が可能で、しかも生体細胞への影響も抑止
することのできる、新しいレーザ光トラッピング装置を
提供することを目的としている。
（発明の開示）
この発明は、上記の目的を実現するものとして、マイク
ロメーターサイズの微小物体を非接触および非破壊で補
捉し、または移動させるレーザ光トラッピング装置にお
いて、顕微鏡に半導体レーザ装置を配設一体化してなる
ことを特徴とするレーザ光微小物体トラッピング装置を
提供する。
ロメーターサイズの微小物体を非接触および非破壊で補
捉し、または移動させるレーザ光トラッピング装置にお
いて、顕微鏡に半導体レーザ装置を配設一体化してなる
ことを特徴とするレーザ光微小物体トラッピング装置を
提供する。
第１図は、この発明のレーザ光微小物体トラッピング装
置の一実施例を示したものである。この第１図に沿って
装置構成の概要を説明すると、顕微鏡本体（１）には、
その光学系として対物レンズ（２）、接眼レンズ（３）
およびＣＣＤカメラ（４）を装着し、試料（５）を支持
する可動ステージ（６）には、下方より、コンデンサー
レンズ（７）を介して試料観察用白色光源（８）がらの
光が入射されるようにしている。
置の一実施例を示したものである。この第１図に沿って
装置構成の概要を説明すると、顕微鏡本体（１）には、
その光学系として対物レンズ（２）、接眼レンズ（３）
およびＣＣＤカメラ（４）を装着し、試料（５）を支持
する可動ステージ（６）には、下方より、コンデンサー
レンズ（７）を介して試料観察用白色光源（８）がらの
光が入射されるようにしている。
この顕微鏡としての光学系に、この例に示しなように、
半導体レーザ（９）からのレーザ光を、コリメーターレ
ンズ（１０）およびグイクロイックミラー（１１）を介
して試料に対してレーザ光を入射する半導体レーザ装置
を配役一体化している。
半導体レーザ（９）からのレーザ光を、コリメーターレ
ンズ（１０）およびグイクロイックミラー（１１）を介
して試料に対してレーザ光を入射する半導体レーザ装置
を配役一体化している。
半導体レーザ（９）を用いることにより、類１放鐘とし
て極めてコンパクトな光トラッピング操作のための装置
が実現され、この装置によってマイクロメーターサイズ
の微小物体の操作が簡便に、かつ円滑に行うことができ
るようになる。半導体レーザ（９）としては、近年、急
速に高出力化が進められていることから、今後、さらに
有力な手段となるものである。また現在の高出力化半導
体レーザの波長は８３０ｎｌ帯および１．３μｍ帯であ
り、波長が長くなることによる光強度の集中の緩和とあ
わせて生体細胞への影響の改善も期待される。
て極めてコンパクトな光トラッピング操作のための装置
が実現され、この装置によってマイクロメーターサイズ
の微小物体の操作が簡便に、かつ円滑に行うことができ
るようになる。半導体レーザ（９）としては、近年、急
速に高出力化が進められていることから、今後、さらに
有力な手段となるものである。また現在の高出力化半導
体レーザの波長は８３０ｎｌ帯および１．３μｍ帯であ
り、波長が長くなることによる光強度の集中の緩和とあ
わせて生体細胞への影響の改善も期待される。
以下、実際の半導体レーザを配設一体化したこの発明の
型機鏡装置での光トラッピングの例について説明する。
型機鏡装置での光トラッピングの例について説明する。
（レーザ光トラッピング操作）
顕ｆｆｉ鏡は、ビーム径、焦点距′ｇｔの調整が可能と
なるようにし、顕微鏡下の様子はＣＣＤビデオカメラを
介してモニター上に写し出し、同時にＶＴＲにより記録
・再生することを可能とした。また、顕微鏡のステージ
には力の測定時に等速での移動を行うための圧電素子モ
ータを取付けてもいる。
なるようにし、顕微鏡下の様子はＣＣＤビデオカメラを
介してモニター上に写し出し、同時にＶＴＲにより記録
・再生することを可能とした。また、顕微鏡のステージ
には力の測定時に等速での移動を行うための圧電素子モ
ータを取付けてもいる。
半導体レーザとしては、波長１．３μｍ帯、出力〜１０
０ｍＷの素子、および波長８３０ｒ＋ｎ 、出力〜３０
ｍＷの素子を用いた。発熱による半導体レーザの破壊、
劣化を防止するとともに、安定を出力を得るために温度
コントローラー制御によるベリチエ素子での冷却を行っ
た。設定温度としては周囲気温よりも２〜４ ”Ｃ高い
温度として動作させた。
０ｍＷの素子、および波長８３０ｒ＋ｎ 、出力〜３０
ｍＷの素子を用いた。発熱による半導体レーザの破壊、
劣化を防止するとともに、安定を出力を得るために温度
コントローラー制御によるベリチエ素子での冷却を行っ
た。設定温度としては周囲気温よりも２〜４ ”Ｃ高い
温度として動作させた。
レーザ光は、Ｎ、Ａ、＝１．２の浸水式対物レンズで集
光し、物体に照射した。
光し、物体に照射した。
試料としては、次のものを用いた。
■ ポリスチレンラテックス（ＰＯＬＹＳＣＩＥＮＣＥ
Ｓ製）直径１μｍ、３μｍ、屈折率１．６５ 比重１．０５ｇ／■３ ■ ガラスピーズ（ＰＯＬＹＳＣＩＥＮＣＥＳ製）直径
３〜１０μｍ ■ イースト菌（オリエンタル酵母工業製）直径４〜８
μｍ これらの懸濁液、粉末を蒸留水で希釈して試料とした。
Ｓ製）直径１μｍ、３μｍ、屈折率１．６５ 比重１．０５ｇ／■３ ■ ガラスピーズ（ＰＯＬＹＳＣＩＥＮＣＥＳ製）直径
３〜１０μｍ ■ イースト菌（オリエンタル酵母工業製）直径４〜８
μｍ これらの懸濁液、粉末を蒸留水で希釈して試料とした。
これら試料について半導体レーザ光による光トラッピン
グ操作が実現された。ビームの移動による粒子の転送は
１００μｍ程度の距離で可能であった。
グ操作が実現された。ビームの移動による粒子の転送は
１００μｍ程度の距離で可能であった。
Ａｒレーザ光では、ポリスチレンラテックス粒子の破壊
が生じたが半導体レーザ光の場合にはこの破壊は生じな
い。また、Ａｒレーザ光の場合に問題となる光学系の振
動や出力変動による操作の不安定さは生じなかった。装
置の小型化により、同一の除振台上に光学系が収まるた
め、この発明の装置は極めて安定している。
が生じたが半導体レーザ光の場合にはこの破壊は生じな
い。また、Ａｒレーザ光の場合に問題となる光学系の振
動や出力変動による操作の不安定さは生じなかった。装
置の小型化により、同一の除振台上に光学系が収まるた
め、この発明の装置は極めて安定している。
第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、１．３μｍ帯半導体レー
ザによる光トラッピングの様子をポリスチレンラテック
ス（直径３μｍ）について写真ｉｌｌ察された状況を図
示したものである。光強度的５ｍＷにおいて、第２図（
ａ）に矢印で示したトラップした粒子は、第２図（ｂ）
（ｃ）のように、ビームの移動に追随して移動している
。
ザによる光トラッピングの様子をポリスチレンラテック
ス（直径３μｍ）について写真ｉｌｌ察された状況を図
示したものである。光強度的５ｍＷにおいて、第２図（
ａ）に矢印で示したトラップした粒子は、第２図（ｂ）
（ｃ）のように、ビームの移動に追随して移動している
。
第３図（ａ）（ｂ）＜ｃ）は同様にイースト菌の場合に
写真観察された状況を図示したものである。光強度は約
４．５ ｍＷである。ビームに追随してイースト菌粒子
が移動していることがわかる。
写真観察された状況を図示したものである。光強度は約
４．５ ｍＷである。ビームに追随してイースト菌粒子
が移動していることがわかる。
１．３μｍ帯半導体レーザによる直径３μｍボレスチレ
ンラテックスの光トラッピングにおける水平方向のトラ
ップ力と光強度との関係を次に評価した。
ンラテックスの光トラッピングにおける水平方向のトラ
ップ力と光強度との関係を次に評価した。
その結果を示したものが第４図である。
照射面上でのレーザ光出力と光トラッピングの水平方向
の力との間に、かなり良好な比例関係が確認された。
の力との間に、かなり良好な比例関係が確認された。
（発明の効果）
この発明により、以上詳しく説明した通り、小型な装置
で、高出力、かつ安定したレーザ光照射による微小物体
の光トラッピングが可能となる。
で、高出力、かつ安定したレーザ光照射による微小物体
の光トラッピングが可能となる。
生体細胞に大しても光照射による影響は抑止可能となる
。
。
第１図は、この発明の装置構成例を示した光学構成図で
ある。 第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）および第３図＜ａ）（ｂ）（
Ｃ）は、各々、この発明の装置によるポリスチレンラテ
ックス粒子およびイース菌の光トラッピングの様子を経
時変化として示した写真図である。 第４図は、トラップ水平力と光強度との関係を示した相
関図である。 第５図はレーザ光トラッピングの原理を説明した概念図
である。 １・・・顕微鏡本体 ２・・・対物レンズ ３・・・接眼レンズ ４・・・ＣＯＤカメラ ５・・・試 料 ６・・・可動ステージ ７・・・コンデンサーレンズ
８・・・白色光源 ９・・・半導体レーザ １０・・・コリメーターレンズ １１・・・ダイクロイックミラー
ある。 第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）および第３図＜ａ）（ｂ）（
Ｃ）は、各々、この発明の装置によるポリスチレンラテ
ックス粒子およびイース菌の光トラッピングの様子を経
時変化として示した写真図である。 第４図は、トラップ水平力と光強度との関係を示した相
関図である。 第５図はレーザ光トラッピングの原理を説明した概念図
である。 １・・・顕微鏡本体 ２・・・対物レンズ ３・・・接眼レンズ ４・・・ＣＯＤカメラ ５・・・試 料 ６・・・可動ステージ ７・・・コンデンサーレンズ
８・・・白色光源 ９・・・半導体レーザ １０・・・コリメーターレンズ １１・・・ダイクロイックミラー
Claims (2)
- （１）マイクロメーターサイズの微小物体を非接触およ
び非破壊で補捉し、または移動させるレーザ光トラッピ
ング装置において、顕微鏡に半導体レーザ装置を配設一
体化してなることを特徴とするレーザ光微小物体トラッ
ピング装置。 - （２）微小物体としての生体細胞を補捉し、移動させる
請求項（１）記載のトラッピング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24889789A JPH03110510A (ja) | 1989-09-25 | 1989-09-25 | レーザ光微小物体トラッピング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24889789A JPH03110510A (ja) | 1989-09-25 | 1989-09-25 | レーザ光微小物体トラッピング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03110510A true JPH03110510A (ja) | 1991-05-10 |
Family
ID=17185065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24889789A Pending JPH03110510A (ja) | 1989-09-25 | 1989-09-25 | レーザ光微小物体トラッピング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03110510A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0827371A2 (en) * | 1996-08-26 | 1998-03-04 | Moritex Corporation | Laser manipulation apparatus and cell plate used therefor |
| WO1998014816A1 (en) * | 1996-10-02 | 1998-04-09 | Cell Robotics Inc. | Microscope with laser port |
-
1989
- 1989-09-25 JP JP24889789A patent/JPH03110510A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0827371A2 (en) * | 1996-08-26 | 1998-03-04 | Moritex Corporation | Laser manipulation apparatus and cell plate used therefor |
| EP0827371A3 (en) * | 1996-08-26 | 1999-08-11 | Moritex Corporation | Laser manipulation apparatus and cell plate used therefor |
| WO1998014816A1 (en) * | 1996-10-02 | 1998-04-09 | Cell Robotics Inc. | Microscope with laser port |
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