JPH03180170A - 顕微マイクロ微粒子修飾・加工装置とその方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、顕微マイクロ微粒子修飾・加工装置とその
方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は
、レーザ光照射により微粒子表面の化学修飾や加工等を
簡便にかつ精密に行うことのできる顕微マイクロ微粒子
操作のための装置とその方法に関するものである。

（従来の技術とその課題） 近年、化学物質、たとえば高分子物質や！！機物質の微
粒子レベルでのマイクロ修飾やその加工技術の開発が注
目されており、物質変換の素過程の操作を可能とするも
のとして精力的に研究開発が進められてきている。また
、生体細胞においてもその移植、移入、さらに融合など
の微細操作を行うマイクロプロセシングが非常に重要に
なってきている。

このようなマイクロ微粒子操作については、これまでに
も化学的操作によって行う方法が種々提案されてきてい
るが、化学的方法の場合には処理対象の微粒子と反応処
理剤との反応制御が非常に難しく、微粒子１個づつ操作
を加えるには精度上の限界があった。

一方、生体細胞の操作分野においては微注入法等のマニ
ュアル的方法により確実に移入処理を行うことができる
ようになっており、発現効率を１０−２程度にまで向上
させることが可能となってきている。しかしながらこの
方法においては実施者が顕微鏡下でマイクロピペットな
どを個々の細胞に直接接触させて処理するため、クリー
ンベンチ内での処理が必要不可欠となり、また処理の自
動化を図ることもできない、そのため処理効率や処理量
が実施者の熟練度や労力に依存することとなり、精密な
処理を短時間に行うことが困難であるという問題がある
。

以上のような従来の方法に対して、近年、レーザ光を利
用して微粒子マイクロ操作を行うプロセシング方法が提
案されてきている。

レーザ光は単色性、指向性、光輝度性、制御性に優れて
いるので、光エネルギーを微粒子の微小領域に集中的に
照射することができ、従来の方法では不可能であった局
所的な微細操作を非接触で精度よく行うことが可能とな
る。

たとえば、レーザ光を利用した細胞プロセシング方法と
して、Ａｒレーザ光をレンズ系で集光し、顕微鏡ステー
ジの位置決め装置により微粒子への照射部位を調整して
照射する方法が提案されている。また、照射するレーザ
光の波長を変化させると細胞等の微粒子に与える影響を
変えることができるので、様々な波長のレーザ光を利用
することも試みられている。

しかしながら、これまでの方法ではレーザ光照射部位を
調整するために顕微鏡ステージの位置決め装置をマニュ
アル操作しなくてはならず、また、操作されていても位
置決め精度が悪く実用上問題があり、さらに、レーザ光
の波長、スポットサイズ径、パルス幅、ショツト数等の
照射条件もそれぞれレーザ装置部をマニュアル設定しな
くてはならなかったため、微粒子マイクロプロセシング
の精度の向上と自動化を図ることができなかった。

以上のように、これまでの方法では、それを実施する装
置の構造ないしａ積上の問題のため、短時間に微細な処
理を微粒子に施すことが困難であった。

この発明は、以上の通りの事情を踏まえてなされたもの
であり、微粒子試料を顕微鏡ステージにセットし、レー
ザ光照射をミクロンオーダーで精密に行い、微粒子の修
飾・加工を高精度に行うことのできる新しい装置を提供
することを目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとして、トラッ
プ用レーザとともに同一入射方向のプロセシングパルス
レーザを備えてなることを特徴する顕微マイクロ微粒子
修飾・加工装置を提供し、またこの装置を使用する方法
をも提供する。

この発明の特徴の一つであるトラップ用レーザは、いわ
ゆる光トラッピングの操作を踏まえたものである。

すなわち、微粒子に対する操作の一つとして注目される
ものに、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、微粒子に力を加えてその物体を捕捉、
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、微粒子に対する操作
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。

このような光トラッピングの原理を説明すると、まず、
レンズを介してレーザ光が微粒子に入射し、反射・屈折
し、レーザ光の持つ運動量は、微粒子に受は渡される。

反射率は通常中さいので、屈折により受は渡される運動
量が支配的となり、これによる力が微粒子に加わる。

微粒子は、この力によって、レーザ光に捕捉された状態
となる。このため、レーザ光を移動させると、この微粒
子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
の微粒子の捕捉、移動という操作が可能となり、この状
態において微粒子、たとえばポリマー粒子、あるいは生
体細胞やバクテリアに修飾・加工が加えられるならば、
この光トラッピングは、微粒子の反応操作においても極
めて有益な手段となる。

この発明は、以上のようなレーザ光トラッピング手段を
採用している。

このようなトラップ用レーザに加えて、この発明の装置
には同一入射方向のプロセシングパルスレーザを配設し
てもいる。

このプロセシングレーザは、トラップした微粒子に対し
て所定の状況下において修飾や加工の操作を加えるもの
である。その最も代表的で、がっ、この発明において重
要な操作には、微粒子の分解、分割、局部変換、化学修
飾、微粒子相互の接続、融合、官能性反応基による架橋
等がある。

第１図は、この発明の装置の一実施例をブロック図とし
て示したものである。

同図のように、この発明の装置はレーザ装置部（Ａ１）
（Ａ２　）　、レーザ光照射部位微小位置決め装置部（
Ｂ）、画像処理装置部（Ｃ）を有している。

レーザ装置部（Ａ１）は、顕ｍｓシステムとして極めて
コンパクトな光トラッピング操作のための装置を構成す
る。この装置によってマイクロ微粒子の操作を簡便に、
かつ円滑に行うことができるようにする。

また、レーザ装置部（Ａ２）は、以上のようにしてトラ
ップした微粒子に修飾および／または加工を加えるパル
スレーザ光を照射する。

レーザ装置部（ＡＩ　＞　　（Ａ２　）は、対象とする
微粒子の種類、大きさ、そして必要な修飾および／また
は加工の目的に応じてレーザ光源とその光学系を適宜に
選択することができる。

以下、実施例を示してさらにこの発明の顕微マイクロ微
粒子の修飾および／または加工のための装置について説
明する。

実施例 第１図に示した装置の構成において、ポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）ラテックスの微粒子をトラップし
、パルスレーザ光を照射して微粒子の改質、局部変換を
行った。

この時のＰＭＭＡの微粒子の径は約５〜１０μｍであっ
た。

第１図に示したＮｄ　：　ＹＡＧレーザからの１１０６
４ｎ　（ＣＷ　）と３５５ｎｌｌ（パルス）のレーザ光
を顕ｗｉ鏡に入射し、１０６４ｎｎ　（ＣＷ　）のレー
ザ光により微粒子をドラッグし、３５５ｒ＋ｎ　　（パ
ルス）レーザ光によってＰＭＭＡ微粒子の加工を行った
。

第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、パルス光の１回、２回お
よび多数のショツト時の微粒子の状態を示したものであ
る。トラップされた微粒子（１）には、パルスレーザ光
の照射によって、ＰＭＭＡの架橋結合が切断されたと推
定される加工部位〈２）が生成し、多数ショットによっ
てこの加工部位（２）は拡大している。ＩＨｚでの八ｂ
ｌａｔｉｏｎを示しティる。

この結果は、レーザ光によるトラップと微粒子の修飾・
加工のプロセシングの可能性を示すものであり、複数種
の微粒子の利用によってさらにその応用は拡大していく
ものと期待される。

〈発明の効果） この発明によれば、微粒子試料を顕微鏡ステージにセッ
トし、レーザ光を照射することによってミクロンオーダ
ーでの精密操作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の装置の一例を示したブロック図で
ある。 第２図（ａ＞（ｂ）（ｃ）は、各々、この発明の実施例
を示したレーザ照射による状１図である。 Ａ１．Ａ２・・・レーザ装置部 Ｂ・・・レーザ光照射部位微小位置決め装置部Ｃ・・・
画像処理装置部 １・・・微　　粒　　子 ２・・・加工部位

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トラップ用レーザとともに同一入射方向のプロセ
   シングパルスレーザを備えてなることを特徴する顕微マ
   イクロ微粒子修飾・加工装置。
2. （２）請求項（１）記載の装置により微粒子トラップと
   その修飾および／または加工を行う顕微鏡マイクロ微粒
   子修飾・加工方法。