WO2020218346A1

WO2020218346A1 - 微小物体の集積システムおよび微小物体の集積方法

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Publication number: WO2020218346A1
Application number: PCT/JP2020/017348
Authority: WO
Inventors: 琢也飯田; 志保床波; 石川　弘樹; 力山崎
Original assignee: 公立大学法人大阪; 株式会社村田製作所
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-10-29
Also published as: US12007317B2; CN113727776B; JP7264997B2; JPWO2020218346A1; CN113727776A; US20220178798A1

Abstract

サンプルステージ（１）は、薄膜（１２）が設けられた基板（１１）を保持するように構成されている。レーザモジュール（４）は、複数の発光領域（４２１）を含み、複数の発光領域（４２１）から複数のレーザ光線（Ｌ）をそれぞれ発する。光導波路（４４）およびレンズ（４５）は、複数のレーザ光線（Ｌ）を同一の集光点（Ｆ）に集光する。調整機構（６）は、サンプルステージ（１）と集光レンズ（光導波路（４４）およびレンズ（４５））との間の相対的な位置関係を調整するように構成されている。制御装置（５０）は、単一照射モードと多点照射モードとの切り替えが可能に構成されている。単一照射モードは、複数のレーザ光線（Ｌ）の集光点（Ｆ）が薄膜（１２）に一致するように調整機構（６）を制御するモードである。多点照射モードは、集光点（Ｆ）が薄膜（１２）から外れるように調整機構（６）を制御するモードである。

Description

微小物体の集積システムおよび微小物体の集積方法

　本開示は、微小物体の集積システムおよび微小物体の集積方法に関し、より特定的には、液体中に分散した複数の微小物体を集積する技術に関する。

　液体中に分散した複数の微小物体（微粒子、細胞または微生物など）を集積するための技術が提案されている。たとえば特開２０１７－２０２４４６号公報（特許文献１）および国際公開第２０１８／１５９７０６号（特許文献２）は、液体中に分散した複数の微小物体を光照射により集積する技術を開示する。光を熱に変換する光熱変換領域に光を照射すると、光照射位置近傍の液体が局所的に加熱される。これにより、マイクロバブルが発生するとともに液体中に対流が生じる。そうすると、複数の微小物体が対流に乗ってマイクロバブルに向けて運ばれて光照射位置近傍に集積される。

特開２０１７－２０２４４６号公報国際公開第２０１８／１５９７０６号

　液体中に分散した複数の微小物体を光照射により集積する集積システムには、より短時間に、より多くの微小物体を集積すること、言い換えると、より高効率に微小物体を集積することが要求されている。

　微小物体を高効率に集積するため、光熱変換領域に照射される光の出力を増大させることも考えられる。しかしながら、光出力の増大に伴い、光照射位置近傍の温度上昇量が大きくなる。微小物体の中には熱的なダメージを抑制すべきものが存在する。たとえば微生物は、一般に熱に弱いため、光照射により過度の温度上昇が起こると死滅してしまう可能性がある。したがって、微小物体によっては、微小物体への熱的なダメージを抑制することが望ましい場合がある。その一方で、そのようなことを特に考慮せず、単に光出力を増大させてもよい微小物体も存在し得る。よって、微小物体の種類または特性等に応じて、微小物体をどのような態様で集積するかを集積システムのユーザが選択できることが望ましい。

　本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、液体中に分散した複数の微小物体の集積態様をユーザが選択可能とすることである。

　（１）本開示のある局面に従う微小物体の集積システムは、液体中に分散した複数の微小物体を集積する。微小物体の集積システムは、光熱変換領域が設けられた基板を保持するように構成された保持装置と、複数の発光領域を含み、複数の発光領域から複数のレーザ光線をそれぞれ発するレーザ光源と、複数のレーザ光線を同一の集光点に集光する集光レンズと、保持装置と集光レンズとの間の相対的な位置関係を調整するように構成された調整機構と、調整機構を制御する制御装置とを備える。制御装置は、各々が複数のレーザ光線のうちの少なくとも一部を光熱変換領域に照射するモードである、単一照射モードと多点照射モードとの切り替えが可能に構成されている。単一照射モードは、複数のレーザ光線の集光点が光熱変換領域に一致するように調整機構を制御するモードである。多点照射モードは、複数のレーザ光線のうちの少なくとも一部が光熱変換領域を通過しつつ集光点が光熱変換領域から外れるように調整機構を制御するモードである。

　（２）多点照射モードにおいて、制御装置は、調整機構を制御して集光レンズと光熱変換領域との間の距離を調整することによって、光熱変換領域に照射される複数のレーザ光線間の間隔を設定する。

　（３）レーザ光源は、垂直共振面発光レーザである。
　（４）集光レンズは、グレーデッド・インデックス型の光ファイバと、平凸レンズとを含む。光ファイバは、複数の発光領域を覆う一方端と、平凸レンズの平面側に接合された他方端とを有する。

　（５）制御装置は、液体が光熱変換領域上に準備された条件下において多点照射モードが選択された場合に、複数のレーザ光線の照射により、光熱変換領域上に複数の気泡および複数の気泡の間隙に向かう対流が生じるように調整機構を制御して、それにより間隙に複数の微小物体を集積する。

　（６）本開示の他の局面に従う微小物体の集積方法は、液体中に分散した複数の微小物体を集積する。微小物体の集積方法は、第１～第４のステップを備える。第１のステップは、基板に設けられた光熱変換領域上に液体を準備するステップである。第２のステップは、複数のレーザ光線を同一の集光点に集光する集光レンズと光熱変換領域との間の相対的な位置関係を調整するステップである。上記調整するステップ（第２のステップ）は、第１の状態と第２の状態とを選択的に設定するステップを含む。第１の状態は、複数のレーザ光線の集光点が光熱変換領域に一致するように相対的な位置関係が調整された状態である。第２の状態は、複数のレーザ光線のうちの少なくとも一部が光熱変換領域を通過しつつも集光点が光熱変換領域から外れるように相対的な位置関係が調整された状態である。第３のステップは、第２の状態が選択された場合に、複数のレーザ光線の照射により光熱変換領域上に複数の気泡および複数の気泡の間隙に向かう対流を生じさせるステップである。第４のステップは、上記間隙に複数の微小物体を集積するステップである。

　（７）基板には、複数の微小物体が捕捉される複数の細孔と、各々が複数の細孔のうちの隣接する細孔間を互いに隔てる複数の隔壁とが形成されている。光熱変換領域は、複数の細孔と複数の隔壁とのうちの少なくとも一部を覆うように設けられている。

　本開示によれば、液体中に分散した複数の微小物体の集積態様をユーザが選択できる。

本実施の形態に係る微小物体の集積システムの全体構成を概略的に示す図である。レーザモジュールの斜視画像を示す図である。レーザモジュールの構成を概略的に示す図である。図３のＩＶ－ＩＶ線に沿うレーザモジュールの断面図である。図３のＶ－Ｖ線に沿うレーザモジュールの断面図である。平板集積キットの構成を模式的に示す斜視図である。図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う平板集積キットの断面図である。ハニカム集積キットの構成を模式的に示す斜視図である。図８のＩＸ－ＩＸ線に沿うハニカム集積キットの断面図である。単一照射モードと多点照射モードとの切替手法を説明するための図である。本実施の形態における微小物体の集積方法を示すフローチャートである。単一照射モードにおける微小物体の集積メカニズムを説明するための図である。多点照射モードにおける微小物体の集積メカニズムを説明するための図である。照射距離Ｄが０．２ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが０．３ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが０．４ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが０．５ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが０．６ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが０．７ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが０．８ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが０．９ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが１．０ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが１．１ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。照射距離Ｄが１．２ｍｍである場合に対応する複数のレーザ光線間の間隔における光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。レーザスポットの近傍の観察結果を示す図である。ハニカム集積キットへの光照射時に発生するマイクロバブルの観察結果を示す図である。単一照射後におけるハニカム集積キットの観察結果を示す図である。多点照射後におけるハニカム集積キットの観察結果を示す図である。平板集積キットへの光照射による温度上昇量の測定結果を示す図である。ハニカム集積キットへの光照射による温度上昇量の測定結果を示す図である。

　本開示において、「ナノメートルオーダー」には、１ｎｍから１０００ｎｍ（＝１μｍ）までの範囲が含まれる。「マイクロメートルオーダー」には、１μｍから１０００μｍ（＝１ｍｍ）までの範囲が含まれる。したがって、「ナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲」には、１ｎｍから１０００μｍまでの範囲が含まれる。「ナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲」は、典型的には数ｎｍ～数百μｍの範囲を示し、好ましくは１００ｎｍ～１００μｍの範囲を示し、より好ましくは１μｍ～数十μｍの範囲を示し得る。

　本開示において、「微小物体」との用語は、ナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲のサイズを有する物体を意味する。微小物体の形状は特に限定されず、たとえば球形、楕円球形、ロッド形（棹形）である。微小物体が楕円球形の場合、楕円球の長軸方向の長さおよび短軸方向の長さの少なくとも一方がナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲内であればよい。微小物体がロッド形の場合、ロッドの幅および長さの少なくとも一方がナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲内であればよい。

　微小物体の例としては、金属ナノ粒子、金属ナノ粒子集合体、金属ナノ粒子集積構造体、半導体ナノ粒子、有機ナノ粒子、樹脂ビーズ、ＰＭ（Particulate　Matter）などが挙げられる。「金属ナノ粒子」とは、ナノメートルオーダーのサイズを有する金属粒子である。「金属ナノ粒子集合体」とは、複数の金属ナノ粒子が凝集することによって形成された集合体である。「金属ナノ粒子集積構造体」とは、たとえば複数の金属ナノ粒子が相互作用部位を介して基材（樹脂ビーズ等）の表面に固定され、互いに隙間を設けて、金属ナノ粒子の直径以下の間隔で配置された構造体である。「半導体ナノ粒子」とは、ナノメートルオーダーのサイズを有する半導体粒子である。「有機ナノ粒子」とは、ナノメートルオーダーのサイズを有する有機化合物からなる粒子である。「樹脂ビーズ」とは、ナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲のサイズを有する樹脂からなる粒子である。「ＰＭ」とは、マイクロメートルオーダーのサイズを有する粒子状物質である。ＰＭの例としては、ＰＭ２．５、ＳＰＭ（Suspended　Particulate　Matter）などが挙げられる。

　微小物体は生体由来の物質（生体物質）であってもよい。より具体的には、微小物体は、細胞、微生物（細菌、真菌等）、生体高分子（タンパク質、核酸、脂質、多糖類等）、抗原（アレルゲン等）およびウイルスを含み得る。

　本開示において、「ハニカム状」との用語は、複数の正六角形が２次元方向に六方格子状（ハチの巣状）に配列された形状を意味する。複数の正六角形の各々には細孔が形成される。各細孔は、ナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲の開口を有する孔である。細孔は、貫通孔であってもよく非貫通孔であってもよい。また、細孔の形状は特に限定されず、円柱形、角柱形、真球形を除く球形（たとえば半球形または半楕円球形）等の任意の形状を含み得る。複数の細孔がハニカム状に配列された構造を有する構造体を「ハニカム構造体」と称する。

　本開示において、「マイクロバブル」との用語は、マイクロメートルオーダーの気泡を意味する。

　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

　［実施の形態］
　本実施の形態では、微小物体の例示的形態として樹脂ビーズまたは細菌が採用される。樹脂ビーズの材料はポリスチレンである。ただし、樹脂ビーズの材料はこれに限定されるものではなく、アクリル、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等であってもよい。また、細菌としては緑膿菌が用いられる。緑膿菌は棹菌である。典型的な緑膿菌の長軸の長さは約２μｍであり、短軸の長さは約０．５μｍである。緑膿菌はグラム陰性菌である。

　以下では、ｘ方向およびｙ方向は水平方向を表す。ｘ方向とｙ方向とは互いに直交する。ｚ方向は鉛直方向を表す。重力の向きはｚ方向下方である。なお、ｚ方向上方を上方と略し、ｚ方向下方を下方と略す場合がある。

　本実施の形態では、微小物体の集積に用いられる２種類の集積キットが準備される。これらの集積キットの詳細な構成については図６～図９にて説明するが、一方を「平坦集積キット１０」と記載し、他方を「ハニカム集積キット２０」と記載する。

　＜集積システムの構成＞
　図１は、本実施の形態に係る微小物体の集積システム１００の全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、集積システム１００は、サンプルステージ１と、サンプル供給装置２と、光源ステージ３と、レーザモジュール４と、冷却装置５と、調整機構６と、電源７と、撮影機器８と、照明装置９と、制御装置５０とを備える。以下では平坦集積キット１０を用いる例について説明するが、平坦集積キット１０に代えてハニカム集積キット２０を用いてもよい。

　サンプルステージ１は、ＸＹＺ軸ステージであって、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向に移動可能に構成されている。サンプルステージ１は平坦集積キット１０を保持する。平坦集積キット１０にはサンプルＳが滴下されている。なお、サンプルステージ１は、本開示に係る「保持装置」に相当する。

　サンプル供給装置２は、制御装置５０からの指令に応じて、平坦集積キット１０上に液体状のサンプルＳを供給する。サンプル供給装置２としては、たとえばディスペンサを用いることができる。

　光源ステージ３は、ＸＹＺ軸ステージであって、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向に移動可能に構成されている。光源ステージ３は、レーザモジュール４および冷却装置５を保持する。

　レーザモジュール４は、半導体レーザモジュール（レーザ光源）であって、制御装置５０からの指令に応じて多数のレーザ光線Ｌを発する。レーザ光線Ｌの波長は、この例では近赤外域に含まれ、たとえば８５０ｎｍである。レーザモジュール４の構成については図２～図５にて詳細に説明する。

　冷却装置５はレーザモジュール４を冷却する。冷却装置５としてペルチェ素子（図示せず）を用いることにより、冷却装置５を小型化できる。

　調整機構６は、制御装置５０からの指令に応じて、サンプルステージ１のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の位置を調整するとともに、光源ステージ３のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の位置を調整することが可能に構成されている。以下に説明する例では光照射位置を決定する際に、サンプルステージ１の水平方向の位置（ｘ方向およびｙ方向の位置）が調整され、かつ、光源ステージ３の高さ（ｚ方向の位置）が調整される。これにより、サンプルステージ１上に搭載された平坦集積キット１０と、光源ステージ３上に設置されたレーザモジュール４との相対的な位置関係が調整される。

　ただし、調整機構６の構成は、平坦集積キット１０とレーザモジュール４との相対的な位置関係を調整可能であれば特に限定されるものではない。調整機構６は、たとえば、固定されたレーザモジュール４に対して平坦集積キット１０の位置を調整してもよいし、固定された平坦集積キット１０に対してレーザモジュール４の位置を調整してもよい。

　電源７は、レーザモジュール４を駆動するための電流を供給する。また、電源７は、冷却装置５を駆動するための電力を供給する。

　撮影機器８は、制御装置５０からの指令に応じて、平坦集積キット１０上のサンプルＳを撮影し、撮影された画像を制御装置５０に出力する。撮影機器８には、ＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）イメージセンサを含むビデオカメラが用いられる。

　照明装置９は、制御装置５０からの指令に応じて、平坦集積キット１０上のサンプルＳを照らすための白色光ＷＬを発する。１つの実施例として、ハロゲンランプを照明装置９として用いることができる。照明装置９から発せられた白色光ＷＬは、たとえば光ファイバを用いて撮影機器８に導かれ、撮影機器８から撮影箇所に向けて照射される。なお、撮影機器８および照明装置９は、サンプルＳの様子を撮影するための機器に過ぎず、集積システム１００による微小物体の集積に必須の構成要素ではない。

　制御装置５０は、集積システム１００を構成する各機器（サンプル供給装置２、調整機構６、電源７、撮影機器８および照明装置９）を制御する。制御装置５０は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）などのプロセッサと、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）およびＲＡＭ（Random　Access　Memory）などのメモリと、入出力ポート（いずれも図示せず）と等を含むマイクロコンピュータにより実現される。

　図２は、レーザモジュール４の斜視画像を示す図である。図３は、レーザモジュール４の構成を概略的に示す図である。図２および図３を参照して、レーザモジュール４は、光源ステージ３上に設置されるとともに、サンプルステージ１の下方に配置されている。サンプルステージ１には平坦集積キット１０が設置されている。レーザモジュール４から上方に向けて発せられた多数のレーザ光線Ｌ（複数のレーザ光線Ｌ）は、サンプルステージ１上の平坦集積キット１０に照射される。なお、図３および後述する図１０では冷却装置５の図示を省略している。

　図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿うレーザモジュール４の断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ線に沿うレーザモジュール４の断面図である。図４を参照して、レーザモジュール４は、基板４１と、面発光素子４２と、接合部材４３と、光導波路４４と、レンズ４５とを含む。

　基板４１は、絶縁材料により形成された平板であって、たとえばプリント配線基板またはセラミック基板である。基板４１の表面には面発光素子４２が実装されている。基板４１の裏面には電極４１１の一部が形成されている。電極４１１は、たとえばワイヤボンディングにより面発光素子４２に電気的に接続されている。面発光素子４２には、電源７（図１参照）から電極４１１を介して駆動電流が供給される。

　図５を参照して、面発光素子４２はアレイ型垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical　Cavity　Surface　Emitting　LASER）である。面発光素子４２は、複数（この例では３０個）の発光領域４２１と、電極パッド４２２とを有する。複数の発光領域４２１はアレイ状に配列されている。すべての発光領域４２１は同時に発光し、各々がレーザ光線Ｌを発する。発せられた複数のレーザ光線Ｌは、面発光素子４２の表面に垂直な方向（ｚ方向上方）に出射される。なお、図５中の数値は各構成要素の寸法（単位：μｍ）を表している。

　図４に戻り、接合部材４３は、たとえば接着剤であり、面発光素子４２上に光導波路４４を接合する。接合部材４３は、面発光素子４２から発せられる光（この例では近赤外光）に対して透明な材料からなる。

　光導波路４４は、面発光素子４２から発せられた複数のレーザ光線Ｌを集光する。光導波路４４の材料は、面発光素子４２から発せられる光に対して透明な材料であり、たとえば樹脂またはガラスである。光導波路４４は、コア４４１と、クラッド４４２とを含む。

　コア４４１は円柱形状を有する。コア４４１の入射端（本開示に係る「一方端」に相当）は、面発光素子４２から発せられたすべてのレーザ光線Ｌが入射されるように、すべての発光領域４２１を覆うように形成されている。クラッド４４２は円筒形状を有する。クラッド４４２は、コア４４１の側面を覆うように形成されている。

　レンズ４５は、平凸レンズであって、平面および凸面を有する。レンズ４５の平面は、光導波路４４の出射端（本開示に係る「他方端」に相当）に接合されている。レンズ４５の凸面は、レーザモジュール４のレーザ出射部位からの光の出射方向に突出している。

　以上のように構成されたレーザモジュール４におけるレーザ光線Ｌの伝搬経路について説明する。光導波路４４は、グレーデッド・インデックス（ＧＩ：Graded　Index）型の光ファイバである。そのため、光導波路４４のコア４４１の屈折率は、コア４４１の径方向中心で最も高く、径方向外側に向かうに従って滑らかに低くなる。コア４４１の内部を伝搬するレーザ光線Ｌには、伝搬距離が互いに異なる複数のモードが存在する。低次モードの光はコア中心を進み、高次モードの光はコア中心から外れて進む。低次モードの光の伝搬距離は短いものの、低次モードの光の伝搬速度はコア中心の屈折率の高さに起因して相対的に遅い。それとは逆に、高次モードの光では、伝搬距離が長い一方で伝搬速度が相対的に速い。コア４４１の屈折率分布は、モード間の伝搬時間の差が十分に短くなるように設計されている。

　このような屈折率分布を有するコア４４１の内部を伝搬する複数のレーザ光線Ｌは、節Ｐと腹Ｑとを形成する。なお、レーザ光線Ｌの波長に応じて節Ｐおよび腹Ｑの位置は変化し得る。レーザ光線Ｌの進行方向に関し、光導波路４４の長さは、光導波路４４の出射端が節Ｐから腹Ｑまでの途中に位置しないように定められている。言い換えると、光導波路４４の長さは、図４に示すように光導波路４４の出射端が腹Ｑから節Ｐまでの途中に位置するか、あるいは光導波路４４の出射端が腹Ｑと一致するように定められている。その結果、光導波路４４を伝搬した複数のレーザ光線Ｌは、光導波路４４の出射端から集光傾向で出射される。出射された複数のレーザ光線Ｌは、さらにレンズ４５により集光されて同一の集光点Ｆを形成する。

　＜集積キットの構成＞
　図６は、平坦集積キット１０の構成を模式的に示す斜視図である。図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う平坦集積キット１０の断面図である。

　図６および図７を参照して、平坦集積キット１０は平板形状を有する。この平板形状の上面ＵＳ上にサンプルＳが滴下されている。

　サンプルＳは、図７に示す例では樹脂ビーズＲが分散した液体である。液体（分散媒）の種類は特に限定されるものではないが、この例では水である。サンプルＳには、樹脂ビーズＲの集積を促進するための非イオン性界面活性剤が添加されていてもよい（界面活性剤の作用の詳細については特許文献２参照）。

　平坦集積キット１０は、基板１１と、薄膜１２とを含む。基板１１は、薄膜１２によるレーザ光線Ｌの光熱変換（後述）に影響を与えず、かつ、白色光ＷＬに対して透明な材料により形成されている。そのような材料としては石英、シリコンなどが挙げられる。本実施の形態では、ガラス基板（カバーガラス）が基板１１として用いられる。

　薄膜１２は、レーザモジュール４からのレーザ光線Ｌを吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換する。薄膜１２の材料は、レーザ光線Ｌの波長域（本実施の形態では近赤外域）における光熱変換効率が高い材料であることが好ましい。本実施の形態では、膜厚がナノメートルオーダー（具体的には、たとえば１０ｎｍ）の金薄膜が薄膜１２として形成されている。金薄膜は、スパッタまたは無電解メッキなどの公知の手法を用いて形成できる。なお、薄膜１２は、基板１１全面に形成されていなくてもよく、基板１１の少なくとも一部に形成されていればよい。

　薄膜１２が金薄膜である場合、金薄膜表面の自由電子は表面プラズモンを形成し、レーザ光線Ｌによって振動する。これにより分極が生じる。この分極のエネルギーは、自由電子と原子核との間のクーロン相互作用により格子振動のエネルギーに変換される。その結果、金薄膜は熱を発生する。以下では、この効果を「光発熱効果」とも称する。

　ただし、薄膜１２の材料は金に限定されるものではなく、光発熱効果を生じ得る金以外の金属元素（たとえば銀）または金属ナノ粒子集積構造体（たとえば金ナノ粒子もしくは銀ナノ粒子を用いた構造体）などであってもよい。あるいは、薄膜１２の材料は、レーザ光線Ｌの波長域の光吸収率が高い金属以外の材料であってもよい。そのような材料としては、黒体に近い材料（たとえばカーボンナノチューブ黒体）が挙げられる。薄膜１２の厚みは、レーザ出力ならびに薄膜１２の材料の吸収波長域および光熱変換効率を考慮して、設計的または実験的に決定される。薄膜１２が形成された領域は、本開示に係る「光熱変換領域」に相当する。

　図８は、ハニカム集積キット２０の構成を模式的に示す斜視図である。図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線に沿うハニカム集積キット２０の断面図である。ただし、図９ではサンプルＳの図示を省略している。図８および図９を参照して、ハニカム集積キット２０は、基板２１と、ハニカム高分子膜２２と、薄膜２３とを含む。

　基板２１には、たとえばカバーガラスが用いられる。ハニカム高分子膜２２は、基板２１上にハニカム構造体が形成された高分子膜である。ハニカム高分子膜２２の材料には樹脂が用いられる。ハニカム高分子膜２２上には薄膜２３がさらに形成されている。

　薄膜２３は、平坦集積キット１０に形成される薄膜１２（図６および図７参照）と同様に、レーザ光線Ｌを吸収して光エネルギーを熱エネルギーに変換する材料からなる。本実施の形態では薄膜２３は、膜厚がナノメートルオーダー（具体的には、たとえば４０ｎｍ～５０ｎｍ）の金薄膜である。薄膜２３は、ハニカム高分子膜２２の構造を反映してハニカム構造を有する。そのため、薄膜２３には、複数の微小物体が捕捉される複数の細孔２４と、各々が複数の細孔２４のうちの隣接する細孔間を互いに隔てる複数の隔壁２５とが形成されている（ハニカム集積キット２０の詳細な構成については特許文献２参照）。薄膜２３は、複数の細孔２４と、複数の隔壁２５の上部とのうちの少なくとも一部を覆うように設けられている。

　なお、平坦集積キット１０およびハニカム集積キット２０の形状は、平板形状に限定されるものではない。平坦集積キット１０およびハニカム集積キット２０は、サンプルＳを保持するための内部空間が形成された容器であってもよい。具体的には、円柱形状のガラスボトムディッシュ（特許文献２参照）を平坦集積キット１０またはハニカム集積キット２０として用いることができる。この場合にはガラスボトムディッシュの底面が本開示に係る「基板」に相当する。ガラスボトムディッシュの底面に金薄膜を形成できる。

　＜単一照射モードと多点照射モード＞
　図３を再び参照して、以下では、レーザ光線Ｌの出射方向（ｚ方向）に沿ってレーザモジュール４の先端（レンズ４５の凸面）から平坦集積キット１０の上面ＵＳ（薄膜１２）までの距離を「照射距離Ｄ」と称する。図１にて説明したように、調整機構６は、光源ステージ３のｚ方向の位置を制御装置５０からの指令に応じて調整可能に構成されている。したがって、制御装置５０は、調整機構６を制御することによって照射距離Ｄを任意の値に設定できる。

　本実施の形態に係る集積システム１００は、照射距離Ｄの設定により、「単一照射モード」と「多点照射モード」との切り替えが可能に構成されている。単一照射モードとは、単一のレーザ光線ＬをサンプルＳに照射するモードである。多点照射モードとは、多数のレーザ光線ＬをサンプルＳに照射するモードである。なお、「多点照射」とは２点以上の照射を意味する。

　図１０は、単一照射モードと多点照射モードとの切替手法を説明するための図である。図３および図１０を参照して、レーザモジュール４の先端から上方に出射された複数のレーザ光線Ｌは、レンズ４５近傍では別々であるが、それよりも上方で互いに交わって集光点Ｆを形成する。そして、複数のレーザ光線Ｌは、集光点Ｆよりもさらに上方では再び別々に分かれる。

　集光点Ｆの位置が平坦集積キット１０の上面ＵＳと一致するように制御装置５０が照射距離Ｄを設定すると、平坦集積キット１０には単一のレーザ光線Ｌが照射されることとなる。すなわち、平坦集積キット１０への単一照射が実現される（単一照射モード、第１の状態）。

　これに対し、集光点Ｆの位置が平坦集積キット１０の上面ＵＳよりも下方になるように制御装置５０が照射距離Ｄを設定すると、平坦集積キット１０には複数のレーザ光線Ｌが照射されることとなる。すなわち、平坦集積キット１０への多点照射が実現される（多点照射モード、第２の状態）。なお、この例では図示しないが、集光点Ｆの位置が平坦集積キット１０の上面ＵＳよりも上方になるように制御装置５０が照射距離Ｄを設定することで多点照射を実現してもよい。

　また、多点照射モードにおいて、平坦集積キット１０の上面ＵＳの位置での複数のレーザ光線Ｌ間の間隔を「スポット間隔」と称する。スポット間隔は、平坦集積キット１０の上面ＵＳの位置が集光点Ｆよりも上方に向かうに従って広くなる。したがって、制御装置５０は、調整機構６を制御して照射距離Ｄを調整することで、スポット間隔を所望の値に設定することも可能である。

　＜集積フロー＞
　図１１は、本実施の形態における微小物体（樹脂ビーズＲまたは細菌Ｂ）の集積方法を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、ステップＳ３以降の各ステップは、基本的には制御装置５０によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部が制御装置５０内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。

　図１１を参照して、ステップＳ１において、微小物体が分散したサンプルＳが準備される。準備されたサンプルＳは、サンプル供給装置２内に蓄えられる。

　ステップＳ２において、制御装置５０は、平坦集積キット１０をサンプルステージ１上に設置する。この処理は、たとえば、集積システム１００に設けられた基板送り機構（図示せず）により実現できる。

　ステップＳ３において、制御装置５０は、サンプル供給装置２を制御することによって、適量のサンプルＳを平坦集積キット１０上に滴下させる。サンプルＳの滴下量は、たとえば数μＬ～数百μＬ程度の微量であってもよいし、より多量であってもよい。

　ステップＳ４において、制御装置５０は、サンプルＳに照射するための白色光ＷＬを発するように照明装置９を制御する。また、制御装置５０は、サンプルＳの撮影を開始するように撮影機器８を制御する。なお、ステップＳ４の処理は、サンプルＳを観察するための処理であって、樹脂ビーズＲの集積に必須の処理ではない。

　ステップＳ５において、制御装置５０は、レーザ光線ＬがサンプルＳ内の狙った位置に照射されるように、調整機構６を制御することでサンプルステージ１の水平方向の位置を調整する。具体的には、制御装置５０は、撮影機器８により撮影された画像からパターン認識の画像処理技術を用いてサンプルＳの外形パターンを抽出することによって、サンプルＳの水平方向の位置を取得できる。そして、制御装置５０は、光源ステージ３の水平方向の位置を初期位置から適宜調整することで、レーザ光線Ｌの水平方向の照射位置をサンプルＳ内の狙った位置に合わせることができる。

　ステップＳ６において、制御装置５０は、照射距離Ｄが所望の値となるように、調整機構６を制御することで光源ステージ３の高さを調整する。これにより、単一照射モード／多点照射モードの切り替えが実現される。すべてのレーザ光線Ｌが集光される集光点Ｆの鉛直方向の位置は、レーザモジュール４の仕様（レーザ光線Ｌの波長、ならびに、光導波路４４およびレンズ４５の形状等）から既知である。よって、制御装置５０は、光源ステージ３の高さを初期高さから適宜調整することで、照射距離Ｄを所望の値に設定できる。

　ステップＳ７において、制御装置５０は、レーザ光線Ｌの照射を開始するように電源７を制御する。

　ステップＳ８において、制御装置５０は、平坦集積キット１０へのレーザ光線Ｌの照射を規定時間だけ継続する。規定時間は、たとえば数十秒～数分程度であり、ユーザにより予め定められている。この光照射に伴って微小物体が集積される。

　ステップＳ９において、制御装置５０は、平坦集積キット１０へのレーザ光線Ｌの照射を停止するように電源７を制御する。また、制御装置５０は、平坦集積キット１０への白色光ＷＬの照射を停止するように照明装置９を制御する。これにより、一連の処理が終了する。

　図１２は、単一照射モードにおける微小物体の集積メカニズムを説明するための図である。図１２および後述する図１３は、ステップＳ８に含まれる処理の内容をより詳細に説明するためのものである。

　図１２を参照して、レーザ光線Ｌの照射を開始すると、レーザスポットでの薄膜１２の光発熱効果により、レーザスポット近傍が局所的に加熱される。その結果、レーザスポット近傍のサンプルＳの分散媒が沸騰してレーザスポットにマイクロバブルＭＢが発生する。マイクロバブルＭＢは時間の経過とともに成長する。

　レーザスポットに近いほど分散媒の温度は高くなる。つまり、光照射により分散媒中に温度勾配が生じる。この温度勾配に起因して、分散媒中に規則的な熱対流（浮力対流）が定常的に発生する。単一照射時に発生する熱対流の方向は、参照符号ＨＣを付して示すように、一旦マイクロバブルＭＢに向かい、その後、マイクロバブルＭＢから遠ざかる方向である。

　このように熱対流が生じる理由は以下のように説明できる。マイクロバブルＭＢが生じた領域の上方に存在する分散媒が加熱により相対的に希薄となり浮力によって上昇する。それとともに、マイクロバブルＭＢの水平方向に存在する相対的に低温の分散媒がマイクロバブルＭＢに向けて流入する。

　微小物体は、熱対流に乗ってマイクロバブルＭＢに向けて運ばれることによってレーザスポット近傍に集積される。より詳細には、マイクロバブルＭＢと薄膜１２との間には、対流の流速がほぼゼロとなる領域（よどみ領域）が生じる。熱対流に乗って運ばれてきた微小物体は、よどみ領域に滞留して集積される。その後、レーザ光線Ｌの照射を停止すると、熱対流は弱まり、やがて止まる。

　図１３は、多点照射モードにおける微小物体の集積メカニズムを説明するための図である。ただし、図１３では紙面が煩雑になるのを避けるため、２本のレーザ光線Ｌのみが図示されている。

　図１３を参照して、多点照射モードにおいては、複数のレーザスポットの各々の近傍にマイクロバブルＭＢが発生する。ただし、スポット間隔によっては、隣接するマイクロバブルＭＢ同士が成長の過程で融合する場合もある。そのため、多点照射モードでは、最大で、レーザスポットの数と同数のマイクロバブルＭＢが残る。多点照射モードにおいても単一照射モードと同様に微小物体が熱対流により運ばれ、各マイクロバブルＭＢのよどみ領域に滞留して集積される。

　本発明者らが得た知見によれば、多点照射モードでは、隣接するマイクロバブルＭＢの間隙に向けて速い対流が生じる。この対流の影響により、隣接するマイクロバブルＭＢの間に生じるよどみ領域に多くの微小物体が集積される。その結果、単一照射モードと多点照射モードとの間でレーザ出力などの光照射条件を揃えた場合、多点照射モードの方が微小物体の集積量が多くなり得る。

　＜光学シミュレーション結果および実測結果＞
　図１０にて説明したように集積システム１００において単一照射と多点照射とが切り替えられていることを確認するため、平坦集積キット１０を設置しない条件下で照射距離Ｄに様々な数値を割り当て、照度分布の光学シミュレーションを実施した。また、各照射距離Ｄにおけるレーザスポットの実際の様子を撮影機器８により撮影した。以下に示す例では、照射距離Ｄを０．２～１．２ｍｍの範囲内で０．１ｍｍ刻みで変化させた。

　図１４～図２４は、それぞれ、照射距離Ｄが０．２ｍｍ～１．２ｍｍである場合の光学シミュレーション結果とレーザスポット近傍の実測結果とを示す図である。各図において上部に照度分布の光学シミュレーション結果を示し、下部に照度分布の実測結果を示す。

　図１４～図２４の各々において光学シミュレーション結果と実測結果とを比較すると、両者がよく一致していることが分かる。図１４より、照射距離Ｄ＝０．２ｍｍの場合には単一照射が実現されていることが確認された。また、図１５～図２４より、照射距離Ｄ＝０．３ｍｍ～１．２ｍｍの場合には多点照射が実現されていることが確認された。さらに、照射距離Ｄが長くなるに従ってスポット間隔が広がることも確認された。

　図２５は、レーザスポットの近傍の観察結果を示す図である。最も下の画像に示すように、照射距離Ｄが短く、複数のレーザ光線Ｌが完全に集光された状態（単一照射モード）でのスポット径は約１４０μｍであった。これは、レーザモジュール４の仕様から算出される理論値通りの結果であった。

　＜マイクロバブルの発生＞
　次に、ハニカム集積キット２０に対する単一照射モードおよび多点照射モードでのマイクロバブルＭＢの発生態様を確認した。

　図２６は、ハニカム集積キット２０への光照射時に発生するマイクロバブルＭＢの観察結果を示す図である。図２６に示す例では、照射距離Ｄが長いとマイクロバブルＭＢが発生しなかった。しかし、照射距離Ｄが次第に短くなり、複数のレーザ光線Ｌがある程度集光された場合、小さな複数のマイクロバブルＭＢが発生した（多点照射モード）。照射距離Ｄがより短くなり、複数のレーザ光線Ｌが完全に集光された場合、大きな単一のマイクロバブルＭＢが発生した（単一照射モード）。

　＜細菌の集積結果＞
　続いて、単一照射モードおよび多点照射モードの各々における細菌Ｂの集積結果について説明する。単一照射モードにおいてハニカム集積キット２０を透過したレーザ光の出力は、１８０ｍＷであった。多点照射モードにおいてハニカム集積キット２０を透過したレーザ光線Ｌの合計出力は、１８０ｍＷであった。また、光照射時間は、いずれも２０秒間とした。つまり、単一照射モードと多点照射モードとの間で光照射条件を統一した。

　以下に示す例では、光照射により集積された細菌Ｂの生死を細菌Ｂの蛍光染色によって判定した。本実施の形態では、蛍光色素としてＳＹＴＯ９（登録商標）とＰＩ（Propidium　Iodide）とを用いた。ＳＹＴＯ９は、膜透過性を有するＤＮＡ染色試薬であり、細菌の細胞膜（グラム陰性菌である緑膿菌では外膜）に損傷が生じているか否かに拘わらずＤＮＡを染色する。つまり、ＳＹＴＯ９は、生存している細菌（生菌）と死滅した細菌（死菌）との両方を染色する。ＳＹＴＯ９を含む細菌にＳＹＴＯ９の励起波長の光を照射すると緑色の蛍光を発する。一方、ＰＩは膜透過性を有さない。そのため、細胞膜に損傷が生じている細菌（死菌）のみがＰＩにより染色される。ＰＩを外部から励起すると赤色の蛍光を発する。なお、以下では、ＳＹＴＯ９の励起波長による蛍光観察像を「ＳＹＴＯ９画像」とも記載し、ＰＩの励起波長による蛍光観察像を「ＰＩ画像」とも記載する。

　図２７は、単一照射モードにおけるハニカム集積キット２０の観察結果を示す図である。図２８は、多点照射モードにおけるハニカム集積キット２０の観察結果を示す図である。図２７および図２８では、上から順に、透過像、ＳＹＴＯ９画像およびＰＩ画像が示されている。

　まず、単一照射モードでの光照射結果を示す図２７を参照して、前述の光照射条件下では、透過像においてハニカム集積キット２０の焦げが観察された。これは、複数のレーザ光線Ｌが１点に集光されたことでハニカム集積キット２０の温度上昇量が大きかったことを意味する。ＳＹＴＯ９画像では、レーザスポットの位置に強い蛍光が観察された。これにより、多くの細菌Ｂがレーザスポットの周囲に集積されて細孔２４内に捕捉されたことが分かる。しかしながら、ＰＩ画像における蛍光もＳＹＴＯ９画像における蛍光と同様に強かった。このことは、細孔２４内に捕捉された細菌の多くが死滅したことを表している。

　次に、多点照射モードでの光照射結果を示す図２８を参照して、多点照射では透過像においてハニカム集積キット２０の焦げは観察されなかった。ＳＹＴＯ９画像においては、複数のレーザスポットの位置に単一照射モード時と同様に強い蛍光が観察された。

　一方、ＰＩ画像における蛍光は、単一照射モード時と比べて弱かった。このことから、細孔２４内に捕捉された細菌の生存率が高いことが分かった。これは以下のように理由付けられる。単一照射モードでも多点照射モードでも、投入されるエネルギーは等しい。しかし、多点照射モードでは、単一照射モードと比べて、各レーザスポットにおけるレーザ出力密度（単位：Ｗ／ｍ^２）が低くなる。また、レーザスポット間の距離が大きくなることで、細孔２４内への熱伝導が抑制される。よって、各レーザスポットでのハニカム集積キット２０における細孔２４内の温度上昇量が小さくなる。その結果として、多点照射モードでは細菌Ｂへの熱的なダメージを低減できる。

　＜集積キットにおける温度分布＞
　最後に、平坦集積キット１０およびハニカム集積キット２０の表面温度をサーモグラフィーにより測定した結果について説明する。

　図２９は、平坦集積キット１０への光照射による温度上昇量の測定結果を示す図である。図３０は、ハニカム集積キット２０への光照射による温度上昇量の測定結果を示す図である。図２９および図３０では、比較例として上部に、一般的なレーザ装置（図示せず）から発せられた波長９７５ｎｍの単一のレーザ光を照射した場合の測定結果が示されている。また、下部には、本実施の形態において単一照射が生じるようにレーザモジュール４の照射距離Ｄを設定した場合の測定結果が示されている。比較例および本実施の形態の両方においてレーザ出力を共通の値（１８０ｍＷ）に設定した。

　図２９を参照して、比較例および本実施の形態のいずれにおいても平坦集積キット１０の最高温度は７０℃程度であった。しかし、本実施の形態では、比較例と比べて、温度上昇が生じる領域の面積が狭かった。

　図３０を参照して、ハニカム集積キット２０への光照射に関しても、平坦集積キット１０への光照射と同様に、比較例および本実施の形態ともに最高温度は１２０℃程度であり、比較例と本実施の形態との間で大きな差は生じなかった。本実施の形態では、比較例と比べて、レーザ出力は共通である一方でスポット径が大きい。したがって、本実施の形態の方が比較例と比べて、レーザスポットにおけるレーザ出力密度が低い。それにも拘わらず、ハニカム集積キット２０では、本実施の形態において温度上昇が生じる領域の面積と、比較例において温度上昇が生じる領域の面積とは同程度であることが観察された。

　以上のように、本実施の形態においては、ＶＣＳＥＬ素子である面発光素子４２と、ＧＩ型の光ファイバである光導波路４４と、平凸レンズであるレンズ４５とを備えるレーザモジュール４が用いられる。上記構成により、レーザモジュール４は、複数のレーザ光線Ｌを同一の集光点Ｆに集光するように設計されている。そのため、平坦集積キット１０の上面ＵＳ（薄膜１２）が集光点Ｆと同じ場所に位置するように照射距離Ｄを調整することで単一照射が実現される。また、平坦集積キット１０の上面ＵＳが集光点Ｆから離れて位置するように照射距離Ｄを調整することで多点照射が実現される。

　単一照射モードと多点照射モードとでは、マイクロバブルＭＢおよび熱対流の発生態様が異なる（図１２および図１３参照）とともにレーザ出力密度も異なる。したがって、ユーザは、１つのマイクロバブルの周囲に多くの微小物体を集積したい場合には単一照射モードを選択できる。あるいは、ユーザは、多数のマイクロバブルの周囲に微小物体を複数箇所に大面積で集積したい場合、および／または、微小物体への熱的ダメージを低減したい場合には、多点照射モードを選択できる。したがって、本実施の形態によれば、液体中に分散した複数の微小物体の集積態様をユーザが選択できる。

　さらに、レーザモジュール４では、面発光素子４２と光導波路４４とレンズ４５とが一体的に形成されている。このようにレーザモジュール４をパッケージ化（モジュール化）することで、集積システム１００を小型化できる。また、この小型化可能との特徴を活かし、複数のレーザモジュール４をアレイ状に配列してもよい。その上方に、複数の平坦集積キット１０または複数のハニカム集積キット２０がアレイ状に配列されたマイクロアレイを設置することで、各集積キット内での微小物体の集積を同時に進めることができる。その結果、より短時間に微小物体を集積することが可能になる。

　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　サンプルステージ、２　サンプル供給装置、３　光源ステージ、４　レーザモジュール、４１　基板、４１１　電極、４２　面発光素子、４２１　光源、４３　接合部材、４４　光導波路、４４１　コア、４４２　クラッド、４５　レンズ、５　冷却装置、６　調整機構、７　電源、８　撮影機器、９　照明装置、５０　制御装置、１０　平板集積キット、２０　ハニカム集積キット、１１，２１　基板、１２，２３　薄膜、２２　ハニカム高分子膜、２４　細孔、２５　隔壁、１００　集積システム。

Claims

　液体中に分散した複数の微小物体を集積する、微小物体の集積システムであって、
　光熱変換領域が設けられた基板を保持するように構成された保持装置と、
　複数の発光領域を含み、前記複数の発光領域から複数のレーザ光線をそれぞれ発するレーザ光源と、
　前記複数のレーザ光線を同一の集光点に集光する集光レンズと、
　前記保持装置と前記集光レンズとの間の相対的な位置関係を調整するように構成された調整機構と、
　前記調整機構を制御する制御装置とを備え、
　前記制御装置は、各々が前記複数のレーザ光線のうちの少なくとも一部を前記光熱変換領域に照射するモードである、単一照射モードと多点照射モードとの切り替えが可能に構成され、
　前記単一照射モードは、前記複数のレーザ光線の前記集光点が前記光熱変換領域に一致するように前記調整機構を制御するモードであり、
　前記多点照射モードは、前記複数のレーザ光線のうちの少なくとも一部が前記光熱変換領域を通過しつつ前記集光点が前記光熱変換領域から外れるように前記調整機構を制御するモードである、微小物体の集積システム。
　前記多点照射モードにおいて、前記制御装置は、前記調整機構を制御して前記集光レンズと前記光熱変換領域との間の距離を調整することによって、前記光熱変換領域に照射される前記複数のレーザ光線間の間隔を設定する、請求項１に記載の微小物体の集積システム。
　前記レーザ光源は、垂直共振面発光レーザである、請求項１または２に記載の微小物体の集積システム。
　前記集光レンズは、グレーデッド・インデックス型の光ファイバと、平凸レンズとを含み、
　前記光ファイバは、前記複数の発光領域を覆う一方端と、前記平凸レンズの平面側に接合された他方端とを有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の微小物体の集積システム。
　前記制御装置は、前記液体が前記光熱変換領域上に準備された条件下において前記多点照射モードが選択された場合に、前記複数のレーザ光線の照射により、前記光熱変換領域上に複数の気泡および前記複数の気泡の間隙に向かう対流が生じるように前記調整機構を制御して、それにより前記間隙に前記複数の微小物体を集積する、請求項１～４のいずれか１項に記載の微小物体の集積システム。
　液体中に分散した複数の微小物体を集積する、微小物体の集積方法であって、
　基板に設けられた光熱変換領域上に前記液体を準備するステップと、
　複数のレーザ光線を同一の集光点に集光する集光レンズと前記光熱変換領域との間の相対的な位置関係を調整するステップとを備え、
　前記調整するステップは、第１の状態と第２の状態とを選択的に設定するステップを含み、
　前記第１の状態は、前記複数のレーザ光線の前記集光点が前記光熱変換領域に一致するように前記相対的な位置関係が調整された状態であり、
　前記第２の状態は、前記複数のレーザ光線のうちの少なくとも一部が前記光熱変換領域を通過しつつも前記集光点が前記光熱変換領域から外れるように前記相対的な位置関係が調整された状態であり、
　前記微小物体の集積方法は、
　　前記第２の状態が選択された場合に、前記複数のレーザ光線の照射により前記光熱変換領域上に複数の気泡および前記複数の気泡の間隙に向かう対流を生じさせるステップと、
　　前記間隙に前記複数の微小物体を集積するステップとをさらに備える、微小物体の集積方法。
　前記基板には、
　　前記複数の微小物体が捕捉される複数の細孔と、
　　各々が前記複数の細孔のうちの隣接する細孔間を互いに隔てる複数の隔壁とが形成され、
　前記光熱変換領域は、前記複数の細孔と前記複数の隔壁とのうちの少なくとも一部を覆うように設けられている、請求項６に記載の微小物体の集積方法。