WO2023163096A1 - 微小物体の濃縮方法、微小物体の濃縮キット、および、微小物体の濃縮システム - Google Patents

Abstract

微小物体の濃縮方法は、第１～第３のステップを含む。第１のステップは、金属薄膜（５２）が設けられた先端を有する光ファイバ（５０）を準備するステップである。第２のステップは、複数の微小物体が分散した液体中に光ファイバ（５０）の先端を配置するステップである。第３のステップは、金属薄膜（５２）の吸収波長域に含まれる波長の光を光ファイバ（５０）に導入することによって、光ファイバ（５０）の先端の周囲の液体を加熱して対流を発生させるステップである。

Description

微小物体の濃縮方法、微小物体の濃縮キット、および、微小物体の濃縮システム

　本開示は、微小物体の濃縮方法、微小物体の濃縮キット、および、微小物体の濃縮システムに関し、より特定的には、液体中に分散した複数の微小物体を濃縮する技術に関する。

　国際公開第２０１８／１５９７０６号（特許文献１）、国際公開第２０２０／２１８３４７号（特許文献２）などには、液体中に分散した複数の微小物体を高効率に濃縮可能な技術が開示されている。

国際公開第２０１８／１５９７０６号 国際公開第２０２０／２１８３４７号

　特許文献１，２に開示された発明では、容器の底面、基板の主面などに光熱変換領域が設けられている。この場合、液体中に分散した複数の微小物体は、光熱変換領域の近傍に濃縮される。このことは、微小物体を濃縮可能な場所が容器の底面、基板の主面などに限れていることを意味する。将来、微小物体の濃縮技術の様々な分野への展開を図る上では、液体中の任意の場所に微小物体を濃縮可能であることが望ましい。

　本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的の１つは、液体中の任意の場所に微小物体を濃縮することである。

　（１）本開示の第１態様に係る微小物体の濃縮方法は、第１～第３のステップを含む。第１のステップは、光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバを準備するステップである。第２のステップは、複数の微小物体が分散した液体中に先端を配置するステップである。第３のステップは、光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を光ファイバに導入することによって、光ファイバの先端の周囲の液体を加熱して対流を発生させるステップである。

　（２）配置するステップ（第２のステップ）は、液体中における光ファイバの先端の位置または高さを調整するステップを含む。

　（３）準備するステップ（第１のステップ）は、光ファイバ内を伝搬する光の出力の変化に対して光熱変換材料の透過率または消衰率が安定化するように光熱変換材料を前処理するステップを含む。

　（４）対流を発生させるステップ（第３のステップ）は、光ファイバの先端にマイクロバブルを発生させ、当該先端とマイクロバブルとの間の領域に複数の微小物体を濃縮するステップを含む。

　（５）配置するステップは、液体を保持する基板に対する光ファイバの配置を非接触配置および接触配置のうちの一方に設定するステップを含む。非接触配置は、光ファイバの伝搬路が基板に接触しない配置である。接触配置は、光ファイバの伝搬路が基板に接触する配置である。

　（６）配置するステップは、光ファイバを非接触配置に設定するステップである。対流を発生させるステップは、前処理が行われた先端にマイクロバブルを発生させずに、先端に複数の微小物体を濃縮するステップを含む。

　（７）配置するステップは、光ファイバを接触配置に設定するステップである。対流を発生させるステップは、先端から出射された光の光路に沿って複数の微小物体を濃縮するステップを含む。

　（８）微小物体の濃縮方法は、対流を発生させるステップ（第３のステップ）に先立ち、液体中に界面活性剤を導入するステップをさらに含む。

　（９）導入するステップは、液体中の界面活性剤の濃度を臨界ミセル濃度に調製するステップを含む。

　（１０）複数の微小物体の各々は量子センサである。量子センサは、ナノダイヤモンド、蛍光分子、量子ドット、金属ナノ粒子および金属ナノロッドのうちの少なくとも１つを含む。

　（１１）本開示の第２態様に係る微小物体の濃縮方法は、液体中に分散した複数の微小物体を濃縮する。微小物体の濃縮方法は、光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバを準備するステップと、光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を光ファイバに導入した場合に液体が加熱されて液体中に対流が発生する位置に先端を配置するステップとを含む。

　（１２）配置するステップは、液体中に対流に加えて光誘起力が発生する位置に先端を配置するステップを含む。光誘起力は、光熱変換材料を透過した光による光誘起力と、液体を保持する基板表面に光ファイバを伝搬する光により誘起されるエバネッセント波による光誘起力とのうちの少なくとも一方を含む。

　（１３）本開示の第３態様に係る微小物体の濃縮方法は、液体中に分散した複数の微小物体を濃縮する。微小物体の濃縮方法は、先端を有する光ファイバを準備するステップと、光を光ファイバに導入した場合に液体中に光誘起力が発生する位置に先端を配置するステップとを含む。光誘起力は、先端から発せられた光による光誘起力と、液体を保持する基板表面に光ファイバを伝搬する光により誘起されるエバネッセント波による光誘起力とのうちの少なくとも一方を含む。

　（１４）本開示の第４態様に係る微小物体の濃縮キットは、複数の微小物体が分散した液体を主面上に保持するように構成された基板と、光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバとを備える。光ファイバは、液体が主面上に保持された場合に先端が液体中に配置されるように構成されている。

　（１５）光熱変換材料の色は、光ファイバ内を伝搬する光の出力の変化に伴う変化後の色である。

　（１６）光ファイバ先端の形状は、真円である。
　（１７）光ファイバは、マルチモードファイバである。

　（１８）本開示の第５態様に係る微小物体の濃縮システムは、光ファイバと、調整機構と、光源とを備える。光ファイバは、光熱変換材料が設けられた第１端と、第２端とを有する。調整機構は、複数の微小物体が分散した液体が濃縮キットに保持された状態において、液体中における第１端の位置または高さを調整する。光源は、第２端に光学的に結合され、光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を発する。

　（１９）光源は、光により第１端の周囲の液体を加熱することによって、第１端にマイクロバブルを発生させる。微小物体の濃縮システムは、第１端とマイクロバブルとの間の領域の画像を撮影する撮影機器と、画像から求まる以下の式（１）に従って、領域における複数の微小物体の濃縮数を算出するプロセッサとをさらに備える。

　式（１）において、Ｎは、複数の微小物体の濃縮数を表す。ｈは、複数の微小物体の濃縮領域の高さを表す。ｒ_１は、第１端の端面に対して垂直に延びるマイクロバブルの仮想的な中心軸と、濃縮領域の外周部との間の距離を表す。ｒ_２は、中心軸と、濃縮領域の内周部との間の距離を表す。ｒ_３は、中心軸と、濃縮領域のうち高さに対応する部分との間の距離を表す。Ｖは、複数の微小物体の各々の体積を表す。Ｆは、六方最密構造の充填率を表す。

　（２０）光源は、光により第１端の周囲の液体を加熱することによって、第１端にマイクロバブルを発生させる。微小物体の濃縮システムは、第１端とマイクロバブルとの間の領域の画像を撮影する撮影機器と、画像から求まる以下の式（２）に従って、領域における複数の微小物体の濃縮数を算出するプロセッサとをさらに備える。

　式（２）において、Ｎは、複数の微小物体の濃縮数を表す。ｈは、複数の微小物体の濃縮領域の高さを表す。ｒ_１は、第１端の端面に対して垂直に延びるマイクロバブルの仮想的な中心軸と、濃縮領域の外周部との間の距離を表す。ｒ_２は、中心軸と、濃縮領域の内周部との間の距離を表す。ｒ_３は、中心軸と、濃縮領域のうち高さに対応する部分との間の距離を表す。Ｖは、複数の微小物体の各々の体積を表す。Ｆは、六方最密構造の充填率を表す。

　本開示によれば、液体中の任意の場所に微小物体を濃縮できる。

本開示の実施の形態１に係る微小物体の濃縮システムの全体構成図である。 濃縮キット１１および光ファイバの構成を模式的に示す斜視図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う濃縮キットおよび光ファイバの断面図である。 実施の形態１における微小物体の濃縮処理の処理手順を示すフローチャートである。 金属薄膜の形成手法を説明するための図である。 実際に準備された光ファイバの画像を示す図である。 濃縮工程における微小物体の濃縮メカニズムを説明するための図である。 金属薄膜が設けられている場合／設けられていない場合の各々におけるファイバ端からのレーザ出力の変化を表す図である。 ファイバ端とマイクロバブルとの間への微小物体の濃縮結果の一例を示す図である。 界面活性剤の影響を説明するための図である。 微小物体の濃縮数の算出手法の一例を説明するための図である。 実施の形態２に係る濃縮キットの斜視図である。 図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿う濃縮キットの断面図である。 ファイバ端の配置を説明するための模式図である。 微小物体の濃縮数の算出手法の他の一例を説明するための図である。 ファイバ端がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮結果を時系列に並べた第１の図である。 ファイバ端がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮結果を時系列に並べた第２の図である。 ファイバ端がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮結果を時系列に並べた第３の図である。 ファイバ端がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮結果の一例を示す図である。 ファイバ端がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮結果をまとめた図である。 ファイバ端がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮結果を示す蛍光観察像である。 ファイバ端がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮効率を示す図である。 ファイバ端がサンプル底部に配置された場合の微小物体の濃縮結果の一例を示す図である。 ファイバ端がサンプル底部に配置された場合の微小物体の濃縮結果の蛍光観察像を示す図である。 ファイバ端がサンプル底部に配置された場合の微小物体の濃縮結果のサイズ依存性を示す図である。 ファイバ端がサンプル底部に配置された場合の微小物体の濃縮結果の濃度依存性を示す図である。 ファイバ端がサンプル底部に配置された場合の熱対流の流れ方の解析結果を示す図である。 レーザ光源の駆動電流を変化させた場合のレーザ光の透過率および消衰率を示す図である。 レーザ光源の駆動電流の変化前後でファイバ端を撮影した画像を示す図である。 ファイバ端に金属薄膜が形成されていない場合の微小物体の濃縮結果の連続画像を示す図である。 ファイバ端に金属薄膜が形成されている場合の微小物体の濃縮結果の連続画像を示す図である。 細菌の濃縮結果の蛍光観察像を時系列に並べた第１の図である。 細菌の濃縮結果の蛍光観察像を時系列に並べた第２の図である。 細菌の濃縮結果の蛍光観察像をレーザ光の照射前と照射後とで比較するための図である。 レーザ光の照射停止後の細菌の様子を観察した結果を示す図である。 ナノダイヤモンドの濃縮結果の蛍光観察像を示す図である。 光濃縮の３態様を整理した図である。 長距離光濃縮のメカニズムを説明するための図である。 比較例における光濃縮結果の蛍光観察像を時系列に並べた図である。 本実施例における光濃縮結果の蛍光観察像を時系列に並べた第１の図である。 本実施例における光濃縮結果の蛍光観察像を時系列に並べた第２の図である。

　＜用語の説明＞
　本開示および実施の形態において、「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、より好ましくは数百ｎｍ～数十μｍの範囲を示し得る。

　本開示および実施の形態において、「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、金属ナノ粒子濃縮構造体、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。「金属ナノ粒子濃縮構造体」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（樹脂ビーズなど）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、真菌など）、薬剤、生体高分子（タンパク質、核酸、脂質、多糖類など）、抗原（アレルゲンなど）およびウイルスを含み得る。

　本開示および実施の形態において、「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。

　本発明および実施の形態において、「光誘起力」とは、散逸力、勾配力および物質間光誘起力の総称として用いられる。散逸力とは、光散乱あるいは光吸収といった散逸的過程において、光の運動量が物質に与えられることによって発生する力である。勾配力は、光誘起分極が生じた物質が不均一な電磁場の中に置かれた場合に、電磁気学的なポテンシャルの安定点に物質を移動させる力である。物質間光誘起力とは、光励起された複数の物質中の誘起分極から生じる縦電場による力と横電場（輻射場）による力との和である。なお、光誘起力を光圧（単位面積当たりの光誘起力）と読替えてもよい。

　本開示および実施の形態において、「可視域」とは、３６０ｎｍ～７６０ｎｍの波長域を意味する。「近赤外域」とは、７６０ｎｍ～２μｍの波長域を意味する。

　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。図中、同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。以下の説明では、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。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。

　［実施の形態１］
　＜全体構成＞
　図１は、本開示の実施の形態１に係る微小物体の濃縮システムの全体構成図である。濃縮システム１は、濃縮キット１１と、サンプルステージ２０と、サンプル調整機構３０と、レーザ光源４０と、光ファイバ５０と、ファイバステージ６０と、ファイバ調整機構７０と、照明光源８１と、対物レンズ８２と、レンズ８３と、カメラ８４と、コントローラ１００とを備える。

　濃縮キット１１は、サンプル（ＳＰで示す）を保持するように構成されている。サンプルは、複数の微小物体が分散した液体試料である。

　サンプルステージ２０は、濃縮キット１１を設置可能に構成されている。図示しないが、多数の濃縮キット１１が準備され得る。多数の濃縮キット１１が順番にサンプルステージ２０上に設置され、後述する濃縮処理（図４参照）が行われる。

　サンプル調整機構３０は、たとえばＸＹＺ軸ステージである。サンプル調整機構３０は、コントローラ１００からの指令に従って、サンプルステージ２０の水平方向の位置および鉛直方向の高さを調整する。これにより、濃縮キット１１と対物レンズ８２との相対的な位置関係を調整したり、濃縮キット１１と光ファイバ５０との相対的な位置関係を調整したりすることができる。

　レーザ光源４０は、コントローラ１００からの指令に従って、連続波（ＣＷ：Continuous　Wave）のレーザ光を発する。レーザ光の波長は、濃縮キット１１に形成された金属薄膜５２（後述）の吸収波長域に含まれる波長であり、たとえば近赤外域の波長である。

　光ファイバ５０は、レーザ光源４０から発せられたレーザ光を濃縮キット１１上のサンプルへと導く。濃縮キット１１および光ファイバ５０の構成については図２～図５にて詳細に説明する。

　ファイバステージ６０は、光ファイバ５０を設置可能に構成されている。なお、光ファイバ５０は、破損したり汚染されたりし得るため、消耗品である。したがって、ファイバステージ６０は、光ファイバ５０を容易に交換可能に構成されていることが望ましい。

　ファイバ調整機構７０は、たとえばＸＹＺ軸ステージである。ファイバ調整機構７０は、コントローラ１００からの指令に従って、光ファイバ５０の位置および高さを調整する。

　このように、図１に示す濃縮システム１は、サンプル調整機構３０およびファイバ調整機構７０のどちらによっても濃縮キット１１と光ファイバ５０との相対的な位置関係を調整できる。したがって、サンプル調整機構３０およびファイバ調整機構７０の両方が本開示に係る「調整機構」に相当する。しかし、濃縮システム１は、サンプル調整機構３０およびファイバ調整機構７０のうちのいずれか一方のみを備える構成を有していてもよい。

　照明光源８１は、濃縮キット１１上のサンプルを照らすための白色光を発する。１つの実施例として、ハロゲンランプを照明光源８１として用いることができる。照明光源８１から発せられた白色光はサンプルを透過する。対物レンズ８２は、サンプルを透過した白色光を取り込む。レンズ８３は、対物レンズ８２により取り込まれた白色光を集光してカメラ８４へと導く。

　カメラ８４は、たとえば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。カメラ８４は、コントローラ１００からの指令に従って、濃縮キット１１上のサンプルを撮影し、撮影された画像をコントローラ１００に出力する。カメラ８４により撮影される画像は、静止画であっても動画であってもよい。カメラ８４は、本開示に係る「撮影機器」に相当する。

　コントローラ１００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）などのプロセッサ１０１と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）およびＲＡＭ（Random　Access　Memory）などのメモリ１０２と、各種信号が入出力される入出力ポート１０３とを含む。コントローラ１００は、濃縮システム１内の各機器（サンプル調整機構３０、レーザ光源４０、ファイバ調整機構７０、照明光源８１およびカメラ８４）を制御する。また、コントローラ１００は、カメラ８４により撮影された画像に基づいて、サンプル中で濃縮された微小物体の数を算出する。この算出手法については後述する。

　なお、濃縮キット１１上のサンプルを撮影するための光学系（照明光源８１、対物レンズ８２、レンズ８３およびカメラ８４）は一例に過ぎない。濃縮システム１の光学系は、たとえば、照明光源８１からの白色光が下方からサンプルに照射され、カメラ８４が上方からサンプルを撮影するように構成されていてもよい。濃縮システム１の光学系は、対物レンズ８２およびレンズ８３に代えてまたは加えて他の光学部品（ミラー、ダイクロイックミラー、ビームスプリッタ、フィルタ、光ファイバなど）を含んでいてもよい。

　＜濃縮キットおよび光ファイバ＞
　図２は、濃縮キット１１および光ファイバ５０の構成を模式的に示す斜視図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う濃縮キット１１および光ファイバ５０の断面図である。なお、図２および図３ではサンプルステージ２０およびファイバステージ６０の図示が省略されている。

　サンプルは、たとえば樹脂ビーズ（Ｒで示す）が分散した液体試料である。後述する実施例では、ポリスチレン粒子が樹脂ビーズとして用いられる。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。サンプルには、樹脂ビーズの濃縮を促進（図１０参照）するための非イオン性界面活性剤が添加されている。

　濃縮キット１１は、実施の形態１では平板状の基板である。濃縮キット１１は、その上面（主面）１１１上にサンプルを保持する。濃縮キット１１の材料は、白色光に対して透明な材料である。そのような材料としては石英、シリコーンなどが挙げられる。この例では、ガラス基板（カバーガラス）が濃縮キット１１として用いられる。

　なお、濃縮キット１１は、サンプルを保持するための内部空間が形成された立体的な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を濃縮キット１１として用いてもよい。

　光ファイバ５０の一方の先端（第１端）５０１は、サンプル中に配置されている。光ファイバ５０の他方の先端（第２端）は、レーザ光源４０（図１参照）に光学的に結合されている。光ファイバ５０は、好ましくはマルチモードファイバであって、第２端から入射されたレーザ光をマルチモードで伝搬させて第１端へと導く。光ファイバ５０は、伝搬路５１と、金属薄膜５２とを含む。

　「光ファイバ５０の先端がサンプル中に配置されている」とは、図２および図３に示すように光ファイバ５０の先端の全体がサンプル中に含まれた状態を含むが、これに限定されない。光ファイバ５０の先端が気液界面（サンプルと、その周囲の気体との界面）に位置している状態も「光ファイバ５０の先端がサンプル中に配置されている」に含まれる。

　伝搬路５１は、コアおよびクラッド（いずれも図示せず）を含む。伝搬路５１の材料は、石英ガラスであってもよいし、プラスチックであってもよい。

　金属薄膜５２は、伝搬路５１を覆うように形成されている。図３には金属薄膜５２が光ファイバ５０の先端（第１端）５０１および側面の両方に形成された例が示されているが、金属薄膜５２は、少なくとも光ファイバ５０の先端に形成されていればよい。金属薄膜５２は、レーザ光源４０からのレーザ光を吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換する。より詳細には、金属薄膜５２の表面の自由電子は表面プラズモンを形成し、レーザ光によって振動する。これにより分極が生じる。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、金属薄膜５２は熱を発生させる。この効果を「光発熱効果」とも称する。

　金属薄膜５２の材料は、レーザ光の波長域における光発熱効果が大きい（言い換えると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、金薄膜が金属薄膜５２として形成されている。ただし、金属薄膜５２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）であってもよいし、光発熱効果を生じ得る金属ナノ粒子集積構造体（金ナノ粒子または銀ナノ粒子が集積された構造体など）であってもよい。

　金属薄膜５２の膜厚は、レーザ光の波長、レーザ光のパワー（レーザ出力）、金属薄膜５２の材料特性（吸収波長域および光熱変換効率）などを考慮して設計的または実験的に決定される。レーザ光の波長が近赤外域内であり、レーザ出力が数百ｍＷである場合、金属薄膜５２の膜厚をナノメートルオーダーに決定してもよい。後述する例では、レーザ光の中心波長が９８０ｎｍであり、レーザ出力が２００ｍＷ～５００ｍＷである場合に、金属薄膜５２の膜厚は１０ｎｍに決定される。

　以下、光ファイバ５０の先端（第１端）５０１を「ファイバ端５０１」とも記載する。また、濃縮キット１１の上面１１１を基準としたファイバ端５０１の高さを「Ｈ」と記載する。コントローラ１００がサンプル調整機構３０および／またはファイバ調整機構７０を制御することによって高さＨを任意の値に設定できる。

　サンプルが上面１１１上に保持された場合にファイバ端５０１がサンプル中に位置するように、ファイバ端５０１の位置が固定されていてもよい。たとえば、濃縮キット１１は、光ファイバ５０のホルダ（図示せず）を含み得る。ホルダは、上面１１１に配置され、ファイバ端５０１の位置および高さを予め設定された値に固定する。

　図２および図３では、光ファイバ５０が水平方向にサンプル中に挿入されている。これは、サンプルを撮影するための光学系が鉛直方向に構築されているので（図１参照）、光ファイバ５０を水平方向に挿入した方がファイバ端５０１を撮影し易いためである。光ファイバ５０の挿入方向は水平方向に限定されない。光ファイバ５０は、鉛直方向、斜め方向など任意の方向からサンプル中に挿入され得る。

　＜フローチャート＞
　図４は、実施の形態１における微小物体の濃縮処理の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、予め定められた条件成立時（たとえば濃縮システム１が測定者による開始操作を受け付けたとき）に図示しないメインルーチンから呼び出されて実行される。各ステップは、基本的にはコントローラ１００によるソフトウェア処理により実現されるが、コントローラ１００内に配置されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。以下、ステップをＳと略す。

　Ｓ１において、光ファイバ５０が準備される。たとえば、未加工の光ファイバに金属薄膜５２を形成する前処理を測定者が実施することによって、光ファイバ５０を準備できる。金属薄膜５２が先端に設けられた専用の光ファイバ５０が販売されてもよい。

　図５は、金属薄膜５２の形成手法を説明するための図である。図５には金属薄膜５２の形成時の様子を表す上面図（上図）および断面図（下図）が示されている。まず、伝搬路５１の先端（第１端）の被覆が剥がされる。そして、被覆が剥がされた部分がわずかに（たとえば１～２ｃｍだけ）露出するように、伝搬路５１がスライドガラス９１上に固定される。そして、露出部分にイオンスパッタにより金属薄膜５２（この例では金薄膜）が形成される。なお、金属薄膜５２は、無電解メッキなどの他の公知の手法を用いても形成可能である。その後、もう一方の先端（第２端）が光コネクタ（たとえばＦＣ／ＰＣコネクタ）に光学的に結合される。図６は、実際に準備された光ファイバ５０の画像を示す図である。

　なお、金属薄膜５２に代えて、レーザ光の波長における光吸収率が高い金属以外の材料が光ファイバ５０の先端に配置されていてもよい。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。金属薄膜５２が形成された領域、カーボンナノチューブ黒体などが配置された領域は、本開示に係る「光熱変換領域」に相当する。

　図４に戻り、Ｓ２において、微小物体が分散したサンプルが準備される。詳細は後述するが、界面活性剤をサンプルに導入することが望ましい（Ｓ３）。Ｓ２，Ｓ３にて準備されたサンプルは、図示しないサンプル供給部（たとえばディスペンサ）に収容される。Ｓ２，Ｓ３の処理は測定者により実施される。

　Ｓ４において、コントローラ１００は、濃縮キット１１をサンプルステージ２０上に設置する。この処理は、たとえば濃縮キット１１の送り機構（図示せず）により実現され得る。さらに、コントローラ１００は、サンプル供給部（図示せず）を制御することによって、図２および図３に示したように適量のサンプルが濃縮キット１１の上面１１１上に保持されるようにサンプルを滴下させる。サンプルの滴下量は、たとえば数十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。

　Ｓ５において、コントローラ１００は、サンプルの撮影を開始する。すなわち、コントローラ１００は、濃縮キット１１上のサンプルに照射するための白色光を発するように照明光源８１を制御するとともに、サンプルの撮影を開始するようにカメラ８４を制御する。

　Ｓ６において、コントローラ１００は、サンプル調整機構３０を制御することによって、サンプルステージ２０の位置および高さをカメラ８４による撮影に適した位置および高さへと調整する。この処理は、カメラ８４により撮影された画像をコントローラ１００が処理することで実現され得る。コントローラ１００は、たとえば、サンプルが画像の中央付近に位置するようにサンプルステージ２０の位置を調整するとともに、ピントがサンプルに合うようにサンプルステージ２０の高さを調整できる。この処理は、測定者による手動操作により実施されてもよい。

　Ｓ７において、コントローラ１００は、ファイバ調整機構７０を制御することによって、サンプル中におけるファイバ端５０１の位置および高さを調整する。ファイバ端５０１の位置調整は、たとえば、カメラ８４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ファイバ端５０１を抽出することによって実現され得る。また、ファイバ端５０１の高さＨの初期値Ｈ０は、ファイバステージ６０への光ファイバ５０の設置時に設定された値であって既知である。したがって、ファイバ端５０１の高さ調整は、ファイバ調整機構７０による高さ方向の変化量ΔＨを初期値Ｈ０に加算することによって実現され得る。なお、変化量ΔＨは、正値に限らず負値もとり得る。コントローラ１００は、ファイバ調整機構７０に代えてサンプル調整機構３０を制御することによってファイバ端５０１の位置および高さを調整してもよい。

　Ｓ８において、コントローラ１００は、サンプルへのレーザ光の照射を開始するようにレーザ光源４０を制御する。

　Ｓ９において、濃縮工程により微小物体がファイバ端５０１の近傍に濃縮される。濃縮工程については図７～図１０にて詳細に説明する。

　Ｓ１０において、コントローラ１００は、サンプルへのレーザ光の照射を停止するようにレーザ光源４０を制御する。

　Ｓ１１において、コントローラ１００は、サンプルの撮影を終了する。すなわち、コントローラ１００は、白色光の照射を停止するように照明光源８１を制御するとともに、サンプルの撮影を停止するようにカメラ８４を制御する。

　Ｓ１２において、コントローラ１００は、カメラ８４により撮影された画像に基づいて、ファイバ端５０１の近傍における微小物体の濃縮数を算出する。この算出手法については図１１にて説明する。これにより、一連の処理が終了する。

　なお、Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１１の処理は、微小物体が濃縮される様子を撮影するための処理であって、微小物体の濃縮に必須の処理ではない。Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１１の処理を含まないフローチャートを実行した場合にも微小物体を濃縮できる。

　＜メカニズム＞
　図７は、濃縮工程（図４のＳ９の処理）における微小物体の濃縮メカニズムを説明するための図である。ファイバ端５０１には金属薄膜５２が形成されている。そのため、レーザ光の照射を開始すると、金属薄膜５２の光発熱効果によりファイバ端５０１の周囲（近傍）が局所的に加熱される。そうすると、ファイバ端５０１の周囲の分散媒（この例では水）が沸騰するなどしてファイバ端５０１にマイクロバブル（ＭＢで示す）が発生する。マイクロバブルは時間の経過とともに成長する。

　レーザ光の照射に伴い、分散媒中にはマイクロバブルに加えて、規則的な熱対流が定常的に発生する。熱対流は、浮力対流とマランゴニ対流とを含み得る。熱対流が発生する理由の詳細については特許文献１，２を参照してもよい。

　熱対流の方向は、図中に矢印で示すように、一旦ファイバ端５０１に向かい、その後、ファイバ端５０１から遠ざかる方向である。微小物体は、熱対流によってファイバ端５０１に向けて輸送されてマイクロバブルによって捕捉される。より詳細には、マイクロバブルとファイバ端５０１との間には、熱対流の流速が略ゼロとなる領域である「よどみ領域」が生じる。熱対流によって輸送された微小物体がよどみ領域に捕捉される結果、ファイバ端５０１の近傍に微小物体が濃縮される。マイクロバブルは、微小物体を堰き止めるストッパとして機能することで微小物体の集積サイトとなる。

　上記メカニズムに従って、サンプル中に分散した微小物体をファイバ端５０１の近傍に濃縮する作用を「光濃縮」とも呼ぶことができる。なお、微小物体の「濃縮」とは、ファイバ端５０１の周囲における微少物体の濃度がサンプル中の他の領域における微少物体の濃度よりも高くなることを意味する。微少物体がよどみ領域に集積された場合も微少物体が濃縮されたといえる。後に実施の形態２にて説明するように、マイクロバブルの発生は光濃縮に必須ではない。マイクロバブルが発生しなくても熱対流によって微小物体をファイバ端５０１の近傍に濃縮できる。

　ファイバ端５０１と分散媒との間の固液界面、マイクロバブルと分散媒との間の気液界面、固体－液体－気体の三相境界などの集積サイトに光濃縮により微小物体を集積する作用を「光集積」とも呼んでもよい。

　コントローラ１００は、サンプル調整機構３０およびファイバ調整機構７０のうちの少なくとも一方を制御することによって、ファイバ端５０１をサンプル中の任意の位置および高さに移動させることができる。よって、本実施の形態によれば、サンプル中の任意の場所に微小物体を濃縮できる。

　［実施例１］
　＜レーザ光の消衰＞
　図８は、金属薄膜５２が設けられている場合／設けられていない場合の各々におけるファイバ端５０１からのレーザ出力の変化を表す図である。横軸は、レーザ光源４０に供給される駆動電流を表す。縦軸は、レーザ出力（レーザ光源４０から光ファイバ５０内に導入され、光ファイバ５０内を伝搬してファイバ端５０１から出力されるレーザ光のパワー）を表す。

　図８には比較のため、金属薄膜５２がファイバ端５０１に形成された構成における測定結果（実線参照）に加えて、金属薄膜５２がファイバ端５０１に形成されていない構成における測定結果（破線参照）が示されている。これら２つの測定結果間でのレーザ出力の差が金属薄膜５２によるレーザ光の消衰量（＝吸収量＋反射量）に相当する。この差は、ファイバ端５０１に金属薄膜５２が形成されている（成膜に成功している）証拠であるといえる。

　５００ｍＡ～７００ｍＡの電流範囲では、レーザ光の消衰率が約２０％と高かった。消衰率とは、金属薄膜５２がファイバ端５０１に形成されていない構成におけるレーザ出力に対する、レーザ光の消衰量の比率である。金属薄膜５２による光発熱効果はレーザ光の吸収量に依存するので、レーザ光の消衰率が高いほどマイクロバブルが高効率に発生し得る。実際、当該電流範囲においてマイクロバブルが発生しやすく、かつ成長しやすいことが確認された。

　［実施例２］
　＜ポリスチレン粒子の濃縮＞
　図９は、ファイバ端５０１とマイクロバブルとの間への微小物体の濃縮結果の一例を示す図である。直径１μｍのポリスチレン粒子を微小物体として用いた。サンプル中のポリスチレン粒子の濃度は４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］であった。サンプルの体積は２０μＬであった。レーザ光源４０の駆動電流は７００ｍＡに設定した。レーザ光の照射時間は６０秒であった。光ファイバ５０の直径は１２５μｍであった。なお、この測定および後述する各測定において、駆動電流７００ｍＡはレーザ出力４０１Ｗに相当し、駆動電流６００ｍＡはレーザ出力３４４ｍＷに相当し、駆動電流５００ｍＡはレーザ出力２８７ｍＷに相当する。

　ファイバ端５０１の直径よりも大きなマイクロバブルがファイバ端５０１に発生した。また、ファイバ端５０１とマイクロバブルとの間にポリスチレン粒子が濃縮（集積）されていることも確認できた。

　図９に示すように、ファイバ端５０１は、光ファイバ５０の側面に対して垂直に形成されていることが望ましい。言い換えると、ファイバ端５０１の形状（側面に対して垂直な断面形状）は、楕円よりも真円であることが望ましい。これにより、マイクロバブルをファイバ端５０１に安定的に保持できる。

　［実施例３］
　＜界面活性剤の影響＞
　図１０は、界面活性剤の影響を説明するための図である。測定条件は図９にて説明した条件と同じである。界面活性剤としてはＴｗｅｅｎ２０を用いた。界面活性剤の濃度は９．０５×１０^－５Ｍであった。これはＴｗｅｅｎ２０の臨界ミセル濃度に近い濃度である。

　界面活性剤がサンプルに含まれていない場合（左図）、界面活性剤がサンプルに含まれている場合（右図）と比べて、ポリスチレン粒子の濃縮数が少なかった。これは、界面活性剤が含まれていない場合には、マイクロバブルが大きすぎ、かつ、熱対流の流速が速すぎるためと考えられる。マイクロバブルが大きすぎると、ファイバ端５０１とマイクロバブルとの間に生じて微小物体の捕捉に寄与するよどみ領域が小さくなる。また、熱対流の流速が速すぎると、ポリスチレン粒子がよどみ領域に捕捉されにくくなる。その結果、ポリスチレン粒子の濃縮数が少なくなると考えられる。

　界面活性剤は、マイクロバブルの表面に吸着することでマイクロバブルの成長を抑制するとともに、マイクロバブルの表面張力を低下させることでマランゴニ対流の流速を抑制する。したがって、界面活性剤をサンプルに導入することで、マイクロバブルの過度の成長を抑制するとともに熱対流の流速を適度に抑制し、それにより、よどみ領域へのポリスチレン粒子の濃縮を促進できる。特に、界面活性剤の濃度を臨界ミセル濃度（または、それに近い濃度）に調製することによって、ポリスチレン粒子の濃縮を一層促進できる。

　［実施例４］
　＜濃縮数の算出＞
　図１１は、微小物体の濃縮数の算出手法の一例を説明するための図である。この手法では、各微小物体の形状が球体であると仮定する。さらに、微小物体が濃縮される、断面形状が円錐台の領域では、微小物体が六方最密充填構造をとると仮定する。このような幾何学モデルによれば、微小物体の濃縮数Ｎは下記式（１）に従って算出される。

　式（１）において、ｈは、微小物体の濃縮領域の高さを表す。ｒ_１は、マイクロバブルの中心軸（ＡＸで示す）と、濃縮領域の外周部との間の距離を表す。マイクロバブルの中心軸とは、光ファイバ５０の端面に対して垂直に延びる仮想的な軸である。ｒ_２は、マイクロバブルの中心軸と、濃縮領域のうちの最も高い部分との間の距離を表す。ｒ_３は、マイクロバブルの中心軸と、濃縮領域の内周部との間の距離を表す。Ｖは、各微小物体の体積を表し、微少物体の仕様から既知の値である。Ｆは、六方最密充填構造の充填率であり、約０．７４である。

　図８～図１０に示した測定例におけるポリスチレン粒子の濃縮数Ｎを式（１）に従って算出すると、Ｎ＝２４７８５±３２１２［particles］であった。これから、ポリスチレン粒子の濃縮効率は２．７±０．４％と算出される。濃縮効率とは、サンプル中のポリスチレン粒子の総数に対する、ポリスチレン粒子の濃縮数Ｎの比率である。２．７％の濃縮効率は、特許文献１に記載の濃縮効率０．１５％よりも１桁以上高い。したがって、実施の形態１によれば、ポリスチレン粒子を高効率に濃縮できたといえる。

　以上のように、実施の形態１においては、光ファイバ５０の先端に形成された金属薄膜５２の光発熱効果を利用して光ファイバ５０の先端の近傍に微小物体が濃縮される。光ファイバ５０の先端は、サンプル中の任意の位置および／または高さに調整可能である。よって、実施の形態１によれば、サンプル中の任意の場所に微小物体を濃縮できる。それに加えて、特許文献１，２の構成と比べて顕著に高い微少物体の濃縮効率を実現できる。

　［実施の形態２］
　実施の形態１では、濃縮キット１１が平板形状である構成を例に説明した（図２および図３参照）。濃縮キット１１は、サンプルが大気に開放されている点において「開放系」の構造を有するといえる。実施の形態２においては、濃縮キットが「閉鎖系」の構造を有する例について説明する。

　なお、実施の形態２に係る微小物体の濃縮システムの全体構成は、実施の形態１に係る微小物体の濃縮システム１の全体構成（図１参照）と同等である。また、実施の形態２における微小物体の濃縮処理の処理手順は、実施の形態１における処理手順（図４参照）と基本的に同等である。したがって、これらについての詳細な説明は繰返さない。

　＜濃縮キット＞
　図１２は、実施の形態２に係る濃縮キットの斜視図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿う濃縮キットの断面図である。図１２および図１３を参照して、濃縮キット１２は、サンプルを保持するだけでなく、サンプルを鉛直方向の上下から挟込むように構成されている。濃縮キット１２は、基板１２１と、カバー１２２と、スペーサ１２３とを含む。

　基板１２１は、サンプルの下方に配置されてサンプルを保持する。基板１２１の材料は、白色光に対して透明な材料（ガラス、石英、シリコーンなど）である。この例では、ガラス基板（カバーガラス）が基板１２１として用いられている。

　カバー１２２は、基板１２１上に保持されたサンプルを上方から覆う。カバー１２２の材料には、基板１２１の材料と同様に、白色光に対して透明な材料が用いられる。この例では、カバー１２２にもガラス基板が用いられている。

　スペーサ１２３は、基板１２１とカバー１２２との間に配置されている。スペーサ１２３は、基板１２１に対してカバー１２２を固定するとともに、基板１２１とカバー１２２との間の距離を設定値に維持する。この例ではスペーサ１２３には両面テープが用いられている。しかし、スペーサ１２３の材料は特に限定されず、樹脂、ゴム、ガラス、石英、シリコーンなどの他の材料であってもよい。

　なお、スペーサ１２３は、ファイバ端５０１の位置および高さを予め設定された値に固定するホルダとしても機能し得る。たとえば、光ファイバ５０が通る微細な溝または貫通孔をスペーサ１２３に設けておくことができる。これにより、サンプルが基板１２１上に保持された場合にファイバ端５０１がサンプル中に位置するように濃縮キット１２を構成できる。

　以下、基板１２１とカバー１２２との間の距離（すなわち、サンプル高さ）を「Ｄ」と記載する。ファイバ端５０１の高さＨは、０からＤまでの範囲内の任意の値に調整できる（０≦Ｈ≦Ｄ）。

　［実施例５］
　＜ファイバ端の配置＞
　ファイバ端５０１の配置（具体的には高さＨ）が微小物体の濃縮に及ぼす影響を評価した結果について説明する。

　図１４は、ファイバ端５０１の配置を説明するための模式図である。図１４に示すように、ファイバ端５０１がサンプル中央に配置された場合（Ｈ＝Ｄ／２の場合）と、ファイバ端５０１がサンプル底部に配置された場合（Ｈ＝０の場合）とについて、微小物体の濃縮結果を比較した。サンプル高さＤ＝８６０μｍであった。

　ファイバ端５０１がサンプル中央に配置された場合、光ファイバ５０の伝搬路が基板１１に接触しないため、当該配置を「非接触配置」とも記載する。これに対し、ファイバ端５０１がサンプル底部に配置された場合、光ファイバ５０の伝搬路が基板１１に接触するため、当該配置を「接触配置」とも記載する。

　図１５は、微小物体の濃縮数の算出手法の他の一例を説明するための図である。以下の測定例では、微小物体の濃縮領域の形状が図１１に示した形状とは相違したため、微小物体の濃縮数Ｎを算出するための幾何学モデルも変更した。具体的には、下記式（２）に従って微小物体の濃縮数Ｎを算出した。

　≪非接触配置≫
　図１６～図１８は、ファイバ端５０１がサンプル中央に配置された場合（非接触配置）の微小物体の濃縮結果を時系列に並べた図である。レーザ光源４０の駆動電流が互いに異なる場合の微小物体の濃縮結果が示されている。図１９は、ファイバ端５０１がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮結果を比較するための図である。図１９にはレーザ光の照射開始時から６０秒後に撮影された画像が示されている。図２０は、ファイバ端５０１がサンプル中央に配置された場合の微小物体の濃縮結果をまとめた図である。

　レーザ光源４０の駆動電流は、７００ｍＡ（レーザ出力４０１ｍＷ）、６００ｍＡ（レーザ出力３４４ｍＷ）または５００ｍＡ（レーザ出力２８７ｍＷ）に設定した。直径１μｍのポリスチレン粒子を用いた。ポリスチレン粒子の濃度は４．５５×１０^６～４．５５×１０^８［particles／ｍＬ］の範囲に設定した。サンプル体積は２０μＬであった。界面活性剤としてはＴｗｅｅｎ２０を用いた。界面活性剤の濃度は０～９．０５×１０^－５Ｍの範囲に調製した。

　図１６～図２０を参照して、駆動電流を５００ｍＡに設定した場合（サンプル番号６～８）または駆動電流を６００ｍＡに設定した場合（サンプル番号５）には、駆動電流を７００ｍＡに設定した場合（サンプル番号２～４）と比べて、ポリスチレン粒子の濃縮効率が低下した。また、界面活性剤を導入しなかった場合（サンプル番号１）には、駆動電流が７００ｍＡであってもポリスチレン粒子は濃縮されなかった。

　サンプル番号２～４の間では、駆動電流７００ｍＡが共通であり、かつ、ポリスチレン粒子の濃度４．５５×１０⁷［particles／ｍＬ］も共通である一方で、界面活性剤の濃度が互いに異なる。サンプル番号２～４の濃縮効率は、いずれも特許文献１に記載の濃縮効率（０．１５％）よりも２桁程度高かった。その中でも、界面活性剤の濃度が中間のサンプル番号３の濃縮効率が最も高く、かつ、濃縮効率のばらつきも最も小さかった。界面活性剤の濃度が最も低いサンプル番号２と、界面活性剤の濃度が最も高いサンプル番号４とでは、濃縮効率は十分に高いものの、濃縮効率のばらつきが相対的に大きかった。

　駆動電流が大きいほど、サンプル中で発生する熱対流（浮力対流およびマランゴニ対流）の流速が速くなる。一方、界面活性剤の濃度が高いほど、マイクロバブルの成長が抑制されるとともに熱対流（特にマランゴニ対流）の流速が抑制される。駆動電流の大きさと界面活性剤の濃度との組合せを最適化することによって、マイクロバブルのサイズを調整するとともに熱対流の流速を微小物体の濃縮に適した流速に調整でき、それにより、高く、かつ、ばらつきが小さい濃縮効率を実現できる。

　図２１は、ファイバ端５０１がサンプル中央に配置された場合（非接触配置）の微小物体の濃縮結果を示す蛍光観察像である。直径１μｍのポリスチレン粒子の濃度は４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］であった。Ｔｗｅｅｎ２０の濃度は５．４３×１０^－５Ｍであった。レーザ出力を３９０ｍＷに設定した。光照射時間は６０秒であった。非接触配置では、ファイバ端５０１（より詳細にはファイバ端５０１（固相）とサンプル（液相）とマイクロバブル（気相）との三相境界）にポリスチレン粒子が濃縮されることが分かる。

　図２２は、ファイバ端５０１がサンプル中央に配置された場合（非接触配置）の微小物体の濃縮効率を示す図である。ポリスチレン粒子の濃度が様々な値に設定された点を除き、測定条件は図２１のものと共通である。横軸はポリスチレン粒子の濃度を表す。縦軸はポリスチレン粒子の濃縮効率を表す。ポリスチレン粒子が低濃度ほど濃縮効率が高かった。最も低い濃度では１１．６％の濃縮効率が達成された。

　≪接触配置≫
　図２３は、ファイバ端５０１がサンプル底部に配置された場合（接触配置）の微小物体の濃縮結果の一例を示す図である。レーザ光源４０の駆動電流は、７００ｍＡ、６００ｍＡまたは５００ｍＡに設定した。直径１μｍのポリスチレン粒子を用いた。ポリスチレン粒子の濃度は４．５５×１０^８［particles／ｍＬ］に調製した。サンプル体積は２０μＬであった。界面活性剤としてはＴｗｅｅｎ２０を用いた。界面活性剤の濃度は５．４３×１０^－５Ｍに調製した。

　接触配置では駆動電流が上記３通りのどれであっても、ファイバ端５０１とマイクロバブルとの間よりも、むしろ光ファイバ５０の側面（以下「ファイバ側面５０２」と記載する）にポリスチレン粒子が濃縮された。これは、接触配置では、ファイバ端５０１の近くに位置する基板１２１が原因で、非接触配置とは異なる熱対流が発生するためと推測される。

　ファイバ側面５０２におけるサンプルの温度は、ファイバ端５０１におけるサンプルの温度よりも低い。したがって、接触配置は、熱的に弱い微小物体（薬剤、生体高分子などの生体物質）の濃縮に適すると考えられる。たとえば、ファイバ側面５０２の近傍に細胞を配置し、ファイバ側面５０２に薬剤を光濃縮することで、光濃縮された薬剤を細胞に導入することが可能になる。

　図２４は、ファイバ端５０１がサンプル底部に配置された場合（接触配置）の微小物体の濃縮結果の蛍光観察像を示す図である。ポリスチレン粒子のサイズおよび濃度が互いに異なる４つのサンプルを準備した。直径５００ｎｍのポリスチレン粒子（ＮＹＯ）の濃度は３．６４×１０^８［particles／ｍＬ］であった。直径１μｍのポリスチレン粒子（ＹＧ）の濃度は４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］であった。直径２μｍのポリスチレン粒子（ＹＧ）の濃度は４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］または５．６９×１０^６［particles／ｍＬ］であった。Ｔｗｅｅｎ２０の濃度は５．４３×１０^－５Ｍであった。レーザ出力を３２０ｍＷに設定した。光照射時間は６０秒であった。

　図２４より、接触配置ではファイバ端５０１だけでなくファイバ側面５０２にも大規模に濃縮されることが分かる。非接触配置では光ファイバ５０（ファイバ端５０１）にポリスチレン粒子が濃縮されるのに対し（図２１参照）、接触配置においては光ファイバ５０から比較的離れた位置にポリスチレン粒子が濃縮されるといってもよい。接触配置においてポリスチレン粒子が濃縮される領域は、ファイバ側面５０２から光ファイバ５０の直径（この例では１２５μｍ）と同程度の距離だけ離れた領域である。

　図２５は、ファイバ端５０１がサンプル底部に配置された場合（接触配置）の微小物体の濃縮結果のサイズ依存性を示す図である。横軸はポリスチレン粒子の直径を表す。上の縦軸はポリスチレン粒子の濃縮数を表し、下の縦軸はポリスチレン粒子の濃縮効率を表す。

　直径５００ｎｍのポリスチレン粒子（ＹＧ）の濃度は３．６９×１０^８［particles／ｍＬ］であった。直径１μｍのポリスチレン粒子（ＹＧ）の濃度は４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］であった。直径２μｍのポリスチレン粒子（ＹＧ）の濃度は４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］であった。これら３種類のサンプル間でポリスチレン粒子１個の体積比率を算出すると、５００μｍ：１μｍ：２μｍ＝０．１２５：１：８である。一方、サンプル中のポリスチレン粒子の濃度比率を算出すると、５００μｍ：１μｍ：２μｍ＝８．０１：１：０．０８１である。したがって、３種類のサンプル間では、サンプルに占める全ポリスチレン粒子の体積比率がほぼ等しい。

　ポリスチレン粒子の直径が小さいほど、濃縮数が多い一方で、濃縮効率は低かった。ここれは、サンプルに占める全ポリスチレン粒子の体積比率が等しい場合、ポリスチレン粒子の直径が大きいほど濃縮効率が高いことを示す。つまり、サイズが大きい粒子を効率的に濃縮可能である。

　図２６は、ファイバ端５０１がサンプル底部に配置された場合（接触配置）の微小物体の濃縮結果の濃度依存性を示す図である。横軸はポリスチレン粒子の濃度を表す。上の縦軸はポリスチレン粒子の濃縮数を表し、下の縦軸はポリスチレン粒子の濃縮効率を表す。

　直径２μｍのポリスチレン粒子（ＹＧ）を用いた。２つのサンプルのうちの一方のサンプルにおけるポリスチレン粒子の濃度は５．６８×１０^６［particles／ｍＬ］であった。もう一方のサンプルにおけるポリスチレン粒子の濃度は４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］であった。

　ポリスチレン粒子の濃度が低いほうが濃縮効率が高かった。その理由としては、高濃度では、マイクロバブルの周囲の集積サイトが集積されたポリスチレン粒子により飽和し、さらなる集積を困難にする可能性が考えられる。

　≪流れ場解析≫
　図２７は、ファイバ端５０１がサンプル底部に配置された場合（接触配置）の熱対流の流れ方の解析結果を示す図である。図２６において濃縮効率が高かった直径２μｍ、濃度５．６８×１０^６［particles／ｍＬ］のポリスチレン粒子を含むサンプルを用いた。粒子トラッキングによる流れ場解析を行い、図２７に示す６箇所における熱対流の流速を求めた。

　ファイバ側面５０２における流速（５および６）がマイクロバブル近傍（ファイバ端５０１）における流速速度（１～４）よりも遅かった。これは、接触配置ではファイバ側面５０２によどみ領域が生じて集積サイトになることを示す証拠の１つである。なお、ポリスチレン粒子をファイバ側面５０２に濃縮する駆動力としては、熱対流に加えて、光ファイバ５０と濃縮キット１１（この例ではカバーガラス）との間に起こる毛細管現象、および／または、ファイバ端５０１で発生する温度勾配による熱泳動も寄与している可能性がある。

　［実施例６］
　＜金属薄膜の特性変化＞
　ファイバ端５０１に形成される金属薄膜の特性変化の影響について説明する。

　図２８は、レーザ光源４０の駆動電流を変化させた場合のレーザ光の透過率および消衰率を示す図である。横軸は、レーザ光源４０の駆動電流を表す。上図の縦軸は、ファイバ端５０１の透過率を表す。下図の縦軸はファイバ端５０１の消衰率を表す。なお、消衰率は、消衰率＝吸収率＋反射率＝１００％－透過率の関係式を満たす。

　図２８に示す測定では、駆動電流を５０ｍＡから７００ｍＡまで５０ｍＡずつ増大させた後、駆動電流を７００ｍＡから５０ｍＡまで５０ｍＡずつ減少させた。駆動電流を変化させる時間間隔は１０秒であった。その結果、駆動電流を増大させた場合と、その後に駆動電流を減少させた場合とでは、透過率も消衰率も異なった。言い換えると、透過率および消衰率にヒステリシスが生じた。特に、駆動電流を増大させた後に駆動電流を減少させた場合に、ファイバ端５０１の消衰率が約２０％で一定になった。

　図２９は、レーザ光源４０の駆動電流の変化前後でファイバ端５０１を撮影した画像を示す図である。ファイバ端５０１は平坦な端面を有する。白黒画像ではやや分かりにくいが、駆動電流を順に増大させる途中、駆動電流が１５０ｍＡ～３５０ｍＡの範囲内であるときにファイバ端５０１の色変化が観察された。ファイバ端５０１の色変化は、ファイバ端５０１に加えてファイバ側面５０２を含む広範囲で観察された。これは、広範囲で金属薄膜５２（この例では金薄膜）の特性が変化した可能性を示唆している。金属薄膜５２の特性変化のメカニズムは現段階では明らかでないが、光発熱効果の影響も考えられる。

　図２８および図２９に示した結果によれば、濃縮工程（図４のＳ９の処理）の前処理として、駆動電流を減少させるのに先立って駆動電流を増大させる処理を追加できる。これにより、光ファイバ５０（ファイバ端５０１およびファイバ側面５０２）の特性変化を積極的に起こすことができる。光ファイバ５０の特性変化を予め起こして特性を安定化させておくことで、濃縮工程の途中で駆動電流を変化させた場合（すなわち、光ファイバ５０内を伝搬する光の出力を変化させた場合）に起こり得る特性変化を抑制できる。これにより、微小物体を濃縮する光学的な条件を固定できる。よって、たとえば複数のサンプルに対して濃縮工程を実施する場合にサンプル間で条件を統一できる。

　なお、特許文献１，２のように容器の底面、基板の主面などでマイクロバブルが成長する場合、マイクロバブルのサイズが測定ごとにばらつき得る。これに対し、ファイバ端５０１においてマイクロバブルが成長する場合、マイクロバブルのサイズは、光ファイバ５０の直径（ファイバ端５０１の面積）に依存し得る。光ファイバ５０の直径は光ファイバ５０の仕様に応じた固定値（この例では１２５μｍ）であるため、光ファイバ５０を用いることでマイクロバブルのサイズのばらつきを低減できる。この点も、複数のサンプルに対して濃縮工程を実施する場合にサンプル間で条件を統一するのに役立つ。

　図３０は、ファイバ端５０１に金属薄膜５２が形成されていない場合の微小物体の濃縮結果の連続画像を示す図である。図３１は、ファイバ端５０１に金属薄膜５２が形成されている場合の微小物体の濃縮結果の連続画像を示す図である。図３１には、金属薄膜５２の特性変化を起こす処理の追加後の濃縮結果が示されている。

　直径１μｍのポリスチレン粒子を微小物体として用いた。ポリスチレン粒子の濃度は４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］であった。サンプルの体積は２０μＬであった。駆動電流は７００ｍＡに設定した。レーザ光の照射時間は６０秒間に設定した。界面活性剤としてはＴｗｅｅｎ２０を用いた。界面活性剤の濃度は５．４３×１０^－５Ｍであった。

　金属薄膜５２が形成されていない場合、レーザ光の照射に伴って生じる光誘起力によってポリスチレン粒子が低速で移動するだけで、熱対流は発生しなかった。よって、ポリスチレン粒子の光濃縮は起こらなかった（図３０参照）。一方、金属薄膜５２が形成されている場合、マイクロバブルは発生しなかったものの、光誘起力（より詳細には散逸力）と熱対流とによってポリスチレン粒子が高速でファイバ端５０１に向けて輸送されてファイバ端５０１の前方で濃縮された（図３１参照）。

　図３１に示した測定においてマイクロバブルが発生していないのは、レーザ光の照射に伴う温度上昇量が比較的小さいためと考えられる。このような条件下で濃縮工程を実施することにより、微小物体および濃縮キット１１（金属薄膜５２など）に与え得る熱的なダメージを抑制しつつ、微小物体を高効率に集積して濃縮することが可能である。この効果は、細菌のように微小物体が熱的に弱い場合に特に重要な利点である。

　［実施例７］
　＜光濃縮可能な微小物体＞
　ポリスチレン粒子以外の様々な微小物体の光濃縮結果について説明する。

　≪細菌≫
　図３２および図３３は、細菌の濃縮結果の蛍光観察像を時系列に並べた図である。図３２および図３３には細菌の濃度が互いに異なる場合の細菌の濃縮結果が示されている。図３４は、細菌の濃縮結果の蛍光観察像をレーザ光の照射前と照射後とで比較するための図である。図３５は、レーザ光の照射停止後の細菌の様子を観察した結果を示す図である。図３５には、レーザ光の照射停止直後と、それから５秒後の細菌の様子が示されている。

　細菌としては大腸菌（Escherichia　coliまたはE.　coli）を用いた。細菌の濃度は、２．３×１０^５，２．３×１０^６，２．３×１０^７［cell／ｍＬ］の３通りに設定した。蛍光色素にはＳＹＴＯ９（登録商標）を用いた。ＳＹＴＯ９は、生存している細菌と死滅した細菌との両方を染色する。レーザ光源４０の駆動電流は、７００ｍＡ（レーザ出力４０１ｍＷ）に設定した。

　図３２～図３４に示すように、細菌の濃度が２．３×１０^６または２．３×１０^７［cell／ｍＬ］である場合、ファイバ端５０１の周囲（ファイバ端５０１の前方を含む）に細菌を光濃縮できることを確認できた。細菌の濃度が２．３×１０^７［cell／ｍＬ］である場合には細菌の光濃縮が特に顕著に確認された。また、図３５に示すように、レーザ光の照射を停止にすると、ファイバ端５０１に濃縮されていた細菌がサンプル中に拡散していく様子が観察された。

　≪ナノダイヤモンド≫
　図３６は、ナノダイヤモンドの濃縮結果の蛍光観察像を示す図である。ナノダイヤモンドは、退色がほとんどなく細胞イメージング、細胞内の特性（温度、ｐＨなど）評価において重要な量子センサ（量子プローブ）の一種である。量子センサとは、微小な物理量を量子力学の法則を利用して計測するためのセンサである。量子センサは、ライフサイエンスだけでなく、ＩｏＴ、環境、エネルギーなどの様々な分野において次世代の超高感度センシング技術として期待されている。図３６には比較のため、ポリスチレン粒子の濃縮結果も併せて示されている。

　直径１００ｎｍのナノダイヤモンドの濃度は５．４３×１０^１０［particles／ｍＬ］であった。直径１００ｎｍのポリスチレン粒子の濃度も同程度の４．５５×１０^１０［particles／ｍＬ］であった。非接触配置においてレーザ出力を３２０ｍＷに設定した。

　ナノダイヤモンドの濃縮数は（２．５±１．４）×１０^７［particles］であり、ポリスチレン粒子の濃縮数（８．２±４．６）×１０^６［particles］よりも多かった。ナノダイヤモンドの濃縮効率は２．３±１．３％であり、ポリスチレン粒子の濃縮効率０．８９±０．５％よりも高かった。

　このように、細菌、細胞などの生体物質の光濃縮が可能であるだけでなく、細胞イメージング等に使用されるナノダイヤモンドの光濃縮も可能であることが実証された。量子センサは、ナノダイヤモンド以外にも、蛍光分子、量子ドット、金属ナノ粒子、金属ナノロッドなどを含み得る。これらの量子センサ（１種類であってもよいし、複数種類であってもよい）もナノダイヤモンドと同様に光濃縮可能である。

　［実施例８］
　＜長距離光濃縮＞
　実施例５にて説明した非接触配置または接触配置における光濃縮とも異なる、第３の光濃縮態様について説明する。

　図３７は、光濃縮の３態様を整理した図である。実施例６にて説明した特性変化（特性の安定化）を起こした先端（平坦な端面）を有する光ファイバを接触配置した場合に、図３７の右図に示すように、光ファイバの先端から出射されるレーザ光の光路に沿って長い距離に亘ってポリスチレン粒子が光濃縮された。この態様を「長距離光濃縮」と称する。この例では、長距離光濃縮が起こる距離は、右図の縦方向の撮影範囲０．８５ｍｍよりも長い。

　なお、非接触配置における光濃縮結果は、直径１μｍのポリスチレン粒子を濃度４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］に調製して用いたものである。接触配置における光濃縮は、直径２μｍのポリスチレン粒子を濃度５．６８×１０^６［particles／ｍＬ］に調製して用いたものである。長距離光濃縮は、直径２μｍのポリスチレン粒子を濃度４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］に調製して用いたものである。

　図３８は、長距離光濃縮のメカニズムを説明するための図である。左側には側面図が時系列に示され、右側には上面図が時系列に示されている。

　レーザ光の照射に伴い、ファイバ端５０１に設けられた金属薄膜５２の光発熱効果により、ファイバ端５０１の近傍が局所的に加熱される。これにより、熱対流が発生する。加えて、金属薄膜５２を透過したレーザ光による光誘起力が微小物体に作用することで微小物体が輸送される。さらに、濃縮キット１１の表面（濃縮キット１１を構成するカバーガラスの表面）にエバネッセント波が誘起されて光誘起力を発生させている可能性も考えられる。このように熱対流および光誘起力の両方による微小物体の輸送が長距離光濃縮に寄与している可能性がある。光誘起力は、金属薄膜５２を透過したレーザ光による光誘起力と、濃縮キット１１の表面に誘起されるエバネッセント波による光誘起力とのうちの一方のみであってもよいし、両方であってもよい。また、熱対流を発生させることなく、金属薄膜５２を透過したレーザ光による光誘起力および／または濃縮キット１１の表面に誘起されるエバネッセント波による光誘起力のみによって微小物体を輸送することも可能である。

　図３９は、比較例における光濃縮結果の蛍光観察像を時系列に並べた図である。図４０および図４１は、本実施例における光濃縮結果の蛍光観察像を時系列に並べた図である。

　図３９は、金属薄膜５２が設けられていない場合の結果を示す。図４０および図４１は、光ファイバの先端に金属薄膜（膜厚１０ｎｍ）が設けられており、その金属薄膜の特性変化を起こした場合の結果を示す。図３９および図４０では、ポリスチレン粒子のサイズ（直径１μｍ）も濃度（４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］）も等しい。図４１では、ポリスチレン粒子の濃度（４．５５×１０^７［particles／ｍＬ］）は等しいが、ポリスチレン粒子のサイズ（直径２μｍ）が異なる。いずれにおいても、空気中で５４０ｍＷで１分間のレーザ照射を行った後、サンプル中で４８５ｍＷで５分間のレーザ照射を行った。レーザ光は、図中の下方から上方に向けて照射される。

　比較例を示す図３９では、ファイバ端５０１（各画像の下部分）では光濃縮は起こらず、先端から離れた位置で光濃縮が起こった。これに対し、本実施例を示す図４０では、ファイバ端５０１を起点として長距離かつ高効率に光濃縮が観察された。ポリスチレン粒子の直径が大きい場合の図４１では、長距離、かつ、図４０と比べてさらに高効率な光濃縮が観察された。

　以上のように、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、光ファイバ５０の先端に形成された金属薄膜５２の光発熱効果を利用して光ファイバ５０の先端近傍に微小物体が濃縮される。光ファイバ５０の先端は、サンプル中の任意の位置に調整可能である。よって、実施の形態２によれば、サンプル中の任意の場所に微小物体を濃縮できる。

　実施の形態１，２では、光ファイバ５０の先端がサンプル中（気液界面を含む）に配置される構成について説明した。しかし、熱対流を発生させる上で光ファイバ５０の先端がサンプル中に配置されていることは必須ではなく、光ファイバ５０の先端がサンプル外に配置されていてもよい。光ファイバ５０の先端がサンプル外に配置されていても、光ファイバ５０とサンプルとの間の距離が過度に離れていない限り、光発熱効果によってサンプル中に温度分布を生成可能なためである。光ファイバ５０の先端は、金属薄膜５２の吸収波長域に含まれる波長の光を光ファイバ５０に導入した場合にサンプルが加熱されてサンプル中に対流が発生する位置に配置される。

　なお、実施の形態１では実施例１～４を説明し、実施の形態２では実施例５～８を説明した。これらの実施例は適宜組合わせることができる。たとえば、接触配置／非接触配置（実施例５）は、実施の形態１の各実施例１～４に当然に適用可能である。金属薄膜の特性変化（実施例６）は、実施の形態１の実施例１～４に適用可能であるとともに、実施の形態２の他の実施例５，７にも適用可能である。界面活性剤（実施例３）についても実施の形態１の実施例１，２，４にも実施の形態２の実施例５～８にも適用可能である。

　［態様］
　上記の例示的な実施形態は以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

　＜第１項＞
　光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバを準備するステップと、
　複数の微小物体が分散した液体中に前記先端を配置するステップと、
　前記光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を前記光ファイバに導入することによって、前記先端の周囲の液体を加熱して対流を発生させるステップとを含む、微小物体の濃縮方法。

　＜第２項＞
　前記配置するステップは、前記液体中における前記先端の位置または高さを調整するステップを含む、第１項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第３項＞
　前記準備するステップは、前記光ファイバ内を伝搬する光の出力の変化に対して前記光熱変換材料の透過率または消衰率が安定化するように前記光熱変換材料を前処理するステップを含む、第１項または第２項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第４項＞
　前記対流を発生させるステップは、前記先端にマイクロバブルを発生させ、前記先端と前記マイクロバブルとの間の領域に前記複数の微小物体を濃縮するステップを含む、第１項～第３項のいずれか１項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第５項＞
　前記配置するステップは、前記液体を保持する基板に対する前記光ファイバの配置を非接触配置および接触配置のうちの一方に設定するステップを含み、
　前記非接触配置は、前記光ファイバの伝搬路が前記基板に接触しない配置であり、
　前記接触配置は、前記光ファイバの伝搬路が前記基板に接触する配置である、第３項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第６項＞
　前記配置するステップは、前記光ファイバを前記非接触配置に設定するステップであり、
　前記対流を発生させるステップは、前記前処理が行われた前記先端にマイクロバブルを発生させずに、前記先端に前記複数の微小物体を濃縮するステップを含む、第５項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第７項＞
　前記配置するステップは、前記光ファイバを前記接触配置に設定するステップであり、
　前記対流を発生させるステップは、前記先端から出射された光の光路に沿って前記複数の微小物体を濃縮するステップを含む、第５項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第８項＞
　前記対流を発生させるステップに先立ち、前記液体中に界面活性剤を導入するステップをさらに含む、第１項～第７項のいずれか１項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第９項＞
　前記導入するステップは、前記液体中の前記界面活性剤の濃度を臨界ミセル濃度に調製するステップを含む、第８項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第１０項＞
　前記複数の微小物体の各々は量子センサであり、
　前記量子センサは、ナノダイヤモンド、蛍光分子、量子ドット、金属ナノ粒子および金属ナノロッドのうちの少なくとも１つを含む、第１項～第９項のいずれか１項に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第１１項＞
　液体中に分散した複数の微小物体を濃縮する、微小物体の濃縮方法であって、
　光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバを準備するステップと、
　前記光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を前記光ファイバに導入した場合に前記液体が加熱されて前記液体中に対流が発生する位置に前記先端を配置するステップとを含む、微小物体の濃縮方法。

　＜第１２項＞
　前記配置するステップは、前記液体中に前記対流に加えて光誘起力が発生する位置に前記先端を配置するステップを含み、
　前記光誘起力は、前記光熱変換材料を透過した光による光誘起力と、前記液体を保持する基板表面に前記光ファイバを伝搬する光により誘起されるエバネッセント波による光誘起力とのうちの少なくとも一方を含む、請求項１１に記載の微小物体の濃縮方法。

　＜第１３項＞
　液体中に分散した複数の微小物体を濃縮する、微小物体の濃縮方法であって、
　先端を有する光ファイバを準備するステップと、
　光を前記光ファイバに導入した場合に前記液体中に光誘起力が発生する位置に前記先端を配置するステップとを含み、
　前記光誘起力は、前記先端から発せられた光による光誘起力と、前記液体を保持する基板表面に前記光ファイバを伝搬する光により誘起されるエバネッセント波による光誘起力とのうちの少なくとも一方を含む、微小物体の濃縮方法。

　＜第１４項＞
　複数の微小物体が分散した液体を主面上に保持するように構成された基板と、
　光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバとを備え、
　前記光ファイバは、前記液体が前記主面上に保持された場合に前記先端が前記液体中に配置されるように構成されている、微小物体の濃縮キット。

　＜第１５項＞
　前記光熱変換材料の色は、前記光ファイバ内を伝搬する光の出力の変化に伴う変化後の色である、第１４項に記載の微小物体の濃縮キット。

　＜第１６項＞
　前記先端の形状は、真円である、第１４項または第１５項に記載の微小物体の濃縮キット。

　＜第１７項＞
　前記光ファイバは、マルチモードファイバである、第１４項～第１６項のいずれか１項に記載の微小物体の濃縮キット。

　＜第１８項＞
　光熱変換材料が設けられた第１端と、第２端とを有する光ファイバと、
　複数の微小物体が分散した液体が濃縮キットに保持された状態において、前記液体中における前記第１端の位置または高さを調整する調整機構と、
　前記第２端に光学的に結合され、前記光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を発する光源とを備える、微小物体の濃縮システム。

　＜第１９項＞
　前記光源は、前記光により前記第１端の周囲の液体を加熱することによって、前記第１端にマイクロバブルを発生させ、
　前記微小物体の濃縮システムは、
　　前記第１端と前記マイクロバブルとの間の領域の画像を撮影する撮影機器と、
　　前記画像から求まる以下の式（１）に従って、前記領域における前記複数の微小物体の濃縮数を算出するプロセッサとをさらに備え、

　前記式（１）において、
　　Ｎは、前記複数の微小物体の濃縮数を表し、
　　ｈは、前記複数の微小物体の濃縮領域の高さを表し、
　　ｒ１は、前記第１端の端面に対して垂直に延びる前記マイクロバブルの仮想的な中心軸と、前記濃縮領域の外周部との間の距離を表し、
　　ｒ２は、前記中心軸と、前記濃縮領域の内周部との間の距離を表し、
　　ｒ３は、前記中心軸と、前記濃縮領域のうち前記高さに対応する部分との間の距離を表し、
　　Ｖは、前記複数の微小物体の各々の体積を表し、
　　Ｆは、六方最密構造の充填率を表す、第１８項に記載の微小物体の濃縮システム。

　＜第２０項＞
　前記光源は、前記光により前記第１端の周囲の液体を加熱することによって、前記第１端にマイクロバブルを発生させ、
　前記微小物体の濃縮システムは、
　　前記第１端と前記マイクロバブルとの間の領域の画像を撮影する撮影機器と、
　　前記画像から求まる以下の式（２）に従って、前記領域における前記複数の微小物体の濃縮数を算出するプロセッサとをさらに備え、

　前記式（２）において、
　　Ｎは、前記複数の微小物体の濃縮数を表し、
　　ｈは、前記複数の微小物体の濃縮領域の高さを表し、
　　ｒ１は、前記第１端の端面に対して垂直に延びる前記マイクロバブルの仮想的な中心軸と、前記濃縮領域の外周部との間の距離を表し、
　　ｒ２は、前記中心軸と、前記濃縮領域の内周部との間の距離を表し、
　　ｒ３は、前記中心軸と、前記濃縮領域のうち前記高さに対応する部分との間の距離を表し、
　　Ｖは、前記複数の微小物体の各々の体積を表し、
　　Ｆは、六方最密構造の充填率を表す、第１８項に記載の微小物体の濃縮システム。

　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　濃縮システム、１１，１２　濃縮キット、１１１　上面、１２１　基板、１２２　カバー、１２３　スペーサ、２０　サンプルステージ、３０　サンプル調整機構、４０　レーザ光源、５０　光ファイバ、５１　伝搬路、５２　金属薄膜、５０１　ファイバ端、５０２　ファイバ側面、６０　ファイバステージ、７０　ファイバ調整機構、８１　照明光源、８２　対物レンズ、８３　レンズ、８４　カメラ、９１　スライドガラス、１００　コントローラ、１０１　プロセッサ、１０２　メモリ、１０３　入出力ポート。

Claims (20)

1. 　光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバを準備するステップと、
   　複数の微小物体が分散した液体中に前記先端を配置するステップと、
   　前記光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を前記光ファイバに導入することによって、前記先端の周囲の液体を加熱して対流を発生させるステップとを含む、微小物体の濃縮方法。
2. 　前記配置するステップは、前記液体中における前記先端の位置または高さを調整するステップを含む、請求項１に記載の微小物体の濃縮方法。
3. 　前記準備するステップは、前記光ファイバ内を伝搬する光の出力の変化に対して前記光熱変換材料の透過率または消衰率が安定化するように前記光熱変換材料を前処理するステップを含む、請求項１に記載の微小物体の濃縮方法。
4. 　前記対流を発生させるステップは、前記先端にマイクロバブルを発生させ、前記先端と前記マイクロバブルとの間の領域に前記複数の微小物体を濃縮するステップを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の微小物体の濃縮方法。
5. 　前記配置するステップは、前記液体を保持する基板に対する前記光ファイバの配置を非接触配置および接触配置のうちの一方に設定するステップを含み、
   　前記非接触配置は、前記光ファイバの伝搬路が前記基板に接触しない配置であり、
   　前記接触配置は、前記光ファイバの伝搬路が前記基板に接触する配置である、請求項３に記載の微小物体の濃縮方法。
6. 　前記配置するステップは、前記光ファイバを前記非接触配置に設定するステップであり、
   　前記対流を発生させるステップは、前記前処理が行われた前記先端にマイクロバブルを発生させずに、前記先端に前記複数の微小物体を濃縮するステップを含む、請求項５に記載の微小物体の濃縮方法。
7. 　前記配置するステップは、前記光ファイバを前記接触配置に設定するステップであり、
   　前記対流を発生させるステップは、前記先端から出射された光の光路に沿って前記複数の微小物体を濃縮するステップを含む、請求項５に記載の微小物体の濃縮方法。
8. 　前記対流を発生させるステップに先立ち、前記液体中に界面活性剤を導入するステップをさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の微小物体の濃縮方法。
9. 　前記導入するステップは、前記液体中の前記界面活性剤の濃度を臨界ミセル濃度に調製するステップを含む、請求項８に記載の微小物体の濃縮方法。
10. 　前記複数の微小物体の各々は量子センサであり、
    　前記量子センサは、ナノダイヤモンド、蛍光分子、量子ドット、金属ナノ粒子および金属ナノロッドのうちの少なくとも１つを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の微小物体の濃縮方法。
11. 　液体中に分散した複数の微小物体を濃縮する、微小物体の濃縮方法であって、
    　光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバを準備するステップと、
    　前記光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を前記光ファイバに導入した場合に前記液体が加熱されて前記液体中に対流が発生する位置に前記先端を配置するステップとを含む、微小物体の濃縮方法。
12. 　前記配置するステップは、前記液体中に前記対流に加えて光誘起力が発生する位置に前記先端を配置するステップを含み、
    　前記光誘起力は、前記光熱変換材料を透過した光による光誘起力と、前記液体を保持する基板表面に前記光ファイバを伝搬する光により誘起されるエバネッセント波による光誘起力とのうちの少なくとも一方を含む、請求項１１に記載の微小物体の濃縮方法。
13. 　液体中に分散した複数の微小物体を濃縮する、微小物体の濃縮方法であって、
    　先端を有する光ファイバを準備するステップと、
    　光を前記光ファイバに導入した場合に前記液体中に光誘起力が発生する位置に前記先端を配置するステップとを含み、
    　前記光誘起力は、前記先端から発せられた光による光誘起力と、前記液体を保持する基板表面に前記光ファイバを伝搬する光により誘起されるエバネッセント波による光誘起力とのうちの少なくとも一方を含む、微小物体の濃縮方法。
14. 　複数の微小物体が分散した液体を主面上に保持するように構成された基板と、
    　光熱変換材料が設けられた先端を有する光ファイバとを備え、
    　前記光ファイバは、前記液体が前記主面上に保持された場合に前記先端が前記液体中に配置されるように構成されている、微小物体の濃縮キット。
15. 　前記光熱変換材料の色は、前記光ファイバ内を伝搬する光の出力の変化に伴う変化後の色である、請求項１４に記載の微小物体の濃縮キット。
16. 　前記先端の形状は、真円である、請求項１４または１５に記載の微小物体の濃縮キット。
17. 　前記光ファイバは、マルチモードファイバである、請求項１４または１５に記載の微小物体の濃縮キット。
18. 　光熱変換材料が設けられた第１端と、第２端とを有する光ファイバと、
    　複数の微小物体が分散した液体が濃縮キットに保持された状態において、前記液体中における前記第１端の位置または高さを調整する調整機構と、
    　前記第２端に光学的に結合され、前記光熱変換材料の吸収波長域に含まれる波長の光を発する光源とを備える、微小物体の濃縮システム。
19. 　前記光源は、前記光により前記第１端の周囲の液体を加熱することによって、前記第１端にマイクロバブルを発生させ、
    　前記微小物体の濃縮システムは、
    　　前記第１端と前記マイクロバブルとの間の領域の画像を撮影する撮影機器と、
    　　前記画像から求まる以下の式（１）に従って、前記領域における前記複数の微小物体の濃縮数を算出するプロセッサとをさらに備え、
    

    

    
    　前記式（１）において、
    　　Ｎは、前記複数の微小物体の濃縮数を表し、
    　　ｈは、前記複数の微小物体の濃縮領域の高さを表し、
    　　ｒ_１は、前記第１端の端面に対して垂直に延びる前記マイクロバブルの仮想的な中心軸と、前記濃縮領域の外周部との間の距離を表し、
    　　ｒ_２は、前記中心軸と、前記濃縮領域の内周部との間の距離を表し、
    　　ｒ_３は、前記中心軸と、前記濃縮領域のうち前記高さに対応する部分との間の距離を表し、
    　　Ｖは、前記複数の微小物体の各々の体積を表し、
    　　Ｆは、六方最密構造の充填率を表す、請求項１８に記載の微小物体の濃縮システム。
20. 　前記光源は、前記光により前記第１端の周囲の液体を加熱することによって、前記第１端にマイクロバブルを発生させ、
    　前記微小物体の濃縮システムは、
    　　前記第１端と前記マイクロバブルとの間の領域の画像を撮影する撮影機器と、
    　　前記画像から求まる以下の式（２）に従って、前記領域における前記複数の微小物体の濃縮数を算出するプロセッサとをさらに備え、
    

    

    
    　前記式（２）において、
    　　Ｎは、前記複数の微小物体の濃縮数を表し、
    　　ｈは、前記複数の微小物体の濃縮領域の高さを表し、
    　　ｒ_１は、前記第１端の端面に対して垂直に延びる前記マイクロバブルの仮想的な中心軸と、前記濃縮領域の外周部との間の距離を表し、
    　　ｒ_２は、前記中心軸と、前記濃縮領域の内周部との間の距離を表し、
    　　ｒ_３は、前記中心軸と、前記濃縮領域のうち前記高さに対応する部分との間の距離を表し、
    　　Ｖは、前記複数の微小物体の各々の体積を表し、
    　　Ｆは、六方最密構造の充填率を表す、請求項１８に記載の微小物体の濃縮システム。

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