JPH04354532A - マルチビーム微粒子操作方法 - Google Patents

マルチビーム微粒子操作方法

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JPH04354532A JP3130106A JP13010691A JPH04354532A JP H04354532 A JPH04354532 A JP H04354532A JP 3130106 A JP3130106 A JP 3130106A JP 13010691 A JP13010691 A JP 13010691A JP H04354532 A JPH04354532 A JP H04354532A
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fine particle
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弘明 三澤
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敬司 笹木
Noboru Kitamura
喜多村　▲のぼる▼
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    • H05H3/04—Acceleration by electromagnetic wave pressure

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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
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  • Microscoopes, Condenser (AREA)

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、マルチビーム微粒子
操作方法に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、生物工学、化学等の諸分野において有用な、マイ
クロメートルオーダーの微粒子の複数種のものを非接触
で自由に操作することのできるマルチビーム微粒子操作
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、マイクロメートル
オーダーの微粒子をレーザ光によって捕捉するレーザト
ラッピング方法が知られており、生物工学における細胞
操作や化学分野における微粒子の改質、反応等への応用
が期待されている。このレーザトラッピング方法につい
ては、すでにこの発明の発明者らによって、マイクロマ
ニピュレーションの発展としていくつかの提案がなされ
ており、微粒子群による動態パターンの形成、マイクロ
微粒子加工、金属微粒子の操作等について画期的な方法
を開発してきている（特願平１−３１８２５８，特願平
２−７８４２１，特願平２−４０２０６３，特願平３−
１０４５１７）。
【０００３】これらの方法によって、微粒子または微粒
子群の捕捉、移動、加工等が非接触で、かつ、自由に操
作できるようになってきている。しかしながら、このよ
うなレーザビームによるマイクロマニピュレーション技
術の発展にもかかわらず、複数の微粒子を、各々、独立
して操作することのできる方法についてはこれまで確立
されていなかった。このため、レーザ走査マイクロマニ
ピュレーションの応用の拡大にとっての障害となってい
た。
【０００４】そこで、この発明は、以上の通りの従来法
の課題を解決し、複数の微粒子または微粒子群であって
も、これを捕捉、加工、組み立て等することのできる新
しい方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【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、複数のレーザビームを相互に異
なる微粒子または微粒子群に照射し、これらの微粒子ま
たは微粒子群を捕捉および／または操作することを特徴
とするマルチビーム微粒子操作方法を提供する。
【０００６】また、この発明は、単一レーザ光を分割し
、これをさらに同軸化して照射することや、レーザ光を
偏光し、偏光ビームスプリッターで分割し、これをさら
に同軸化した複数のビームを照射することをその態様と
してもいる。
【０００７】
【実施例】以下、さらに詳しくこの発明のマルチビーム
微粒子操作法について具体例を示しつつ説明する。この
発明の方法に用いることのできるシステム構成は、たと
えば図１に示すことができる。この例においては、トラ
ッピング用レーザ光として、ＣＷＮｄ：ＹＡＧレーザ（
Ｓｐｅｃｔｒｏｎ　　ＳＬ９０２Ｔ、波長１０６４ｎｍ
、直線偏光）を用いている。このレーザー光をλ／４板
で円偏光にし、偏光ビームスプリッタで２つのビームに
分割する。この分割された２本のレーザビームを、それ
ぞれに、２枚のガルバノミラー（ＧＳＺ　　Ｑ３２５Ｄ
Ｔ）で２軸方向に偏光させた後、偏光ビームスプリッタ
で同軸にする。このとき、２つのビームは偏光方向が直
交するので干渉しない（ビームの相対位置により強度分
布が変化しない）という特徴がある。これらのレーザビ
ームは、レンズ系で顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ　Ｏｐｔｉｐｈ
ｏｔ　　ＸＦ）に導かれ、油浸対物レンズ（ｘ　１００
、ＮＡ＝１．３０）で試料上に集光される。集光スポッ
トの大きさは１μｍである。 ガルバノミラーは顕微鏡の開口瞳と結像位置にあり、ガ
ルバノミラーによる偏向により、焦点位置は試料上を２
次元的に走査する。ガルバノミラーはコンピュータ（Ｎ
ＥＣ　　ＰＣ９８０１　　ＲＡ）で制御され、キーボー
ドの操作により２つのビームを思いのままに動かすこと
ができる。また、レーザ走査法により、それぞれのビー
ムで複数の微粒子を配列させたり金属微粒子・低屈折率
微粒子を捕捉することも可能である。レーザ走査の経路
もキーボード入力で自由に設定できる。一方、励起レー
ザ光には、Ｑ−スイッチＹＡＧレーザ（波長＝３５５ｎ
ｍ、パルス幅＝約３０ｐｓ）を用い、トラッピングレー
ザ光と同軸で試料に集光する。微粒子マニピュレーショ
ンの様子は、ＣＣＤカメラおよびビデオ録画装置で観測
する。また、モニタ画面上には、レーザビームの位置、
操作の状況等がスパーインポーズで表示される。
【０００８】たとえば以上のシステム構成を用いて、直
径３μｍの単分散ポリスチレン微粒子を、アクリル酸（
モノマー）、Ｎ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミド（
架橋剤）、ダロキュアー１１１６（光重合開始剤）を溶
かしたエチレングリコールに分散させたものを試料とし
てマイクロマニピュレーションを行った場合の例を次に
説明する。 ＜操作例＞まず、図２に示したように、２本のビームで
それぞれに上記試料のポリスチレンラテックス微粒子を
捕捉し、ビームを移動して微粒子を接触させる。次に、
その接点に励起レーザを照射し光重合を開始させる。レ
ーザ照射数秒後、ポリスチレン微粒子の表面にアクリル
酸ゲルが発生し２つの微粒子が接着する。ビームを動か
して接着を確認した上で、一方のビームのレーザ走査を
開始し、結合微粒子を捕捉する。次に、図３に示したよ
うに、もう一方のビームは、移動して別の微粒子を捕捉
した後、接着した２つの微粒子の任意の位置に移動させ
接触させる。その接点に、励起レーザ光を先程と同様に
照射し、再び光重合により接着を行う。この操作を繰り
返すと微粒子による構造物ができ上がる。
【０００９】次に、この微粒子構造物を回転運動させる
ために、図４に示したように、（ａ）まず、レーザ走査
を停止して、構造物の任意の２点を捕捉する。（ｂ）１
方のビームを固定してこれを回転軸とし、（ｂ）（ｃ）
（ｄ）もう一方のビームはこの軸を中心として円形走査
を開始する。すると、微小構造物は回転運動を始める。
【００１０】もちろん、以上の操作においては、各種の
レーザビーム光学系が採用でき、また、対象とする微粒
子も、有機ポリマーだけでなく、各種の有機物、無機あ
るいは金属の微粒子等が対象となる。生物細胞等の生物
試料であってもよい。この方法によって、干渉しない２
本のトラッピング・レーザ光で、あたかも人間の左右の
手の様に微粒子を操ることができる。その操作はすべて
コンピユータで制御される。さらに、励起レーザ光を同
軸で導入することにより、加工・組み立て用の化学反応
を誘起することが可能である。
【００１１】
【発明の効果】複数のレーザビームを用いたこの発明の
マイクロマニピュレーション法により複数の微粒子、あ
るいは微粒子群の加工・組み立てや機械的運動を行うこ
とが可能となる。この手法はマイクロマシーンの組み立
て・駆動装置として直接応用できるだけでなく、それに
よってマイクロメートルオーダーの物理・化学・機械・
電気的に重要な微小構造物を構築したり、さらに、それ
を制御することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に用いることのできるシステム構成を
例示したブロック図である。
【図２】この発明による微粒子操作例を示した平面図で
ある。
【図３】この発明による微粒子操作例を示した平面図で
ある。
【図４】この発明による微粒子操作例を示した平面図で
ある。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　複数のレーザビームを相互に異なる微
    粒子または微粒子群に照射し、これらの微粒子または微
    粒子群を補捉および／または操作することを特徴とする
    マルチビーム微粒子操作方法。
  2. 【請求項２】　　単一レーザ光を分割し、これをさらに
    同軸化して照射する請求項１のマルチビーム微粒子操作
    方法。
  3. 【請求項３】　　レーザ光を偏光し、偏光ビームスプリ
    ッターで分割し、これをさらに同軸化した複数のビーム
    を照射する請求項２のマルチビーム微粒子操作方法。
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