JPH07104191A

JPH07104191A - 細胞等の微粒子の姿勢位置制御装置

Info

Publication number: JPH07104191A
Application number: JP3246504A
Authority: JP
Inventors: Masaki Nishioka; 将輝西岡; Akira Mizuno; 彰水野; Hirohide Sakano; 博英坂野; Yuji Ono; 雄司大野; Shuichi Matsumoto; 修一松本; Mitsuo Watanabe; 光雄渡辺
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1991-09-02
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】微粒子を所定の位置に所望の向き（姿勢）に
させた状態で無接触トラップさせることのできる細胞等
の微粒子の姿勢位置制御装置を提供すること。【構成】ＹＡＧレーザー１から発振されたレーザー光
がハーフミラー３を介して進行方向が下方に折曲され、
その折曲されたレーザ光がその下方に位置する対物レン
ズ４を通過することにより集光して電極付きのスライド
ガラス５上に焦点を結ぶ。そして、対物レンズ４は、上
下移動自在となっており、スライドガラス５が水平方向
に移動するようになっている。スライドガラス５の上面
には所定の電極が形成され、その電極に発振器１１から
高周波電圧を印加し、電極間に電界を発生させる。そし
てその電極は、３組の電極からなり、それぞれの対とな
る電極の先端部同士を結んだ線は一か所で交差し、しか
も略６０度間隔で交差するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は細胞等の微粒子の姿勢位
置制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】細胞，ウイルス，染色体等の微粒子の選
別や形状，特性の測定等を行うには、係る微粒子を所定
位置に位置させるとともに、その位置に止める必要があ
る。係る操作を行うための姿勢位置制御装置としては、
従来レーザー光の光圧力を利用したレーザートラップと
称されるものがある。

【０００３】このレーザートラップは、微粒子に光を照
射すると、光の屈折が生じ、光子の運動量が変化し、こ
れにより微粒子に力（光圧力）が働く。そして、レーザ
ー光をレンズにより集光させると、レーザー光中あるい
はその周囲に位置する微粒子は、そのレーザー光の前進
にともない前進移動するが、密度の高い集光部位でその
位置を止めることになり、この状態でレーザー光の光軸
を移動することにより微粒子をトラップしつつ光軸の移
動に追従させながら微粒子を移動させることができる。

【０００４】従って、例えば顕微鏡のスライドガラス上
近傍や、各種の分光器の計測ポイントに上記のレーザー
光の焦点（集光部位）を持ってくることにより、微粒子
に対し物理的な接触をすることなく所定位置にセットす
ることができる。そして、レーザー光の出力を数ｍＷ程
度の十分な低レベルとすることにより、微粒子にダメー
ジを与えることなく数１０分間に当たる被接触トラップ
が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したレー
ザートラップでは、微粒子を集光部位近傍に位置させる
ことはできるものの、単に微粒子を所定の位置に止める
だけであるため、所定の姿勢（向き）に保つことができ
なかった。また、レーザートラップの場合、集光部位近
傍に位置させることはできるものの、係る部位に位置す
る微粒子は集光部位が固定されていてもそこにおいて微
小移動するため、より高精度の位置合わせが要求される
ものには適用することができなかった。

【０００６】本発明は上記した背景に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、微粒子を所望の向き
（姿勢）にさせた状態で、しかも所定位置に位置させる
ことのできる細胞等の微粒子の姿勢位置制御装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る細胞等の微粒子の姿勢位置制御装
置では、細胞等の微粒子に対し集光したレーザー光を照
射する手段と、その集光されたレーザー光にトラップさ
れた前記微粒子に対し、所定方向の電界を印加する手段
とを有し、前記電界を印加する手段が、複数対の電極
と、その電極に対し電圧を印加する手段から構成した。

【０００８】

【作用】本発明に係る細胞等の微粒子の姿勢位置制御装
置では、レーザー光を照射する手段にて得られる光圧力
と、電界を印加する手段にて得られる静電力の両者を利
用して微粒子を無接触トラップする。よって、精度良く
位置合わせさせる。しかも、静電力を発生させるための
電極を複数対設けたため、所定の電極対に電圧を印加す
ると、それにより得られる電界の方向に微粒子が向く。
よって姿勢（向き）制御が確実に行うことができる。ま
た、電極に順次電圧を印加していくことにより、微粒子
を回転させることができる。

【０００９】

【実施例】以下本発明に係る細胞等の微粒子の姿勢位置
制御装置の好適な実施例を添付図面を参照にして詳述す
る。図１は本発明の一実施例を示しており、顕微鏡に適
応した例を示している。同図に示すように、ＹＡＧレー
ザー１から発振されたレーザー光がその進行方向前方に
位置されたハーフミラー３を介して進行方向が下方に折
曲され、その折曲されたレーザ光がその下方に位置する
対物レンズ４を通過することにより電極付きのスライド
ガラス５上に焦点を結ぶようになっている。なお、使用
するレーザー光としては、円形のものでも良くまたは楕
円形等のように偏平のものでも良い。そして、対物レン
ズ４は、上下移動自在となっており、それを移動させる
ことにより、焦点位置、レーザー光の集光位置を上下移
動させるようになっている。さらに、スライドガラス５
が水平方向に移動するようになっている。その結果、対
物レンズ４並びにスライドガラス５を所定量移動させる
ことにより、スライドガラス５上の３次元上の任意の位
置に集光位置すなわち試料（微粒子）のトラップ部位を
位置させることが可能となる。

【００１０】また、ハーフミラー３の上方にはＴＶカメ
ラ６が配設されており、スライドガラス５上に位置した
試料を投影できるようになっている。そして、その投影
した映像は、ＴＶカメラ６に連繋されたＶＴＲ７並びに
モニター８にて録画、再生されるようになっている。

【００１１】ここで本発明では、スライドガラス５の上
面に図２に示すような所定の電極１０を形成し、その電
極１０に発振器１１を接続している。そして、本例にお
ける電極１０は、３組の電極、すなわち第１の電極１０
ａ，１０ａ、第２の電極１０ｂ，１０ｂ並びに第３の電
極１０ｃ，１０ｃとからなり、それぞれの対となる電極
の先端部同士を結んだ線は一か所で交差し、しかも略６
０度間隔で交差するようになっている。さらに、かかる
構成の電極１０は、スライドガラス５の表面に対しアル
ミ蒸着を施し、それに対しフォトリソグラフィを利用し
て作成する。さらに本例では、上記発振器１１から第１
の電極１０ａ、第２の電極１０ｂ、第３の電極１０ｃの
順に電圧を加えることにより、中央部で回転電界を作り
出せるようになっている。

【００１２】また、図示省略するが、微粒子に対するレ
ーザー光の入射方向と異なる方向から分析用の光を入射
させることにより、分光・分析を行うことができる。

【００１３】次に上記した実施例の作用に付いて説明す
る。まず、ＹＡＧレーザ１を作動させレーザー光を発振
させ、集光されたレーザー光で微粒子溶液１２中に試料
たる微粒子１３を集光部位Ｄ近傍にてトラップさせる。
ついでその状態を維持させつつ図３に示すように対物レ
ンズ４並びにスライドガラス５を所定方向（Ａ方向，Ｂ
方向）に所定量だけ移動させることにより集光部位を移
動させ、それにより微粒子１３を図２に示す電極１０の
中央部位に位置させる。

【００１４】ついで、発振器１１を作動させて、３つの
電極１０ａ〜１０ｃの内の任意の一組に電圧を印加す
る。すると、電界方向すなわち印加された電極間を結ぶ
線上に微粒子の長軸が配向する。これにより所定位置に
微粒子を向かせることができ、姿勢制御が正確に行え
る。また、電圧印加により生じる電界（静電気力）によ
りトラップされた微粒子は、光圧力のみによるトラップ
に比べ移動量が少ないため、ほぼ静止状態となる。よっ
て位置合わせ制御も正確となる細胞や染色体等の解析や
分離等を高精度で行うことができる。

【００１５】また、３つの電極１０ａ〜１０ｃに順次電
圧を印加して中央部で回転電界を作ると、その回転電界
の回転にともない微粒子も回転移動する。

【００１６】尚、上記した実施例では３組の電極から構
成したが、電極対の数はこれに限ることなく２組或いは
４組以上でも良く任意のものとすることができる。そし
て、組み数が多くなるほど精度の高い姿勢制御等が可能
となる。

【００１７】＊実験結果等上記の装置を用い、本発明の効果を実証するための試験
を行った。本実験では微粒子として非球形のイースト菌
（３〜６μｍ）を用いる。そして、顕微鏡視野の中央に
レーザー光を集光し、イースト菌のトラップを行う。こ
の状態ではイースト菌は任意の方向を向いている。つい
で、周波数１ＭHz、ピーク電界強度１ｋＶ／ｃｍの高周
波交流を印加すると電界方向に長軸が配向した。この状
態でコンピュータ等で画像解析を行えば簡単な処理で正
確な解析が行える。また、微粒子はレーザー光の中心に
閉じ込められているので鮮明な解析パターンを得ること
ができる。さらにレーザー光に短波長のレーザー光を重
畳することにより蛍光測定も組み合わせることができ
る。

【００１８】ついで、回転電極に１ＭHz、ピーク電界強
度０〜１．５ｋＶ／ｃｍの範囲の電圧を加えた。する
と、イースト菌が回転している様子が観測できた。そし
て、この時電界強度が高いほど高速で回転した。図４に
長さ約４μｍのイースト菌の回転電界追随性を示す。こ
のことから光圧力を軸受けとしたマイクロモータが可能
であり、微生物等を回転させ、その反応や状態を調べる
こと、また回転特性から細胞個々の物理的性質を調べる
こと等が行える。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る細胞等の微
粒子の姿勢位置制御装置では、光圧力と、静電力の両者
を利用して微粒子を無接触トラップするため、精度良く
位置合わせをすることかできる。しかも、静電力を発生
させるための電極を複数対設けたため、所定の電極に電
圧に印加することにより得られる電界の方向に微粒子を
向かせることができるため、微粒子の姿勢（向き）制御
も確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微粒子の姿勢位置制御装置の一実
施例を示す構成図である。

【図２】電極のパターンを示す平面図である。

【図３】微粒子のトラップ状態を示す図である。

【図４】レーザトラップしたイースト菌の回転電界追随
性を示すグラフである。

【符号の説明】

１ＹＡＧレーザー３ハーフミラー４対物レンズ５スライドガラス（電極付き）１０電極１０ａ第１の電極１０ｂ第２の電極１０ｃ第３の電極１１発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂野博英愛知県名古屋市名東区39−１ (72)発明者大野雄司愛知県豊橋市北山町94 (72)発明者松本修一愛知県豊橋市天伯町字雲雀ヶ丘１の１ (72)発明者渡辺光雄東京都八王子市石川町2967番地の５日本分光工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】細胞等の微粒子に対し集光したレーザー
光を照射する手段と、その集光されたレーザー光にトラ
ップされた前記微粒子に対し、所定方向の電界を印加す
る手段とを有し、前記電界を印加する手段が、複数対の
電極と、その電極に対し電圧を印加する手段からなるこ
とを特徴とする細胞等の微粒子の姿勢位置制御装置。