(57)【要約】【課題】粒子／細胞を分類するために液体コア導波路を使用可能にする。【解決手段】本発明は、液体コア導波路内に形成された複数のカスタマイズ光度パターンを結合し、導波路の流体媒体内を流れる粒子（すなわち、細胞、血液、ナノ粒子など）の懸濁液を希釈することによって、液体コア導波路内を流通する流体媒体中の粒子を分類するための装置に関する。導波路内に閉じ込められた光によって導入される光学的な力を制御するこの様なカスタマイズ光度パターンと、液体流（または、マルチチャンネル液体流）によって導入される流体力学的な力の制御とにより、粒子の分類を達成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を出射するレーザと、
内部を溶液が流通し、前記光線が内部に導かれるフロー構造体と、
前記フロー構造体の内面に設けられたコーティングであって、前記フロー構造体内を流通する前記溶液よりも小さな屈折率を有するコーティングとを備えた液体コア導波路。
【請求項２】
前記コーティングが、使用される波長において内部全反射可能な反射性材料で形成されている請求項１の液体コア導波路。
【請求項３】
波長λにおける前記コーティングの屈折率をｎic（λ）、前記波長λにおける前記溶液の屈折率をｎsolution（λ）とした場合に、ｎic（λ）＜ｎsolution（λ）となる請求項２の液体コア導波路。
【請求項４】
前記溶液が前記フロー構造体内を効率よく流通するように、前記フロー構造体の内径が、光の波長よりも相対的に大きくなっている請求項２の液体コア導波路。
【請求項５】
前記溶液が血液である請求項４の液体コア導波路。
【請求項６】
光線を出射するレーザと、
前記光線を変調するコンピュータ制御の空間光モジュレータと、
前記変調された光線を導くための複数のレンズと、
内部を溶液が流通し、前記変調された光線が内部に導かれるフロー構造体とを備えた液体コア導波路。
【請求項７】
前記溶液が貯留槽から前記フロー構造体へと送出される請求項６の液体コア導波路。
【請求項８】
前記空間光モジュレータの表面に対して０次光線を遮る中心スポットブロッカを更に備えた請求項６の液体コア導波路。
【請求項９】
前記溶液中の粒子が、光学的に同調し、前記フロー構造体の断面位置に応じて分別される請求項８の液体コア導波路。
【請求項１０】
前記装置が、遠心分離器に組み込まれている請求項６の液体コア導波路。
【請求項１１】
光線を出射するレーザと、
内部を溶液が流通し、前記変調された光線が内部に導かれるフロー構造体と、
前記溶液中の粒子を光学的に同調させ、前記粒子の断面位置に応じて前記粒子を分別する手段とを備えた液体コア導波路。
【請求項１２】
光線を出射するレーザと、
内部を溶液が流通し、前記変調された光線が内部に導かれるフロー構造体と、
密度と組み合わせた光場に対する差分応答の結果として分別が生じるように、前記フロー構造体内に密度勾配を形成する手段とを備えた液体コア導波路。
【請求項１３】
液体コア導波路であって、
ベッセルビームを形成し、前記液体コア導波路に出射するために必要なレーザおよび光学素子と、
中心光軸が内部に存在する中心コアを有するフロー構造体であって、その内部を溶液が流通し、前記ベッセルビーム光度パターンがその内部に伝搬されるフロー構造体とを備え、
前記フロー構造体の前記中心コアの前記光軸に沿って下流側に向かう光学的な圧力が、前記溶液中の対象物を前記中心コアに沿って下流側に推進する液体コア導波路。
【請求項１４】
前記ベッセルビーム光度パターンを形成するために光を照射するためのアキシコン光学素子を更に備えた請求項１３の液体コア導波路。
【請求項１５】
結像レンズの後方焦平面内の環状開口部を更に備え、前記環状開口部を介して前記光を照射し、前記ベッセルビーム光度パターンを形成する請求項１３の液体コア導波路。
【請求項１６】
アキシコンホログラムを生成するための回折光学素子を更に備え、前記回折光学素子が、結像レンズの後方開口平面へ中継され、前記ベッセルビーム光度パターンを形成する請求項１３の液体コア導波路。
【請求項１７】
前記フロー構造体が、部分反射性または全反射性の内面とサブ波長粗さの内面のうちの一方を有する請求項１３の液体コア導波路。
【請求項１８】
前記フロー構造体が、中空コア光ファイバである請求項１３の液体コア導波路。
【請求項１９】
前記反射性内面は、前記フロー構造体の内面に設けられたコーティングによって提供され、前記コーティングが、前記フロー構造内を流通する前記溶液よりも小さな屈折率を有する請求項１７の液体コア導波路。
【請求項２０】
光線を出射するレーザと、
中心光軸が内部に存在する中心コアを有するフロー構造体であって、その内部を溶液が流通し、前記光線がその内部に導かれるフロー構造体と、
ベッセルビームを形成および再形成することによって、前記フロー構造体内において前記光線を再生する手段とを備えた液体コア導波路。
【請求項２１】
再形成される前記ベッセルビームの間隔が、前記光線の半径を変更することによって調整される請求項２０の液体コア導波路。
【請求項２２】
光線を出射するレーザと、
中心光軸が内部に存在する中心コアを有するフロー構造体であって、その内部を溶液が流通し、前記光線がその内部に導かれるフロー構造体と、
ベッセルビームを使用して、前記溶液中の粒子を分類する手段とを備えた液体コア導波路。
【請求項２３】
光線を出射するレーザと、
内部を溶液が流通し、前記光線が内部に導かれるフロー構造体と、
前記溶液中の異なる対象物に対する放射圧の差分作用によって、前記溶液中の対象物を分類する手段とを備えた液体コア導波路。
【請求項２４】
光線を出射するレーザと、
内部を溶液が流通し、前記光線が内部に導かれるフロー構造体と、
前記溶液中の対象物を、前記対象物のＱ値に基づいて分類する手段とを備えた液体コア導波路。
【請求項２５】
光線を出射するレーザと、
中心光軸が内部に存在する中心コアを有するフロー構造体であって、その内部に静的溶液が滞留し、前記光線がその内部に導かれるフロー構造体と、
ベッセルビームを使用して前記溶液中の粒子を分類する手段とを備え、
前記光線が、粒子伝搬源として機能する液体コア導波路。
【請求項２６】
光線を出射するレーザと、
内部を溶液が流通するフロー構造体とを備え、
前記フロー構造体が、
少なくとも１つのサブ波長入力チャンネルと、
少なくとも１つのサブ波長出力チャンネルとを備え、
前記溶液中の粒子が、前記フロー構造体内において前記光線からの高光度光場と相互作用し、
前記相互作用に基づいて、前記サブ波長出力チャンネルを介して粒子が分類される液体コア導波路。
【請求項２７】
前記フロー構造体が、共鳴キャビティである請求項２６の液体コア導波路。
【請求項２８】
前記溶液が、ナノ粒子の懸濁液である請求項２６の液体コア導波路。
【請求項２９】
前記ナノ粒子が、前記フロー構造体内におけるＱ値に対する前記ナノ粒子の反作用に基づき、前記ナノ粒子の物理的特性および光学的特性によって分類される請求項２６の液体コア導波路。
【請求項３０】
前記フロー構造体が、ナノ多孔膜である請求項２６の液体コア導波路。
【請求項３１】
前記ナノ多孔膜が、サブ波長孔サイズである請求項３０の液体コア導波路。
【請求項３２】
前記フロー構造体が、前記共鳴キャビティの表面を貫通するサブ波長サイズの孔の配列を含む請求項２７の液体コア導波路。
【請求項３３】
前記フロー構造体が、中空コアを有するシングルモード光ファイバである請求項２７の液体コア導波路。
【請求項３４】
ナノ粒子が、有機粒子、生体粒子および無機粒子からなる群より選択される請求項２６の液体コア導波路。
【請求項３５】
空間的に変化する光分布を前記光線から生成して、差分光学的同調に基づいて前記ナノ粒子を分類するためのコンピュータ制御の空間光モジュレータを更に備えた請求項２６の液体コア導波路。
【請求項３６】
前記フロー構造体において光場分布を調整するために、前記共鳴キャビティにおいて更なる光場がｘ方向および／またはｙ方向に生成される請求項２７の液体コア導波路。
【請求項３７】
前記フロー構造体が、非円筒形状の対称性を有する請求項２６の液体コア導波路。
【請求項３８】
前記フロー構造体が、非円筒形状の対称性を有する請求項１の液体コア導波路。
【請求項３９】
前記フロー構造体が、非円筒形状の対称性を有する請求項１３の液体コア導波路。
【請求項４０】
前記溶液の一部のみが、前記フロー構造体を介して入力される請求項２６の液体コア導波路。
【請求項４１】
前記ナノ粒子が、前記フロー構造体内においてカスタム光度パターンに曝され、その結果、分別されることなく前記溶液の流れが進路変更されるか、または、相互作用のない画分を含有する前記流れが継続して出力される請求項２６の液体コア導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体コア導波路内に形成された複数のカスタマイズ光度パターンを結合し、導波路の流体媒体内を流れる粒子（すなわち、細胞、血液、ナノ粒子など）の懸濁液を希釈することによって、液体コア導波路内を流通する流体媒体中の粒子を分類（分級）するための装置に関する。導波路内に閉じ込められた光によって導入される光学的な力を制御するこの様なカスタマイズ光度パターンと、液体流（または、マルチチャンネル液体流）によって導入される流体力学的な力の制御とにより、粒子の分類を達成することができる。
【背景技術】
【０００２】
関連出願への相互参照
本出願は、２００５年４月８日出願の米国特許仮出願Ｎｏ．６０／６６９，３５７の優先権を主張し、この出願の全内容は、ここに引用により組み込まれるものとする。
液体コア光導波路（光ガイドとしても公知）は、液体コア内に位置する液体サンプル中で生成された蛍光または発光を診断目的のための光検出器として結合するために使用されてきた。
【０００３】
固有モードは、空間光モジュレータ（ＳＬＭ）を介して成功裏にマルチモード光ファイバに出射されている下記非特許文献１参照が、使用する光ファイバが固体コアを有するので、単に光用導管として有用なだけである。さらに、固体コアを有する光ファイバは、特定の固有モードでの出射のための回折光学素子と共に使用されてきたが、その目的は、単に伝搬特性を研究することにあった。
【非特許文献１】Ｆ．Ｄｕｂｏｉｓ，外２名，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１９，  Ｎｏ．７，Ａｐｒｉｌ  １，１９９４
【非特許文献２】Ｄ．ＭｃＧｌｏｉｎ，外１名，Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１，Ｊａｎ−Ｆｅｂ  ２００５，１５−２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の実験には、粒子／細胞を分類するために液体コア導波路を使用可能であることを示すものはない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、液体コア導波路内に形成された複数のカスタマイズ光度パターンを結合し、導波路の流体媒体内を流れる粒子（すなわち、細胞、血液、ナノ粒子など）の懸濁液を希釈することによって、液体コア導波路内を流通する流体媒体中の粒子を分類するための装置に関する。導波路内に閉じ込められた光によって導入される光学的な力を制御するこの様なカスタマイズ光度パターンと、液体流（または、マルチチャンネル液体流）によって導入される流体力学的な力の制御とにより、粒子の分類を達成することができる。
【０００６】
本発明において、光場における光子が運動量を保持し、この運動量は屈折率不整合によって表面に伝達されることを注記しておく。したがって、周囲の媒体よりも高屈折率を有する微視的な粒子／細胞は、高開口率の顕微鏡対物レンズによって厳密に合焦された光により捕捉される。この焦点スポットは、光学トラップとして機能する。光学トラップにおいて粒子に作用する力には、２つのタイプがある。すなわち、粒子を光線に沿って下流側に押す散乱力（粒子への光子運動量の移行）と、粒子全体の光度勾配の関数であり、正味勾配力がゼロであるトラップ中心に粒子を引き寄せる勾配力である。高開口率の対物レンズによって、高勾配力の付与が可能であり、粒子を捕捉することなく、光線に沿って下流側に押す散乱力の競合傾向が相殺される。粒子に対する捕捉力は、光度分布、偏光、波長、粒子の屈折率、粒子の周囲の液体媒体の屈折率、粒子の形状の関数である。したがって、屈折率および／または形状が異なる粒子は、異なる量の光学的な力を感知する。
【０００７】
本発明は、異なる粒子に作用する異なる光学的な力に基づいて粒子を分類するために、この原理を利用している。例えば、流体流が存在する場合には、光学的に捕捉された粒子は、付加的な流体力学的なドラッグ力を感知し、同一の光学トラップにおいて捕捉されると、この様なドラッグ力は、あるタイプの粒子を排除し、他のタイプの粒子を排除しないようにするのに充分である。
【０００８】
上記の光学的捕捉形態において、焦点に収束して光学トラップを形成する光は、その後に発散するので、他の捕捉パターンの形成には役立たない。本発明は、長手方向に沿って光度パターンを維持するように設計された長尺構造体を介して粒子に光学的な力を付与可能な装置を含む。この様な長尺構造体または流通管は、希釈粒子濃度を有する液体で満たされている。流通管に出射される光は、反射性内面、または、流通管内において光の内部全反射が可能な材料によって、流通管内に閉じ込められたままである（すなわち、液体コア光導波路の定義）。通常、流通管の断面寸法が光の波長より有意に大きいので、流通管は、マルチ固有モードまたは流通管の長手方向に一定のプロファイルを有する光パターンを光学的に支援する（すなわち、流通管は、液体コア光導波路として機能する）。
【０００９】
例えば、円筒形状の流通管においては、ベッセル関数により定義される固有モードを支援可能である。本発明によって、任意の固有モードを含む任意の光パターンを流通管（液体コア光導波路）に出射することができる。固有モードを流通管に出射する利点は、光の断面パターンが流通管の長手方向に維持され、光が流通管の長手方向に沿って光学的な力を多数の粒子に付与できるように、光の再利用が可能であることである。
【００１０】
本発明において、コンピュータ制御の空間光モジュレータまたは静的回折光学素子を使用して、液体コア導波路において所望の光パターン（すなわち、固有モード、ベッセルビームなど）を生成するために、レーザ源の波面セグメント全体に位相遅延を付与する。
本発明に整合する一実施形態においては、粒子／細胞分類装置は、カプリング光学素子を介して導かれる光を出力するレーザなどの光源から光を内部に導く液体コア導波路を備えている。カプリング光学素子は、液体コア導波路に「カスタム光度パターン」を導く空間光モジュレータ（ＳＬＭ）などのコンピュータ制御の回折光学素子（ＤＯＥ）を備えている。液体コア導波路は、外側部分と、内面を有する中央空洞部とを備えている。粒子／細胞の希釈懸濁液は、液体入力領域を介して導波路の空洞部に入力される。空洞部を流通する溶液は、導波路の全長を移動して、発生させたカスタム光度パターンにさらされた後、収集領域に流出し、そこで溶液が成分パーツに分離される。空洞部の内面にはコーティングを設けてもよく、導波路に出射された「カスタム光度パターン」または固有モードを支援可能な機能性導波路を形成するために、内部全反射が可能な反射性材料で形成することができる。
【００１１】
別の実施形態において、導波路の外側部分は、空洞部を流通する溶液よりも低い屈折率を有する材料で形成可能であり、これにより同様の結果が達成される。
本発明に整合する他の実施形態は、円筒形状の導波路におけるドーナツ形状の固有モード（すなわち、ベッセル関数）を含む。固有モードがベッセル関数である場合、光入力はベッセルビームである。分類のための粒子／細胞の溶液が貯留槽から入力されると、高屈折率を有する粒子は、優先的に管状の光またはドーナツ領域に引き寄せられるが、低屈折率を有する粒子は、中央領域に留まる。粒子は、導波路の下流側において環状の収集出力部を介して異なる収集画分に収集される。
【００１２】
本発明に整合する他の実施形態において、カプリング光学素子、空間光モジュレータ（ＳＬＭ）を介して光源から光を内部に導入する液体コア導波路を備えた粒子／細胞分類装置は、マルチ固有モードまたは一連の経時変化固有モードを液体コア導波路に導入し、液体コア導波路は、分類に使用する横断面光度プロファイルにおいて時間依存性の制御変化を生成する。
【００１３】
光を内部に導入する液体コア導波路を含む粒子／細胞分類装置の他の実施形態において、固有モードを選択的にファイバに出射することができ、分類すべき粒子／細胞を含む溶液が導入される流体入力部により制御される流体力学的な力と重力とを、導波路内の光学的な力と組み合わせて、分類のために所望の粒子を選択的に出口収集領域に導く。
別の実施形態において、電極を用いて印加される電場または磁場を、例えば、導波路内の光学的な力と組み合わせて使用して、異なる出力チャンネルへの粒子の分類を支援する。
【００１４】
更に別の実施形態においては、光源と、空間光モジュレータを含むカプリング光学素子とからの光は、導波路に導かれ、光学特性および密度に基づく分類の目的のために、密度勾配チャンバを含む液体コア導波路を備えた遠心分離機に組み込まれる。遠心分離機に組み込まれる装置は、溶液中のナノ粒子画分を分離するために、更なる物理的なパラメータを提供する（すなわち、密度と組み合わせた光場に対する差分応答の結果としての分別）。
【００１５】
本発明に整合する更に他の実施形態において、分類のためのある特定の固有モードまたは「カスタム光度パターン」は、液体コア導波路に導入されるベッセルビーム（固有モードの一例）を使用する。高光度光のベッセルビーム光度パターンまたはラインに曝される液体コア導波路媒体内を流れる対象物（すなわち、粒子、細胞、ナノ粒子など）を光学的な力で捕捉して、光軸で定義されるラインに沿って閉じ込めることができる。
【００１６】
ベッセルビームは、光軸に沿って部分的に遮られた後で再形成されるが、本発明に開示されているように、光線の再生の別の方法としては、反射性／内部全反射性の中空コアシリンダ（液体コア導波路）内にビームを出射する方法がある。
本発明に整合する本実施形態の一例において、装置は、反復ベッセルビームの実施を含み、レーザと、アキシコンと、高反射性のサブ波長（ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：波長以下レベルの）粗さの内面を有するシリンダとを備えている。シリンダまたは導波路の反射性の内面によって、光線は、集束してベッセルビームを形成した後、光軸に向かって逆反射されるので、別のベッセルビームが再形成される。
【００１７】
本発明に整合する粒子／細胞分類装置の例示的な一実施形態においては、光を液体コア導波路または共鳴キャビティに閉じ込めることが可能である。導波路を使用する実施形態において、導波路は、フローチップに組み込まれており、このフローチップを使用して、導波路の周囲に溶液を導き、導波路の側面のナノ多孔入力孔を通過させる。流体中に浮遊するナノ粒子は、導波路内においてカスタム光パターンと相互作用し、その位置が変位するので、反対側において粒子が流体流によって導波路外に搬送されると、ナノ粒子は、異なる出力チャンネルに容易に分類される。
【００１８】
別の実施形態において、共鳴キャビティは、フローチップに組み込まれており、通常、光を最初にレーザからシステムへと出射するための部分反射性の一方の端部ミラーと、全反射性の他方の端部ミラーとを有する。
本発明に整合する他の実施形態において、粒子／細胞分類装置は、ナノ多孔膜を用いた端部を介して、溶液流全体を液体コア導波路内へと導入可能な構造体を備え、溶液全体が、液体コア導波路内において光場と相互作用可能となっている。
【００１９】
本発明に整合する更に他の実施形態において、粒子／細胞分類装置は、ナノ粒子フローチャンネルに接続された共鳴キャビティでもある液体コア導波路を使用し、全流れを導波路内において光場と相互作用させることが必要である。
本発明に整合する更に他の実施形態において、液体コア導波路は、非円筒形状の対称性（すなわち、例えば矩形など）を有していてもよい。
【００２０】
本発明に整合する更に他の実施形態において、流れの一部のみが、サブ波長開口部を介して液体コア導波路からの光に導入または暴露される。
本発明に整合する他の実施形態において、上記のように、光場は、コンピュータ制御の空間光モジュレータにより導入される固有モードの展開セットであってもよく、差分光学的同調に基づく分類が可能となる。チャンバ／キャビティの端部において、流れの最終的な平衡位置に基づいて、流れを個々の画分に分類してもよい。
【００２１】
最後に、本発明に整合する他の実施形態において、上記のように、光と相互作用する粒子を分類して、粒子ではなく残留溶液を収集することによって、導波路内に流入する液体溶液を浄化してもよい。
以下の詳細な説明をよりよく理解するため、さらに、当業への貢献をよりよく理解するために、本発明に整合する特徴をこのように概説してきた。もちろん、下記に説明するような本発明に整合する更なる特徴も存在し、添付の特許請求の範囲の主題を構成している。
【００２２】
この点において、本発明に整合する少なくとも一つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、以下の説明や図面に記載されている構成の詳細や部材構成にその適用が限定されないことを理解すべきである。本発明に整合する方法および装置は、他の実施形態でも可能であり、様々な方法で実施、実践可能である。また、ここで使用される語法および用語は、以下の要約書も同様に、説明目的であり、限定と見なすべきではないと理解するものとする。
【００２３】
この様に、当業者は、この開示の基礎となる概念が、本発明の目的を実行するための他の構造、方法およびシステムを設計するための基礎として容易に利用可能であることを理解するであろう。したがって、この様な均等構成も、本発明に整合する方法および装置の趣旨および範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲に含まれるものと見なすことが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、導波路と、導波路内で作用する光学的な力とを含む装置に関連し、粒子の分類（分級）のために液体コア導波路にカスタム光度パターンを入力するという新規なアイデアと、この様な固有モードの導入方法に関する詳細を紹介する。本発明の用途の１つに、血液分類がある。
光は、浮遊する粒子または細胞に比較的小さな放射圧を付与する（主に、細胞と血漿との間の屈折率の若干の不整合に起因する）。「光」は、通常、可視光を指すが、紫外線（ＵＶ）２００ｎｍ〜近赤外線（２，５００ｎｍ）の範囲の波長を有する電磁スペクトルの全領域を含む。粒子または細胞の分散懸濁液において、溶液中の異なる成分に対する放射圧の差分作用を粒子／細胞分類の基礎として使用することができる。
【００２５】
高効率の分別目的で、細胞／粒子画分の有意な偏位を達成するために、流通する粒子／細胞との光の相互作用時間を長くしなければならない。本発明の一実施形態では、液体コア導波路１０１と称する同一の幾何構造に光および粒子／細胞流を閉じ込めることによって、高い光度および長い相互作用時間を可能とする装置１００について説明する。
図１は、液体コア導波路１０１を含む粒子／細胞分類装置１００の一実施形態を示す概略図である。装置１０１は、カプリング光学素子１０３を介して液体コア導波路１０１へと導かれる光を出力するレーザなどの光源１０２を備えている。
【００２６】
カプリング光学素子１０３は、空間光モジュレータ（ＳＬＭ）などのコンピュータ制御回折光学素子（ＤＯＥ）１０５上に光を導くレンズ１０４を備えている。回折光線は、ジンバル搭載ミラー１０６に入射し、レンズ１０７で変換されて、別のジンバル搭載ミラー１０８に入射し、光入力窓１０９を介して液体コア導波路１０１に入力される。
この様にして、例えば、コンピュータ制御空間光モジュレータ１０５およびレンズ１０４、１０７を介して光線を照射するレーザ１０２によって、コンピュータ生成ホログラムが生成される。レンズは、光線絞りとして機能するので、光線は、液体コア導波路１０１の開口部へと効率よく接続される。この様にして、「カスタム光度パターン」を生成して、液体コア導波路１０１へと出射する。
【００２７】
なお、所望のカスタム光度パターンが達成される限り、効率および効果を向上するために、カプリング光学素子１０３およびＤＯＥ１０５の位置を多種多様な形態に設定することができる。
液体コア導波路１０１は、外側部１１１と、内面１１２を有する中央空洞部１１０とを備えており、中心光軸１１８は、導波路１０１の中心に沿って走る。ポンプ機構１１３は、分類が望まれる粒子／細胞の希釈懸濁液を、液体入力領域１１４を介して導波路１０１の空洞部１１０へと導入する。
【００２８】
中央空洞部１１０は、分類対象の粒子よりも大きな内寸を有し、その内部を粒子が流通できるようになっており、カプリング光学素子１０３により生成されたカスタム光パターンが、粒子に作用して、導波路１０１の中心液体コア内の様々な目標領域へと粒子を導く。
空洞部１１０を流通する溶液は、導波路１０１の全長を移動して、生成されたカスタム光度パターンに曝さらされた後、収集領域１１５に流出する一方、光は、導波路１０１を出射する。収集領域１１５（図１の線Ａに沿って参照）は、空洞部１１０と関連する空間に形成された出力チャンネル１１６、１１７を有し、導波路１０１を出てチャンネル１１６、１１７を介して成分パーツに分離された粒子／細胞は、分類粒子すなわち画分１１９、１２０に収集される。
【００２９】
粒子を分類するための機能性導波路１０１とするためには、液体充填コアまたは空洞部１１０の内面１１２に光の内部全反射が必要である。したがって、空洞部１１０の内面１１２にコーティング１２１を設けてもよく、コーティング１２１の材料は、コア１０１内を流通する溶液よりも屈折率が小さな材料である。換言すれば、多大な光損失なく、導波路１０１に出射された「カスタム光度パターン」または固有モードをサポート可能であり、導波路１０１の全長に沿って分類対象の粒子に作用可能な機能性導波路１０１を形成するために、内部全反射が可能な反射性材料でコーティング１２１を形成してもよい。
【００３０】
例えば、水性（すなわち、屈折率１．３３）懸濁液に対して、屈折率が１．２９〜１．３１のテフロンＡＦ（登録商標）などのコーティング材料を使用して、空洞部１１０の内面をコーティングし、液体コア導波路１０１を形成してもよい。しかし、反射性材料、すなわち、流入した溶液に対して使用する波長において内部全反射を可能とする（すなわち、波長λにおける内側コーティングの屈折率ｎic（λ）が、溶液の屈折率、ｎsolution（λ）よりも小さくなるような、すなわち、ｎic（λ）＜ｎsolution（λ）となるような）任意の材料で液体コア導波路１０１の内面をコーティング可能であることが、当業者に知られている。
【００３１】
別の実施形態において、空洞部１１０内を流通する溶液よりも屈折率が小さな材料で導波路の外側部１１１を形成することもできる。これによっても、同様の結果を達成することができる。
図１に示す装置１００は、さまざまな用途に使用可能である。光を用いた分類の目的では、光は、各成分に対して特異的に作用しなければならない。例えば、血液分類の場合には、血小板の屈折率不整合は、赤血球の屈折率不整合よりも有意に小さいので、赤血球は、レーザ光によってより簡単に押される（すなわち、赤血球のＱ係数（「Ｑ」は、細胞への光運動量移行による、光度と、細胞に付与される力との間の比例定数）は、平面波入射に関して、血小板よりも５倍程度大きいと計算される）。
【００３２】
したがって、共通焦平面におけるｋ＝０成分に対する中心スポットブロッカは、空間光モジュレータ１０５の表面に対して０次光線を遮る。したがって、高Ｑ係数を有する細胞（すなわち、赤血球）は、展開モードプロファイルによって誘導可能であるが、低Ｑ係数を有する細胞（例えば、血小板）は、非常に光学的同調性が低いので、細胞の断面位置に応じた細胞の分別が可能となる。この様にして、粒子／細胞溶液の出力は、差分光学的同調に基づいて、画分１１９、１２０に分離され、分類が達成される。
【００３３】
１０ミクロンのオーダーの赤血球などの粒子の分類に関して、導波路または流通管１０１（例えば、中空マルチモード光ファイバ）の内径は、血球溶液がその内部を効率よく流通するためには、光の波長よりかなり大きくしなければならない。この様に大きな寸法は、マルチ光学モードのサポートが可能であることを意味するが、分類の目的のためには、標準的なマルチモード伝搬の平坦な断面光度プロファイルは無用である。しかし、本発明においては、導波路（上記の標準的な光度プロファイルとは対照的）の内部でカスタム光パターンを使用することによって、粒子／細胞の分類を達成することができる。
【００３４】
図２は、ドーナツ形状の固有モード（すなわち、ベッセル関数）を円筒形状の導波路または流通管２０１に備え、高光度断面パターンによりドーナツ形状が形成されている、本発明に整合する他の実施形態を示す。光源２０３（すなわち、レーザ）は、光線を提供し、例えば、ＳＬＭ２０５を含むカプリング光学素子２０４と共に、光入力領域２０６を介して導波路２０１へと光を出射する。
【００３５】
固有モードがベッセル関数である場合、光入力は、ベッセルビームである。ベッセルビームは、上記非特許文献２に引用されているｎ次ベッセル関数で記述可能な光度パターンである。このパターンの特別な特性は、理想的には光線の伝搬に伴う断面積の変化が無く、したがって、光線は、回折が無く、伝搬が不変であると見なされることである。これは、ベッセルビームが、液体コア導波路の軸に対して定義される光軸２１４に沿って延びる回折制限スポットを形成することを意味する。
【００３６】
図２において、分類のための粒子／細胞の溶液は、貯留槽２０７から入力され（すなわち、導波路２０１に送出され）、高屈折率の粒子は、管状光またはドーナツ領域２０８に優先的に引き寄せられる（すなわち、「×」粒子）が、低屈折率の粒子は、中央領域に留まる（すなわち、「○」粒子）。粒子は、導波路２０１の下流側において、環状収集出力部２０９を介して収集される。ドーナツ形状領域２０８に引き寄せられた粒子は、収集口２１１を介して収集され、残りの粒子（すなわち、「○」粒子）は、収集部２１０を介して収集される。収集部２１０は、ドーナツ形状領域２０９により跳ね返された粒子、または、中央領域において低屈折率を有する粒子を収集する。粒子は、画分２１２、２１３に収集される。したがって、装置２００は、装置２００に入力された粒子／細胞を効果的に光学的に分類することができる。
【００３７】
本発明に整合する他の実施形態において、図３Ａは、液体コア導波路３０１を備えた粒子／細胞分類装置３００を示し、この液体コア導波路３０１へは、光が、光源３０２（すなわち，レーザ）からカプリング光学素子３０３および空間光モジュレータ（ＳＬＭ）３０４を介して導入される。ＳＬＭ３０４は、マルチ固有モードまたは一連の経時変化固有モードを液体コア導波路３０１に導入し、液体コア導波路３０１は、分類に使用される断面光度プロファイルにおいて、時間依存性の制御変化を生成する。
【００３８】
したがって、液体コア導波路３０１の固有モードのうちの２、３の固有モードを選択的に出射して、これらの固有モードと特徴的な伝搬特性との組み合わせを使用して、断面光度プロファイルにおける時間依存性の制御変化を達成できる。さらに、液体コア導波路３０１に出射された固有モードまたは光パターンを複数または多数のパターンの間で変調して、その結果、動的光分布パターンを能動的に付与することができる。手元で粒子を最適に分類できるように、２以上のレーザ源３０２により異なる波長で生成されたパターンを含むこの様な動的パターン（受動モードカプリングおよび／または能動モード変調）を設計してもよい。
【００３９】
例えば、図３Ｂにおいて、線Ｂに沿った断面図は、ドーナツモードおよび中央ベッセルスポットを有する光パターンを示し、この光パターンにおいて、「×」粒子は、外側管状光に引き寄せられる。一方、図３Ｃに示す、更に下流側の線Ｃに沿った断面図は、正にドーナツモードの光エネルギーを示す。しかし、ＳＬＭ３０４を使用することにより、これらの横断面の「カスタム光度パターン」を時間的もしくは空間的に（または両方に）変化させることができる。
【００４０】
（簡略化のために、粒子の溶液は、図３Ａ〜図３Ｃに図示されていないが、分類対象の粒子は、上記の力学を用いて分類され、他の実施形態と同様に、分類された粒子は、収集構造体３０６を介して収集される）。
図４Ａは、液体コア導波路４０１を備えた粒子／細胞分類装置４００の他の実施形態を示し、この液体コア導波路４０１へは、光が、光源４０２（すなわち、レーザ）、カプリング光学素子４０３および空間光モジュレータ（ＳＬＭ）４０４を介して導入される。
【００４１】
図４Ａは、カプリング光学素子４０３においてレーザ４０２から生成されたコンピュータ生成ホログラムを使用して、固有モードがどのようにして選択的にファイバ４０１に出射されるかを示し、このコンピュータ生成ホログラムは、ＳＬＭ４０４を介して空間的にフィルタリングされ、管状体４０１内に合焦される。
分類対象の粒子／細胞を含む溶液を貯留槽４０５から導入する流体入力部４０５により制御される流体力学的な力および重力４０７は、導波路４０１内において光学的な力と結合し、分類のために、所望の粒子を選択的に出口収集領域４０８へと導く。導波路４０１の光軸４０６に沿って流通するものとして図示されている、光に引き寄せられた粒子は、最終的に上側の出力チャンネル４０９に流入し、収集貯留槽４１１に流入する。なぜなら、これらの粒子は、「×」粒子ほど早急に沈殿して導波路４０１の底部に移動することはないからである。「×」粒子は、光に跳ね返され、重力の作用を受けて、最終的に下側の出力チャンネル４１０を介して収集貯留槽４１２に流入する。
【００４２】
別の実施形態において、図４Ｂは、粒子を異なる出力チャンネル４５１〜４５３に分類するのを支援するために、導波路内において、電極４５０を用いて印加される電場または磁場を、どのようにして光学的な力と組み合わせて使用するかを示す。
更に別の実施形態において、図５は、光源および図１で上述したような空間光モジュレータ５００を含むカプリング光学素子からの光を、どのようにして導波路５０１に導き、光学特性および密度に基づいて分類する目的で、密度勾配チャンバ５０４を含む液体コア導波路５０１を備えた遠心分離機５０２に組み込むかを示す。
【００４３】
換言すれば、管状体５０１に流入する液体溶液が、密度勾配を形成し、さらに、遠心分離機５０２に組み込まれた装置５００が、溶液中のナノ粒子画分を分離するための更なる物理パラメータを提供する（すなわち、密度と組み合わせた光場に対する差分応答の結果としての分別）。この実施形態においては、遠心分離機５０２のローター５０３への光学的カプリングは、ローター５０３の軸を介して起こる。（なお、ローター５０３とスピンドル５０６との間にエアギャップ５０５が存在する。）
本発明に整合する更に他の実施形態においては、ベッセルビームを用いる分類のための単一の特定の固有モードまたは「カスタム光度パターン」が、図６Ａに示す装置６００において開示されている。この実施形態では、特に、ベッセルビームを液体コア導波路６０１に導入する必要がある（あるタイプの固有モードの一例）。
【００４４】
図６Ａは、液体コア導波路６００内におけるベッセルビーム光度パターンを示し、光軸６０３に沿った伝搬と、微視的な対象物を捕捉するライントラップとして機能する中心高光度光ライン６０５を示す。したがって、ベッセルビーム光度パターンまたは高光度光ラインに曝される液体コア導波路媒体内を流れる対象物（すなわち、粒子、細胞、ナノ粒子など）は、光学的な力によって捕捉され、光軸６０３により定義されるライン６０５に沿って閉じ込められる（他の矢印６０４は、極大、極小のリングを示す）。この中心コアスポット沿いの光軸６０３に沿って下流側に向かう光学的（光子）圧力も、中心コア／ライントラップ６０５に沿って対象物を更に推進する。
【００４５】
アキシコン光学素子（円錐形状のレンズ）６０６（図６Ｂ参照）を介して、あるいは、ｋ−ベクトルの限定セットのみを許容する結像レンズの後方焦平面の環状開口部６０７（図６Ｃ参照）を介して光を照射することによって、ベッセルビームを形成可能であることが公知となっている。あるいは、「ホログラフィー的」に、すなわち、図６Ａに示すように結像レンズ（すなわち、対物レンズ）の後方開口平面に中継されるアキシコンホログラムを形成するために回折光学素子６０８（図６Ｄ参照）を使用して光を整形することによって、ベッセルビームを形成してもよい。
【００４６】
図１の実施形態を参照して、上記のように、図６Ａには、その後に空間的にフィルタリングされて管状体６０１に合焦されるコンピュータ生成ホログラムを使用して、ファイバに固有モードを出射可能なカプリング光学素子（６０２を含む）が含まれている。この様にして、上記のように、共通焦平面におけるｋ＝０成分に対する中心スポットブロッカは、空間光モジュレータの表面に対して０次光線を遮り、高Ｑ係数を有する細胞は、展開モードプロファイルによって誘導可能であるが、低Ｑ係数の細胞は、非常に光学的同調性が低くいので、細胞の断面位置に応じた細胞の分別が可能となる。
【００４７】
図７は、上記非特許文献２から引用したものであり、Ａは、アキシコンを表し、γは、アキシコンの開口角である。Ｚmaxは、ベッセルビームの伝搬距離である。Ｂは、中心線上に最大値を有し、軸から離間してリングを定義する極大値を有する形成されたベッセルビームを示す。Ｇは、ガウス入力プロファイルを有する入力ビームを表す。
実際には、光学スポットが光軸Ｚmaxに沿って伝搬する長さは、結像レンズの半径、または、図７に示すように結像レンズに照射されるガウスビーム（ｗ0）の幅により支配される。ｎをアキシコン材料の屈折率、γをアキシコンの開口角とすると、
Ｚmax≒ｗ0／θ  式中、θ＝（ｎ−１）γ
しかし、本発明においては、液体コア導波路内でベッセルビームのライン長を任意に延長することによって、液体コア導波路内において粒子／細胞を分類、推進する方法として、ベッセルビームを使用する。
【００４８】
本発明の別の実施形態は、静的溶液懸濁液を利用する。この実施形態において、光は、導波路６０１の中心を通る流れの場を形成する粒子伝搬源として機能する。例えば、図１において、ポンプ１１３を、流体入力部１１４への粒子の拡散限定流入を許容する貯留槽に置き換える。
ベッセルビームは、光軸に沿って部分的に遮光された後に再形成されるように図示したが、本発明により開示される光線の再生の別の方法として、反射性／内部全反射性中空コアシリンダ（液体コア導波路）内に光線を出射する方法がある。
【００４９】
本発明に整合するこの実施形態の一例において、図８は、この反復ベッセルビームの実施を含む装置７００を示し、この装置７００は、レーザ７０１と、アキシコン２０２と、高反射性のサブ波長粗さの内面を有するシリンダ７０３とを備えている。シリンダまたは導波路７０３の反射性内面によって、光線は、集束してベッセルビームを形成した後、光軸７０４に向かって逆反射されるので、別のベッセルビームが再形成される（反復部７０５参照）。再形成されたベッセルビームの間隔は、光線ガイドの半径など、適切なパラメータを変更することによって調整可能である。
【００５０】
実際的なこの方法にとっては、このシリンダ７０３の内面の平行性および平坦性が充分に高くなければならない。内面７０６に鏡面仕上げを施してもよいし、（図１に関して上述したように、所与の波長および溶液の屈折率に対して）内部全反射可能な材料で内面７０６をコーティングしてもよい。
捕捉／推進を利用して粒子を分類する目的のために、この様なシリンダ７０３は、ある程度希釈した粒子を含有し、フロー入力部７０７を介して入力される液体（溶液）で満たされる。固有モードを利用する上記の実施形態で述べたとおり、粒子／細胞の各画分に関する異なるＱ値に基づく粒子／細胞分類のために、この様な装置７００を使用することができる。上記のように、Ｑは、粒子に作用する光度と、結果として生じる付与力との間の比例定数である。高Ｑ値の粒子タイプ（または細胞）は、光子圧に起因する力によって、より簡単に押される。
【００５１】
したがって、図８の本実施形態においては、光学的捕捉に適した回折制限光パターンを繰り返し生成することによって、通常のガウス光学トラップを使用すれば消失してしまうような非散乱レーザ光を再利用することができる。レーザパワーを低減し、安価に大量生産可能な２、３の構成部材へと分類装置を単純化することによって、異なる個体数の対象物を光学特性に基づいて分離可能な、安価かつ小型のシステムを提供する。反射角度が充分に鈍角である場合には、中空コア光ファイバをシリンダ７０３の代替として使用してもよい。
【００５２】
図６に関して上述したように、別の実施形態において、光が粒子伝搬源として機能する静的溶液懸濁液に本発明を適用することができる。あるいは、溶液を能動的に導波路７０３の中心に送出して流れの場を生成してもよい。図１は、この結果を達成するためのポンプおよび貯留槽を示している。
更に、上記に説明、図示したように、ベッセルビーム導波路において、光学的／流体力学的場の差分作用と組み合わせて、粒子／細胞を分類する追加手段として、重力場、磁場および／または電場を使用してもよい。磁場および／または電場を導波路の表面を介して導入し、これらの場との差分粒子相互作用に基づく更なる分別機能を可能とする。垂直に作用する重力を使用し、密度に基づいて画分を識別することもできる。
【００５３】
本発明に整合する更に他の実施形態において、前記装置は、特にナノ粒子の分類のために液体コア導波路を利用し、導波路内にサブ波長孔を導入することを必要とする。本発明の本実施形態の重要な特徴は、ナノ粒子を導波路に流入させ、その後の高光度光場との相互作用を可能とする導波路（例えば、図１参照）内にサブ波長入出力口が存在することである。長さスケールでサブ波長である導波路の開口部は、多大な光損失を招くことはなく、それでも、構造体へのナノ粒子の導入が可能である。この実施形態は、（光の波長に対して）非常に小さな粒子の分類に限定されるが、粒子が導波路の長手方向に流通する必要はなく、出力収集領域を導波路の端部に設ける必要がないことを意味する。
【００５４】
本発明に整合する粒子／細胞分類装置８００の例示的な実施形態において、光を液体コア導波路（図９Ａ参照）または共鳴キャビティ（図９Ｂ参照）内に閉じ込めることができる。
図９Ａにおいて、レーザ８０１および光カプリング光学素子８０２は、固有モードパターンを液体コア導波路８０３に出射するが、導波路８０３の端部８０４は閉じられ、液体流は、導波路８０４の側面８０５を横切って移動する。流体は、貯留槽８０６から送出されるが、フローチップ８０７を使用して、導波路８０３の周囲に溶液を導き、側面８０５のナノ多孔入力孔８０８を通過させることができる。流体中に浮遊するナノ粒子は、導波路８０３内のカスタム光パターンと相互作用して、その位置が変位するので、反対側において粒子が流れによって導波路８０３外に搬送されると、ナノ粒子を異なる出力チャンネル８０９、８１０、８１１に容易に分類することができる。
【００５５】
図９Ｂの例示的な実施形態は、光を生成するレーザ９０１とカプリング光学素子９０２とを有する同様の分類装置９００を示し、この装置９００は、（図９Ａに示すような）導波路の代わりにナノ多孔側面を有する共鳴キャビティ９０３を使用して構成されている。図９Ａと同様のフローチップ９０７を使用して、ナノ粒子を導入し、キャビティ９０３内の光場全体に流れを導き、そして、収集のための出力チャンネル９０８〜９１０に向かって流れを導く。共鳴キャビティ９０３は、通常、最初にレーザ９０１からシステムへと光を出射する一方の部分反射性端部ミラー９０４を有し、他方の端部ミラー９０５は、全反射性である（なお、前記のように、「カスタム光度パターン」すなわち固有モードを生成するために、カプリング光学素子９０２において回折素子を使用してもよい）。
【００５６】
本発明で使用される液体は、ナノ粒子（直径が２００ナノメートル未満の粒子）の任意の分散懸濁液とすることができ、ナノ粒子は、光場における様々な正味の力に対するナノ粒子の作用（すなわち、Ｑ値）に基づく物理特性や光学特性により分類される。
サブ波長サイズの孔の配列は、液体コア導波路／共鳴キャビティ９０３の任意の表面を貫通して配置される。この様なナノ多孔表面は、導波路９０３によるナノ粒子の処理能力を大幅に向上し、分類速度を速める。この様な表面の孔密度は、多大な光損失を防止するために充分に低くすべきである。
【００５７】
本発明に整合する他の実施形態において、粒子／細胞分類装置１０００は、ナノ多孔膜を使用した端部を介して溶液流全体を液体コア導波路１００１（矢印参照）へと導入し、図１０に示すように液体コア導波路１００１内において溶液全体を光場と相互作用させる構造体を備えている。
図１０は、液体コア導波路１００１の光学的なレイアウトを示し（簡略化のため周囲の構造は図示せず）、この導波路１００１は、導波路１００１の正面側１００２および裏面側１００３においてナノ多孔膜に接続され、導波路１００１内において全流れが光場と相互作用可能となっている。画分は、上記の実施形態と同様に、出力チャンネル１００４を介して流れの終端で収集される。
【００５８】
なお、この例の液体コア導波路１００１は、空間的に変化する光分布または「カスタム光度パターン」（他の図面に関して上述した固有モードにより決定される）を有する。この流れにおけるナノ粒子の各画分の平衡位置は、正味の浮力、流体力学的な力、光学的な力の関数であり、結果的に流れの場における個々の位置を占有する画分となる。光導波路／共鳴キャビティ内の流れは、その後、個別のチャンネルに分割され、画分毎に収集可能となる。
【００５９】
当業者は考え付くであろうが、「サブ波長」入出力部の変型態様を使用してナノ粒子を分類する、本発明に整合する他の実施形態もある。さらに、図１などに関連して上述したように、「共鳴キャビティ」を液体コア導波路と組み合わせて使用したり、分類のために「共鳴キャビティ」を「カスタム光度パターン」と組み合わせて使用したりする他の組み合わせも、本発明の全実施形態に関連する。
【００６０】
なお、小さな「サブ波長」開口部のみを使用しているので、小さな対象物しか分類できないが、これは、例えば、血液分類用途で使用可能な大型の例とは対照的に、中空コアを有するシングルモード光ファイバのように、使用する液体コア導波路も小型化できることを意味する。
さらに、「ナノ粒子」は、分類対象物の大きさが、サブ波長であり、サブ波長入力部を介して導入可能であり、多大な光損失なく導波路内で光学的な力に暴露可能である限り、無機粒子（量子ドットなど）、生体対象物（ウイルス、ＤＮＡ、浮遊小胞体など）、その他の有機／無機材料（改質粒子、ポリマー懸濁液）を意味するものである。
【００６１】
本発明の更なる実施形態について、以下に具体的に説明する。
上記の通り、先に図４Ａ、図５に示したように、本発明においてナノ粒子を分類する追加手段として、重力場、磁場および／または電場を光学的／流体力学的場の差分作用と組み合わせて使用することもできる。
本発明に整合する更に他の実施形態において、粒子／細胞分類装置１１００は、ナノ粒子フローチャンネルに接続された共鳴キャビティでもある液体コア導波路１１００を使用し、全流れを導波路１１０１内において光場と相互作用させることが必要である（図１１参照）。この場合も、サブ波長入力部１１０２を介して全流れを液体コア導波路１１０１（矢印参照）へと導入可能である。ｘ方向および／またはｙ方向に共鳴キャビティを作製することによって形成される更なる光場（破線矢印）は、光場分布を調整するためにも形成される。光導波路／共鳴キャビティ１１０１における流れは、その後、個々のチャンネル１１０３に分割され、各分類画分の収集が可能となる。
【００６２】
本発明に整合する他の実施形態においては、レーザまたは非レーザ光を適切な窓を介して出射することによって（すなわち、上記のように固有モードを導入することによって）設定されるｘ、ｙ、ｚ方向の光場分布を有する液体コア導波路１１０１内で確立される「カスタム光パターン」に加えて、ｘ、ｙ方向に沿った共鳴キャビティも、適切な反射性内面および光源を用いて確立することができる。
【００６３】
更に、本発明に整合する他の実施形態において、液体コア導波路１１０１は、図１１、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、非円筒形状の対称性（すなわち、例えば、矩形）を有していてもよい。
本発明に整合する更に他の実施形態において、流れの一部のみが、サブ波長開口部１２０１を介して液体コア導波路１２００（図１２Ａ参照）からの光に導入または暴露される（上記の実施形態と同様に、簡略化のために周囲の構造体は図示せず）。
【００６４】
一例として、図１２Ａは、ナノ粒子フローチャンネル１２０１に接続する液体コア導波路１２００の光学的なレイアウトを示す。液体コア導波路１２００内のサブ波長開口部１２０２は、光がキャビティ外に伝搬しないようにする。流れａは、導波路１２００に光学的に強制流入させられ、流れｂは、通過流である。図１２Ａは、ナノ粒子流がどのようにして液体コア導波路１２００からの「カスタム光度パターン」の一部に暴露されるかを示しており、その結果、内部の光場とのナノ粒子の相互作用に応じて、以下の何れかとなる。
１)更なる分別（図１２Ａの矢印ａ）の有無にかかわらず、導波路流へと進路変更される。
２）有意に相互作用しなかった画分（図１２Ａの矢印ｂ）を含有する流れが継続する。
【００６５】
導波路１２００に引き寄せられるナノ粒子流は、チャンバ／キャビティの長さ方向に沿って光場と相互作用する（１２０４は、相互作用距離である）。
他の実施形態において、図１２Ｂは、図１２Ａと同様であるが、液体コア導波路１２００へとナノ粒子溶液を流入させ、相互作用しないナノ粒子溶液（流れｂ）をこの構造体からナノ粒子画分に富む出力部１２０３へと流入させるためのナノ多孔表面を示す。
【００６６】
本発明に整合する他の実施形態において、上記のように、光場は、コンピュータ制御の空間光モジュレータ（例えば、図１に関する上記を参照）により導入される固有モードの展開セットであってもよく、差分光学的同調に基づく分類が可能となる。チャンバ／キャビティの端部において、流れの最終平衡位置に基づいて、流れを個々の画分に分類してもよい。
【００６７】
最後に、本発明に整合する他の実施形態において、上記のように、光と相互作用する粒子を分類して、粒子ではなく残留溶液を収集することによって、導波路に流入する液体溶液を浄化してもよい。
本発明の上記の実施形態は、本発明の原理の明確な理解のために記載された考え得る実施の例示にすぎないことを強調しなければならない。本発明の上記の実施形態は、本発明の精神および原理から逸脱することなく、変更および修正が可能である。この様な変更および修正は全て、ここにおいて本発明の範囲に包含され、以下の特許請求の範囲により保護されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に整合する一実施形態に係る、粒子を分類するための液体コア導波路装置を示す概略図である。
【図２】粒子分類のための液体コア導波路装置において使用されるドーナツ形状の固有モードに関する、本発明に整合する他の実施形態を示す概略斜視図である。
【図３Ａ】粒子分類のための液体コア導波路装置にマルチ固有モードまたは一連の経時変化固有モードを導入するために空間光モジュレータを使用する、本発明に整合する更に他の実施形態を示す概略斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの液体コア導波路の線Ｂに沿った横断面である。
【図３Ｃ】図３Ａの液体コア導波路の線Ｃに沿った横断面である。
【図４Ａ】分類のための出口収集領域に所望の粒子を選択的に導くために、流体入力および重力により制御される流体力学的な力を導波路内の光学的な力と組み合わせた、粒子分類のための液体コア導波路装置の本発明に整合する更に他の実施形態を示す概略斜視図である。
【図４Ｂ】異なる出力チャンネルへの粒子の分類を支援するために、電場または磁場を導波路内の光学的な力と組み合わせて使用可能な、図４Ａの別の実施形態である。
【図５】本発明に整合する粒子／細胞分類装置の更に他の実施形態の概略図であり、この装置が遠心分離機に一体化されている。
【図６Ａ】内部で出射されるベッセル（Ｂｅｓｓｅｌ）ビーム固有モードを示す、本発明に整合する更に他の実施形態に係る液体コア導波路の概略図である。
【図６Ｂ】図６Ａの実施形態と共に使用されるアキシコン（ａｘｉｃｏｎ）の概略図である、
【図６Ｃ】図６Ａの実施形態と共に使用される環状開口部の概略図である。
【図６Ｄ】図６Ａの実施形態と共に使用される環状開口部の概略図である。
【図７】ベッセルビーム相互作用の従来技術の概略図である。
【図８】本発明に整合する粒子／細胞分類装置において使用される導波路の更に他の実施形態の概略図であり、反復ベッセルビームを示す。
【図９Ａ】側面にナノ多孔開口部を備え、フローチップ上に組み込まれる、本発明に整合する粒子／細胞分類装置の液体コア導波路の更に他の実施形態の概略図である。
【図９Ｂ】同様のフローチップ上に組み込まれるナノ多孔側面を有する共鳴キャビティを備えた図９Ａの別の実施形態の概略図である。
【図１０】本発明に整合する粒子／細胞分類装置の液体コア導波路の更に他の実施形態の概略図であり、入出力インタフェースとしてのナノ多孔膜を示す。
【図１１】本発明に整合する粒子／細胞分類装置の液体コア導波路の更に他の実施形態の概略図であり、サブ波長（ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：波長以下のサイズの）流体入出力部を有する、円筒形ではなく正方形の導波路構造を示す。
【図１２Ａ】本発明に整合する粒子／細胞分類装置の液体コア導波路の更に他の実施形態の概略図であり、サブ波長開口部（ナノチャンネル）を介して液体コア導波路へと導入される流れの一部のみを示している。
【図１２Ｂ】本発明に整合する粒子／細胞分類装置の液体コア導波路の更に他の実施形態の概略図であり、ナノチャンネルの代替としてナノ多孔膜を示している。
【図１】
2008536129.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
2008536129.tif 000011
【図６Ｂ】
2008536129.tif 000012
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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