(57)【要約】【課題】光圧用レーザの放射圧を利用して微小な粒子と所定のベース物質との間に働く力学的な力を測定するため微小力測定装置において、高い精度で測定可能であり前記光圧用レーザによる熱に影響を受けにくくした微小力測定装置を提供する。【解決手段】、微小な粒子を固定しているプローブ１と、前記微小な粒子の移動に伴って位置変化する前記プローブ１を光圧用レーザの放射圧を利用して所定目的位置に静止固定するようフィードバック制御するプローブ位置制御機構Ａと、前記光圧用レーザの放射出力を経時的に測定記録する測定手段Ｂとを有してなる微小測定装置において、プローブ１を、微小な粒子を固定する探針１ａと、この探針１ａに接続し前記光圧用レーザが照射される領域たる光照射部１ｂ及びこの光照射部を支持する支持部１ｃとして機能するカンチレバー１ｄとからなるものとし、このカンチレバー１ｄを板状ガラスから構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小な粒子と所定のベース物質との間に働く力学的な力を測定するためのものであり、
前記微小な粒子を固定しているプローブと、
前記微小な粒子の移動に伴って位置変化する前記プローブを、光圧用レーザの放射圧を利用して所定目的位置に静止固定するようフィードバック制御するプローブ位置制御機構と、
前記光圧用レーザの放射出力を経時的に測定記録する測定手段とを有してなる微小測定装置において、
前記プローブの少なくとも前記光圧用レーザに照射される領域を、非金属の誘電体によって構成していることを特徴とする微小力測定装置。
【請求項２】
前記プローブが、前記微小な粒子を固定する探針と、この探針に接続し前記光圧用レーザが照射される領域たる光照射部と、この光照射部を支持する支持部とを具備したものである請求項１記載の微小力測定装置。
【請求項３】
前記光照射部を、板状ガラスによって構成している請求項２記載の微小力測定装置。
【請求項４】
前記光照射部を、プリズムによって構成している請求項２記載の微小力測定装置。
【請求項５】
前記ベース物質を観察対象物面に固定し、前記支持部を前記観察対象物面に対して水平方向への移動可能に構成している請求項２乃至４何れかに記載の微小力測定装置。
【請求項６】
前記光照射部と支持部とを一体の板状に成形し、これら一体の光照射部及び支持部を前記観察対象物面に対して垂直方向に設置している請求項５記載の微小力測定装置。
【請求項７】
前記支持部を、さらに観察対象物面に対して垂直方向への移動可能に構成している請求項５記載の微小力測定装置。
【請求項８】
前記光圧用レーザを対物レンズから照射することによりレーザ放射圧を与えるようにしている請求項１乃至７何れかに記載の微小力測定装置。
【請求項９】
前記プローブ位置制御機構が、
前記プローブに対して光照射を行う位置検出用光照射手段と、
分割光ダイオードに前記光照射による干渉像を映し出す投影手段と、
前記干渉像によりプローブの位置を検出測定する検出手段と、
前記検出手段による検出結果よりプローブに照射する光圧用レーザの強度を調節する調節手段とを備えている請求項１乃至８何れかに記載の微小力測定装置。
【請求項１０】
前記プローブ位置制御機構を、プローブの揺らぎを二乗平均で変位換算して０．６ナノメートル以下で保持していることを監視制御することで、熱揺らぎによるプローブの揺らぎまたは外力によるプローブの変位を防止するように構成している請求項１乃至９何れかに記載の微小力測定装置。
【請求項１１】
一定のバネ定数を有するプローブを固定器に接続し、そのプローブに光圧用レーザによる任意の強度の放射圧を負荷させ、動的な平衡が保持できるようオフセット機能を付加している請求項１乃１０何れかに記載の微小力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛋白質分子などの微小の粒子と所定のベース物質との間に働く力学的な力を経時的に測定する微小力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、微小な粒子たるモータ蛋白質分子とベース物質たる蛋白質フィラメントなどが相互作用する際に発生する微小な力の大きさをｐＮ（ピコニュートン）の精度で測定するための微小なガラスプローブや光ピンセットを用いる方法等が知られていた。これらは、微小なガラスプローブの先端や光ピンセットを微小なバネ秤のように利用して、前記微小なガラスプローブの先端や光ピンセットで捕捉した粒子にモータ蛋白質一分子を固定し、観察対象物面に蛋白質フィラメントを固定して両者を接近させると、これらの間に相互作用が働いたときにモータ蛋白質の移動に基づく微小なガラスプローブの先端や光ピンセットで捕捉した粒子の変位が観察され、この変位を測定することにより、モータ蛋白質分子と蛋白質フィラメントとの間に働いた力の強さの経時変化を測定することができるようになっている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００３】
また、レーザの放射圧を利用して、観察対象物面に垂直な方向のプローブの位置をフィードバック制御することにより、観察対象物面との距離を一定に保ちながら観察対象物面に垂直な方向の引力および斥力の非接触計測を行う分子間力顕微鏡が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、これらの方法では、プローブや粒子の熱揺らぎ及び外力に伴う変位を消失させて、水平な方向の力を測定する手段を考慮していなかったため、微小な粒子間の相対的な位置を数ナノメートルのオーダーで制御しながら水平方向の力を検出することができないという課題を残していた。
【０００５】
そこで、本出願人は、モータ蛋白質及び蛋白質フィラメント等、微小な粒子とベース物質との水平な方向の相対位置を数ナノメートルのオーダーで制御することを可能にした装置として、微小な粒子を固定しているプローブと、前記微小な粒子の移動に伴って位置変化する前記プローブを光圧用レーザの放射圧を利用して所定目的位置に静止固定するようフィードバック制御するプローブ位置制御機構と、前記光圧用レーザのレーザの放射出力を経時的に測定記録する測定手段とを備えて構成したものを開発した。そして、前記プローブは、微小な粒子を固定する探針と、この探針に接続し前記光圧用レーザに照射される領域である光照射部及びこの光照射部を支持する支持部として機能するカンチレバーとを備えて構成してあり、光圧用レーザの反射率を向上させるために、前記カンチレバーを例えば金等の金属でコーティングしてある。（特許文献３参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−４３４３４号公報
【特許文献２】
特開平７−１２８２５号公報
【特許文献３】
特願２００１−３０８７４４号公報
【非特許文献１】
ＴＲＥＮＤ    ｉｎ    Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ    ｖｏｌ．１９    ｎｏ．６    Ｊｕｎｅ    ２００１    Ｐ２１１−Ｐ２１６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の微小力測定装置のような金属を利用したカンチレバーによるプローブであると、測定時に光圧用レーザの照射に伴って熱を発生して変形し、光に起因するプローブの運動変化量に無視できない影響を及ぼす場合があるという課題を残していた。
【０００８】
そこで、このような不具合を解決すべく、光圧用レーザの放射圧に対して安定であり正確な測定値を与え得るプローブを備えた微小力測定装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、微小な粒子と所定のベース物質との間に働く力学的な力を測定するためのものであり、前記微小な粒子を固定しているプローブと、前記微小な粒子の移動に伴って位置変化する前記プローブを光圧用レーザの放射圧を利用して所定目的位置に静止固定するようフィードバック制御するプローブ位置制御機構と、前記光圧用レーザの放射出力を経時的に測定記録する測定手段とを有してなる微小測定装置において、前記プローブの少なくとも前記光圧用レーザに照射される領域を、非金属の誘電体すなわち自由電子を持たないような素材によって構成していることを特徴とする微小力測定装置である。なお、非金属の誘電体としては、ガラス、石英ガラス、水晶、シリコン、ダイヤモンドなどが挙げられる。
【００１０】
このようなものであれば、照射領域が光圧用レーザから光照射を受けた場合にも自由電子の振動に基づく発熱を生じないために、プローブが変形・劣化することなく高い精度で適正な測定値を得られるようになる。また、プローブの使用可能回数及び時間を増やし、部品の交換によるコスト増大を防止することも可能となる。
【００１１】
また、プローブの好ましい具体的態様としては、微小な粒子を固定する探針とこの探針に接続し前記光圧用レーザが照射される領域たる光照射部とこの光照射部を支持する支持部とを備えて構成しているものが挙げられる。
【００１２】
光照射部としては、板状ガラスによって構成したものや、プリズムによって構成したものが挙げられる。
【００１３】
支持部の具体的な態様としては、ベース物質を観察対象物面に固定するようしておき、その観察対象物面に対して水平方向へ移動できるように構成したものが挙げられる。このようなものの場合、光照射部と支持部とを一体の板状体となるように形成し、これら一体の光照射部及び支持部を観察対象物面に対して垂直方向に設置するようにすれば、製造を簡単にすることが可能である。また、探針に固定した微小な粒子の観察対象物面に対して垂直方向な動きに対応させるためには、前記支持部を観察対象物面に対してさらに垂直方向への移動可能に構成するようにすればよい。
【００１４】
また、装置の簡素化・簡略化のためには、光圧用レーザを対物レンズから照射することによりレーザ放射圧を与えるようにすればよい。
【００１５】
また、プローブ位置制御機構の具体的構成としては、プローブに対して光照射を行う位置検出用光照射手段と、分割光ダイオードに前記光照射による干渉像を映し出す投影手段と、前記干渉像によりプローブの位置を検出測定する検出手段とをプローブの位置検出手段として備え、さらに前記検出手段による検出結果よりプローブに照射する光圧用レーザの強度を調節する調節手段を有しているものが挙げられる。
【００１６】
熱によるプローブの揺らぎの抑制に関しては、前記プローブ位置制御機構において、プローブの揺らぎを二乗平均で変位換算して０．６ナノメートル以下で保持していることを監視制御することで、熱揺らぎによるプローブの揺らぎを防止するようにすることが挙げられる。
【００１７】
さらに、光圧用レーザの照射方向に対して微小な粒子が順方向或いは逆方向の移動する場合に関わらず、測定を可能にするためには、一定のバネ定数を有するプローブを固定器に接続し、該プローブに任意の強度の放射圧を負荷させ、動的な平衡が保持できるようオフセット機能を付加させるようすることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
この微小力測定装置は、タンパク質等の微小な粒子をプローブ１に固定し、その微小な粒子と観察対象物面２ａに固定したベース物質との間において作用する力学的な力を測定するように構成したものであり、図１に機器構成図、図２に機能構成図を示しているように、前記プローブ１と、前記微小な粒子の移動に伴って位置変化するプローブ１を、光圧用レーザの放射圧を利用して所定目的位置に静止固定するようフィードバック制御するプローブ位置制御機構Ａと、光圧用レーザの放射出力を経時的に測定記録する測定手段Ｂとしての機能を有するものである。また、本実施形態の装置には、さらに前記微小な粒子一分子を観察するための全反射蛍光観察機構Ｃを備えている。
【００２０】
より具体的に説明すると、まずプローブ１は、図３〜６に示すように、微小な粒子を固定する探針１ａと、この探針に接続し前記光圧用レーザが照射される領域たる光照射部１ｂ及びこの光照射部１ｂを支持する支持部１ｃとして機能する薄板状のカンチレバー１ｄとを備えて構成している。
【００２１】
探針１ａは、本実施形態においては、ＺｎＯウイスカーによるものを採用し、この探針１ａの先端部に蛋白質等の微小な粒子を固定するようにしている。なお、固定方法としては、金をこの探針１ａに付け微小な粒子である蛋白質の一部をＳＨ基で修飾して結合させる方法や、探針１ａにニッケルを付けＨｉｓタグを蛋白質に融合して結合する方法や、アビジンとビオチンの相互作用により結合させる方法が挙げられる。
【００２２】
また、カンチレバー１ｄは、例えば長さ２００μｍ、幅２０μｍ、厚さ１００ｎｍに成形し、探針１ａを取り付けた自由端側を前記光照射部１ｂとして、また図示しない任意の固定器具に取り付けた基端側を前記支持部１ｃとしての機能を兼ねるようにしてある。また、バネ定数を約０．１ｐＮ／ｎｍとなるように設定して観察対象物面２ａに対して水平方向に移動できるように、かつ図５及び６に示しているように観察対象物面２ａに対して垂直となるように前記固定器具に片持ち状に取り付けてある。なお、観察対象物面２ａとは、探針１ａに固定した微小な粒子が移動する場所であり、通常はスライドガラス２を用いる。そして、本実施形態においては、光照射部１ｂ及び支持部１ｃとして機能するこのカンチレバー１ｄを、非金属の誘電体である板状ガラスによって構成している。
【００２３】
プローブ位置制御機構Ａは、光圧用レーザをプローブ１に照射する照射手段Ａ１と、前記プローブ１に対して位置検出用の光照射を行う位置検出用照射手段Ａ２と、分割光ダイオードに前記位置検出用照射手段Ａ２の光照射による干渉像を映し出す投影手段Ａ３と、前記干渉像によりプローブ１の位置を検出測定する検出手段Ａ４と、前記検出手段Ａ４による検出結果よりプローブ１に照射する光圧用レーザの強度を調整する調整手段Ａ５とを備えて構成している。
【００２４】
照射手段Ａ１は、光圧用レーザ光源３の光線を、ＥＭＯ（電気光学変調器）４によってその照射強度の調整を行い、光圧用レーザレンズ５を通過させて、光圧用レーザ反射鏡６で反射させ、請求項８記載の対物レンズに相当する第１対物レンズ７に入射し集光してプローブ１に照射するように構成している。なお、図示例のものには示していないが、ＥＭＯ４から出力するレーザ光線を複数の集光レンズや反射鏡で反射させて第１対物レンズ７に入射するように構成してあってもよい。本実施形態においては、光圧用レーザとして、ガラスに吸収がほとんど見られない赤外線領域の波長のＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）レーザ（１０６４ｎｍ、５００ｍＷ）を採用している。また、板状をなす光照射部１ｂの表面に対して斜め方向に照射するように設定しており、本実施形態においては、その入射角を約８０°としている。これは、図７に示すように、Ｐ偏光及びＳ偏光において、その入射角とガラス製のカンチレバー１ｄに懸かる力との関係から最も大きな力が得られる角度を選択したものである。なお、図８に示すように、この光圧用レーザの有無で確実にプローブ１の位置が変化し再現性ある結果を示すことは確認できている。さらに、図９に示すように、光圧用レーザの強度とプローブ１に懸かる力とに比例関係が在ることも確認できている。なお、本実施形態の微小力測定装置は、図１０に示しているように、プローブ１に任意の強度の光圧を負荷させたオフセット機能を与えて、プローブを動的平衡で所定目的位置に静止するようにしており、オフセットに要する力として、光圧用レーザの放射圧を、プローブ１に固定した微小な粒子が持つ力より十分大きいものに設定している。例えば、微小な粒子として蛋白質の運動を測定する場合には、この運動の力よりも大きな力でよいので８ｐＮを超え好ましくは２５ｐＮの範囲で設定すればよい。
【００２５】
位置検出用光照射手段Ａ２は、位置検出用レーザ光源８の光線を、ビームエクスバンダ９で広げてから位置検出用レーザ反射鏡１０で反射させ、図６に示しているように前記第１対物レンズ７に入射し集光してプローブ１にフォーカス（クロス）して照射するように構成している。位置検出用レーザは、プローブ１に対しては特段の作用を及ぼさないように構成する必要があるもので、本実施形態においては、ＹＡＧレーザ（５３２ｎｍ、１００μＷ）を採用している。
【００２６】
投影手段Ａ３は、光照射部１ｂを通過した位置検出用レーザ光線を第２対物レンズ１２に入射させ、第２位置検出用レーザ反射鏡１１で反射させて分割光ダイオードたるニ分割フォトダイオード１３内でプローブ干渉像を得るように構成している。
【００２７】
検出手段Ａ４は、前記ニ分割フォトダイオード１３に接続したＩ−Ｖ変換器１４及び差動増幅器１５を有する位置検出用増幅器１６によって、前記干渉像を位置信号として電気信号に変換し、さらにＡ−Ｄ変換器１７でデジタル信号に変換して、その出力信号をデータ収録用のコンピュータ１８に集積記録してモニターできるように構成している。
【００２８】
調整手段Ａ５は、前記位置信号をフィードバック回路１９によってフィードバック信号に変換させ、ＥＭＯ４にその信号を送信して光圧用レーザの強度を調整して、プローブ１を静止固定させるように構成している。このとき、図３に示しているようにフィードバック制御により微小な粒子が作用した力と反対向きに光圧用レーザの放射圧を作用させ、見た目の上でプローブ１が静止させるようにしてある。ここで、プローブ１に固定した微小な粒子の運動及びバックグラウンドとして熱による揺らぎがプローブ１に生じるが、位置信号をフィードバック回路１９へ入力し目標値信号へ追従させることにより、プローブ１の揺らぎを二乗平均変位に換算して０．６ナノメートル以下に抑えるように設定している。なお、プローブ１の位置が変位することにより、この干渉縞が変化するが、この変化量はプローブ１の位置変化と一定の相関関係を持って変化することがわかっているので、定量的にプローブ位置の測定が可能である。
【００２９】
測定手段Ｂは、前記光圧用レーザ光源３或いはＥＭＯ４に接続した前記コンピュータ１８或いは図示しない専用の制御装置等によって放射出力を経時的に測定し、間接的にプローブ１に懸かる力学的な負荷を測定できるようにしたものである。
【００３０】
全反射蛍光観察機構Ｃは、微小な粒子に標識した特定の蛍光物質（色素）を励起させる波長のレーザ光線を、観察対象物面２ａに対して全反射するように設定した入射角度で照射し、観察対象物面２ａから約１００ｎｍの範囲のエバネッセント場において励起される前記蛍光物質を観察するように構成している。具体的には、図示例のものでは、前記励起光としてブルーレーザ（４７３ｎｍ、５００μＷ）を採用しており、励起用レーザ光源２０の光線をビームエスクパンダ２１、集光レンズ２２に通し、励起光用レーザ反射鏡２３で反射させて第１対物レンズ７を通じて観察対象物面２ａを下方側から照射し、照射領域を例えばＣＣＤ２４によって撮像して、図示しないモニターに画像として表示するようにしている。
【００３１】
以上のように構成した微小力測定装置によって、図１１に示したように微小な粒子たるモータ蛋白質（キネシン）２５とベース物質たるフィラメント蛋白質（微小管）２６との間に作用する力を測定する場合の動作等について説明する。
【００３２】
まず、モータ蛋白質２５に所定の蛍光物質（色素）で標識しておき、探針１ａにモータ蛋白質２５を固定する。この際、観察対象物面２ａに励起光用レーザを照射し、その励起光による蛍光の状態がＣＣＤカメラ２４で撮像した画像をモニターで観察することで、探針１ａにモータ蛋白質２５一分子が固定したかどうかを確認できる。そのモータ蛋白質２５をスライドガラス２上の観察対象物面２ａに固定しておいたフィラメント蛋白質２６に接近させる。
【００３３】
そして、光圧用レーザ光源３から、光圧用レーザ光線をカンチレバー１ｄの光照射部１ｂの表面に対して第１対物レンズ７を通じて入射角８０°で直径約２０μｍの範囲に照射する。この際、ガラスからなる光照射部１ｂに対して、光圧用レーザが照射される（図中Ｆ１で示している）と、図３及び４に示したように、入射角に依存した割合で一部が反射し（図中Ｆ２で示している）、一部が屈折し（図中Ｆ３で示している）、透過して出射する（図中Ｆ４で示している）ことになる。
【００３４】
一方、位置検出用レーザ光源８から出力されたレーザ光線は、ビームエクスバンダ９で広げられ、第１位置検出用レーザ反射鏡１０に反射され、第１対物レンズ７に入射し集光され、プローブ１の位置を検出する。プローブ１を通過した位置検出用レーザは、第２対物レンズ１２に入射し、第２位置検出用レーザ反射鏡１１に反射される。そして、プローブ１の位置を反映して、ニ分割フォトダイオード１３内でプローブ干渉像が得られる。ここで、プローブ１は、熱揺らぎによるランダムに変位するが、これは干渉像の動きとして検出される（図１２、１３）。この干渉像が、位置検出用増幅器１６によって位置信号として電気信号に変換され、さらにＡ−Ｄ変換器１７でデジタル化され、コンピュータ１８に入力される。コンピュータ１８では、熱揺らぎ等によるバックグラウンドを二乗平均変位に変換計算する。また、前記位置信号がフィードバック回路１９に入り、フィードバック信号に変換される。このフィードバック信号が、ＥＭＯ４に移行し、そのフィードバック信号に応じて光圧用レーザ光源３の照射強度が調整される。
【００３５】
そして、フィードバック信号により調整された光圧用レーザの放射圧によって探針１ａに固定したモータ蛋白質２５による力の発生にかかわらず、プローブ１は、見た目上、静止固定される。この際、図１２に示しているフィードバックをかけなかったときの熱揺らぎによるプローブの変位が、図１３に示しているように、フィードバック制御によって約０．６ナノメートルの精度で制御して固定できたのと同様に制御できる。なお、本実施形態ではオフセット機能を付加させているので、図１０に示しているように、プローブ１に固定されたモータ蛋白質２５が光圧用レーザ照射方向に逆らう向きに移動する場合には、放射圧に懸かる強度は、オフセットに懸かる力と前記モータ蛋白質２５の移動に伴う力が加算された力に相当することになる。一方、前記モータ蛋白質２５が光圧用レーザ照射方向と同じ向きに移動する場合には、光圧用レーザの放射圧は、オフセットに懸かる力からモータ蛋白質２５の移動に伴う力を減じた力に相当することになる。
【００３６】
そして、カンチレバー１ｄのバネ定数を用い、フィードバック信号とプローブ１に対する光圧用レーザの放射圧との関係を求め、フィードバック信号を解析することにより、モータ蛋白質２５とフィラメント蛋白２５との間に作用する力を得ることができる。
【００３７】
以上のように説明した本実施形態の微小力測定装置は、光圧用レーザの光照射部１ｂとしての機能を有するカンチレバー１ｄをガラスによって構成しているため、従来の金属でコーティングしたカンチレバーと比較して、熱の発生に基づく変形を防止して、正確なデータを得ることができる。また、その結果、長期間プローブ１を使用することが可能となり、コストの低減も期待できる。また、非金属の誘電体としてガラスを採用しているので手に入れやすくまた加工も簡単である。
【００３８】
また、本実施形態では、光圧用レーザは、上述したように、ＥＭＯ４で強度調整をし、光圧用レーザレンズ５、光圧用レーザ反射鏡６、第１対物レンズ７を介してプローブ１に到達するようにしている。位置検出用レーザは、位置検出用レーザ光源８からの光線を、ビームエクスバンダ９、位置検出用レーザ反射鏡１０、第１対物レンズ７を介してプローブ１に到達させるようにしている。さらに、励起用レーザも、励起用レーザ光源２０の光線を、ビームエクスバンダ２１、集光レンズ２２、励起用レーザ反射鏡２３、第１対物レンズ７を介して観察対象物面２ａに到達させるようにしている。すなわち、これらのように比較的簡単で且つ柔軟に扱うことのできる光学系を採用しているので、波長など異なる複数の光源を容易に接続することができる。くわえて、光圧用レーザ、位置調整用レーザ及び励起用レーザすべてを、第１対物レンズ７を通過するように設定したので装置の構成を簡素化し、嵩張るのを防ぐことができる。
【００３９】
また、プローブ１にオフセット機能を付加させているので、プローブ１に固定した微小な粒子が、観察対象物面２ａに対して左右何れの方向に移動しても測定できる。
【００４０】
また、本実施形態の微小力測定装置では、プローブ１に光圧用レーザを照射する照射手段Ａ１を５００ｍＷのＹＡＧレーザとＥＭＯ４とを備えて構成したので、最大３０ｐＮの力を利用して、フィードバック制御が０．６ｎｍ  ｒｍｓで行えることも実験で明らかとなった。すなわち、非常に高い精度での制御が行えるため、微小な粒子の力をより正確に測定することが可能である。
【００４１】
また、本実施形態特有の効果としては、全反射蛍光観察機構Ｃを組み込んだので、微小な粒子たるモータ蛋白質（キネシン）２５一分子のみを探針１ａに固定できたかを観察して確認することができ、より正確な滑り力の測定が実現できる。なお、さらにベース物質たるフィラメント蛋白質（微小管）にも蛍光物質による標識を行い、モータ蛋白質２５に照射する波長とは異なる波長の励起光を照射するレーザを搭載してモータ蛋白質２５及びフィラメント蛋白質２６両方を観察できるようにしてもよい。
【００４２】
本発明は、上記実施形態に限られない。
【００４３】
例えば、プローブの照射される領域のみをガラスによって構成したようなものであってもよいし、探針を含めたプローブ全体をガラスで構成したようなものであってもよい。
【００４４】
また、光照射部を構成する素材としては、非金属の誘電体であれば、ガラスに限らず、例えば石英ガラス、水晶、シリコン、ダイヤモンドのようなものであってもよい。
【００４５】
また、プローブが、光照射部と支持部とを別体に形成したようなものであってもよい。
【００４６】
さらに、図１４に示したように、探針１００ａと、プリズムによって構成した光照射部１００ｂと、この光照射部１００ｂとは別体の円柱状乃至角柱状の支持体１００ｃとを備えたプローブ１００を有するようなものであってもよい。この支持部１００ｃは、光照射部１００ｂよりもその径を小さく設定し、観察対象物面２ａに対して水平方向に移動可能であり、なお且つ垂直方向への移動可能となるようにしている。なお、上記実施形態と同様の構成には同符号を付して示している。
【００４７】
このようなプローブ１００であっても、光圧用レーザの照射に基づく熱の発生を抑えて正確な測定値を与えることが可能である。また、図中入射光をＦ１、反射光をＦ２で示しているように、プリズムであれば光圧用レーザの全反射が可能であるので、測定に必要な光圧用レーザの照射強度を抑えることも可能である。加えて、このようなプローブ１００であれば微小な粒子が移動する際の観察対象物面２ａに対して垂直方向への力が生じた場合に、その力をこの支持部１００ｃの動きにより吸収することができるので、探針１ａに固定した微小な粒子をつぶすことなく測定を行うことができる。
【００４８】
また、微小な粒子としては、蛋白質に限らず、例えばＤＮＡやＲＮＡなど他の微小粒子、細胞などであってもよい。
【００４９】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５１】
すなわち、本発明の微小力測定装置によれば、プローブの照射領域が光圧用レーザから光照射を受けた場合にも自由電子の振動に基づく発熱を生じないために、プローブの変形・劣化を防ぎ、高い精度で適正な測定値を得ることが可能である。また、プローブの使用可能回数及び時間を増やし、部品の交換によるコスト増大を防止することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す機器構成図。
【図２】同実施形態を示す機能構成図。
【図３】同実施形態における光圧用レーザがプローブに照射された様子を示す説明図。
【図４】同実施形態における光圧用レーザが観察対象物面を通してプローブに照射された様子を示す説明図。
【図５】同実施形態におけるプローブと観察対象物面との様子を示す部分斜視図。
【図６】同実施形態における位置検出用レーザがプローブに照射される様子を示す説明図。
【図７】同実施形態において、プローブに対する光圧用レーザの入射角と、プローブに作用する力との関係を示すグラフ。
【図８】同実施形態において、光圧用レーザの放射によるプローブの位置変化の影響を、光圧用レーザの強度を変化させた場合での結果を示すグラフ。
【図９】同実施形態において、光圧用レーザの強度とプローブに懸かる放射圧との関係を示すグラフ。
【図１０】同実施形態におけるオフセット機能を示す説明図。
【図１１】同実施形態において、モータ蛋白質とフィラメント蛋白質との間に作用する力を測定する場合を示す図。
【図１２】同実施形態において、フィードバック制御をかけなかった場合のプローブの熱揺らぎによる変位の経時的変化を示すグラフ。
【図１３】同実施形態において、フィードバック制御をかけた場合のプローブの熱揺らぎによる変位の経時的変化を示すグラフ。
【図１４】本発明の別の実施形態の要部示す斜視図。
【符号の説明】
１・・・プローブ
１ａ・・・探針
１ｂ・・・光照射部
１ｃ・・・支持部
２ａ・・・観察対象物面
７・・・対物レンズ（第１対物レンズ）
１３・・・分割光ダイオード（ニ分割フォトダイオード）
２５・・・微小な粒子（モータ蛋白質）
２６・・・ベース物質（フィラメント蛋白質）
１００・・・プローブ
１００ａ・・・探針
１００ｂ・・・光照射部
１００ｃ・・・支持部
Ａ・・・プローブ位置制御機構
Ａ２・・・位置検出用照射手段
Ａ３・・・投影手段
Ａ４・・・検出手段
Ａ５・・・調整手段
Ｂ・・・測定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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