(57)【要約】【課題】非接触で複数の微粒子に視覚的に識別可能な標識を付与する微粒子の識別化装置及び識別化方法を提供すること。【解決手段】捕捉用ビーム出力部（７）と、加工用ビーム出力部（１７）と、入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部（１２〜１２”）と、焦点移動部（１２〜１２”）から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、制御部（５）とを備え、制御部（５）が、焦点移動部（１２〜１２”）を制御して、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子（３）を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の微粒子（３）を前記軌道上に捕捉し、前記軌道上に捕捉された微粒子（３）に対して、前記加工用ビームを照射し、微粒子（３）に識別可能な加工を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
捕捉用ビームを出力する捕捉用ビーム出力部と、
加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、
入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、
前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、
制御部とを備え、
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉し、
捕捉された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施すことを特徴とする微粒子の標識化装置。
【請求項２】
２本の捕捉用ビームを出力する捕捉用ビーム出力部と、
加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、
入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、
前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、
制御部とを備え、
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、２本の前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させてビームの空洞を形成し、複数の前記微粒子を前記空洞内に捕捉し、
捕捉された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施すことを特徴とする微粒子の標識化装置。
【請求項３】
前記加工によって前記微粒子の表面又は内部に、所定の大きさの１個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の微粒子の標識化装置。
【請求項４】
さらに識別物質を運搬する運搬ビームを出力する運搬ビーム出力部を備え、
前記加工によって前記微粒子の表面に、所定の大きさの１個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成し、
前記制御部が、前記焦点移動部を制御して前記運搬ビームの光路を変化させ、前記穴に前記識別物質を運搬することを特徴とする請求項１又は２に記載の微粒子の標識化装置。
【請求項５】
複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも１個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、１個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させることを特徴とする請求項１〜４に記載の微粒子の標識化装置。
【請求項６】
捕捉用ビームを出力する第１ステップと、
前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームの焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉する第２ステップと、
捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第３ステップとを含むことを特徴とする微粒子の標識化方法。
【請求項７】
２本の捕捉用ビームを出力する第１ステップと、
前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、２本の前記捕捉用ビームの各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させてビームの空洞を形成し、複数の前記微粒子を前記空洞内に捕捉する第２ステップと、
捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第３ステップとを含むことを特徴とする微粒子の標識化方法。
【請求項８】
前記加工によって前記微粒子の表面又は内部に、所定の大きさの１個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の微粒子の標識化方法。
【請求項９】
識別物質を運搬する運搬ビームを出力する第４ステップと、前記加工によって前記微粒子の表面に、所定の大きさの１個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成する第５ステップと、
前記運搬ビームによって前記識別物質を捕捉し、前記運搬ビームの焦点位置を移動させ、前記穴に前記識別物質を運搬する第６ステップとをさらに含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の微粒子の標識化方法。
【請求項１０】
前記第３ステップが、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも１個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、１個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させる第７ステップを含むことを特徴とする請求項６〜９に記載の微粒子の標識化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を利用して微粒子に視覚的標識を付与するための標識化装置及び標識化方法に関し、特に、遺伝子操作やマイクロマシン組立など、微小物や微小構造物の非接触自動操作の際に必要となる微粒子に、画像処理により容易に識別可能な視覚的標識を付与することができる微粒子の標識化装置及び標識化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微小物質や微小構造物（以下、微小物と記す）の表面に微小なポリスチレン球やガラス球を取り付けて、これらにレーザ光を集束させる光ピンセット法によって、微小物に熱的損傷を与えることなく、非接触で微小物を捕捉し、操作できることが知られている（下記非特許文献１、２参照）。取り付けられた微粒子が視覚的に識別され得るものであれば、画像処理や現代制御理論などの高度自動化技術を使用して、上記した非接触での微小物の操作を自動化できる可能性があることから、例えば、蛍光色素などで着色された微小ポリスチレン球が実現されており、このポリスチレン球を操作対象の微小物に取り付ける微粒子として使用することができる。また、微粒子を微小物の表面に取り付ける手段は、光硬化樹脂を接着剤として用いるなど各種の手段が開発されている。
【０００３】
【非特許文献１】
新井史人，「ナノ・マイクロマニピュレーションの現状と課題」，システム／制御／情報，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．５，２００２，ｐｐ．２４４−２５１
【０００４】
【非特許文献２】
三輪昌史、外２名，「微小構造物のレーザー走査マニピュレーションによる保持」，電学論Ｅ，１２０巻７号，平成１２年，ｐｐ．３４５−３４９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、微小物の自動操作を目的に微粒子を微小物の表面に取り付けるには、多種類の標識を有する微粒子を事前に準備しなければならず、それらを微小物の表面上の特定の場所に取り付けることも困難であることから、未だ、上記した非接触での微小物の自動操作は実現されていない。
【０００６】
また、蛍光色素などで着色された微小ポリスチレン球を使用する場合、容器に入っている多数の微小ポリスチレン球の中から、１個の微小ポリスチレン球のみを取り出すということが困難であるため、認識の際に外乱となる余分な微粒子を取り出すことなく、上記した多種類の微粒子の取り付け作業を行うことは困難であった。
【０００７】
一方、微小物の表面に取り付ける微粒子に、蛍光色素などを用いずに識別できる視覚的な標識を付与する技術が開発されれば、画像処理技術などを利用して微小構造物などを自動操作することが可能となることから、レーザマニピュレーション技術で安定に捕捉できる微粒子に、多様な視覚的標識を付与する技術の開発が、上記分野の重要な課題の１つとなっていた。
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、媒体（液体又は気体）中において、非接触で、複数の微粒子の表面又はその内部に、視覚的に識別可能な異なった標識を付与することができる微粒子の標識化装置及び標識化方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【００１０】
即ち、本発明に係る微粒子の標識化装置（１）は、捕捉用ビームを出力する捕捉用ビーム出力部と、加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、制御部とを備え、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉し、捕捉された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施すことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る微粒子の標識化装置（２）は、２本の捕捉用ビームを出力する捕捉用ビーム出力部と、加工用ビームを出力する加工用ビーム出力部と、入射する前記捕捉用ビーム及び加工用ビームの光路を変化させて出力する焦点移動部と、前記焦点移動部から出力される前記捕捉用ビーム及び加工用ビームを集束する集束部と、制御部とを備え、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、２本の前記捕捉用ビームが前記集束部によって集束される各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させてビームの空洞を形成し、複数の前記微粒子を前記空洞内に捕捉し、捕捉された前記微粒子に対して、前記加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施すことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る微粒子の標識化装置（３）は、上記微粒子の標識化装置（１）又は（２）において、前記加工によって前記微粒子の表面又は内部に、所定の大きさの１個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る微粒子の標識化装置（４）は、上記微粒子の標識化装置（１）又は（２）において、さらに識別物質を運搬する運搬ビームを出力する運搬ビーム出力部を備え、前記加工によって前記微粒子の表面に、所定の大きさの１個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成し、前記制御部が、前記焦点移動部を制御して前記運搬ビームの光路を変化させ、前記穴に前記識別物質を運搬することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る微粒子の標識化装置（５）は、上記微粒子の標識化装置（１）〜（４）の何れかにおいて、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも１個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、１個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る微粒子の標識化方法（１）は、捕捉用ビームを出力する第１ステップと、前記捕捉用ビームに対して周囲の媒体よりも高い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、前記捕捉用ビームの焦点を所定の軌道上で走査させ、複数の前記微粒子を前記軌道上に捕捉する第２ステップと、捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第３ステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る微粒子の標識化方法（２）は、２本の捕捉用ビームを出力する第１ステップと、前記捕捉用ビームに対して非透過性若しくは周囲の媒体よりも低い屈折率を有する球形の複数の微粒子を含んだ前記媒体中において、２本の前記捕捉用ビームの各々の焦点を、前記微粒子の直径よりも広く前記焦点の間隔を保持し、且つ同期して所定の軌道上で走査させてビームの空洞を形成し、複数の前記微粒子を前記空洞内に捕捉する第２ステップと、捕捉された前記微粒子に対して、加工用ビームを照射し、前記微粒子に識別可能な加工を施す第３ステップとを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る微粒子の標識化方法（３）は、上記微粒子の標識化方法（１）又は（２）において、前記加工によって前記微粒子の表面又は内部に、所定の大きさの１個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る微粒子の標識化方法（４）は、上記微粒子の標識化方法（１）又は（２）において、識別物質を運搬する運搬ビームを出力する第４ステップと、前記加工によって前記微粒子の表面に、所定の大きさの１個の穴、若しくは大きさが異なる複数の穴を形成する第５ステップと、前記運搬ビームによって前記識別物質を捕捉し、前記運搬ビームの焦点位置を移動させ、前記穴に前記識別物質を運搬する第６ステップとをさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る微粒子の標識化方法（５）は、上記微粒子の標識化方法（１）〜（４）の何れかにおいて、前記第３ステップが、複数の前記微粒子を捕捉した状態から、前記捕捉用ビームの走査速度を、少なくとも１個の前記微粒子を走査する近傍で低下させ、１個の前記微粒子を前記加工用ビームの焦点に移動させる第７ステップを含むことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。即ち、標識を付与したい微粒子をレーザ光の走査によって円軌道上に捕捉し、その捕捉した微粒子の表面又は内部に円形の穴を開ける微粒子の標識化装置及び標識化方法について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る微粒子の標識化装置の概略構成を示すブロック図である。標識化装置は、制御部５と、カメラ部４と、光源７、１７と、第１〜第３焦点移動機構１２〜１２”とを備えて構成されている。制御部５は、後述する制御及びデータ処理を行う処理部（以下、ＣＰＵと記す）２０と、データを一時的に記憶するメモリ部２１と、データを持続的に記録する記録部２２と、操作部２３と、制御インタフェース部２４と、ビデオ部２５と、制御部５内部でデータを交換するためのデータバス２６と、表示部２７とを備えている。第１〜第３焦点移動機構１２〜１２”は、制御インタフェース部２４を介して、ＣＰＵ２０によって制御され、光源７から発せられたレーザ光を、顕微鏡（図示せず）試料面内に配置された複数の微粒子３に導いて、後述するように微粒子３を捕捉する。図１では、光源７から微粒子３に対して照射されるレーザ光の経路は省略している。また、カメラ部４からの映像信号は、ビデオ部２５を介して表示部２７に表示され、必要に応じて、ディジタルデータとしてフレーム毎に記録部２２に記録される。
【００２２】
図２は、レーザ光の走査によって同時に複数の微粒子３を捕捉し、捕捉した微粒子３の表面に穴を開ける処理を模式的に示す斜視図である。微粒子３は、球形であり、照射される捕捉用レーザ光に対して高い透過性があり、且つ周囲の媒体よりも高い屈折率を有しており、例えば、ポリスチレン球やホウ珪酸塩ガラス球などであればよい。
【００２３】
光源７から射出されたレーザ光は、２本のレーザ光に分解され、その内の１本のレーザ光１が、第１焦点移動機構１２を介して、上記したように複数の微粒子３を含む媒体に照射される。このとき、レーザ光１は、図２に示したように、その焦点が円軌道１”上を適切な一定の高速度で移動するように、第１焦点移動機構１２によって光路を制御される。自由運動していた微粒子３に、この走査する高密度に集束されたレーザ光１が照射されると、光ピンセットの原理により、微粒子３は安定に円軌道１”上に捕捉される。カメラ部４の映像によってこれら微粒子３の捕捉が観測された後、光源１７から加工用のレーザ光２が射出され、第３焦点移動機構１２”によって光路が変化され、微粒子３に対して集光される。これによって、何れかの微粒子３の表面上に加工用レーザ光２の焦点位置を合わせて高密度に集光照射することによって、捕捉された微粒子３の表面上又は内部に、視覚的に識別可能な円形の穴３’を開ける。この時、上記の穴を開けたい微粒子３に加工用レーザ光の焦点を合わせる制御は、カメラ部４によって撮像された画像が処理されて、求められる微粒子の位置に加工用レーザ光２の位置を合わせることで可能である。
【００２４】
図３は、図１に示した標識化装置における光学系構成の一実施の形態をより詳細に示すブロック図である。光源７からのレーザ光は、ビームエクスパンダ８によって径、即ちレーザ光の空間的広がりを変化され、半波長板９を通り、第１偏光ビームスプリッタ１０、１０’によって２方向のレーザ光に分解される。これら２本のレーザ光は、それぞれ電磁シャッタ１１、１１’を介し、ガルバノミラー対及び焦点位置変更レンズを装備して構成される第１焦点位置移動機構１２及び第２焦点位置移動機構１２’を経由し、第２偏光ビームスプリッタ１３、１３’によって各々の光路軸を揃えられ、リレーレンズ１４によって落射照明光の軸と一致させて顕微鏡６内に導入される。
【００２５】
上記した分解後の２本のレーザ光１、１’は、顕微鏡６の対物レンズ１５によりその焦点位置で、標識を付与したい微粒子３の直径よりも小さい波長限界程度、例えば１μｍ程度のスポットサイズまで高密度に集束される。制御部５が、操作部２３からの指示を受けて軌道１”を決定し、軌道１”及び走査速度に基づき第１焦点位置移動機構１２を制御することによって、集光されたレーザ光１の焦点が軌道１”上を移動するように精密に制御することができる。これによって、複数の微粒子３を同時に捕捉することができる。
【００２６】
分解されたもう１本のレーザ光１’は、後述するように、標識が付された微粒子を軌道１”上から取り出す目的や、微粒子３の標識化のために別の識別可能な微小粒子（例えば、色素試薬）を微粒子３に取り付ける目的などに使用される。
【００２７】
微粒子３の表面上に標識を付与するためのレーザ光２の生成には、微粒子３の材質に対して透過性の低い波長のレーザ光を照射する光源１７を利用する。光源１７から射出されるレーザ光２は、上記した捕捉用レーザ光１、１’と同様に、ビームエクスパンダ８’によって径を変換され、電磁シャッタ１１”を介した後に、第３焦点位置移動機構１２”を経由して、ビームスプリッタ１３”によって、上記２本のビームと光路軸を揃えられ、リレーレンズ１４を経由して顕微鏡６内に導入され、捕捉された微粒子３に対して穴開け加工を行う。この時、マイクロ加工用レーザ光２の焦点位置は、カメラ部４によって観測された微粒子位置となるように第３焦点位置移動機構１２”を制御することにより３次元的に制御される。
【００２８】
この微粒子３への穴開け加工は、第３焦点位置移動機構１２”を用いてマイクロ加工用レーザ光２の焦点位置を変更することで、顕微鏡ステージなどを動かすことなく、複数個の微粒子３を同時に捕捉したまま行える。
【００２９】
次に、図１及び３に示した標識化装置を使用する微粒子の標識化方法に関して、図４に示すフローチャートを参照して説明する。以下において、ＣＰＵ２０は、処理に必要なデータを記録部２２から読み出し、メモリ部２１上で計算を行い、計算結果を必要に応じて記録部２２に記録する。
【００３０】
ステップＳ１において、カメラ部４によって撮影された、自由運動をしている複数の微粒子３を含んだ画像を、ビデオ部を介して表示部２７に表示する。
【００３１】
ステップＳ２において、ＣＰＵ２０は、操作部２３を介して、レーザ光１の焦点を移動させる円軌道１”のパラメータ、走査速度（線速度又は回転速度）、及び標識化する微粒子の個数ｎなどの初期データの入力を受け付ける。ここで、円軌道１”のＺ座標（顕微鏡の光軸方向）は、微粒子３がフォーカスされることによって自動的に決定され得るので、変更可能なパラメータは円軌道の中心の座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）と半径ｒとである。円軌道１”の指定は、例えば、予め記録部２２に記録されたパラメータ（円軌道の中心位置と半径）を使用して、表示部２７に表示された微粒子２の映像に重ねて円軌道１”を表示し、この円軌道１”の中心と半径とを、操作部２３が操作されて、適宜変更されることによって行われる。
【００３２】
ステップＳ３において、ＣＰＵ２０は、ステップＳ２で決定した円軌道１”のパラメータ及び走査速度を基に、レーザ光１の焦点を円軌道１”上で走査する周期を計算し、１周期に亘って第１焦点移動機構１２の制御パラメータを時間の関数として計算し、これらの計算された関数に基づいて第１焦点移動機構１２を繰り返し制御する。
【００３３】
ステップＳ４において、ＣＰＵ２０は、カメラ部４からの映像を使用して、指定された円軌道１”上に、微粒子３が安定して捕捉されているか否かを判断し、安定して捕捉されていると判断するまで、ステップＳ３、Ｓ４を繰り返す。安定に捕捉されていると判断した場合、ステップＳ５に移行する。判断には、周知の画像認識技術を使用すればよい。例えば、カメラ部４によって撮像される映像を、一定の時間間隔でディジタル化してフレーム画像として記録し、フレーム画像間で画素毎の差分を計算し、全画素の差分値が所定の値以下、例えばノイズレベル以下であるか否かによって判断することができる。
【００３４】
ステップＳ５において、ＣＰＵ２０は、カメラ部４からの映像を使用して、複数の微粒子３を認識し、軌道１”上に捕捉されている各々の微粒子３の位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚ０）（ｉ＝１〜Ｎ、Ｎは軌道１”上に捕捉されている微粒子３の総数）を計算する。ここで、Ｚ座標は、上記したように一定の値（Ｚ０）である。微粒子３の認識には、周知の画像処理を使用すればよい。
【００３５】
その後、ＣＰＵ２０は、ステップＳ６において、繰り返し処理のカウンタｊに１をセットした後、ステップＳ７において、ステップＳ５で決定された位置座標（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚ０）によって指定される点に、加工用レーザ光２が集光するように、第３焦点移動機構１２”を制御し、所定のパルス幅の加工用レーザ光２を光源１７から、ｊ回照射する。
【００３６】
ステップＳ８において、ｊ＝ｎか否か、即ち標識化すべきｎ個の微粒子３に対して、ステップＳ７での加工用レーザ光２の照射を完了したか否かを判断する。ここで、ｎ≦Ｎ、即ち、ステップＳ２において、捕捉されている微粒子の個数Ｎ以下の値が、標識化する個数ｎとして指定されていると仮定する。判断の結果、ｊ＝ｎでなければ、ステップＳ９において、カウンタｊを１だけ増加させた後、ステップＳ７の処理を繰り返す。ステップＳ７〜Ｓ９の繰り返し処理の結果、ｎ個の微粒子３の各々は、加工用レーザ光２が異なる回数照射され、各々の微粒子３を識別するための標識として使用され得る、異なる大きさの穴が表面又は内部に形成される。
【００３７】
ｎ個の微粒子３に対して照射が完了したと判断した場合、ステップＳ１０に移行し、ＣＰＵ２０は、ステップＳ７で加工用レーザ光２が照射されて標識が付されたｎ個の微粒子３の中の１個に、レーザ光１’が集光するように第２焦点移動機構１２’を制御した後、この微粒子３を取り付ける対象の微小物までレーザ光１’の焦点が移動するように第２焦点移動機構１２’を制御する。これによって、図５に示すように、レーザ光１によって軌道１”上に捕捉されている複数の微粒子３の中から、標識が付された１個の微粒子３をレーザ光１’によって捕捉して取り出し、微小物まで移動させ、所定の方法で微小物に取り付けることができる。
【００３８】
ステップ１１において、ＣＰＵ２０は、ステップＳ７において標識が付されたｎ個の微粒子３を全て、円軌道１”から取り出したか否かを判断し、全て取り出すまでステップＳ１０の処理を繰り返す。
【００３９】
ステップＳ１１において、ＣＰＵ２０は、停止の指示があったか否か判断し、停止の指示あったと判断した場合、捕捉用レーザ光の照射を停止して一連の処理を終了し、停止の指示がなかったと判断した場合、ステップＳ１に戻り、上記した一連の処理を繰り返す。
【００４０】
以上では、加工用レーザ光２の焦点を移動させて微粒子３に穴を開ける場合を説明したが、捕捉用レーザ光１を走査する円軌道１”を移動させてもよい。例えば、捕捉用レーザ光１を、円軌道１”を走査した状態のままゆっくりと平行移動させて、円軌道１”上に加工用レーザ光２の焦点が位置するようにし、その後、捕捉用レーザ光１の走査速度を低下させることにより、複数の微粒子３全体を円軌道１”上で走査方向に回転移動させ、これによって所定の微粒子３を加工用レーザ光２の焦点に位置させる。また、捕捉用レーザ光１の走査速度を軌道全体において一様に低下させずに、特定の微粒子３を走査するときだけ低下させることによって、特定の微粒子３のみを、円軌道１”上で走査方向に移動させて加工用レーザ光２の焦点に位置させてもよい。ここで、微粒子３を円軌道１”上で移動させるための捕捉用レーザ光１の走査速度は、微粒子３の光学特性及びその周囲の媒体の粘性などに依存するので、例えば、微粒子３を円軌道１”上に静止捕捉した状態から、微粒子３の状態を観測しながら、捕捉用レーザ光１の走査速度を徐々に低下させればよい。この場合、第３焦点位置移動機構１２”を用いなくても、微粒子３の加工が可能となる。
【００４１】
また、さらにもう１本の微粒子捕捉用レーザ光の光源及び焦点移動機構を備え、このレーザ光を使用して色素試薬を捕捉し、微粒子３の表面に開けた穴の内部に運搬して付着させてもよい。これによって、より多くの種類の標識を微粒子３に付与することが可能となる。
【００４２】
また、上記の分解された２本のレーザ光１、１’の内、円軌道１”の生成に使用しないレーザ光１’を、上記した微粒子３の表面に開けた穴の内部への色素試薬の運搬に用いてもよい。
【００４３】
また、上記では加工用レーザ光をパルス照射する回数によって、微粒子３に開ける穴の大きさを変化させる場合を説明したが、加工用レーザ光の強度を変化させることによって、穴の大きさを変化させてもよい。
【００４４】
また、１個の微粒子３に複数個の穴を開けて標識としてもよい。例えば、穴の大きさの種類（ｍ種類）と各種類の穴の有無とを組み合わせれば、２ｍ個の識別可能なコードを微粒子３に付与することが可能である。
【００４５】
また、以上では、対象とする微粒子が、捕捉用レーザ光に対して透過性且つ高屈折率である場合を説明したが、非透過性又は低屈折率の微粒子の場合には、上記した２本のレーザ光１、１’を、それらの焦点間の距離が微粒子３の直径よりも大きくなるように保持したまま、同心円上を同期走査することによって形成した空洞の中に、複数個の微粒子３を同時に捕捉すればよい。この際、２本の分解されたレーザ光１、１’は、上記したように偏光方向が直交するので干渉を起こすことはなく、２本のレーザ光１、１’の相対位置により強度分布が変化することはない。従って、２本のレーザ光１、１’の同期走査によって形成した光の空洞内に、安定して目的とする微粒子を捕捉することができる。
【００４６】
また、以上では、捕捉用レーザ光１が円軌道１”上を走査する場合を説明したが、複数の微粒子３を同時に捕捉するためには、円形の走査に限らず、任意の閉曲線の走査、さらには任意の曲線又は直線上を往復走査してもよい。
【００４７】
また、微粒子３を捕捉する手段はレーザ光の走査に限定されず、光学レンズ等の集束手段によって高密度に集束可能で、微粒子３に照射された場合に、微粒子３を透過し、その焦点位置に向かって捕捉力を発生するものであればよい。例えば、白色光でもよく、電磁気的な集束手段によって集束可能な荷電粒子（α粒子、電子、陽子、荷電素粒子など）を使用してもよい。
【００４８】
さらに、本発明は上記した実施の形態の構成に限定されるものではなく、微粒子を捕捉するためのビームの選択、光学系など、適宜設計変更することができ、処理の順序も適宜変更され得るものである。
【００４９】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。図１及び３に示した標識化装置において、微粒子捕捉用レーザ光源として連続発振のＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、直線偏光）、加工用レーザ光源としてパルス発振のＮｄ：ＹＡＧレーザの３倍波（波長３５５ｎｍ）を用い、直径約８μｍのホウ珪酸塩ガラス微粒子に対して、その表面に１μｍの穴を開ける操作を行った。図６は、レーザ光で捕捉した状態の微粒子１８に対して、加工用レーザパルス光を１回照射し、その表面に１個の穴１８’を開け、その結果をＣＣＤカメラにより観測して得られた画像である。図６では、微粒子１８の表面に穴を開けたことにより、顕微鏡の透過照明光が穴１８’の境界において散乱し、穴１８’の大きさが顕微鏡の明視野観察で容易に観測可能な明度差として現れている。
【００５０】
従って、微粒子の表面に開けた穴の大きさ、個数などが、２値化処理などの画像処理によって容易に判別可能な標識として利用可能であり、穴の大きさ及び／又は個数を用いて、コード化することにより微粒子の識別を自動的に行うことが可能となる。
【００５１】
この穴１８’を表面に開けられた微粒子１８は、穴１８’を開けられた後もレーザ光で捕捉された状態を保っているので、捕捉用レーザ光の焦点位置を焦点移動機構により移動させることによって、コードを付与された微粒子を見失うことなく特定の構造物に取り付けることができる。図６に示した微粒子１９は、このように移動されて構造物に取り付けられた微粒子である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、媒体（液体又は気体）中において、非接触で、複数の微粒子の表面又はその内部に、視覚的に識別可能な異なった標識を付与することができる微粒子の標識化装置及び標識化方法を提供することができる。これによって、蛍光励起のための特別な光源を用いることなく、明視野の顕微鏡観察で識別可能なコード化された標識を付与された微粒子を必要な個数だけ製作し、そのままの状態で特定の位置へ正確に移動することができる。
【００５３】
また、画像処理によって容易に識別可能な多種類の異なった標識を有する微粒子を準備し、それらを微小構造物表面の特定の場所に取り付けることが可能となることから、視覚制御などの高度自動化技術を利用して、マイクロ構造物の自動組立が可能となる。
【００５４】
また、微粒子の標識化作業とその運搬という操作はすべて非接触で行えるため、外乱物質や細菌の混入を防止できる閉鎖系環境での作業が可能であり、長期間の安定した環境下でのμ−ＴＡＳやマイクロマシンの自動生産も可能となる。
【００５５】
また、微粒子に開けた穴のサイズは、顕微鏡の照明光が穴の境界において屈折或いは散乱するため、明視野状態で明度差として容易に観測可能であることから、２値化処理などの画像処理を利用して微粒子に付与されたコードの判別を自動的に行うことが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る微粒子の標識化装置の概略を示すブロック図である。
【図２】レーザ光の走査によって複数の微粒子が走査軌道上に捕捉された状態を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る微粒子の標識化装置の光学系を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る微粒子の標識化方法を示すフローチャートである。
【図５】標識が付された１個の微粒子が軌道上から取り出された状態を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例に係る微粒子の標識化装置を使用して、微粒子の表面に穴が開けられた状態を示すＣＣＤカメラ画像である。
【符号の説明】
１、１’    捕捉用レーザ光
１”    捕捉用レーザ光の走査軌道
２    加工用レーザ光
３、１８、１９    微粒子
３’、１８’    穴
４    カメラ部
５    制御部
６    顕微鏡
７    捕捉用レーザ光源
８、８’    ビームエクスパンダ
９    半波長版
１０、１０’    第１偏光ビームスプリッタ
１１、１１’、１１”    電磁シャッタ
１２、１２’、１２”    第１〜第３焦点位置移動機構
１３、１３’、１３”    第２偏光ビームスプリッタ
１４    リレーレンズ
１５    集光レンズ
１６    試料面
１７    加工用レーザ光源
２０    処理部（ＣＰＵ）
２１    メモリ部
２２    記録部
２３    操作部
２４    制御インタフェース部
２５    ビデオ部
２６    バス
２７    表示部
【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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