(57)【要約】【課題】  本発明は、１つまたは複数の微小物体１５９を独立に保持し操作するための、および、電磁放射１３８を用いて捕捉体積１０２内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステム１００に関する。【解決手段】  システムは、１つまたは複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段と、電磁放射標的化手段（１１６）とを有する。光手段は、光源と、１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部の具体的な照明を可能にするように光源からの光を変調するのに役立つ空間光変調器とを有する。捕捉手段および電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、その結果、捕捉された対象物はどの部分が標的化されているかに依らずに動き回ることができる。逆もまた同じである。【選択図】      図１
2015504158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微小物体（１５９）を独立に保持し操作するための、および、電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステム（１００）であって、前記システムは、
前記捕捉体積内の前記複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段（１４２、１２８、１３０、１５８、１６０）と、
電磁放射標的化手段（１１６）とを有し、
前記捕捉手段は、光学的捕捉手段であって、
捕捉用電磁放射を放射するための捕捉用電磁放射源と、
前記複数の微小物体に向けることができる変調された捕捉用電磁放射を生成するように、前記捕捉用電磁放射を受信し、空間的に成形するための二次空間電磁放射変調器とを有し、
前記電磁放射標的化手段は、
標的化電磁放射（１３２）を放射するための標的化電磁放射源（１１８）と、
前記捕捉体積内の前記複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することを可能にするために、前記複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するように、前記標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器（１２０）とを有し、
前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、前記電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立に標的化することができ、前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段は、空間的に分離されているシステム。
【請求項２】
前記捕捉手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を捕捉することができ、前記空間的に異なる微小物体は、前記捕捉手段の光軸に対して空間的に異なる平面に配置され得る、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体に焦点を合わせるような標的化をすることができ、前記空間的に異なる微小物体は、前記電磁放射標的化手段の光軸に対して空間的に異なる平面に配置され得る、請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電磁放射標的化手段および前記捕捉手段は、前記電磁放射標的化手段が前記捕捉手段によって加えられる力に打ち勝つことができないように構成される、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記捕捉手段は、少なくとも１００個の微小物体を独立に捕捉することができる、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記電磁標的化手段は、少なくとも１００個の微小物体を独立に標的化することができる、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記変調された捕捉用電磁放射および前記変調された標的化電磁放射は、異なる波長を有し、前記変調された捕捉用電磁放射の前記波長は１０６４ｎｍであり、前記変調された標的化電磁放射の前記波長は５３２ｎｍである、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記捕捉手段は、前記複数の微小物体の位置を変化させられる捕捉時空間ユニットを有し、前記捕捉時空間ユニットおよび前記一次電磁放射変調器は、空間的に分離されている、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記一次空間電磁放射変調器および前記二次空間電磁放射変調器は、物理的に分離されている、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記一次空間電磁放射変調器は、電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器のように、局所的にその特性を変化させることによって前記標的化電磁放射の空間変調を適用するように構成される、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記二次空間電磁放射変調器は、電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器のように、局所的にその特性を変化させることによって前記捕捉用電磁放射の空間変調を適用するように構成される、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記捕捉手段の光軸に対する少なくとも１つの前記平面の位置を変化させられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電磁放射標的化手段の光軸に対する少なくとも１つの前記平面の位置を変化させられる、請求項３に記載のシステム。
【請求項１４】
光軸に対する少なくとも１つの前記平面の位置を、前記捕捉手段によって捕捉されている微小物体の一方の側から前記捕捉手段によって捕捉されている微小物体の他方の側へ、前記電磁放射標的化手段の光軸に沿って移動するように変化させられる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数の微小物体の位置および方向を決定するように構成されている検知手段をさらに有する、請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記システムは、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに有し、前記１つまたは複数のマイクロデバイスは、
前記捕捉手段が３次元の並進運動および前記１つまたは複数のマイクロデバイスの少なくとも２つの軸の周りの回転運動を制御することができるように、前記捕捉手段による空間的操作のために配置され、かつ、
前記変調された標的化電磁放射を受信し、さらに前記変調された標的化電磁放射を成形し、集束し、向け直し、および／または前記変調された標的化電磁放射を遠距離場から近接場に変化させるために配置される、請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記システムは、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに有し、前記１つまたは複数のマイクロデバイスは、球状ビーズのような微小光学素子を保持するために各々配置される、請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記システムは、前記１つまたは複数の微小物体から放射され、または前記捕捉体積内から放射されて前記一次電磁放射変調器を横断するような、前記捕捉体積内から放射された電磁放射を受信するように構成された電磁放射検出器をさらに有する、請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記捕捉手段および／または前記電磁標的化手段のいずれか１つは、一般化位相差（ＧＰＣ）による設定を含む、請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
１つまたは複数の微小物体を独立に保持および／または操作するための、および電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の前記１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための方法であって、前記方法は、
捕捉手段（１４２、１２８、１３０、１５８、１６０）を用いて前記捕捉体積内の前記１つまたは複数の微小物体を捕捉するステップと、
電磁放射標的化手段（１１６）を用いて標的化電磁放射を受信し空間的に成形するステップとを有し、
前記捕捉手段は、光学的捕捉手段であって、
捕捉用電磁放射を放射するための捕捉用電磁放射源と、
前記複数の微小物体に向けることができる変調された捕捉用電磁放射を生成するように、前記捕捉用電磁放射を受信し、空間的に成形するための二次空間電磁放射変調器とを有し、
前記電磁放射標的化手段は、電磁放射標的化手段（１１６）を用いることによって前記捕捉体積内の前記１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化し、前記１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するために、
標的化電磁放射（１３２）を放射するための標的化電磁放射源（１１８）と、
前記捕捉体積内の前記複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することを可能にするために、前記複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するように、前記標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器（１２０）とを有し、
前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、前記電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立に標的化することができ、前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段は、空間的に分離されている方法。
【請求項２１】
１つまたは複数の微小物体（１５８）を独立に保持し操作するための、および、電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の前記１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための、請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載のシステムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小物体を光学的に標的化するためのシステムに関し、より具体的には、微小物体を操作し光学的に標的化するためのシステムおよび方法、ならびにそのシステムの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小物体を研究し、操作し、または分析する分野において、検査される対象物についての情報を得るために用いられる機器、または対象物を操作するために用いられる機器を改良しうることが恒常的に要請されている。
【０００３】
参考文献ＷＯ２００９／００２５３７は、捕捉のために提供される方法および装置を開示し、それは光学的捕捉、分析、および光アレイ上の粒子の選択的な操作を含む（特許文献１）。装置は、光源を、マイクロレンズ光アレイおよびオフナーリレーを通って対物レンズに送られる光の多くの点に分配し、対物レンズで粒子が捕捉され得る。好ましくは、光の個々の点は、光制御装置によって個別に制御可能である。粒子の光学的性質は、光アレイを通って集束された光を用いる検査によって決定することができる。粒子は、特定の粒子を固定するか、または解放するか、粒子のタイプを分離することなどによって操作することができる。
【０００４】
進歩が成されたにもかかわらず、この分野では、使用する機器の能力を強化できるようにしたいという要求が依然として存在する。
【０００５】
それゆえに、微小物体を研究し、操作し、または分析するための改良された装置および方法が有益であり、特に、より効率的で信頼性が高く簡素な装置および方法が有益である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００９／００２５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行技術に代わるものを提供することが、本発明のさらなる目的である。
【０００８】
特に、複数の微小物体を独立に保持し操作するための、および、複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステムであって、より効率的で信頼性が高く簡素な装置および方法を提供することにより上述した先行技術の課題を解決するシステムを提供することが、本発明の目的とみなすことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このように、上述した目的およびいくつかの他の目的は、複数の微小物体を独立に保持し操作するための、および、電磁放射を用いて捕捉体積内の複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステムを提供することによって、本発明の第１の態様において得られるように意図される。本システムは、
捕捉体積内の複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段と、
電磁放射標的化手段とを有し、この電磁放射標的化手段は、
標的化電磁放射を放射するための標的化電磁放射源と、
捕捉体積内の複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することができるように、複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射を生成するように、標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器と、を有する。
また、前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段は、互いに独立に機能することができ、前記電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立に標的化することができ、前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段は、空間的に分離されている。
【００１０】
本発明は、微小物体の同時的な捕捉および標的化を可能にするシステムを提供するために特に有益であるが、これに限定されない。捕捉および標的化は、捕捉（すなわち、微小物体の保持および操作）が、標的化、すなわち、対応する動的な方法で微小物体の特定の部分に光などの電磁放射を照射する時間内に変化することができるように、独立かつ動的な方法で機能することができる。可能性がある利点は、これが微小物体を動的に操作し標的化するための単純であるが効率的な設定を可能にすることであり、特に、複数の微小物体を動的に操作し標的化するための単純であるが効率的な設定を可能にすることである。
【００１１】
「保持し操作すること」によって、光トラップから一般に知られているように、微小物体をある位置に保持し、および／または動かし、および／または回転させ得ることと理解される。しかし、本発明は光トラップに限定されず、捕捉手段は、磁気ピンセット、光磁気トラップ、超音波トランスジューサを用いる音響ピンセット、または誘電泳動によるトラップ、あるいは当業者に既知の他の捕捉方式の形でも具現化されるように考察される。
【００１２】
「電磁放射」（ＥＭＲ）は、当該技術分野において周知である。電磁放射は、様々なタイプの電磁的変形を含むものと理解され、それは例えば電波、マイクロ波、赤外線、可視領域（人間が「光」として知覚または見る）の電磁放射、紫外線放射、Ｘ線、およびガンマ線などの異なる波長範囲に対応する様々なタイプである。光学的という用語は、光に関することと理解すべきである。また、電磁放射は、例えば白熱電球、レーザー、およびアンテナなどの様々な放射源からの放射を含むものと理解される。当該技術分野において一般に周知であるが、電磁放射は光子として知られる素粒子の形で量子化され得る。本出願において、「光」および「光学的」という用語は、例示するために用いられる。理解されるように、「光」または「光学的」という用語が用いられる場合には、それは電磁放射の一例として用いられるにすぎない。そして、「光」または「光学的」という用語に言及する場合には、本発明は他の波長間隔にも適用できるものと理解される。
【００１３】
「標的化」によって、具体的には、微小物体または微小物体などの対象物の一部を光などの電磁放射で照らすことと理解される。理解されるように、標的化光は、特定の実施形態では、微小物体を光学的に捕捉し、保持し、動かし、または操作することができない。特定の実施形態では、電磁放射標的化手段は、捕捉手段によって加えられる力に打ち勝つことができない可能性がある。結果として、電磁放射標的化手段の動作にかかわらず、捕捉手段によって捕捉された微小物体は捕捉されたままとなる。理解されるように、電磁放射標的化手段の動作にかかわらず、捕捉手段によって捕捉された微小物体は、空間的に静止位置にとどまる。例えば３つの幾何学的軸（一般にｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と呼ばれる）に関して同じ位置にとどまり、例えば任意の回転軸（例えばｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の周りの回転）に関して同じ位置にとどまる。
【００１４】
一実施形態によれば、複数の微小物体を独立に保持し操作するための、および、電磁放射を用いて捕捉体積内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステムが提供される。
【００１５】
本システムは、
捕捉体積内の複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段と、電磁放射標的化手段（１１６）とを有し、当該捕捉手段は、光学的捕捉手段であって、
捕捉用電磁放射を放射するための捕捉用電磁放射源と、
複数の微小物体に向けることができる変調された捕捉用電磁放射を生成するように、捕捉用電磁放射を受信し、空間的に成形するための二次空間電磁放射変調器とを有し、
電磁放射標的化手段は、
標的化電磁放射（１３２）を放射するための標的化電磁放射源（１１８）と、
捕捉体積内の複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することができるように、複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するように、標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器（１２０）とを有し、
捕捉手段および電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立に標的化することができ、捕捉手段および電磁放射標的化手段は、空間的に分離されている。
【００１６】
この実施形態の利点は、例えば１００以上の微小物体などの複数の微小物体を独立に捕捉し標的化できることであり、さらに、捕捉された微小物体も、標的化された微小物体も、平面に閉じ込められる必要はなく、捕捉体積の全体にわたって分散し得る捕捉体積内の微小物体を捕捉および／または標的化できることである。
【００１７】
本発明の一実施形態では、電磁放射標的化手段および捕捉手段は、電磁放射標的化手段が捕捉手段によって加えられる力に打ち勝つことができなくてもよいように構成されるシステムが提供される。これの利点は、捕捉された微小物体が、標的化されたかどうかにかかわらず、捕捉されたままであるということであり得る。例えば、捕捉手段によって捕捉された例えば球状ビーズの形状の微小物体は、依然として捕捉手段によって捕捉されたままで、変調された標的化電磁放射により同時に標的化することができる。
【００１８】
「特に照らすこと」によって、照明が微小領域など小さい領域に限定されることと理解される。それは、例えば１００００平方ミクロン未満の領域であり、例えば１０００平方ミクロン未満の領域であり、例えば１００平方ミクロン未満の領域であり、例えば９０平方ミクロン未満の領域であり、例えば８０平方ミクロン未満の領域であり、例えば７０平方ミクロン未満の領域であり、例えば６０平方ミクロン未満の領域であり、例えば５０平方ミクロン未満の領域であり、例えば４０平方ミクロン未満の領域であり、例えば３０平方ミクロン未満の領域であり、例えば２０平方ミクロン未満の領域であり、例えば１０平方ミクロン未満の領域であり、例えば５平方ミクロン未満の領域であり、例えば１平方ミクロン未満の領域である。
【００１９】
「捕捉体積」によって、３次元領域のような、微小物体が捕捉手段により保持され操作され得る領域と理解される。特定の実施形態では、本発明は、依然として捕捉手段および電磁放射標的化手段のための試料へのアクセスを保持しながら、液体試料などの試料を保持するための試料ステージをさらに含む。捕捉体積は、異なる実施形態では、例えば高さ、深さ、幅の各々などの異なるサイズを有し、それは１〜１００００マイクロメートルのいずれか１つであり、例えば１〜１０００マイクロメートルのいずれか１つであり、例えば１〜１００マイクロメートルのいずれか１つであり、例えば１〜１０マイクロメートルのいずれか１つであり、例えば１０〜１００００マイクロメートルのいずれか１つであり、例えば１０〜１０００マイクロメートルのいずれか１つであり、例えば１０〜１００マイクロメートルのいずれか１つである。特定の実施形態では、捕捉体積は、１００×１００×１００立方マイクロメートル以下であり、例えば１００×１００×１００立方マイクロメートルに実質的に等しく、例えば１００×１００×１００立方マイクロメートルに等しい。
【００２０】
「微小物体」によって、粒子、ビーズまたはマイクロデバイスなどの微小寸法の対象物と理解される。それは１ナノメートルから１ミリメートルの範囲内の長さ、幅および高さを有し、例えば１ナノメートルから１００マイクロメートルの範囲内であり、例えば１ナノメートルから１０マイクロメートルの範囲内であり、例えば１ナノメートルから１マイクロメートルの範囲内である。さらに理解されるように、複数の微小物体は、ロッドまたはバーなどの構造要素を介して互いに連結されてもよいし、されなくてもよい。例えば、添付した図面（例えば図２、図９、図１０、図１４、図１５）に示すように、複数の微小物体を互いに接合して、マイクロデバイスを形成してもよい。例えば、個々の微小物体は、例えば構造実体のために機能し得る単一のマイクロデバイス用の光学的ハンドルとして機能する複数の微小物体などの光学的ハンドルとして機能することができる。また、マイクロデバイスはそれ自体で微小物体と呼ぶことができる。
【００２１】
「電磁放射標的化手段」によって、電磁放射を用いて複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための手段と理解される。それは、例えば捕捉体積内の１つまたは複数の微小物体の１つまたは複数の明確な領域を特に照らすことなどであり、その領域は変調された標的化電磁放射の伝搬方向に沿う光軸に直交する平面に延在する２次元領域であると理解される。
【００２２】
「標的化電磁放射を放射するための標的化電磁放射源」によって、電磁放射を放射するのに適した電磁放射の放射源と理解される。そして、電磁放射は、一次空間電磁放射変調器によって空間的に変調された後に、標的化のために用いることができる。
【００２３】
「一次空間電磁放射変調器」および／または「二次空間電磁放射変調器」によって、当該技術分野において周知の空間光変調器（ＳＬＭ）と理解される。一次空間電磁放射変調器および／または二次空間電磁放射変調器は、１つまたは複数の可動ミラーなどの可動部品を有する実施形態、あるいは活性化の光路長、透過率および／または反射率に関するそれらの特性を変化させる空間的に分布し電気的にアドレス可能な要素を有する実施形態を含む、いくつかの実施形態において提供され得る。一次空間電磁放射変調器および／または二次空間電磁放射変調器の光学特性の空間的変動は、具体的な実施形態では、ホログラムとして知られている。特定の実施形態では、一次空間電磁放射変調器（および／または二次空間電磁放射変調器）が回折光学素子（引用により全体が本明細書に組み込まれる参考文献ＷＯ２００３／０３４１１８Ａ１に記載されている）を含むシステムが提供される。特定の実施形態では、一次空間電磁放射変調器（および／または二次空間電磁放射変調器）は、回析ビーム形成を提供するためのシステムを含み、それは例えば回折光学素子のためのシステムであり、例えばフーリエホログラフィのためのシステムであり、例えばフレネルホログラフィのためのシステムであり、例えばホログラフィック光学散乱のためのシステムである。回折光学素子を使用することの利点は、付加的な光学素子をほとんど必要とせず、コンパクトな設定であることを含むことができる。
【００２４】
一実施形態では、捕捉手段は一般化位相差（ＧＰＣ）による設定を含むシステムが提供される。一実施形態では、電磁標的化手段は一般化位相差（ＧＰＣ）による設定を含むシステムが提供される。一実施形態では、捕捉手段はホログラフィによる設定を含むシステムが提供される。一実施形態では、電磁標的化手段はホログラフィによる設定を含むシステムが提供される。ＧＰＣおよびホログラフィは、それらがそれぞれ３次元（３Ｄ）の微小物体をそれぞれ標的化する動的捕捉を可能にするのに各々役立つことができるという点で、有利であると各々みなすことができる。
【００２５】
「空間的に成形すること」によって、光ビームなどの電磁放射ビームの特性、例えば方向、強度、位相または他のパラメータなどが、空間電磁放射変調器、例えば一次および／または二次電磁放射変調器によって変えられることと理解される。より特定な実施形態では、標的化電磁放射の強度および／または位相プロファイルは空間電磁放射変調器によって変えられることが理解される。
【００２６】
電磁放射の「変調」によって、電磁放射の方向、強度、位相または他のパラメータが、（捕捉手段によって動かされるなどのように）位置を時間とともに変える微小物体を標的化または捕捉できるように時間に関して変化させるなどのように、時間とともに標的化および／または捕捉手段によって空間的に追従させるなどのように、変えられることが理解される。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、一次空間電磁放射変調器および／または二次空間電磁放射変調器は、例えば変調された光ビームなどの非平坦な位相プロファイルではなく実質的に平坦な強度プロファイルを有する変調された電磁放射ビームを提供するために構成される。特定の実施形態では、一次空間電磁放射変調器および／または二次空間電磁放射変調器は、位相だけが空間電磁放射変調器で変化する（すなわち、非平坦な位相プロファイル）位相のみの変調を提供するように構成される。特定の実施形態では、他の全ての光学特性は、変調器全体で実質的に一定である。本発明の特定の例示的実施形態では、空間光変調器は、個別のピクセルマトリックスの入力レーザービームの位相のみの変調によって近似される。位相のみの変調によって、全入射ビーム電力が最小の出力損失で刺激点の間に回折的に分布することができる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、一次空間電磁放射変調器および／または二次空間電磁放射変調器は、振幅のみの変調を提供するように構成される。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、一次空間電磁放射変調器（および／または二次空間電磁放射変調器）は、標的化電磁放射を生成するように構成される。標的化電磁放射は、例えば、（変調された捕捉用電磁放射などの捕捉用電磁放射を生成するためにそれぞれ構成される）変調された標的化電磁放射であって、標的化電磁放射源から放射された標的化電磁放射について（それぞれ捕捉用電磁放射源から放射された捕捉用電磁放射について）実質的に非平坦な位相プロファイルおよび／または非平坦な振幅プロファイルを有する変調された標的化電磁放射である。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、一次空間電磁放射変調器および／または二次空間電磁放射変調器は、同時的な位相および振幅変調を提供するように構成され、例えばそれらは、入射光の同時的な位相および振幅変調を可能にするように構成される２つの空間変調サブユニットによって提供される。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、例えば捕捉手段が光学的捕捉手段であるように、光学系は電磁放射標的化手段と捕捉手段との間で共有され、捕捉手段からの光線の経路は光学系を横断し、電磁放射標的化手段からの光線の経路は光学系を横断する。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、一次空間電磁放射変調器および／または二次空間電磁放射変調器は、空間分極変調を提供するように構成される。
【００３３】
なお、標的化電磁放射などの一次電磁放射および／または捕捉用電磁放射などの二次電磁放射の空間変調は、空間電磁放射変調器によって行うことができ、例えば、参考文献「Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  ３Ｄ  ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｖｉｅｗｅｄ  ｉｎ  ｔｗｏ  ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｐｌａｎｅｓ」（Ｉｖａｎ  Ｒ．Ｐｅｒｃｈ−Ｎｉｅｌｓｅｎ、Ｐｅｔｅｒ  Ｊｏｈｎ  Ｒｏｄｒｉｇｏ、および  Ｊｅｓｐｅｒ  Ｇｌｕｃｋｓｔａｄ、２００５年４月１８日／第１３巻第８号／ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ  ２８５２）に記載されており、上記文献の内容は引用により本明細書に組み込まれる。理解されるように、「標的化電磁放射」は「一次電磁放射」と互換性をもって用いられ、「捕捉用電磁放射」は「二次電磁放射」と互換性をもって用いられる。一般に、空間変調は、液晶ＳＬＭ（ＬＣ−ＳＬＭ）、微小電気機械システムＳＬＭ（ＭＥＭＳ−ＳＬＭ）、変形可能なミラーＳＬＭ、音響光ＳＬＭ（ＡＯ−ＳＬＭ）または他のタイプのＳＬＭを含む既知の空間光変調器で行うことができる。要点は、標的化電磁放射および／または捕捉用電磁放射は、動的な時間フレームワーク（いわば時空間の前後関係）において空間的に変調され得るということである。さらに理解されるように、ＳＬＭは電磁放射の複数の独立ビームを生成するように動作することができ、それによって、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を、例えば標的化および／または捕捉するように、特に標的化しそれぞれ捕捉することを可能にするために、複数の微小物体の少なくとも一部に向かう電磁放射の複数の別々のビームを含む変調された標的化電磁放射および／または変調された捕捉用電磁放射を提供することが可能になる。例えば、システムは、第１のマイクロデバイス上の明確な微小物体および同一のもしくは別のマイクロデバイス上の別の明確な微小物体を標的化および／または捕捉することが可能になるが、２つの明確な微小物体間またはそれらの外側のいかなる対象物も、標的化および／または捕捉することができない。そして、特に標的化および／または捕捉された明確な微小物体の各々は、特に標的化および／または捕捉された他の明確な微小物体から独立して時間に関して空間移動することができる。特定の実施形態では、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体は、同時に標的化され、それぞれ捕捉される、あるいはそのようにされ得る。同時に標的化し、それぞれ捕捉することの可能性がある利点は、１つの微小物体を標的化し、それぞれ捕捉することから、別の微小物体を標的化し、それぞれ捕捉することへ切り換える必要がないので、それがより簡素なシステムを提供するということであり得る。別の可能性がある利点は、標的化および／または捕捉された微小物体ごとの標的化および／または捕捉照明の時間平均された強度が、特に類似のピーク強度についてより高くなり得ることである。標的化手段は、微小物体より大きい対象物を含む任意の対象物上の微視的大きさの領域を標的化することを可能にすることができることも、また理解される。そして、その領域は変調された標的化電磁放射の伝搬方向に沿う光軸に直交する平面に延在する２次元領域であると理解される。
【００３４】
「捕捉手段および電磁放射標的化手段は、互いに独立に機能することができる」ことによって、捕捉手段は独立に動作することができ、すなわち、どの対象物が標的化され得るかまたはされ得ないかとは独立に、微小物体は空間的に保持し操作することができることと理解される。同様に、電磁放射標的化手段は、捕捉手段から独立に動作することができる。すなわち、捕捉手段によってどの対象物が空間的に保持され操作され得るかまたはされ得ないかとは独立に、微小物体の標的化を行うことができる。
【００３５】
「マイクロデバイス」によって、マイクロメートルのスケールのデバイス、例えば１マイクロメートルから１ミリメートルの範囲内の長さ、幅および高さを有するデバイスと理解される。マイクロデバイスは、例えば、細胞に侵入することができ、化学的に官能化され得る先端を有し、光などの電磁放射を成形することができる光学素子を有し、または他の機能を有するものと理解される。特定の実施形態では、マイクロデバイスは、例えばビーズ、複数の光学的ハンドルなどのいくつかの光学的ハンドルを含み、それは、空間的にマイクロデバイスを、例えば３、４、５、または６自由度で制御することを可能にする。
【００３６】
「並進運動」によって、微小物体が空間の第１の位置から空間の第２の位置まで移動する動きが理解される。３つの空間次元（直交座標系の３つの軸ｘ、ｙおよびｚに対応する）があり、３次元の並進運動は全方向の動きを可能にすることに対応することと理解される。
【００３７】
「回転運動」によって、微小物体がそれ自体の重心の周りに、ある角度で回転する動きと理解される。３つの空間次元（直交座標系の３つの軸ｘ、ｙおよびｚに対応する）があり、３次元の回転運動は全ての軸の周りの回転を可能にすることに対応することが理解される。少なくとも２つの軸の周りのデバイスの回転運動の制御は、２つの軸の周りのデバイスの回転が制御されるが、最後の軸の周りのデバイスの回転が必ずしも制御されるわけではないということを意味する。
【００３８】
「捕捉手段」は、例えば２次元や３次元などのように、少なくとも１次元の並進運動によって、微小物体の非接触空間制御を可能にするための手段であると理解される。具体的な実施形態では、捕捉手段は、例えば３つの幾何学的軸（一般にｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と呼ばれる）に沿った、３つの（並進）次元の並進運動によって、微小物体の制御を可能にする。これは、それによって微小物体を任意の位置、例えば捕捉体積内の任意の位置に配置することが可能になるので、有益であり得る。このように、微小物体は、例えばある線（１Ｄ）またはある平面（２Ｄ）に閉じ込められる必要はない。具体的な実施形態では、捕捉手段は、３つの（並進）次元の並進運動および少なくとも２つの軸の周りの回転運動によって、微小物体の制御を可能にし、それは、３つの並進自由度および２つの回転自由度、すなわち合計５つの自由度の同時制御を可能にするための手段として、二者択一的に定式化することができる。これは、それによって微小物体を任意の位置および任意の方向に配置することが可能になるので、有益であり得る。例えば、マイクロデバイスは、以下の図２、図３で説明するように、例えば電磁放射ユニットを細胞の中心に向けるなどして、常に細胞の中心に向きながらヒト細胞の周辺で移動することができる。特定の実施形態では、前記手段は、例えば光学的ハンドルなどの電磁放射制御可能なハンドルの形で具現化することができる。
【００３９】
光線は、１次元の数学的対象物として数学的に記述される。このように、光線は、ある点で光線に平行でない任意の面を横切る。「光線」および「電磁放射光線」は、本出願では互換性をもって用いられる。
【００４０】
光ビームは、１つまたは複数の光線として記述され得る。したがって、光ビームは、複数の点、すなわちビームの各光線について１点でビームに平行でない面を横切る。一般に、光ビームのプロファイルは、光学特性（強度、位相、分極、周波数、明度、色相、彩度など）または全てのこのような交点の軌跡の光学特性の集まりを指す。典型的には、しかし義務的ではないが、光ビームのプロファイルは、光の伝搬方向に対して実質的に垂直である平面で測定される。光ビームは、例えば光ビームの外側では光の強度が実質的にゼロであるように、伝搬の方向に直交する方向に空間的に制限されるものとして理解することができる。例えば、ガウス光ビームは、ビームの中心にゼロでない光の強度を有することができるが、強度はビームの中心からの距離（伝搬の方向に直角の方向）によって減少し、ビームの中心から遠く離れると実質的にゼロ、例えばゼロになる。複数の光ビームは、光ビーム間の光強度が光ビームの中心の光強度より非常に小さくなるように離間され得る光ビームであると理解することができる。「光ビーム」および「電磁放射ビーム」は、本出願では互換性をもって用いられる。
【００４１】
ビームの全ての光線が同じ位相を有する点の軌跡は、ビームの波面と呼ばれる。平行な光ビームでは、例えば、波面は光の伝搬方向に対して垂直な平面であり、光は平面波面を有すると言われる。
【００４２】
このように、「プロファイル」という用語は、所定の面との交点において光ビームを光学的に特徴付けるために用いる。一方、「波面」という用語は、所定の位相に対する面を幾何学的に特徴付けるために用いる。
【００４３】
特定の光学特性に関するプロファイルは、本明細書では、特定のプロファイルと呼ばれ、それぞれの特性を用いて呼ばれる。したがって、「強度プロフィル」という用語は、全ての交点の軌跡の強度を指し、「位相プロファイル」という用語は、全ての交点の軌跡の位相を指し、「周波数プロファイル」という用語は、全ての交点の軌跡の周波数を指し、その他も同様である。一般的なプロファイル関数についても同様に、特定のプロファイル関数は、２次元関数によって表現することもできる。
【００４４】
「標的化電磁放射源」は電磁放射の放射源であり、特定の実施形態では、レーザー光源であってもよい。例えば、標的化電磁放射源は、単色のレーザー光源またはいくつかの単色のレーザー光源の組み合わせであってもよい。厳密に単色でないレーザーも考慮される。いくつかのレーザーが用いられる場合に、それらは同時に動作してもよく、あるいは時間多重方式で動作してもよい。「白色光レーザー」によって、超連続光源が意味される。
【００４５】
捕捉手段は、複数の微小物体を保持し操作するように構成することができる。複数の微小物体、例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１００、または１０００個のマイクロデバイスなどの微小物体の捕捉は、例えば複数の微小物体が表面の平行スキャンニングを実行するような、微小物体の各々が表面のスキャンニングなどの機能を実行している状況においては、特に有益であり得る。これは微小物体の数による係数スケーリングによって、特定のプロセスを加速することができるからである。複数の微小物体の捕捉は、複数の微小物体が単に効果の並置になるだけではない異なる機能を実行している状況においても有益であり得る。それは、例えば、微小物体が協力して、例えばヒト細胞などの対象物や複数の細胞などの複数の対象物を保持し操作し光学的にスキャンする場合である。
【００４６】
一実施形態では、捕捉手段が少なくとも１００個の微小物体、例えば少なくとも２００、５００、７５０または１０００個の微小物体を独立に捕捉することを可能にするシステムが提供される。これは利点とみなすことができる。それは、例えば機械的に回転可能なミラーの時分割を用いて可能であったよりも多くの微小物体を捕捉することを可能にするからである。本実施形態は、例えば空間光変調器を用いて実現することができ、空間光変調器は、例えば本出願の他の部分で記載されるＧＰＣ設定などの、局所的にその特性を変化させることができる電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器である。
【００４７】
いくつかの実施形態では、捕捉のために、例えば対応する数の微小物体を捕捉するために、複数の、例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１００、１０００個またはそれより多くの変調された捕捉用電磁放射ビームがあってもよい。捕捉されている微小物体は、例えば直線に沿って１次元内に、あるいは例えば平面上の２次元内に、あるいは例えば線（１Ｄ）または平面（２Ｄ）に配置されることに限定されずに３次元内に分布してもよい。この実施形態によれば、変調された捕捉用電磁放射ビームが各微小物体に対して専用される場合に、複数の空間的に異なる微小物体は同時に捕捉することができる。同時捕捉の可能性がある利点は、それがより簡素なシステムを提供するということであり得る。それは、１つの微小物体を捕捉することから別の微小物体を捕捉することに切り換える必要がないからである。別の可能性がある利点は、捕捉された微小物体ごとの変調された捕捉用電磁放射の時間平均された強度が、特に類似のピーク強度についてより高くなり得ることである。
【００４８】
本発明の別の実施形態によれば、電磁放射標的化手段が複数の微小物体上の複数の部分を標的化するように構成されるシステムが提供される。上記の段落と同様に、複数の微小物体上の複数の部分を標的化することは、処理を加速し、および／または例えば微小物体上の異なる領域の同時スキャンニングなどのこれまで不可能だった処理を可能にするために有益であり得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、標的化のために、複数の、例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１００、１０００個またはそれより多くの変調された標的化電磁放射ビームがあってもよい。その標的化は、例えば対応する数の微小物体を標的化するものであり、それは例えば捕捉体積内のいくつかの領域であり、それは例えば捕捉体積内の複数の空間的に分布する焦点位置で集束する領域である。焦点位置は、例えば直線に沿って１次元内に、あるいは例えば平面上の２次元内に、あるいは例えば線または平面に配置されることに限定されずに３次元内に分布してもよい。
【００５０】
一実施形態では、電磁標的化手段が少なくとも１００個の微小物体、例えば少なくとも２００、５００、７５０または１０００個の微小物体を独立に標的化することを可能にするシステムが提供される。これは利点とみなすことができる。それは、例えば機械的に回転可能なミラーの時分割を用いて可能であったよりも多くの微小物体を標的化することを可能にするからである。本実施形態は、例えば空間光変調器を用いて実現することができ、空間光変調器は、例えば本出願の他の部分で記載されるＧＰＣ設定などの、局所的にその特性を変化させることができる電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器である。
【００５１】
「捕捉手段および電磁放射標的化手段は、空間的に分離されている」ことによって、捕捉手段および電磁放射標的化手段が空間の異なる位置を占有することと理解される。捕捉された微小物体の位置が時間に関して変化することを可能にする捕捉手段の物理的素子（または複数の物理的素子）、および電磁放射光変調器（変調された標的化電磁放射が時間に関して空間で変化することを可能にする）が、空間的に分離されていることが特に理解される。しかし、捕捉手段および電磁放射標的化手段が、例えばそれらの動作を制御するためのプロセッサまたは顕微鏡対物レンズのように静止している特定の要素において、ある要素を共有することができることも理解される。
【００５２】
本発明の一実施形態によれば、捕捉手段が複数の微小物体の位置を変化させることを可能にする捕捉時空間ユニットを含み、捕捉時空間ユニットおよび一次電磁放射変調器が空間的に分離されているシステムが提供される。「時空間ユニット」は、捕捉された微小物体の位置が時間に関して変化することを可能にしている捕捉手段の物理的素子（または複数の物理的素子）であると理解される。特定の実施形態では、捕捉手段は二次空間電磁放射変調器を含む光学的捕捉手段であり、ここで二次空間電磁放射変調器は時空間ユニットであると理解される。別の例では、時空間ユニットは、１つまたは複数の可動ミラーである。
【００５３】
本発明の一実施形態によれば、捕捉手段が光学的捕捉手段であるシステムが提供される。
【００５４】
光学的捕捉手段を用いる利点は、比較的高速で用途が広く正確であるということであり得る。微小物体は、１００ミクロン未満の分解能で動かすことができ、それは例えば１０ミクロン未満であり、例えば１ミクロン未満であり、例えば１００ナノメートル未満であり、例えば１０ナノメートル未満であり、例えば１ナノメートル未満であってもよい。
【００５５】
本発明の一実施形態によれば、捕捉手段が光学的捕捉手段であるシステムが提供され、当該光学的捕捉手段は、
捕捉用電磁放射を放射するための捕捉用電磁放射源と、
複数の微小物体に向けることができる変調された捕捉用電磁放射を生成するように、捕捉用電磁放射を受信し、空間的に成形するための二次空間電磁放射変調器とを有する。
【００５６】
光学的捕捉手段は、一般に当該技術分野において周知であり、例えばスキャンニング光学的ピンセットやホログラフィック光学的ピンセットなどの光学的ピンセットを含むものと理解される。（参考文献「Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｗｅｅｚｅｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｒｅｌｅｖａｎｃｅ  ｔｏ  ｌａｂ  ｏｎ  ｃｈｉｐ  ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｍ．ＰａｄｇｅｔｔおよびＲ．Ｌｅｏｎａｒｄｏ，Ｌａｂ  Ｃｈｉｐ、２０１１、１１、１１９６を参照のこと。上記文献は引用により本明細書に組み込まれる。）特定の実施形態では、光学的捕捉手段は、一般化位相差（ＧＰＣ）プラットホームによる設定によって具現化される。任意の種類のＧＰＣ設定を用いることが考えられる。それには、ＧＰＣ（参考文献ＷＯ１９９６／０３４３０７に記載されており、その全体は引用により本明細書に組み込まれる）、アナログＧＰＣ（参考文献ＷＯ２００９／０３６７６１Ａ１に記載されており、その全体は引用により本明細書に組み込まれる）、整合フィルタリングＧＰＣ（参考文献ＷＯ２００７／１４７４９７Ａ１に記載されており、その全体は引用により本明細書に組み込まれる）、３Ｄ−ＧＰＣ（参考文献ＷＯ２００５／０９６１１５に記載されており、その全体は引用により本明細書に組み込まれる）、マルチフィルタＧＰＣ（参考文献ＷＯ２００４／１１３９９３に記載されており、その全体は引用により本明細書に組み込まれる）、およびＭＯＥＭＳプラットホーム（参考文献ＷＯ２００６／０９７１０１Ａ１に記載されており、その全体は引用により本明細書に組み込まれる）が含まれる。二次空間電磁放射変調器は、本出願の他の部分で記載されている空間光変調器（ＳＬＭ）であってもよい。特に、二次空間電磁放射変調器は、特定の実施形態では、例えば電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器のように、局所的にその特性を変化させることにより入射電磁放射の空間変調を適用することができると理解される。捕捉用電磁放射を放射するための捕捉用電磁放射源は、例えばレーザー光源などの光源であってもよい。
【００５７】
捕捉用電磁放射源および標的化電磁放射源は、特定の実施形態では、同一の電磁放射源であってもよく、例えば単一のレーザー光源などの単一の光源であってもよい。このような実施形態では、例えばレーザービームなどの光源からの電磁放射は、例えばダイクロイックミラーを用いて分割することができる。
【００５８】
他の特定の実施形態では、捕捉用電磁放射源および標的化電磁放射源は、異なる電磁放射源であってもよく、例えば異なるレーザーや、例えば異なる波長および／またはパワーレベルで電磁放射を放射する電磁放射源である捕捉用電磁放射源および標的化電磁放射源であってもよい。
【００５９】
特定の実施形態では、光学的捕捉手段は、対向伝搬ビームを用いるように構成される。対向伝搬ビームを用いることの利点は、集束のための要件に対する要求がより少なくなること、ならびに／または、特にビームの伝搬方向に平行な方向で、捕捉体積がより大きくなり得る、および／もしくは作動距離がより大きくなり得ることを含むことができる。
【００６０】
標的化電磁放射源および捕捉用電磁放射源のいずれか１つのパワーは、１ｍＷから１０００Ｗの範囲であってもよく、例えば１ｍＷから１００Ｗの範囲であってもよく、例えば１ｍＷから１０Ｗの範囲であってもよく、例えば１ｍＷから１Ｗの範囲であってもよく、例えば１０ｍＷから１０００Ｗの範囲であってもよく、例えば１００ｍＷから１０００Ｗの範囲であってもよく、例えば１Ｗから１０００Ｗの範囲であってもよく、例えば１０Ｗから１０００Ｗの範囲であってもよく、１００ｍＷから１００Ｗの範囲であってもよく、１００ｍＷから１０Ｗの範囲であってもよく、１００ｍＷから１Ｗの範囲であってもよく、１０ｍＷから１００Ｗの範囲であってもよく、１００ｍＷから１００Ｗの範囲であってもよく、１Ｗから１００Ｗの範囲であってもよく、１０Ｗから１００Ｗの範囲であってもよい。
【００６１】
本発明のさらに別の実施例によれば、一次および二次空間電磁放射変調器が物理的に分離されているシステムが提供される。この実施形態によれば、一次および二次空間電磁放射変調器は空間的に分離され、それらが互いに独立に機能することを可能にするための簡素な方式を具現化する。これの利点は、それが一次および／または二次空間電磁放射変調器の動作を簡素化することである。なぜなら、各変調器は１つの機能だけ、すなわち捕捉または標的化を実行すればよいからである。別の利点は、捕捉用電磁放射源および標的化電磁放射源が空間的に分離した電磁放射変調器に向かって電磁放射を放射することを可能にし、電磁放射光源が例えば異なる波長を有するように異なるものになることを次々に可能にするということである。空間的に分離した電磁放射変調器を有する利点は、標的化電磁放射変調器によって実行される変調は、捕捉用電磁放射に影響を及ぼさず、逆もまた同じであるということである。電磁放射の異なる波長が用いられる場合には、これは特に有益である。
【００６２】
なお、システムの応答時間は、高速の強誘電体液晶を用いる液晶ＳＬＭに基づいて、サブミリ秒である。これは、０．５ミリ秒と同程度の短い時間間隔で、標的化電磁放射および捕捉用電磁放射をそれぞれ空間的に修正することを可能にする。このように、対応する短いパルス内で変調された標的化電磁放射および変調された捕捉用電磁放射のパルスを放射することが可能になる。この短い応答時間は、例えば微小物体の異なる部分を各々標的化する複数の波長のように、いくつかの異なる波長を用いるための標的化電磁放射の時分割を用いるために利用することもできる。
【００６３】
電磁捕捉または標的化電磁放射の具体的な波長を用いることもまた考えられ、それは、例えば８３０ｎｍ（この波長では、生物組織に損傷を与えるリスクがより少なくなる利点がある）であってもよく、例えば４８８ｎｍであってもよく、例えば６３３ｎｍ（典型的なＨｅＮｅレーザーに対応する）であってもよく、例えば５３２ｎｍであってもよく、例えば１０７０ｎｍであってもよく、例えば１０６４ｎｍ（典型的なＮＤ：ＹＡＧレーザーに対応する）であってもよく、例えば５３２ｎｍであってもよく、例えば１５５０ｎｍ（光ファイバーの伝送によく適するという利点がある）であってもよく、例えば２ミクロンまたはそれより高くてもよい。
【００６４】
本発明のさらに別の実施例によれば、例えば変調された捕捉用電磁放射の波長が１０６４ｎｍであり、変調された標的化電磁放射の波長が５３２ｎｍであるように、変調された捕捉用電磁放射および変調された標的化電磁放射が異なる波長を有するシステムが提供される。異なる波長を有する利点は、両方に好適でなければならないが、各目的に最も好適ではないかもしれない波長を選択することによる妥協をする必要なしに、標的化および捕捉の各目的のために、特によく好適な波長を選択することが可能になるということである。異なる波長を有する別の利点は、例えば簡単に波長選択性フィルタを用いることにより、変調された捕捉用電磁放射および変調された標的化電磁放射を比較的直接の方法で分離することが可能になるということである。これは、例えば、ユーザーが変調された標的化電磁放射から生成する光子のみを観測することを好む場合に有益である。なぜなら、変調された捕捉用電磁放射の波長に対応する波長の電磁放射を遮断するが、変調された標的化電磁放射の波長に対応する波長を透過するフィルタを単に使用することにより、ユーザーがこれを達成することができるからである。フィルタは、捕捉体積と観測器（例えば検出器またはカメラなど）との間の光路に挿入されるものと理解される。
【００６５】
本発明の一実施形態によれば、捕捉手段は変調された捕捉用電磁放射などの捕捉用電磁放射を放射する光学的捕捉手段であり、変調された捕捉用電磁放射などの捕捉用電磁放射および変調された標的化電磁放射は異なる波長を有するシステムが提供される。本発明の一実施形態によれば、捕捉手段は捕捉用電磁放射を放射する光学的捕捉手段であり、変調された捕捉用電磁放射などの捕捉用電磁放射および変調された標的化電磁放射は類似の波長を有するシステムが提供される。
【００６６】
本発明の別の実施形態によれば、一次空間電磁放射変調器は、例えば電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器のように、局所的にその特性を変化させることによって、例えば入射電磁放射などの標的化電磁放射の空間変調を適用するように構成されるシステムが提供される。空間光変調器は、典型的には光回折の原理に従って動作し、変調器の各基本ユニット（例えばピクセル）は、それに入射する光ビームの一部の位相を局所的に変調し、所定の光プロファイルを提供する。この特定の実施形態によれば、例えば光などの電磁放射の変調は、空間光変調器の要素を空間的に移動することを必要としない。むしろ、基本ユニットの局所的特性（例えば透明度または光路長）が変化する。
【００６７】
本発明の別の実施形態によれば、二次空間電磁放射変調器は、例えば電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器のように、局所的にその特性を変化させることによって、例えば入射電磁放射などの捕捉用電磁放射の空間変調を適用するように構成されるシステムが提供される。この特定の実施形態によれば、例えば光などの電磁放射の変調は、空間光変調器の要素を空間的に移動することを必要としない。むしろ、基本ユニットの局所的特性（例えば透明度または光路長）が変化する。
【００６８】
別の実施形態によれば、捕捉手段は少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を捕捉することを可能にするシステムが提供され、そのシステムでは、空間的に異なる微小物体が捕捉手段の光軸に対して空間的に異なる平面に配置され、例えば、空間的に異なる平面は光軸に直交し、電磁放射標的化手段の光軸に沿って変位する。このような実施形態によれば、捕捉された微小物体は特定の平面内に閉じ込められない。これの可能性がある利点は、それが捕捉体積内の対象物を捕捉することに、より多くの自由を提供するということである。それは、特定の平面で捕捉するように対象物を配置するための注意が不要になるからである。特定の実施形態では、捕捉手段は、例えば対向伝搬ビームを用いるＧＰＣシステムなどのＧＰＣシステムを含む。
【００６９】
本発明の別の実施例によれば、捕捉手段の光軸に対する、平面の少なくとも１つの位置を、例えば動的に変化するように、例えば通常の使用中に変化するように、例えば捕捉手段の光軸に沿って微小物体を操作することを可能にするように、変化させることができるシステムが提供される。捕捉手段の光軸は、例えば捕捉体積の捕捉用電磁放射などの変調された捕捉用電磁放射の伝搬方向に平行な軸であると理解される。平面を移動できることの可能性がある利点は、それが、微小物体を捕捉し、変調された捕捉用電磁放射の伝搬方向に平行な方向にそれらを移動することを可能にするということである。特定の実施形態では、捕捉手段はＧＰＣシステムを含む。
【００７０】
本発明の別の実施形態によれば、電磁放射標的化手段が、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体に焦点を合わせるような標的化をすることができるシステムが提供される。そのシステムでは、空間的に異なる微小物体を電磁放射標的化手段の光軸に対して空間的に異なる平面、例えば焦点面などに配置することができ、その平面は、例えば、光軸に直交し電磁放射標的化手段の光軸に沿って変位する空間的に異なる平面である。特定の実施形態では、このような３次元標的化は、調節可能なレンズを用いて実現される。このような実施形態によれば、標的化される領域は、特定の平面内に限定されない。これの可能性がある利点は、それが捕捉体積内の対象物を標的化することに、より多くの自由を提供するということである。それは、特定の平面で標的化するように対象物を配置するための注意が不要になるからである。
【００７１】
本発明の別の実施形態によれば、電磁放射標的化手段の光軸に対する、例えば焦点面などの平面の少なくとも１つの位置を、例えば動的に変化するように、例えば通常の使用中に変化するように、例えば電磁標的化手段の光軸に沿って微小物体を標的化することを可能にするように、変化させることができるシステムが提供される。電磁放射標的化の光軸は、例えば捕捉体積の標的化電磁放射などの変調された標的化電磁放射の伝搬方向に平行な軸であると理解される。平面を移動できることの可能性がある利点は、それが、標的化電磁放射の伝搬方向に平行な方向に移動する後述の微小物体を可能にすることである。
【００７２】
本発明の別の実施形態によれば、光軸に対する、例えば焦点面の１つなどの平面の少なくとも１つの位置を、例えば動的に変化するように、例えば通常の使用中に変化するように、変化させることができ、それによって、捕捉手段によって捕捉されている微小物体の一方の側から捕捉手段によって捕捉されている微小物体の他方の側に、電磁放射標的化手段の光軸に沿って移動することができるシステムが提供される。これの利点は、それが標的化された微小物体の両方の側の微小物体を標的化することを可能にするということである。
【００７３】
本発明の別の実施形態によれば、例えば１つまたは複数の微小物体の位置および方向や、例えば複数の微小物体の位置や、例えば捕捉体積内の複数の微小物体の位置および方向などの位置を決定するように構成されている検知手段をさらに有するシステムが提供される。
【００７４】
検知手段は、捕捉体積からの情報を検知するために役立つ。「検知手段」は、対象物の特性または捕捉体積の特性に関する情報を取得することができる。例示的な例では、検知手段は、マイクロデバイス、例えば捕捉体積内の力を検出するための原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）カンチレバーなどのカンチレバー、あるいは捕捉体積内から放射された電磁放射、例えば蛍光などを検出するための光学的センサーの位置または方向を視覚的に検出するためのカメラであってもよい。他のタイプの検知手段は、本発明の範囲から除外されない。検知手段は、具体的な実施形態では、例えば画像解析を実行するように構成されたプロセッサなどの検出された情報を解析するためのプロセッサに、さらに動作可能に接続されてもよい。
【００７５】
本発明の別の実施形態によれば、電磁放射標的化手段を制御するのに適する一次制御手段をさらに有するシステムが提供される。特定の実施形態では、検知手段は、検出された情報に基づいて電磁放射標的化手段を制御することができる一次制御手段に対して、検出された情報に関係する信号を送信するように構成することができる。特定の実施形態では、一次制御手段は、例えばプロセッサを含むコンピュータなどのプロセッサであってもよい。本発明の別の実施形態によれば、捕捉手段を制御するのに適した二次制御手段をさらに有するシステムが提供される。特定の実施形態では、検知手段は、検出された情報に基づいて捕捉手段を制御することができる二次制御手段に対して、検出された情報に関係する信号を送信するように構成することができる。特定の実施形態では、二次制御手段は、例えばプロセッサを含むコンピュータなどのプロセッサであってもよい。別の特定の実施形態では、一次制御手段および二次制御手段は、例えば単一のプロセッサなどの単一のユニット内に含まれる。
【００７６】
本発明の別の実施形態によれば、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに含むシステムが提供され、複数のマイクロデバイスのような、１つまたは複数のマイクロデバイスは、
捕捉手段が３次元の並進運動および１つもしくは複数のマイクロデバイスの少なくとも２つの軸の周りの回転運動を制御することができるように、捕捉手段による空間的操作のために配置され、
変調された標的化電磁放射を受信し、さらに変調された標的化電磁放射を成形し、集束し、向け直し、および／または変調された標的化電磁放射を遠距離場から近接場に変化させるために配置される。
【００７７】
１つまたは複数の空間的に制御可能なマイクロデバイスを含むシステムを有することによって、効率的で簡素な方法でマイクロスケールでの操作および／またはデータ収集を容易にするシステムが提供される。１つまたは複数のマイクロデバイスを独立に捕捉し標的化できることは、利点とみなすことができ、それは、マイクロデバイスを空間的に操作し、および／または任意の位置で、すなわち変調された捕捉用電磁放射が入射する位置と類似のまたは異なる位置で、変調された標的化電磁放射によって同時に標的化することを次々に可能にすることができる。例えば、一次波長の標的化電磁放射が（一次波長を有する電磁放射によって）検査される対象物に（マイクロデバイスによって）向け直され、異なる二次波長の変調された捕捉用電磁放射がマイクロデバイスを空間的に制御するために用いられる場合には、これは有益である。
【００７８】
特定の実施形態では、マイクロデバイスは、電磁放射を放射するためのマイクロデバイスであり、このマイクロデバイスは、
電磁放射を放射するように構成される第１の電磁放射ユニットと、
３次元の並進運動、および
少なくとも２つの軸の周りの回転運動に関して、
マイクロデバイスの同時非接触空間的制御を可能にするための手段とを有する。
マイクロデバイスの非接触空間的制御を可能にするための手段は、例えば変調された捕捉用電磁放射などの電磁放射によって印加される力によって空間的に制御されるように構成され、第１の電磁放射ユニットおよびマイクロデバイスの空間的制御を可能にするための手段は、構造的に連結されている。
【００７９】
第１の電磁放射ユニットは、
複数の電磁放射内結合素子のような、入射電磁放射を受信するように構成される電磁放射内結合素子と、
複数の電磁放射外結合素子のような、電磁放射内結合素子に構造的に連結される電磁放射外結合素子であって、前記入射電磁放射に応答して電磁放射を放射するように構成される電磁放射外結合素子とを有する。
【００８０】
電磁放射内結合素子は、第１の方向を有する入射電磁放射を受信するように構成され、電磁放射外結合素子は、第２の方向を有する電磁放射を放射するように構成され、第１の方向および第２の方向は非平行であり、例えば第１の方向と第２の方向との間の角度は少なくとも１０度であり、例えば少なくとも２０度であり、例えば少なくとも４５度である。あるいは、
電磁放射内結合素子は、第１の方向を有する入射電磁放射を受信するように構成され、電磁放射外結合素子は、第２の方向を有する電磁放射を放射するように構成され、電磁放射外結合素子は、第１の方向に直交する方向に沿って電磁放射内結合素子に対して空間的に変位し、第１の方向および第２の方向は平行である。
【００８１】
本発明の別の実施形態によれば、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに含むシステムが提供され、１つまたは複数のマイクロデバイスは、例えば球状ビーズのような微小光学素子を保持するために各々配置される。マイクロデバイスは、例えばリング形状素子などの保持手段を各々有することができ、例えば球状ビーズのような別の微小素子を配置し保持し操作することができる。このようなマイクロデバイスを有する利点は、それが球状ビーズなどのすぐに利用できる微小素子の空間的制御を可能にすることであり、そのような微小素子はマイクロスケールで、検査される対象物からおそらく数マイクロメートルの範囲内で、空間的に動作する微小レンズとして有用である。
【００８２】
本発明の別の実施形態によれば、複数の微小物体から放射され、または捕捉体積内から放射されて一次電磁放射変調器を横断するような、捕捉体積内から放射される電磁放射を受信するように構成された電磁放射検出器をさらに有するシステムが提供される。
【００８３】
上述した電磁放射検出器を追加することによって、効率的な方法で微小構造の光学的解析を行うことが可能になる。
【００８４】
第２の態様によれば、本発明はさらに、１つまたは複数の微小物体を独立に保持および／または操作するための、ならびに電磁放射を用いて捕捉体積内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための方法に関し、当該方法は、
捕捉手段を用いて捕捉体積内の１つまたは複数の微小物体を捕捉するステップと、
電磁放射標的化手段を用いることによって、捕捉体積内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化し、１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射を生成するように、標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するステップとを有し、
捕捉手段および電磁放射標的化手段は、互いに独立に機能することができ、電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立に標的化することができ、捕捉手段および電磁放射標的化手段は、空間的に分離されている。本発明のこの態様は、特に、しかしこれに限定されないが、本発明による方法が第１の態様によるシステムによって実装され得るという点で有益である。
【００８５】
第２の態様によれば、さらに本発明は、複数の微小物体のように、１つまたは複数の微小物体を独立に保持し操作するための、および、電磁放射を用いて捕捉体積内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための、第１の態様によるシステムの使用に関する。
【００８６】
本発明の第１、第２および第３の態様は、各々他の態様のいずれかと組み合わせてもよい。本発明のこれらのおよびその他の態様は、以下に記載する実施形態から明らかになり、それに関して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
本発明によるシステム、方法および使用について、添付した図面に関連してより詳細に説明する。図面は、本発明を実施する１つの方法を示すものであり、添付した特許請求の範囲に含まれる他の可能な実施形態に対する限定と解釈されるものではない。
【００８８】
【図１】複数の微小物体を独立に保持し操作するための、および、捕捉体積内の複数の微小物体の少なくとも一部を光学的に標的化するためのシステムを示す図である。
【図２】例示的な微小物体の斜視図である。
【図３】微小物体の側面図である。
【図４】マイクロデバイスの一実施形態の画像の形で実験データを示す図である。
【図５】マイクロデバイスの一実施形態の画像の形で実験データを示す図である。
【図６】光結合および光学的操作実験を示す図である。
【図７】光結合および光学的操作実験を示す図である。
【図８】光結合および光学的操作実験を示す図である。
【図９】代表的な２光子重合構造のＳＥＭ画像を示す図である。
【図１０】マイクロデバイスの別のタイプを示す図である。
【図１１】球状ビーズを有するマイクロデバイスの図である。
【図１２】マイクロデバイスの側面図である。
【図１３】マイクロデバイスの平面図である。
【図１４】マイクロデバイスの代替的実施形態の平面図である。
【図１５】マイクロデバイスの別のタイプの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
図１は、複数の微小物体（１５９）を独立に保持し操作するための、および、電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステム（１００）を示す。本システムは、
捕捉体積内の複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段（１４２、１２８、１３０、１５８、１６０）と、
電磁放射標的化手段（１１６）とを有する。この電磁放射標的化手段は、
標的化電磁放射（１３３）を放射するための標的化電磁放射源（１１８）と、
捕捉体積内の複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することを可能にするために、複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するように、標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器（１２０）とを有する。
捕捉手段および電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立に標的化することができ、捕捉手段および電磁放射標的化手段は、空間的に分離されている。
【００９０】
より詳細には、図１の具体的な捕捉手段は、光学的捕捉手段であり、１つまたは複数の下部光ビーム１１０、１１２を放射する光源１４２によって具現化される。下部光ビーム１１０、１１２は、下部ダイクロイックミラー１２８に向かう下部方向１１４を有し、下部ダイクロイックミラー１２８は、下部顕微鏡対物レンズ１５８の中に下部光ビーム１１０、１１２を反射し、このとき再成形された下部光ビーム１３１、１３２を捕捉体積１０２へ導く。図１の具体的な捕捉手段は、捕捉のために対向伝搬ビームを利用する。それで、光源１４２は、１つまたは複数の上部光ビーム１０４、１０６をさらに放射する。上部光ビーム１０４、１０６は、上部ダイクロイックミラー１３０に向かう上部方向１０８を有し、上部ダイクロイックミラー１３０は、上部顕微鏡対物レンズ１６０の中に上部光ビーム１０４、１０６を反射し、このとき再成形された上部光ビーム１２４、１２６を捕捉体積１０２へ導く。捕捉体積は、１つまたは複数の微小物体１５９を保持することができ、それについては本出願の他の部分でより詳細に説明する。光源１４２は、１０６４ｎｍで放射するレーザー光源であってもよい。捕捉手段は、電磁放射源から電磁放射を受信し、複数の微小物体を光学的に捕捉するように構成された変調された電磁放射を生成する１つまたは複数の二次空間電磁放射変調器（図示せず）を含んでもよいことが理解される。
【００９１】
特定の実施形態では、捕捉手段は、いわゆるバイオフォトニクス・ワークステーションによって具現化することができる。バイオフォトニクス・ワークステーションは、Ｈ．Ｕ．Ｕｌｒｉｋｓｅｎ他による参考文献「Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｔｒａｐｐｉｎｇ，ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｂｙ  ａｎ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｂｉｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ」、Ｊ．Ｅｕｒｏｐ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ｒａｐ．Ｐｕｂｌｉｃ．３、０８０３４（２００８）に記載されており、上記文献の全体は引用により本明細書に組み込まれる。バイオフォトニクス・ワークステーションは、ファイバーレーザー（ＩＰＧ）からの近赤外線（λ＝１０６４ｎｍ）を使用する。ビーム変調モジュールの拡張されたレーザー光源のリアルタイム空間アドレス指定は、再構成可能な強度パターンを生成する。コンピュータにより制御された空間光変調器の２つの独立にアドレス可能な領域を、試料体積内の対向伝搬ビームとして光学的にマッピングすることによって、複数の微小物体を捕捉することが可能になる（現在最高１００個の光学的トラップを生成する）。ビームは、厚さ４．２ｍｍのＨｅｌｌｍａセル（２５０μｍ×２５０μｍの内側断面積）の中に、対向する顕微鏡対物レンズ（オリンパスＬＭＰＬＮ５０×ＩＲ、ＷＤ＝６．０ｍｍ、ＮＡ＝０．５５）を通して中継される。オペレータが、リアルタイムにマウスまたはジョイスティックを用いて、セルおよび組み立てられたマイクロデバイスを選択し、捕捉し、動かし、再適合させることができるコンピュータ・インターフェースを通して、ユーザーは３次元の所望の対象物を捕捉し操作する。実験のビデオは、上部顕微鏡および側部顕微鏡から同時に撮られる。
【００９２】
図１に示す特定の設定は、上部顕微鏡対物レンズ１６０、上部フィルタ１５４および上部レンズ１５６を介して、上部から捕捉体積１０２を撮像するのに有用な上部カメラ１５２をさらに含む。同様に、設定は、側部顕微鏡対物レンズ１４６、側部フィルタ１４８および側部レンズ１５０を介して、側部から捕捉体積１０２を撮像するのに有用である側部カメラ１４４を含む。
【００９３】
具体的な電磁放射標的化手段１１６は、標的化電磁放射源１１８および一次空間電磁放射変調器１２０を含む。標的化電磁放射源１１８は、一次空間電磁放射変調器１２０に向かう方向１３４に標的化電磁放射１３３を放射するために、例えば５３２ｎｍで放射するレーザー光源であってもよい。一次空間電磁放射変調器１２０は、複数の微小物体の少なくとも一部に向かう変調された標的化電磁放射１３６を生成するように、標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するように構成されている。図１の特定の例では、変調された標的化電磁放射１３６は、図の電磁放射の２つのビームを含み、下部ダイクロイックミラー１２８を通過し、図においてそれが複数の微小物体１５９の領域を標的化することができる２つの光ビーム１３８によって示されるように、捕捉体積内に入射する前に下部顕微鏡対物レンズ１５８によって成形される。変調された標的化電磁放射１３６は、上部レンズ１５６を通って上部カメラ１５２に入射しないように上部フィルタ１５４によって遮断される前に、２つの光ビーム１４０によって示されるように、複数の微小物体、上部顕微鏡対物レンズ１６０、上部ダイクロイックミラー１３０を通過してもよい。上部カメラ１５２および側部カメラ１４４のいずれか１つは、ＣＣＤカメラであってもよく、例えば、取得した画像を視覚化または記憶することを可能にするように、ならびに／または、捕捉手段および／もしくは電磁放射標的化手段を導くために画像を利用するために、プロセッサに接続されてもよい。
【００９４】
さらにまた、図１は、一次制御手段１６６および二次制御手段１６７を示し、例えば、制御手段の各々は検知手段から情報を受信するために構成されるプロセッサであり、例えば上部カメラ１５２からの上面図情報１６２および／または側部カメラ１４４からの側面図情報１６４を受け取る。一次制御手段１６６は、一次空間電磁放射変調器１２０および標的化電磁放射源１１８に対して、それぞれ標的化制御情報１６８、１７０を送信するように構成されている。二次制御手段は、検知手段からの情報に基づいて電磁放射標的化手段１１６を制御するように構成されている。二次制御手段１６７は、捕捉手段を制御するために捕捉手段に対して捕捉制御情報１７２を送信するように構成されている。一次および二次制御手段１６６、１６７は、例えば、単一の処理ユニットに結合されてもよい。
【００９５】
さらにまた、図１は、実質的に同じ経路に沿ってであるが矢印１３４で示す方向の反対方向に進む電磁放射を反射する間に、標的化電磁放射の通過を許容するように構成されるダイクロイックミラー１７４を示す。このような電磁放射は、例えば捕捉体積内から放射され、例えば微小物体１５９から放射され、このように反射された電磁放射１７８は例えばＣＣＤカメラなどの検出器１７６によって取り込まれる。例えばダイクロイックミラー１７４と検出器１７６と間のフィルタ１８０などの適切なフィルタ、あるいは、標的化電磁放射源１１８からの入射電磁放射および検出器１７６によって取り込まれる放射された電磁放射１７８を用いて微小物体の蛍光分光を実行することを可能にするような類似の手段を備えるシステムを適応させることも考えられる。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、標的化電磁放射源および一次空間電磁放射変調器を含み、さらに、変調された標的化電磁放射を捕捉体積内の１つまたは複数の標的位置に向けるために構成される光学系を含む、電磁放射標的化手段が提供される。
【００９７】
このような実施形態では、光は光学系によって導かれてもよく、光学系は、自由空間光学系（例えば、レンズ、マイクロレンズアレイ、回折素子などの配置）、および／または導光光学系（例えば、導波路、光ファイバー、ファイバーバンドル、傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）ファイバーレンズ、レンズ中継内視鏡など）、および／または（位相変調を強度変調に変換するための）一般化位相差フィルタを含んでもよい。
【００９８】
標的位置が直接照明によって光学的にアクセス可能でない場合に、導光光学系は特に有用である。
【００９９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、一次空間電磁放射変調器は、例えば液晶デバイスなどの液晶を含む。
【０１００】
本発明の様々な例示的実施形態では、変調された標的化電磁放射の波長および強度は、捕捉体積内のスポットの温度がＴ＿ｉｎｃだけ増加するように十分な熱を発生するように選択される。ここで、Ｔ＿ｉｎｃは、約１°Ｃから約１０°Ｃであってもよく、あるいは約２°Ｃから約７°Ｃであってもよく、あるいは約３°Ｃから約６°Ｃ、例えば５°Ｃであってもよい。
【０１０１】
システム１００は、刺激パターンによってコード化される空間的に変調された光ビームを生成する電磁放射標的化手段１１６を含む。電磁放射標的化手段１１６は、標的化電磁放射１３２および一次空間電磁放射変調器１２０を生成する１つまたは複数の光源１１８を含んでもよい。一次空間電磁放射変調器１２０は空間光変調器（ＳＬＭ）であり、変調を実行する。電磁放射標的化手段は、１つの光源１１８だけを有するように示されているが、必ずしもそうである必要はない。電磁放射標的化手段は、例えば微小物体を標的化するために必要な異なる具体的な波長帯の数に応じて任意の数の光源を有することができるからである。当該技術分野で知られているように、例えば１つまたは複数のダイクロイックミラーを用いて、付加的な光源を追加してもよい。
【０１０２】
電磁放射標的化手段１１６は、一次空間電磁放射変調器１２０および一次制御手段１６６を両方含んでもよい。
【０１０３】
一次制御手段１６６は、例えば検知手段１４４，１５２のような外部ソースから情報を受信することができ、それに応答して一次電磁放射変調器１２０で形成される変調パターンを決定することができる。一次空間電磁放射変調器１２０は、変調パターンに従って標的化電磁放射１３３を受信し変調する。このように、一次空間電磁放射変調器１２０は、複数の微小物体１５９の少なくとも一部を特に標的化するための再構築された標的化パターンを構成する変調された標的化電磁放射１３６を提供するために、標的化制御情報１６８に従って標的化電磁放射１３３を変調する。一次空間電磁放射変調器１２０の光学的特性の空間的変動は、具体的な実施形態では、ホログラムとして知られている。具体的な実施形態では、例えば、位相のみのＳＬＭである一次空間電磁放射変調器などの位相プロファイルを変調するように構成されたＳＬＭであり得る一次空間電磁放射変調器を用いることにより、フーリエホログラフィまたはフレネルホログラフィを用いることができる。
【０１０４】
一次制御手段は、パターンを算出し、電気信号または光学的信号として一次空間電磁放射変調器１２０にそれを送信するデータプロセッサを含むことができる。
【０１０５】
一次空間電磁放射変調器１２０は、ネマチック液晶または強誘電体液晶（ＦＬＣ）を含んでもよく、後者が速い応答速度の点から好ましい。
【０１０６】
一次空間電磁放射変調器１２０は、２πの位相制御を許容する全波長にわたって動くことができるミラーまたはマイクロミラーのアレイを含んでもよい。
【０１０７】
光源からの標的化電磁放射１３３は、１つまたは複数の光学的に向け直して集束する素子を介して、電磁放射標的化手段１１６の一次空間電磁放射変調器１２０に向けられ得る。図１に示す代表的な例では、標的化電磁放射源からの光ビームは、一次空間電磁放射変調器に直接入射するが、他の実施形態では、例えば１つまたは複数のミラーによって向け直され、１つまたは複数のフィルタまたはダイクロイックミラーを通過してもよい。
【０１０８】
図２は、例示的な微小物体２５８の斜視図を示す。微小物体２５８は、光内結合素子２０２および光外結合素子２０４を特徴とする。光内結合素子２０２は、光を受け取って、受け取った光を、光内結合素子と光外結合素子とを光学的に接続する導光素子２０６に導くように構成される。このように、光は、光内結合素子２０２で受け取られて、導光素子２０６によって、光が放射される光外結合素子２０４へ導かれ得る。光学素子２０２、２０４、２０６は、このように光などの電磁放射の放射を可能にする電磁放射ユニットを形成する。マイクロデバイスは、マイクロデバイスの非接触空間的制御を可能にするための手段をさらに含み、その手段は光学的ハンドル２０８、２１０、２１２、２１４によって具現化される。ハンドルは、例えば、６つの自由度、すなわち全部で３つの幾何的次元および全部で３つの幾何学的軸の周りの回転を操作するような、マイクロデバイスの操作を可能にするためにハンドルの各々を捕捉する光学的捕捉システムを可能にする実質的に球状の素子であってもよい。光学的ハンドルの各々は、連結構造体２１６、２１８、２２０、２２２を介して導光素子２０６に構造的に連結される。本実施形態では、光外結合素子２０４は円錐形に成形され、このような形状の利点は、生物学的細胞などの他の対象物に物理的に接触し操作するために用いることができる鋭い先端をマイクロデバイスが有するということである。別の利点は、光外結合素子が第１の電磁放射ユニットから放射された電磁放射を成形するための出力素子として役立つことができるということである。
【０１０９】
図３は、図２に示す微小物体２５８の側面図を示す。図３では、導光素子２０６の屈曲部分３２４がより明確に分かる。導光素子の屈曲部分３２４は、入射する標的化光３２６が光内結合素子２０２によって受け取られ、導光素子２０６を通り、放射光３２８として光外結合部分２０４を通って導かれることを可能にする。当業者であれば容易に理解できるように、光路は双方向性であって、したがって、光は光外結合素子２０４で収集され、導光素子２０６で導かれ、光内結合素子２０２から放射されてもよい。また、図３はマイクロデバイスの長さ３２７および高さ３２９を示す。例示的実施形態では、長さ３２７は３５マイクロメートルであり、高さ３２９は２０マイクロメートルであるが、例えば１マイクロメートルから１ミリメートルまでのマイクロメートル領域の他の寸法が考えられる。
【０１１０】
図４、図５は、マイクロデバイスの一実施形態の画像の形で実験データを示す。
【０１１１】
図４は、図２、図３に示した実施形態に類似するマイクロデバイス２１００を示す（図３のマイクロデバイスは側面から見たもので、左に向いているが、図４のマイクロデバイスは底面から見たもので、上に向いていることに注意）。図４のマイクロデバイスは底面図で示される。すなわち、導光素子２１０６、連結構造体２１１６、２１１８、２１２０、２１２２、光学的ハンドル２１０８、２１１０、２１１２、２１１４および光外結合素子２１０４は、全て紙面内にあり、以下ではその紙面をマイクロデバイスの平面と呼ぶ。一方、光内結合素子２１０２は観察者に対してマイクロデバイスの平面の反対側にある。球状ビーズ２１５２は、光学的に捕捉され、マイクロデバイスの平面においてマイクロデバイスのちょうど前方（すなわち、画像の「上方」）に見える。球状ビーズ２１５２は、第１の電磁放射ユニットから放射された電磁放射を成形するための出力素子として作用することができる。連結構造体２１１６、２１１８、２１２０、２１２２は、導光素子２１０６に対して直角にならないように、紙に直角な軸の周りにわずかに回転する（約４０度）ことに留意されたい。この回転の利点は、導光素子２１０６を介して導かれた光が連結構造体に導かれるのを回避するのに役立つ、連結構造体の後方への屈曲が提供されるということである。
【０１１２】
図５は、図４のマイクロデバイス２１００を示すが、マイクロデバイスが図４の視点に対して向きが直されていることに留意されたい。図５では、マイクロデバイスは図３の視点に対応して側面図で示される。ただし、マイクロデバイスは紙面に直角の軸の周りに１８０度回転している。図５は、さらに球状ビーズ２１５２、入射する標的化光２２２６および放射光２２２８を特徴付ける。図５は、放射光２２２８が光学的に捕捉された球状ビーズ２１５２によって成形されることを示し、光がマイクロデバイスの前方（すなわち右）の点２２５４に集束することが分かる。
【０１１３】
図６〜図８は、光結合および光学的操作実験を示す。
【０１１４】
図６、図７は、一群のビーズ２１８２から選択されたビーズの選択的な蛍光励起を示すスナップショットであり、一群のビーズは、互いに隣接して一列に配置される４つのビーズの垂直カラムである。選択的な蛍光励起は、図２、図３で模式的に示し、図４、図５で画像を示したマイクロデバイスに類似のマイクロデバイスを用いて実行される。
【０１１５】
図６は、一群のビーズ２１８２の最上部から２番目のビーズ２１８４の選択的な照明を示し、選択的な照明は、マイクロデバイス２１００の光内結合素子２１０２で結合され、光外結合素子２１０４を介して放射される光を用いて成される。挿入図は、最上部から２番目のビーズだけが励起されることを模式的に示す。
【０１１６】
図７は、一群のビーズ２１８２の最上部から３番目のビーズ２１８６の選択的な照明を対応して示す。挿入図は、最上部から３番目のビーズだけが励起されることを模式的に示す。
【０１１７】
図８Ａ〜図８Ｃは、逆光結合を用いた実験的なスナップショットを示す。光学的に捕捉されたマイクロデバイス２１００は、光内結合素子２１０２および操作される第２の捕捉されたマイクロデバイス２１００’（紙面に直角な軸の周りで１８０度回転していることを除いてマイクロデバイス２１００に類似する）を介してマイクロデバイスに結合される、入射する標的化光２２２６によって、光外結合素子２１０４の前方に局所的な場を生成する。これは、この場合には、局所的な場をスキャンするように上方へ移動することを意味する。逆結合光は、図８Ａ〜図８Ｃの各々の下部挿入図から明らかなように、上部顕微鏡から見ることができる。特に、図８Ｂの下部挿入図では明るいドットが観察できる（図８Ｂの下部挿入図では矢印で示し、中間挿入図では拡大して示す）。明るいドットは、マイクロデバイス２１００の光外結合素子２１０４から放射され、マイクロデバイス２１００’の対応する素子によって収集され、続いて光内結合素子２１０２’から放射される、この場合には放射光である光に対応する。スケールバーは１０ミクロンである。図８Ａ〜図８Ｃの各々の中間挿入図は、下部挿入図にも示す光内結合素子２１０２’（ここでは光外結合のための素子として機能する）のクローズアップを示す。
【０１１８】
図９は、代表的な２光子重合構造のＳＥＭ画像を示し、その構造は屈曲した導波路（曲げ半径Ｒは約８ミクロンで、幅は約１．５ミクロン）であって、光学的捕捉のための球状ハンドルを有する支持構造体の上に位置する。導波路は、支持構造体を介して光結合損を最小にするために、逆に曲げられたロッドを介して接続される。
【０１１９】
図１０は、図２、図３に示したマイクロデバイスに類似する別のタイプのマイクロデバイス１０５８を示す。ただし、光内結合素子２０２および導光素子の屈曲部分３２４は、図１０のマイクロデバイスには存在しない。さらにまた、光外結合素子２０４は、本実施形態ではリング形状の素子である保持手段１０８８に置き換えられている。保持手段を有する利点は、それが、例えば光学的素子として用いるために適用できる球状ビーズなどの他の対象物を保持し操作することを可能にするということである。例えば、比較的低いコストまたは労力で提供することができる球状ビーズはこのようにして収集することができ、検査される対象物の比較的近くに持ってくることができるレンズとして用いることができる。
【０１２０】
図１１は、保持手段１０８８に球状ビーズ１０５２を有してここに示される図１０のマイクロデバイス１０５８の図である。入射光１０９０は、このときはレンズ素子として働く球状ビーズによって収集され、放射光１０９２は検査される対象物１０９４に集束する。
【０１２１】
図１２は、マイクロデバイス１０５８の側面図である。
【０１２２】
図１３は、マイクロデバイス１０５８の平面図である。
【０１２３】
図１４は、保持手段を有するマイクロデバイスの代替的実施形態の平面図である。
【０１２４】
図１０〜図１４で提案される基本的な着想は、例えばマイクロデバイス１０５８などの光学的に操作されるマイクロデバイスは、例えば球状物体を取り上げて保持することができるような機械的な先端形状などの保持手段１０８８を用いて設計されるということであり、球状物体は異なるサイズのボールレンズ（例えば異なるサイズのガラスまたはポリマービーズ）として機能し、６つの自由度（ＤＯＦ）で操作されるサブミクロンスケールの拡大鏡として働くことができる。ボールレンズ（ビーズ）は簡単にビームによって投げ込むことができ、各々の適切なツールは、ビーズがスローモーションでバスケットネットに落下する特大のバスケットボールのようにゆっくり落下するときにビーズをつかむように光学的に配置される。ボールレンズは、独立な光を集束すること、および試料からの放射光を取り込み中継することの両方のために、２方向に用いることができる。
【０１２５】
基本的な着想のさらなる一般化は、光カップラ（例えば図２、図３に示す実施形態の光内結合素子２０２）を有するマイクロデバイスとの結合を含み、それで、再構成可能なボールレンズを上部および側部の両方から同時に用いることができる。この基本的概念には、多くの変形がある。
【０１２６】
図１５は、図１０〜図１４に示したマイクロデバイスに類似する別のタイプのマイクロデバイス１５５８の側面図を示す。ただし、光内結合素子２０２および導光素子の屈曲部分３２４は、図１５のマイクロデバイスに存在する。図１５の実施形態については、入射する標的化光３２６はマイクロデバイス１５５８を通って導かれ、このときはレンズ素子として働く球状ビーズ１０５２によって収集され、放射光１５２８は任意の近くの対象物に集束することができる。
【０１２７】
一般的な実施形態では、複数の微小物体を独立に保持し操作するための、および、電磁放射を用いて捕捉体積内の複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステムが提供される。当該システムは、
捕捉体積内の複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段と、
電磁放射標的化手段とを有し、当該電磁放射標的化手段は、
標的化電磁放射を放射するための標的化電磁放射源と、
捕捉体積内の複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することを可能にするために、複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射を生成するように、標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器とを有する。
捕捉手段および電磁放射標的化手段は、互いに独立に機能することができる。より特定の実施形態では、捕捉手段および電磁放射標的化手段は、空間的に分離されている。この一般的な実施形態のより具体的なバージョンでは、システムは、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに含み、１つまたは複数のマイクロデバイスは、例えば捕捉手段が３次元の並進運動および１つもしくは複数のマイクロデバイスの少なくとも２つの軸の周りの回転運動を制御することができるように、捕捉手段による空間的操作のために配置される。１つまたは複数のマイクロデバイスは、変調された標的化電磁放射を受信し、さらに変調された標的化電磁放射を成形し、集束し、向け直し、および／または遠距離場から近接場に変化させるために配置される。
【０１２８】
要約すると、本発明は、１つまたは複数の微小物体１５９を独立に保持し操作するための、および、電磁放射１３８を用いて捕捉体積１０２内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステム１００に関する。システムは、１つまたは複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段と、電磁放射標的化手段（１１６）と、を有する。光手段は、光源と、１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部の具体的な照明を可能にするように光源からの光を変調するのに役立つ空間光変調器とを有する。捕捉手段および電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、その結果、捕捉された対象物はどの部分が標的化されているかに依らずに動き回ることができる。逆もまた同じである。
【０１２９】
例示的実施形態Ｅ１〜Ｅ１５では、本発明は、以下に関係してもよい。
【０１３０】
Ｅ１．複数の微小物体（１５９）を独立に保持し操作するための、および、電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステム（１００）であって、当該システムは、
捕捉体積内の複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段（１４２、１２８、１３０、１５８、１６０）と、
電磁放射標的化手段（１１６）とを有し、この電磁放射標的化手段は、
標的化電磁放射（１３３）を放射するための標的化電磁放射源（１１８）と、
捕捉体積内の複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することを可能にするために、複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するように、標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器（１２０）とを有し、
捕捉手段および電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立に標的化することができ、捕捉手段および電磁放射標的化手段は、空間的に分離されているシステム。
【０１３１】
Ｅ２．実施形態Ｅ１によるシステムであって、捕捉手段は、複数の微小物体の位置を変化させられる捕捉時空間ユニットを有し、捕捉時空間ユニットおよび一次電磁放射変調器は、空間的に分離されているシステム。
【０１３２】
Ｅ３．実施形態Ｅ１によるシステムであって、捕捉手段は、光学的捕捉手段であって、
捕捉用電磁放射を放射するための捕捉用電磁放射源と、
１つまたは複数の微小物体に向けることができる変調された捕捉用電磁放射を生成するように、捕捉用電磁放射を受信し、空間的に成形するための二次空間電磁放射変調器とを有するシステム。
【０１３３】
Ｅ４．実施形態Ｅ３によるシステムであって、一次空間電磁放射変調器および二次空間電磁放射変調器は、物理的に分離されているシステム。
【０１３４】
Ｅ５．実施形態Ｅ１によるシステムであって、一次空間電磁放射変調器は、電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器のように、局所的にその特性を変化させることによって入射電磁放射の空間変調を適用するシステム。
【０１３５】
Ｅ６．実施形態Ｅ１によるシステムであって、電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体に焦点を合わせるような標的化をすることができ、空間的に異なる微小物体は、電磁放射標的化手段の光軸に対して空間的に異なる焦点面に配置され得るシステム。
【０１３６】
Ｅ７．実施形態Ｅ６によるシステムであって、電磁放射標的化手段の光軸に対する少なくとも１つの焦点面の位置を変化させられるシステム。
【０１３７】
Ｅ８．実施形態Ｅ７によるシステムであって、光軸に対する少なくとも１つの焦点面の位置を、捕捉手段によって捕捉されている微小物体の一方の側から捕捉手段によって捕捉されている微小物体の他方の側へ、電磁放射標的化手段の光軸に沿って移動するように変化させられるシステム。
【０１３８】
Ｅ９．実施形態Ｅ１によるシステムであって、１つまたは複数の微小物体の位置および方向などの位置を決定するように構成されている検知手段をさらに有するシステム。
【０１３９】
Ｅ１０．実施形態Ｅ３によるシステムであって、変調された捕捉用電磁放射および変調された標的化電磁放射は、異なる波長を有し、例えば、変調された捕捉用電磁放射の波長は１０６４ｎｍであり、変調された標的化電磁放射の波長は５３２ｎｍであるシステム。
【０１４０】
Ｅ１１．実施形態Ｅ１によるシステムであって、当該システムは、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに有し、１つまたは複数のマイクロデバイスは、
捕捉手段が３次元の並進運動および１つまたは複数のマイクロデバイスの少なくとも２つの軸の周りの回転運動を制御することができるように、捕捉手段による空間的操作のために配置され、
変調された標的化電磁放射を受信し、さらに変調された標的化電磁放射を成形し、集束し、向け直し、および／または遠距離場から近接場に変化させるために配置されるシステム。
【０１４１】
Ｅ１２．実施形態Ｅ１によるシステムであって、当該システムは、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに有し、１つまたは複数のマイクロデバイスは、球状ビーズのような微小光学素子を保持するために各々配置されるシステム。
【０１４２】
Ｅ１３．実施形態Ｅ１によるシステムであって、当該システムは、１つまたは複数の微小物体から放射され、または捕捉体積内から放射されて一次電磁放射変調器を横断するような、捕捉体積内から放射された電磁放射を受信するように構成された電磁放射検出器をさらに有するシステム。
【０１４３】
Ｅ１４．１つまたは複数の微小物体を独立に保持および／または操作するための、ならびに電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための方法であって、当該方法は、
捕捉手段（１４２、１２８、１３０、１５８、１６０）を用いて捕捉体積内の１つまたは複数の微小物体を捕捉するステップと、
電磁放射標的化手段（１１６）を用いることによって、捕捉体積内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化し、１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するように、標的化電磁放射を受信し空間的に成形するステップとを有し、
捕捉手段および電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立に標的化することができ、捕捉手段および電磁放射標的化手段は、空間的に分離されている方法。
【０１４４】
Ｅ１５．１つまたは複数の微小物体（１５９）を独立に保持し操作するための、および、電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための、実施形態Ｅ１によるシステムの使用。
【０１４５】
特定の実施形態に関して本発明を記載したが、それは、いかなる形であれ提示した実施例に限定されると解釈してはならない。本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって提示される。特許請求の範囲の文脈においては、「有する」という用語は他の可能性がある要素またはステップを除外しない。また、単数で言及されたものは、複数を除外するものと解釈してはならない。図面に示す要素に関する請求項における符号の使用も、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならない。さらにまた、異なる請求項に記載された個々の特徴は、有利に組み合わせることができる。そして、異なる請求項においてこれらの特徴に言及することは、特徴の組み合わせが可能でなく有利でないことを排除しない。
【符号の説明】
【０１４６】
１００  システム
１０２  捕捉体積
１０４  上部光ビーム
１０６  上部光ビーム
１０８  上部方向
１１０  下部光ビーム
１１２  下部光ビーム
１１４  下部方向
１１６  電磁放射標的化手段
１１８  標的化電磁放射源（光源）
１２０  一次空間電磁放射変調器
１２８  捕捉手段（下部ダイクロイックミラー）
１３０  捕捉手段（上部ダイクロイックミラー）
１３１  下部光ビーム
１３２  下部光ビーム
１３３  標的化電磁放射
１３４  一次空間電磁放射変調器に向かう方向
１３６  標的化電磁放射
１３８  電磁放射
１４０  光ビーム
１４２  捕捉手段（光源）
１４４  検知手段（側部カメラ）
１４６  側部顕微鏡対物レンズ
１４８  側部フィルタ
１５０  側部レンズ
１５２  検知手段（上部カメラ）
１５４  上部フィルタ
１５６  上部レンズ
１５８  捕捉手段（下部顕微鏡対物レンズ）
１５９  微小物体
１６０  捕捉手段（上部顕微鏡対物レンズ）
１６２  上面図情報
１６４  側面図情報
１６６  一次制御手段
１６７  二次制御手段
１６８  標的化制御情報
１７０  標的化制御情報
１７２  捕捉制御情報
１７４  ダイクロイックミラー
１７６  検出器
１７８  電磁放射
１８０  フィルタ
２０２  光内結合素子
２０４  光外結合素子
２０６  導光素子
２０８  光学的ハンドル
２１０  光学的ハンドル
２１２  光学的ハンドル
２１４  光学的ハンドル
２１６  連結構造体
２１８  連結構造体
２２０  連結構造体
２２２  連結構造体
２５８  微小物体
３２４  屈曲部分
３２６  標的化光
３２７  マイクロデバイスの長さ
３２８  放射光
３２９  マイクロデバイスの高さ
１０５２  球状ビーズ
１０５８  マイクロデバイス
１０８８  保持手段
１０９０  入射光
１０９２  放射光
１０９４  対象物
１５２８  放射光
１５５８  マイクロデバイス
２１００  マイクロデバイス
２１００’  第２の捕捉されたマイクロデバイス
２１０２  光内結合素子
２１０２’  光内結合素子
２１０４  光外結合素子
２１０６  導光素子
２１０８  光学的ハンドル
２１１０  光学的ハンドル
２１１２  光学的ハンドル
２１１４  光学的ハンドル
２１１６  連結構造体
２１１８  連結構造体
２１２０  連結構造体
２１２２  連結構造体
２１５２  球状ビーズ
２１８２  一群のビーズ
２１８４  ２番目のビーズ
２１８６  ３番目のビーズ
２２２６  標的化光
２２２８  放射光
２２５４  マイクロデバイスの前方の点
【図１】
2015504158.tif 000003
【図２】
2015504158.tif 000004
【図３】
2015504158.tif 000005
【図４】
2015504158.tif 000006
【図５】
2015504158.tif 000007
【図６】
2015504158.tif 000008
【図７】
2015504158.tif 000009
【図８】
2015504158.tif 000010
【図９】
2015504158.tif 000011
【図１０】
2015504158.tif 000012
【図１１】
2015504158.tif 000013
【図１２】
2015504158.tif 000014
【図１３】
2015504158.tif 000015
【図１４】
2015504158.tif 000016
【図１５】
2015504158.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月6日(2014.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微小物体（１５８）を独立に保持し操作するための、および、電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するためのシステム（１００）であって、前記システムは、
前記捕捉体積内の前記複数の微小物体を保持し操作するための捕捉手段（１４２、１２８、１３０、１５８、１６０）と、
電磁放射標的化手段（１１６）とを有し、
前記捕捉手段は、光学的捕捉手段であって、
捕捉用電磁放射を放射するための捕捉用電磁放射源と、
前記複数の微小物体に向けることができる変調された捕捉用電磁放射を生成するように、前記捕捉用電磁放射を受信し、空間的に成形するための二次空間電磁放射変調器とを有し、
前記電磁放射標的化手段は、
標的化電磁放射（１３２）を放射するための標的化電磁放射源（１１８）と、
前記捕捉体積内の前記複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することを可能にするために、前記複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するように、前記標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器（１２０）とを有し、
前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、前記電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立かつ同時に標的化することができ、前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段は、空間的に分離されており、前記電磁放射標的化手段は、その電磁放射標的化手段の動作に関わらず、前記捕捉手段によって捕捉された微小物体が捕捉されたままとなるように、前記捕捉手段によって加えられた力に打ち勝つことができず、前記変調された標的化電磁放射は、前記微小物体を光学的に捕捉することができないシステム。
【請求項２】
前記捕捉手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を捕捉することができ、前記空間的に異なる微小物体は、前記捕捉手段の光軸に対して空間的に異なる平面に配置され得る、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体に焦点を合わせるような標的化をすることができ、前記空間的に異なる微小物体は、前記電磁放射標的化手段の光軸に対して空間的に異なる平面に配置され得る、請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記捕捉手段は、少なくとも１００個の微小物体を独立に捕捉することができる、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記電磁標的化手段は、少なくとも１００個の微小物体を独立に標的化することができる、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記変調された捕捉用電磁放射および前記変調された標的化電磁放射は、異なる波長を有し、前記変調された捕捉用電磁放射の前記波長は１０６４ｎｍであり、前記変調された標的化電磁放射の前記波長は５３２ｎｍである、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記捕捉手段は、前記複数の微小物体の位置を変化させられる捕捉時空間ユニットを有し、前記捕捉時空間ユニットおよび前記一次電磁放射変調器は、空間的に分離されている、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記一次空間電磁放射変調器および前記二次空間電磁放射変調器は、物理的に分離されている、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記一次空間電磁放射変調器は、電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器のように、局所的にその特性を変化させることによって前記標的化電磁放射の空間変調を適用するように構成される、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記二次空間電磁放射変調器は、電気的または光学的にアドレスされた空間光変調器のように、局所的にその特性を変化させることによって前記捕捉用電磁放射の空間変調を適用するように構成される、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記捕捉手段の光軸に対する少なくとも１つの前記平面の位置を変化させられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電磁放射標的化手段の光軸に対する少なくとも１つの前記平面の位置を変化させられる、請求項３に記載のシステム。
【請求項１３】
光軸に対する少なくとも１つの前記平面の位置を、前記捕捉手段によって捕捉されている微小物体の一方の側から前記捕捉手段によって捕捉されている微小物体の他方の側へ、前記電磁放射標的化手段の光軸に沿って移動するように変化させられる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数の微小物体の位置および方向を決定するために構成されている検知手段をさらに有する、請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムは、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに有し、前記１つまたは複数のマイクロデバイスは、
前記捕捉手段が３次元の並進運動および前記１つまたは複数のマイクロデバイスの少なくとも２つの軸の周りの回転運動を制御することができるように、前記捕捉手段による空間的操作のために配置され、
前記変調された標的化電磁放射を受信し、さらに前記変調された標的化電磁放射を成形し、集束し、向け直し、および／または前記変調された標的化電磁放射を遠距離場から近接場に変化させるために配置される、請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記システムは、１つまたは複数のマイクロデバイスをさらに有し、前記１つまたは複数のマイクロデバイスは、球状ビーズのような微小光学素子を保持するために各々配置される、請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記システムは、前記１つまたは複数の微小物体から放射され、または前記捕捉体積内から放射されて前記一次電磁放射変調器を横断するような、前記捕捉体積内から放射される電磁放射を受信するように構成された電磁放射検出器をさらに有する、請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記捕捉手段および／または前記電磁標的化手段のいずれか１つは、一般化位相差（ＧＰＣ）による設定を含む、請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
１つまたは複数の微小物体を独立に保持および／または操作するための、および電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の前記１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための方法であって、前記方法は、
捕捉手段（１４２、１２８、１３０、１５８、１６０）を用いて前記捕捉体積内の前記１つまたは複数の微小物体を捕捉するステップと、
電磁放射標的化手段（１１６）を用いて標的化電磁放射を受信し空間的に成形するステップとを有し、
前記捕捉手段は、光学的捕捉手段であって、
捕捉用電磁放射を放射するための捕捉用電磁放射源と、
前記複数の微小物体に向けることができる変調された捕捉用電磁放射を生成するように、前記捕捉用電磁放射を受信し、空間的に成形するための二次空間電磁放射変調器とを有し、
前記電磁放射標的化手段は、電磁放射標的化手段（１１６）を用いることによって前記捕捉体積内の前記１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化し、前記１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するために、
標的化電磁放射（１３２）を放射するための標的化電磁放射源（１１８）と、
前記捕捉体積内の前記複数の微小物体の少なくとも一部を特に標的化することを可能にするために、前記複数の微小物体の少なくとも一部に向けられる変調された標的化電磁放射（１３６）を生成するように、前記標的化電磁放射を受信し、空間的に成形するための一次空間電磁放射変調器（１２０）とを有し、
前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段（１１６）は、互いに独立に機能することができ、前記電磁放射標的化手段は、少なくとも２つの空間的に異なる微小物体を独立かつ同時に標的化することができ、前記捕捉手段および前記電磁放射標的化手段は、空間的に分離されており、前記電磁放射標的化手段は、その電磁放射標的化手段の動作に関わらず、前記捕捉手段によって捕捉された微小物体が捕捉されたままとなるように、前記捕捉手段によって加えられる力に打ち勝つことができず、前記変調された標的化電磁放射は、前記微小物体を光学的に捕捉することができない方法。
【請求項２０】
１つまたは複数の微小物体（１５８）を独立に保持し操作するための、および、電磁放射（１３８）を用いて捕捉体積（１０２）内の前記１つまたは複数の微小物体の少なくとも一部を標的化するための、請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のシステムの使用。
【国際調査報告】
2015504158.tif 000018
2015504158.tif 000019