(57)【要約】【課題】  細胞等の処理対象となる微小物体に作用させる力の強さや操作精度を操作の場面に応じて変化させることが可能であって、操作処理の効率を大いに向上させ得るとともに、細胞への適用を中心とする広範な用途に幅広く使用できる高汎用性の微小物体加工装置を提供すること。【解決手段】  衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源と、放射圧により前記微小物体を操作するためのトラッピング用レーザーを出力する第２レーザー光源と、これら第１及び第２レーザー光源から出力されたレーザー光を前記試料セル中へと導く導光手段とを具備してなる微小物体加工装置とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源と、放射圧により前記微小物体を操作するためのトラッピング用レーザーを出力する第２レーザー光源と、これら第１及び第２レーザー光源から出力されたレーザー光を前記試料セル中へと導く導光手段とを具備してなることを特徴とする微小物体加工装置。
【請求項２】
衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源と、前記微小物体を操作するための機械式マニピュレーターとを具備してなることを特徴とする微小物体加工装置。
【請求項３】
前記試料セル中に含まれる微小物体を操作するための機械式マニピュレーターを更に具備してなることを特徴とする請求項１記載の微小物体加工装置。
【請求項４】
前記導光手段は、第１及び第２レーザー光源から出力されたレーザーを同軸で前記試料セル中へと導くことを特徴とする請求項１又は３記載の微小物体加工装置。
【請求項５】
前記第１レーザー光源から出力されたレーザー光を複数本に分離するレーザー光分離手段と、該分離されたレーザー光を各々独立して制御して試料セル中に導く制御ミラーとを具備してなることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の微小物体加工装置。
【請求項６】
超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源と、該第１レーザー光源から出力されたレーザー光を試料セル中に含まれる微小物体の周囲近傍の複数箇所に導いて、衝撃波により該微小物体を捕捉する捕捉手段を備えてなることを特徴とする微小物体加工装置。
【請求項７】
前記捕捉手段は、前記第１レーザー光源から出力されたレーザー光を前記微小物体の周囲近傍に沿って走査する電動ミラーユニットからなることを特徴とする請求項６記載の微小物体加工装置。
【請求項８】
前記捕捉手段は、前記第１レーザー光源から出力されたレーザー光を前記微小物体の周囲近傍の複数箇所に同時に集光するデジタルマイクロミラーデバイスからなることを特徴とする請求項６記載の微小物体加工装置。
【請求項９】
前記試料セルが顕微鏡のステージ上に設置され、該顕微鏡の光源より照射されて試料セルを通過した光の透過像を撮像装置にて撮像するように構成されてなることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の微小物体加工装置。
【請求項１０】
前記超短パルスレーザーのパルス幅が、数フェムト秒〜数百ピコ秒であることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の微小物体加工装置。
【請求項１１】
前記微小物体が、細胞内小器官、細胞、生体組織、生体器官、タンパク質結晶のいずれかもしくはその複合体であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の微小物体加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞等の微小物体を加工するための装置に関し、より詳しくはレーザーマニピュレーション技術を利用して細胞等を加工する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細胞等の微小物体の精密な操作は、細い金属針やガラス管を装着したマイクロピペット等の機械式マニピュレーターにより行われるのが一般的であった。
しかしながら、機械式マニピュレーターを用いて細胞等の微小物体を操作する作業は、大変な熟練と忍耐を要する作業であり、操作の過程で細胞等を損傷してしまうことも少なくなかった。
【０００３】
このような機械式マニピュレーターの問題点を解決すべく創出された技術として、レーザー光の放射圧を利用して細胞等の微小物体を操作するレーザーマニピュレーション技術が存在している。
レーザーマニピュレーション技術によれば、光の放射圧による捕捉力を利用して、操作対象となる微小物体を、非接触にて遠隔操作することができるため、細胞等にダメージを与えることなく対象物を高精度で操作（捕捉・移送等）することが可能となり、バイオテクノロジー分野を中心とする幅広い分野での微小物体操作ツールとしての応用が大いに期待されている。
【０００４】
そこで、このようなレーザーマニピュレーション技術を利用したレーザーマニピュレーション装置が数多く提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９４３９６号公報
【０００６】
しかしながら、従来のレーザーマニピュレーション装置は、操作対象となる微小物体を非接触にて高精度で操作することができるという点では確かに優れているものの、レーザー光の放射圧を利用するものであるため、対象物に対して非常に小さい力（〜ｐＮ）しか作用させることができなかった。そのため、例えば仮足によって基板上に付着した動物細胞を移送させることができないなど、操作可能な微小物体が限られてしまい、適用範囲に限界があった。
【０００７】
上記したような実情に鑑みて、近年、レーザーマニピュレーション技術において、フェムト秒レーザー等の超短パルスレーザーが注目されている。
フェムト秒レーザーは、レーザーのパルス幅が数フェムト秒〜数百ピコ秒と極めて小さいため、１パルス中の瞬間的な到達出力が極めて高くなる。そのため、透明もしくは吸収の低い物質の局在した場所に多光子吸収を利用した非線形現象により局所的な衝撃波を発生させることが可能であり、この性質を利用して微細加工技術への適用がすすんでいるが、近年、これをバイオテクノロジー分野へと応用する試みがなされている。
【０００８】
しかしながら、現在なされている試みは、従来のレーザーマニピュレーション装置において、用いられている捕捉用レーザー（近赤外レーザー等）を超短パルスレーザーに置き換えようとするものに過ぎない。
超短パルスレーザーを用いたレーザーマニピュレーション装置とすれば、従来の近赤外レーザー等を用いたレーザーマニピュレーション装置では不可能であった細胞の移送等の操作が可能ではあるが、超高精度（＜１０μｍ）の操作が要求される場合や弱い力での操作が必要な場合に対応することはできない。
また、超短パルスレーザーを用いたレーザーマニピュレーション装置では、機械式マニピュレーターで可能な数ミリの物体の操作は難しい。
【０００９】
実際、微小物体、とりわけ細胞の操作においては、一連の操作処理において、強い力は要求されないが超高精度が要求される場面、超高精度までは要求されないが比較的高い精度とやや強い力が要求される場面、高い精度は要求されないが強い力が必要となる場面など、力の強さや操作の精度を場面に応じて使い分けなければならないことが多々あるが、従来、このような相反する要求に同時に応えることが可能となる高汎用性のマニピュレーション装置は全く存在していなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、細胞等の処理対象となる微小物体に作用させる力の強さや操作精度を操作の場面に応じて変化させることが可能であって、操作処理の効率を大いに向上させ得るとともに、細胞への適用を中心とする広範な用途に幅広く使用できる高汎用性の微小物体加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源と、放射圧により前記微小物体を操作するためのトラッピング用レーザーを出力する第２レーザー光源と、これら第１及び第２レーザー光源から出力されたレーザー光を前記試料セル中へと導く導光手段とを具備してなることを特徴とする微小物体加工装置に関する。
請求項２に係る発明は、衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源と、前記微小物体を操作するための機械式マニピュレーターとを具備してなることを特徴とする微小物体加工装置に関する。
請求項３に係る発明は、前記試料セル中に含まれる微小物体を操作するための機械式マニピュレーターを更に具備してなることを特徴とする請求項１記載の微小物体加工装置に関する。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記導光手段は、第１及び第２レーザー光源から出力されたレーザーを同軸で前記試料セル中へと導くことを特徴とする請求項１又は３記載の微小物体加工装置に関する。
請求項５に係る発明は、前記第１レーザー光源から出力されたレーザー光を複数本に分離するレーザー光分離手段と、該分離されたレーザー光を各々独立して制御して試料セル中に導く制御ミラーとを具備してなることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の微小物体加工装置に関する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源と、該超短パルスレーザーを試料セル中に含まれる微小物体の周囲近傍の複数箇所に照射し、衝撃波により該微小物体を捕捉する捕捉手段を備えてなることを特徴とする微小物体加工装置に関する。
請求項７に係る発明は、前記捕捉手段は、前記第１レーザー光源から出力されたレーザー光を前記微小物体の周囲に沿って走査する電子制御ミラーからなることを特徴とする請求項６記載の微小物体加工装置に関する。
請求項８に係る発明は、前記捕捉手段は、前記第１レーザー光源から出力されたレーザー光を前記微小物体の周囲近傍の複数箇所に同時に集光するデジタルマイクロミラーデバイスからなることを特徴とする請求項６記載の微小物体加工装置に関する。
【００１４】
請求項９に係る発明は、前記試料セルが顕微鏡のステージ上に設置され、該顕微鏡の光源より照射されて試料セルを通過した光の透過像を撮像装置にて撮像するように構成されてなることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の微小物体加工装置に関する。
請求項１０に係る発明は、前記超短パルスレーザーのパルス幅が、数フェムト秒〜数百ピコ秒であることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の微小物体加工装置に関する。
請求項１１に係る発明は、前記微小物体が、細胞内小器官、細胞、生体組織、生体器官、タンパク質結晶のいずれかもしくはその複合体であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の微小物体加工装置に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る微小物体加工装置は、細胞等の処理対象となる微小物体に作用させる力の強さや操作精度を操作の場面に応じて変化させることが可能であり、操作処理の効率を大いに向上させ得るとともに、細胞への適用を中心とする広範な用途に幅広く使用できる高汎用性の微小物体加工装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る微小物体加工装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の一例（第一実施形態）を示す概略図である。
図１に示した本発明に係る微小物体加工装置は、衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源（１）と、放射圧により前記微小物体を操作するためのトラッピング用レーザーを出力する第２レーザー光源（２）とを具備している。
本発明において操作対象となる微小物体としては、例えば、細胞内小器官、細胞、生体組織、生体器官、タンパク質結晶のいずれかもしくはその複合体を好適な例として挙げることができる。
【００１７】
第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザーのパルス幅は、数フェムト秒〜数百ピコ秒とされる。このような超短パルスレーザーとしては、ピコ秒レーザーもしくはフェムト秒レーザーが好適に用いられ、特にフェムト秒レーザーがより好適に用いられる。
第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザーの具体例としては、フェムト秒チタンサファイアレーザー（８００ｎｍ，１２０ｆｓ）を代表的な一例として挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００１８】
第２レーザー光源（２）から出力されるトラッピング用レーザーとしては、半導体レーザーやＹＡＧレーザー等からなる近赤外光レーザーが好適に用いられる。
これは、微小物体として細胞を操作する場合において、近赤外光は細胞に吸収されないため、細胞にダメージを与えることなく、その捕捉や移動等の操作を行うことができるからである。
第２レーザー光源（２）から出力されるトラッピング用レーザーの具体例としては、Ｎｄ３＋：ＹＡＧ  Ｌａｓｅｒ（ＣＷ１０６４ｎｍ，１Ｗ)を代表的な一例として挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００１９】
図１においては、上記した第１レーザー光源（１）及び第２レーザー光源（２）は、倒立型の顕微鏡（３）に組み込まれている。
倒立型顕微鏡（３）は、Ｘ−Ｙ方向への移動が可能であって細胞育成漕等の試料セル（４）を載置するための電動ステージ（５）と、該ステージ（５）の直下部に配置されて第１レーザー光源（１）及び第２レーザー光源（２）から出力されたレーザー光を集光して試料セル（４）へと導く対物レンズ（６）と、該対物レンズ（６）の鉛直上方に配置されてステージ（５）上に載置された試料セル（４）に光を照射する光源ランプ（７）と、該光源ランプ（７）から照射されて試料セル（４）を通過した可視光の透過像を撮像する撮像装置（８）を備えている。
【００２０】
顕微鏡（３）の対物レンズ（６）の鉛直下方にはダイクロイックミラー（９）及び全反射ミラー（１０）が配置され、該全反射ミラー（１０）により反射された可視光を撮像装置（８）で検出するように構成されている。
撮像装置（８）は、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等からなり、試料セル（４）を通過した可視光は、対物レンズ（６）の鉛直下方に配置されたダイクロイックミラー（９）を通過した後、全反射ミラー（１０）によって反射して直角に向きを変えられて撮像装置（８）へと入射する。
【００２１】
第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光を倒立型顕微鏡（３）内に配置されたダイクロイックミラー（９）へと導く導光手段は、電子制御ミラー（１１）及びダイクロイックミラー（１２）から構成されており、第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光は、電子制御ミラー（１１）にて反射して向きを変えてダイクロイックミラー（１２）へと導かれた後、ダイクロイックミラー（１２）にて向きを変えてダイクロイックミラー（９）へと導かれる。
電子制御ミラー（１１）としては、ガルバノミラー、ピエゾ駆動によるミラー、アクチュエータ駆動によるミラー等の中から適宜選択されたものが使用される。
一方、第２レーザー光源（２）から出力されたレーザー光は、ダイクロイックミラー（１２）を通過してそのまま直進してダイクロイックミラー（９）へと導かれる。
【００２２】
ダイクロイックミラー（１２）により反射された第１レーザー光源（１）からのレーザー光と、ダイクロイックミラー（１２）を通過した第２レーザー光源（２）からのレーザー光は、同軸にてダイクロイックミラー（９）へと導かれ、更にそのまま同軸にて対物レンズ（６）により集光されて試料セル（４）へと導かれる。
このように、２種類のレーザー光を同軸にて顕微鏡に導入して試料セル（４）へと導くことによって、試料セル（４）中の細胞等の操作を極めて容易に効率良く行うことが可能となる。
【００２３】
また、弱い力（〜ｐＮ）で超高精度（＜１０μｍ）が要求される操作については、第２レーザー光源（２）から出力されるトラッピング用レーザーを用い、強い力（ｎＮ〜μＮ）で高精度（＜１００μｍ）が要求される操作については、第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザーを用いることができる。
従って、例えば、超短パルスレーザーを用いて組織からの精細胞を単離した後、トラッピング用レーザーを用いて単離された精細胞を移送する等、一連の処理操作を１台の装置で連続的に行うことが可能となり、高精度且つ高効率での操作が可能となる。
【００２４】
電子制御ミラー（１１）はコンピュータ（１３）と接続されており、コンピュータ（１３）からの制御処理信号に基づいてその角度を変化させることによって、第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光を走査するように構成されている。
コンピュータ（１３）による電子制御ミラー（１１）の制御は、撮像装置（８）にて撮像された画像をキャプチャーし、キャプチャーされた画像中に存在する微小物体の座標を求め、算出された微小物体の座標から該微小物体の移送先の目標となる座標までの最適経路を算出し、予め設定された移動量から次時間における微小物体の移動先となる移動先座標を算出し、さらに次時間における移動座標へ微小物体を導くように電子制御ミラーの角度を算出し、この算出された角度と実際の角度が一致するように電子制御ミラー（１１）に対して制御信号を送ることにより行われる。
顕微鏡下の微小物体は、顕微鏡透過像として撮像装置（８）により撮影され、リアルタイムでコンピュータ（１３）にキャプチャーされ、上記した電子制御ミラー（１１）の制御によって移送されることとなる。
【００２５】
倒立型顕微鏡（３）のステージ（５）上には、機械式マニピュレーター（１４）が配置されている。
この機械式マニピュレーター（１４）は、細い金属針やガラス管を装着したマイクロピペット等の公知のものであって、ステージ（５）上に載置された試料セル（４）内の微小物体に機械的な力を加えて操作することができる。そして、この操作は、ステージ（５）上に載置された同一の試料セル（４）内の微小物体に対して、前記２種類のレーザーマニピュレーターのいずれか一方又は両方と併用して行うことができる。
【００２６】
上記した２種類のレーザーマニピュレーターに加えて、更に機械式マニピュレーター（１４）を具備することによって、低い精度（＜ｍｍ）ではあるが、レーザーマニピュレーターよりも強い力（＞ｍＮ）をもって微小物体を操作することも可能となる。
従って、上記した２種類のレーザーマニピュレーターと、機械式マニピュレーター（１４）を適宜使い分けることによって、細胞等の処理対象となる微小物体に作用させる力の強さや操作精度を操作の場面に応じて変化させることが可能となり、操作処理の効率を大いに向上させ得るとともに、細胞への適用を中心とする広範な用途に幅広く使用できる高汎用性の微小物体加工装置となる。
【００２７】
図２は本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の変更例（第二実施形態）を示す概略図である。
この変更例に係る装置が、図１に示した装置と異なる点は、第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光を複数本に分離するレーザー光分離手段（１５）を備えている点と、１つの電子制御ミラー（１１）の代わりに該分離されたレーザー光を各々独立して制御して試料セル（４）中に導く複数の電子制御ミラーからなる電動ミラーユニット（１６）を備えている点であり、他の構成は同じであるため同じ符号を付して重複説明を省いている。
【００２８】
レーザー光分離手段（１５）は、第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光を２本に分離し、これら２本に分離されたレーザー光は各々異なる電動ミラーユニット（１６）により独立して制御されるとともに、ダイクロイックミラー（１２）を通過した第２レーザー光源（２）からのレーザー光と同軸にてダイクロイックミラー（９）へと導かれ、更にそのまま同軸にて対物レンズ（６）により集光されて試料セル（４）へと導かれる。
【００２９】
このように、第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光を２本に分離し、これら２本に分離されたレーザー光を独立して制御可能に構成することによって、一方のレーザー光を微小物体単体の捕捉及び移送のために用い、他方のレーザー光を複数の微小物体の保持・位置固定のために用いるという操作が可能となり、極めて操作性能に優れたものとなる。
【００３０】
また、本発明においては、上記説明した第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザーによる操作手段と、機械式マニピュレーター（１４）による操作手段の２つの操作手段を具備させた装置とすることもできる。
このような装置は、例えば、図１及び図２に示した構成の装置から第２レーザー光源（２）を除去することによって構成することができる。
【００３１】
図３は本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の別の変更例（第三実施形態）を示す概略図である。
この変更例に係る装置は、超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源（１）と、該超短パルスレーザーを試料セル中に含まれる微小物体の周囲近傍の複数箇所に導いて、衝撃波により該微小物体を捕捉する捕捉手段を備えている。
【００３２】
第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザーのパルス幅は、上記第一実施形態と同じく、数フェムト秒〜数百ピコ秒とされる。このような超短パルスレーザーとしては、ピコ秒レーザーもしくはフェムト秒レーザーが好適に用いられ、特にフェムト秒レーザーがより好適に用いられる。
第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザーの具体例としては、フェムト秒チタンサファイアレーザー（８００ｎｍ，１５０ｆｓ、２０Ｈｚ、１０ｍＷ）を代表的な一例として挙げることができる。
【００３３】
図３においては、上記した第１レーザー光源（１）は、正立型の顕微鏡（３）に組み込まれている。
正立型顕微鏡（３）は、Ｘ−Ｙ方向への移動が可能であって細胞育成漕等の試料セル（４）を載置するための電動ステージ（５）と、該ステージ（５）の直上部に配置されて第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光を集光して試料セル（４）へと導く対物レンズ（６）と、該対物レンズ（６）の鉛直下方に配置されてステージ（５）上に載置された試料セル（４）に光を照射する光源ランプ（７）と、該光源ランプ（７）から照射されて試料セル（４）を通過した可視光の透過像を撮像する撮像装置（８）を備えている。
【００３４】
顕微鏡（３）の対物レンズ（６）の鉛直上方にはダイクロイックミラー（９）が配置されている。
撮像装置（８）は、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等からなり、試料セル（４）を通過した可視光は、対物レンズ（６）の鉛直上方に配置されたダイクロイックミラー（９）を通過した後、撮像装置（８）へと入射する。
【００３５】
第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光は、機械シャッター（２０）、２／λ板（２１）、偏光子（２２）を順次通過した後、複数の電子制御ミラーからなる電動ミラーユニット（１６）により、顕微鏡（３）内に配置されたダイクロイックミラー（９）へと導かれる。
電動ミラーユニット（１６）を構成する複数（２つ）の電子制御ミラーは、独立して制御可能とされており、試料セル（４）中における走査方向について、一方がＸ軸方向、他方がＹ軸方向の走査を担当する。
電子制御ミラーは、ガルバノミラー、ピエゾ駆動によるミラー、アクチュエータ駆動によるミラー等の中から適宜選択されたものが使用される。
【００３６】
ダイクロイックミラー（１２）により反射された第１レーザー光源（１）からのレーザー光は、ダイクロイックミラー（９）へと導かれた後、対物レンズ（６）により集光されて試料セル（４）へと導かれる。
電子制御ミラーの駆動制御は、上記第一実施形態で説明したのと同様に、コンピュータ（１３）からの制御処理信号に基づいて行われており、顕微鏡下の微小物体は、顕微鏡透過像として撮像装置（８）により撮影され、リアルタイムでコンピュータにキャプチャーされ、電子制御ミラーの制御によって移送される。
【００３７】
電動ミラーユニット（１６）は、個々の電子制御ミラーの駆動により第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光を試料セル（４）内の微小物体の周囲に沿って走査することが可能となっており、これによって該微小物体を捕捉することができる。
すなわち、第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザーを微小物体の周囲に沿って高速で走査し、微小物体の周囲近傍の複数箇所において短時間間隔で衝撃波を発生させることによって、微小物体は周囲から発生する衝撃波によって閉じ込められたような状態となって捕捉される。
微小物体の周囲近傍において発生させる衝撃波の時間間隔は、機械シャッター（２０）のゲートタイムによって設定することができ（例えば、５０ｍｓ）、一方、走査速度は、電動ミラーユニット（１６）の駆動を制御することによって設定することができるから、ゲートタイムと走査速度を適当に設定することによって、微小物体を周囲からの衝撃波によって確実に閉じ込めることができる。
そして、微小物体を捕捉した状態で、電動ステージ（５）を動かすことにより、細胞等の微小物体を試料セル中で移動させることが可能となる。
【００３８】
図４は、上記したような方法で微小物体を移動させる方法を模式的に示した図であり、第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザー（例えば、フェムト秒レーザー）（Ｌ２）を図中の円弧状矢印で示す如く微小物体（Ｍ）の周囲に沿って走査し、該微小物体の周囲近傍の複数箇所（矢印上に黒点で示す）にて衝撃波を発生させることにより、発生した衝撃波によって微小物体を捕捉することができる。そして、その状態で電動ステージ（５）を動かすことにより、微小物体を直線矢印で示す如く試料セル中で移動させることができる。
【００３９】
また、この第三実施形態の装置においては、第１レーザー光源（１）から出力された超短パルスレーザーの衝撃波を利用して、上記第一実施形態で説明したような試料セル（４）内の微小物体の移送や細胞の単離を行うこともできる。
【００４０】
図５は本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の更に別の変更例（第四実施形態）を示す概略図である。
この変更例に係る装置は、前述した第三実施形態の装置と同様に、超短パルスレーザーを出力する第１レーザー光源（１）と、該超短パルスレーザーを試料セル中に含まれる微小物体の周囲近傍の複数箇所に導いて、衝撃波により該微小物体を捕捉する捕捉手段を備えている。
【００４１】
以下、この第四実施形態の装置について、第三実施形態のものと同じ構成については同じ符号を付して重複説明を省き、異なる構成についてのみ説明する。
第四実施形態の装置では、第１レーザー光源（１）から出力されたレーザー光は、機械シャッター（２０）、２／λ板（２１）、偏光子（２２）を順次通過し、投射レンズによって拡径された後、ミラー（２３）を介してデジタルマイクロミラーデバイス（２４）へと導かれる。
【００４２】
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）（２４）は、ＣＭＯＳ半導体上に独立して駆動可能な数ミクロンの微小な鏡（１７）が数十万素子配列されたものであって、個々の鏡の角度をデジタル制御にて変化させることによって、反射面の形状や反射率を自在にコントロールすることができる光半導体装置である。
デジタルマイクロミラーデバイス（２４）の個々の微小鏡の制御は、撮像装置（８）にて撮像された画像をリアルタイムでコンピュータ（１３）にキャプチャーし、キャプチャーされた画像中に存在する微小物体の位置座標を求め、この位置座標からレーザー光の集光座標を決定し、決定された集光座標から鏡の角度を求めることにより行うことができる。
【００４３】
デジタルマイクロミラーデバイス（２４）へと導かれたレーザー光は、拡大円内の摸式図に示す如く、入射口（２５）からケース（２７）内へと入射し、該ケース内部に多数配列された微小鏡（電動ミラーアレイ）により反射される。このとき、個々の鏡の角度をコンピュータにて制御することにより、一部のレーザー光を出射口（２６）よりケース（２７）外へと出射させ、残りのレーザー光はケース（２７）の内壁に吸収させる。
【００４４】
出射口（２６）よりケース（２８）外へと出射した一部のレーザー光は、顕微鏡（３）内に配置されたダイクロイックミラー（９）へと導かれ、対物レンズ（６）により集光されて試料セル（４）へと導かれる。
この試料セル（４）へと導かれたレーザー光は、試料セル中の微小物体の周囲近傍の複数箇所に同時に集光され、これにより、微小物体の周囲近傍の複数箇所において衝撃波が発生して、微小物体は周囲から発生する衝撃波によって閉じ込められたような状態となって捕捉される。
そして、微小物体を捕捉した状態で、電動ステージ（５）を動かすことにより、細胞等の微小物体を試料セル中で移動させることが可能となる。
【００４５】
図６は、上記したような方法で微小物体を移動させる方法を模式的に示した図であり、第１レーザー光源（１）から出力される超短パルスレーザー（例えば、フェムト秒レーザー）（Ｌ２）を図中の円弧状矢印で示す如く微小物体（Ｍ）の周囲近傍の複数箇所（黒点で示す）に同時に集光させ、該集光点の夫々で衝撃波を発生させることにより、発生した衝撃波によって微小物体を捕捉することができる。そして、その状態で電動ステージ（５）を動かすことにより、微小物体を直線矢印で示す如く試料セル中で移動させることができる。
また、この第四実施形態の装置によれば、第１レーザー光源（１）から出力された超短パルスレーザーの衝撃波を多数個の微小物体に対して同時に作用させることができ、上記第一実施形態で説明したような試料セル（４）内の微小物体の移送や細胞の単離を多数個の微小物体に対して同時に行うこともできる。
【００４６】
上記第三及び第四実施形態の装置によれば、超短パルスレーザーの衝撃波を利用して微小物体を捕捉する手段を有するので、従来のトラッピング用レーザーと機械式マニピュレーターの中間の強さの力で微小物体を捕捉することが可能となる。
尚、本発明においては、上記第三及び第四実施形態の装置において、第一実施形態又は第二実施形態において説明した、放射圧により微小物体を操作するためのトラッピング用レーザーを出力する第２レーザー光源（２）及び／又は機械式マニピュレーター（１４）を具備させることができる。
【００４７】
また、本発明に係る微小物体加工装置においては、試料セル（４）を微小流路によって接続された複数のマイクロセルから構成し、この試料セル（４）に対して微小物体を含む試料溶液を注入／抽出するためのマイクロシリンジ等からなる微量送液システムを設ける構成が好ましく採用できる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明に係る微小物体加工装置を用いることにより好適に実施可能な微小物体加工方法について、例示して説明する。
（実施例１）
＜幹細胞から分化した特定細胞の抽出＞
先ず、図７（ａ）に示すように、機械式マニピュレーター（マイクロピペット）（１４）を用いて間葉幹細胞、造血幹細胞、胚性幹細胞等の幹細胞（Ａ）をステージ（５）上に載置された試料セル（基板）（４）上に注入する。
この試料セル（基板）（４）を例えば４８時間程度放置し、幹細胞（Ａ）が複数種類の細胞（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に分化したところで（図７（ｂ）参照）、第１レーザー光源（１）から出力した超短パルスレーザー（フェムト秒レーザー）（強度0.5μＪ／pulse、パルス幅150フェムト秒）（Ｌ２）を基板（４）上の特定の細胞（Ｂ）に照射し、基板（４）から特定の細胞（Ｂ）を剥離する（図７（ｃ）参照）。
基板（４）から特定の細胞（Ｂ）を剥離した後、剥離された細胞（Ｂ）のみを機械式マニピュレーター（マイクロピペット）（１４）を用いて基板（４）上から採取する（図７（ｄ）参照）。
【００４９】
図８は、この特定の細胞（Ｂ）の剥離操作を示す模式図である。
分化した細胞（Ｂ）は、針状仮足（filopodia）と葉状仮足（lamellipodia）によって基板（４）上に付着するため、通常の放射圧を利用したレーザーマニピュレーターによって移動させることはできないが、フェムト秒レーザーを特定の細胞（Ｂ）の針状仮足に直接照射して切断し（（ａ）参照）、細胞（Ｂ）が水玉状に収縮した状態となったところで（（ｂ）参照）、細胞（Ｂ）から数ｍｍ離れた位置にフェムト秒レーザー（強度0.5μＪ／pulse、パルス幅150フェムト秒）（Ｌ２）を照射する（（ｃ）参照）ことにより、発生した衝撃波によって細胞（Ｂ）を基板（４）から剥離することができる。
尚、図８（ａ）中の矢印はフェムト秒レーザーの操作軌跡、（ｃ）の破線同心円はフェムト秒レーザーにより発生する衝撃波を示している。
【００５０】
（実施例２）
＜組織からの特定細胞の単離と人工授精＞
先ず、図９（ａ）に示すように、生体組織（Ｅ）に対して第１レーザー光源（１）から出力した超短パルスレーザー（フェムト秒レーザー）（強度1μＪ／pulse、パルス幅150フェムト秒）（Ｌ２）を照射して、衝撃波により該組織から精細胞（Ｆ）を抽出する。
次いで、生体組織（Ｅ）から機械式マニピュレーター（マイクロピペット）（１４）を用いて卵細胞（Ｇ）を抽出する（図９（ｂ）参照）。
そして、これら抽出された精細胞（Ｆ）と卵細胞（Ｇ）について、精細胞（Ｆ）は第２レーザー光源（２）から出力されたレーザー光（強度100mW、連続発振光）（Ｌ１）によるレーザートラッピングにより、卵細胞（Ｇ）は機械式マニピュレーター（マイクロピペット）（１４）により、互いに近接する位置に配置する（図９（ｃ）参照）。
最後に、近接配置された精細胞（Ｆ）と卵細胞（Ｇ）との間に、第１レーザー光源（１）から出力した超短パルスレーザー（フェムト秒レーザー）（強度0.5μＪ／pulse、パルス幅150フェムト秒）（Ｌ２）を照射して、衝撃波により精細胞（Ｆ）と卵細胞（Ｇ）を融合させる（図９（ｄ）参照）。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、レーザーマニピュレーション技術を利用して微小物体を加工するための装置として様々な技術分野において幅広く利用可能であり、特にバイオテクノロジーの分野において細胞等を加工する装置として好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の変更例を示す概略図である。
【図３】本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の別の変更例（第三実施形態）を示す概略図である。
【図４】第三実施形態の装置により微小物体を移動させる方法を模式的に示した図である。
【図５】本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の更に別の変更例（第四実施形態）を示す概略図である。
【図６】第三実施形態の装置により微小物体を移動させる方法を模式的に示した図である。
【図７】本発明に係る微小物体加工装置を用いることにより好適に実施可能な微小物体加工方法の一例を示す図であって、幹細胞から分化した特定細胞の抽出方法を示す。
【図８】特定の細胞の剥離操作を示す模式図である。
【図９】本発明に係る微小物体加工装置を用いることにより好適に実施可能な微小物体加工方法の一例を示す図であって、組織からの特定細胞の単離と人工授精の方法を示す。
【符号の説明】
【００５３】
１      第１レーザー光源
２      第２レーザー光源
３      顕微鏡
４      試料セル
５      ステージ
６      対物レンズ
７      光源ランプ
８      撮像装置
９      ダイクロイックミラー
１０    全反射ミラー
１１    電子制御ミラー
１２    ダイクロイックミラー
１３    コンピュータ
１４    機械式マニピュレーター
１５    レーザー光分離手段
１６    電動ミラーユニット
２４    デジタルマイクロミラーデバイス
【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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