(57)【要約】【課題】  紐状物質を損傷させずに操作できるとともに、操作や準備作業が簡便な光ピンセット用紐状物質捕捉部材を提供する。【解決手段】  レーザー光の集光照射による光ピンセット作用により、溶液中の紐状物質を移動可能に操作するための光ピンセット用紐状物質捕捉部材であって、長軸方向の長さが該長軸方向に直角な方向の長さより長い本体と、本体に設けられ、長軸方向に直角な方向に開口を有するコの字状の係止部とを有し、係止部に紐状物質を係止した状態で、レーザー光によって捕捉されて溶液中を移動可能である。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光の集光照射による光ピンセット作用により、溶液中の紐状物質を移動可能に操作するための光ピンセット用紐状物質捕捉部材であって、
長軸方向の長さが該長軸方向に直角な方向の長さより長い本体と、
前記本体に設けられ、前記長軸方向に直角な方向に開口を有するコの字状の係止部とを有し、
前記係止部に前記紐状物質を係止した状態で、前記レーザー光によって捕捉されて前記溶液中を移動可能である光ピンセット用紐状物質捕捉部材。
【請求項２】
前記開口に、前記紐状物質の離脱を防止するためのかえりを設けた請求項１に記載の光ピンセット用紐状物質捕捉部材。
【請求項３】
前記長軸方向の長さが０．５〜３０μｍである請求項１又は２に記載の光ピンセット用紐状物質捕捉部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光の集光照射による光放射圧を利用して、溶液中の紐状物質を移動可能に操作する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザー光の集光照射による光放射圧を利用して水中の微細物を捕捉する、いわゆる光ピンセットが用いられている。この光ピンセットは、レーザー光を水等の媒質を通して微細物に照射した場合に、媒質と微細物の屈折率の違いからレーザー光が屈折し、それに伴う光運動量変化に対する反作用によって微細物を焦点にトラップするものである。そして、微細物を捕捉した状態で、微細物を含む試料ステージ側を相対移動させることにより、微細物を移動・搬送することができる。このような光ピンセットを用いて微細物を操作・採取する技術が種々開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
一方、光ピンセットを用いてデオキシリボ核酸（以下、適宜「ＤＮＡ」と称する）等の鎖状高分子を操作する方法として、ＤＮＡの一端にプラスチックビーズを付け、ビーズをレーザー光で捕捉してＤＮＡを移動させる技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この技術は、ビーズを付ける際にＤＮＡを化学修飾する必要があるという問題があった。
そこで、本発明者らは、高分子の溶液にＤＮＡを溶解させ、ＤＮＡの分子量を高分子の分子量の１０倍以上とすることにより、ＤＮＡを化学修飾せずに操作する技術を提案した（特許文献４参照）。この技術によれば、高分子中で凝集したＤＮＡがレーザー光に直接捕捉される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７１３００号公報
【特許文献２】特開２００１−２１１８７５号公報
【特許文献３】特開２００３−２００４００号公報
【特許文献４】特開２００５−８０５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＤＮＡにビーズを付加する場合、ＤＮＡにビーズを化学修飾する際の化学的損傷や、ＤＮＡを直接レーザー光で捕捉した際の物理的剪断によってＤＮＡが損傷を受け、ＤＮＡを健全な構造を保ったまま操作することが困難であるという問題があった。特に、数１０ｋｂｐ（kilo base pairs：キロ塩基対）を超える長さのＤＮＡを操作する場合に、この問題が顕著であった。又、ＤＮＡにビーズを化学修飾する作業は煩雑であり、しかもビーズに結合しているＤＮＡの末端しか捕捉できないという問題があった。
又、上記特許文献３記載の技術の場合、ＤＮＡを溶解させる高分子の溶液の組成に制限があり、又、液調整が煩雑である。
従って、本発明の目的は、紐状物質を損傷させずに操作できるとともに、操作や準備作業が簡便な光ピンセット用紐状物質捕捉部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明の光ピンセット用紐状物質捕捉部材は、レーザー光の集光照射による光ピンセット作用により、溶液中の紐状物質を移動可能に操作するための光ピンセット用紐状物質捕捉部材であって、長軸方向の長さが該長軸方向に直角な方向の長さより長い本体と、前記本体に設けられ、前記長軸方向に直角な方向に開口を有するコの字状の係止部とを有し、前記係止部に前記紐状物質を係止した状態で、前記レーザー光によって捕捉されて前記溶液中を移動可能である。
【０００７】
前記開口に、前記紐状物質の離脱を防止するためのかえりを設けると好ましく、前記長軸方向の長さが０．５〜３０μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、紐状物質を損傷させずに操作することができ、操作や準備作業を簡便にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
まず、本発明の光ピンセット用紐状物質捕捉部材（以下、適宜「捕捉部材」と称する）が好適に適用される光ピンセット装置について説明する。
図１は、光ピンセット装置の構成例を示すブロック図である。図１において、試料セル５０内に操作対象となる紐状物質（鎖状高分子）と光ピンセット用捕捉部材とが懸濁している。試料セル５０は試料ステージ２上に保持されている。試料ステージ２は、ＸＹＺ移動ステージ４に装着され、ＸＹＺ移動ステージ４が装置本体の光学系の基準座標に対して縦、横、及び上下に移動する。これにより、試料ステージ２上の試料セル５０がレーザー光の光軸に対して相対移動可能になっている。ＸＹＺ移動ステージ４は、それぞれ縦、横、及び上下に変位可能なＸ移動ステージ、Ｙ移動ステージ、及びＺ移動ステージから構成される。Ｘ移動ステージ、Ｙ移動ステージ、及びＺ移動ステージは、ステッピングモータ等の駆動装置５によってそれぞれ縦、横、及び上下方向に駆動される。
【００１１】
駆動装置５は制御部２０に接続され、制御部２０にはキーボード等の入力部２２及びモニター等の表示部２４が接続されている。制御部２０は、演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ（記憶装置）、ハードディスクドライブ等の主記憶装置等を備え、メモリには、制御部２０の行う制御プログラム等が記憶されている。そして、駆動装置５が制御部２０によって制御されてＸＹＺ移動ステージ４が駆動される。ＸＹＺ移動ステージ４の駆動に応じて、試料ステージ２上の試料セル５０がレーザー光の光軸に対して相対移動され、鎖状高分子の移動操作が行われる。操作者は、入力部２２を介して操作命令を入力し、入力された命令に応じて制御部２０が駆動装置５を制御する。制御結果や制御の進行過程が表示部２４に表示される。
【００１２】
試料ステージ２の開口の下方には油浸対物レンズ６が配置され、油浸対物レンズ６の下方にはダイクロイックミラー１０Ａが斜めに配設されている。ダイクロイックミラー１０Ａの側方には光ピンセット用の光源であるＹＡＧレーザー８が設置されている。そして、ＹＡＧレーザー８から水平方向に照射されたレーザー光は、ダイクロイックミラー１０Ａによって９０度光軸を曲げられて上方へ照射され、油浸対物レンズ６を通って試料ステージ２の開口から試料セル５０内に入射するようになっている。これにより、試料セル５０内の光ピンセット用捕捉部材にレーザー光が集光され、光ピンセット用捕捉部材はレーザー光の光圧力によって非接触で光学的にトラップされる。なお、ダイクロイックミラー１０Ａは、レーザー光（この実施形態では波長１０６４ｎｍの光）を反射するものを使用することができる。なお、レーザーはＹＡＧレーザーに限定されない。
【００１３】
ダイクロイックミラー１０Ａの下方には、ダイクロイックミラー１０Ｂが斜めに配設されている。ダイクロイックミラー１０Ｂの側方には、試料セル５０内の観察用光源である水銀ランプ１４が設置されている。そして、水銀ランプ１４から水平方向に照射された光は、ＮＤフィルター１２Ａ、及び励起フィルター１２Ｂを介してダイクロイックミラー１０Ｂによって９０度光軸を曲げられて上方へ照射され、ダイクロイックミラー１０Ａ、油浸対物レンズ６を通って試料ステージ２の開口から試料セル５０を照射するようになっている。なお、ダイクロイックミラー１０Ｂ、ダイクロイックミラー１０Ａ、油浸対物レンズ６は、同一の光路上に並んでいる。なお、ダイクロイックミラー１０Ｂは、観察上使用する蛍光色素の吸収波長を反射するものを使用することができる。
【００１４】
ダイクロイックミラー１０Ｂの下方には、バリアフィルター１２Ｃを介してビデオカメラ１６が配設されている。ビデオカメラ１６は、上記した同一の光路上に位置し、ダイクロイックミラー１０Ｂ、１０Ａ、及び油浸対物レンズ６を通して試料セル５０内を撮像する。ビデオカメラ１６は画像処理部１８Ａに接続され、画像処理部１８Ａにはビデオレコーダー１８Ｂ、及び制御部２０が接続されている。撮像データは画像処理部１８Ａで画像処理され、適宜ビデオレコーダー１８Ｂに記録されたり、制御部２０を介してモニター１２４上に画像出力される。
【００１５】
次に、光ピンセット用捕捉部材の構成の一例を図２を参照して説明する。図２において、光ピンセット用捕捉部材３０は、長軸Ｌ方向の長さが該長軸方向に直角な方向（短軸方向）Ｓの長さより長いブロック状の本体を有している。なお、本体は、この図の紙面方向に所定の厚みを持つ。この実施形態では、本体の寸法は、１０μｍ（Ｌ方向）、５μｍ（Ｓ方向）、３μｍである。
本体の長軸Ｌ方向の側壁には、短軸方向Ｓに開口するコの字状の切り欠きが形成され、この部分が係止部３２になっている。この実施形態では、本体の右上側壁と、左下側壁とに同一形状の係止部３２，３２がそれぞれ設けられ、これらの係止部３２，３２は本体の中心周りに１８０°対称な関係にある。
さらに、係止部３２の開口部には、開口部から係止部３２の内側空間に向かって先端が延びるテーパ−状のかえり３４、３４が設けられ、係止部３２の内側空間に係止された鎖状高分子が開口から離脱しないようになっている。
【００１６】
次に、光ピンセット用捕捉部材を用いて鎖状高分子を操作する態様の一例を図３を参照して説明する。図３において、レーザー光８Ａの集光位置に光ピンセット用捕捉部材３０が来ると、レーザ光８Ａの光圧力によって捕捉部材３０は非接触で光学的にトラップされる。
そして、操作者は捕捉部材３０を光ピンセットにより移動させ、所望の鎖状高分子４０を捕捉する。例えば、図３の捕捉部材３０の上側係止部３２の右側開口から鎖状高分子４０に横から近づいて係止部３２内に鎖状高分子を取り込み、図３の矢印方向に捕捉部材３０を移動させると、鎖状高分子４０は上側係止部３２の左側内壁に当接した状態で捕捉部材３０に係止され、捕捉部材３０と共に移動させることができる。
なお、この実施形態では、かえり３４があるために、捕捉部材３０を図３の矢印方向と反対方向に移動しても、鎖状高分子４０が外れることがない。
【００１７】
次に、本発明の捕捉部材３０の長軸Ｌ方向の長さを短軸方向Ｓの長さより長くし、かつ短軸方向Ｓに係止部３２の開口を設けた理由について説明する。
まず、光ピンセットにおいては、レーザ光の光圧力のため、レーザ光の光軸方向に捕捉対象の長軸方向が配向する特性がある。従って、捕捉部材３０をレーザ光で捕捉すると、捕捉部材３０の長軸方向Ｌがレーザ光の光軸方向に配向する。一方、係止部３２の開口は長軸方向Ｌに直角な方向（短軸方向）Ｓに形成されているため、係止部３２の開口はレーザ光の光軸と直角な方向に必ず向くようになる。
【００１８】
ここで、図３に示すように、光ピンセット装置の対物レンズ６は、対象を観察する機能とレーザーを集光する機能とを兼ねている。従って、操作の際、必ずレーザ光の光軸方向から捕捉部材３０を観察することになる。例えば、正立顕微鏡なら捕捉部材３０を上から観察し、倒立顕微鏡なら捕捉部材３０を下から見上げて観察することになる。
従って、係止部３２の開口がレーザ光の光軸と直角な方向にあれば、鎖状高分子４０を係止部３２内に取り込む際に、レーザ光の光軸と直角な方向に捕捉部材３０を移動させればよい。つまり、観察視野に対して捕捉部材が水平面内で移動するので、焦点面が変動することが少なく、捕捉部材と鎖状高分子の両方に焦点が合ったままで操作が行えるので、操作が極めて簡便になる。
一方、係止部３２の開口がレーザ光の光軸方向にあると、レーザ光の光軸方向に捕捉部材を移動させる必要があり、焦点面が上下に変動するので、捕捉部材と鎖状高分子とを交互にピント合わせしなければならず、鎖状高分子の捕捉作業が困難になる。
【００１９】
前記長軸方向の長さが０．５〜３０μｍであることが好ましい。長軸方向の長さが０．５μｍ未満であると捕捉部材が小さすぎて操作がし難く、レーザー光で捕捉し難くなると共に、係止部の空間が小さくなるので、鎖状高分子を引っ掛けにくくなる傾向にある。
一方、長軸方向の長さが３０μｍを超えると、強い捕捉力が働くレーザーの焦点部分からはみ出す部材部分が大きくなるため、光ピンセットで捕捉部材をトラップ及び搬送する事が難しくなる傾向にある。従って、前記長軸方向の長さが０．５〜３０μｍであることが好ましい。
【００２０】
前記短軸方向の長さは長軸方向の長さより短いことが必要である。長軸方向の長さが短軸方向の長さと同一か、又は長軸方向の長さが短軸方向の長さより短いと、光ピンセット時に長軸方向がレーザー光の光軸方向に配向しない。
通常、（長軸方向の長さ）／（短軸方向の長さ）で表される割合を１０以下とすると好ましい。
具体的には、例えば、短軸方向の長さを０．１〜２０μｍとすることができる。
【００２１】
本発明の捕捉部材の材質としては、光ピンセットによるトラップ効果を向上させるため、捕捉部材の周囲の溶液の屈折率より、屈折率が高いものを用いることが好ましい。又、紐状物質が鎖状高分子（特にＤＮＡ）である場合、これに対する吸着能の低いものを用いることが好ましい。具体的には、フォトレジスト、光硬化性樹脂、シリコン樹脂などである。
捕捉部材は、例えばサブミクロン〜マイクロメートルオーダーの微細加工によって製造することができる。
【００２２】
本発明の捕捉部材によって捕捉される紐状物質は、長さ数マイクロメートル程度以上のものであれば特に制限されず、紐状物質から分枝が生じたり、紐状物質が環状になっているものも含まれる。紐状物質としては例えば、ＤＮＡ，ＲＮＡ等の鎖状高分子（環状鎖やグラフト鎖を含んでもよい）が挙げられる。
【００２３】
以上述べたように、本実施形態の捕捉部材によれば、流体力によるDNAの断片化を防ぎ、染色体レベルの長大なDNAを溶液中で自由に操作することが可能となる。さらに、本実施形態によれば、ＤＮＡにビーズを結合させる等の処理が不要であるので、操作が簡便になる。
なお、本発明者らは、DNAとして100万塩基対オーダーの酵母染色体を用いた時、本実施形態の捕捉部材が有効に機能することを実際に確認している。
【００２４】
例えば、染色体レベルの長大なDNA分子を溶液中で操作できる技術は他になく、本発明を適用することで、染色体DNAの遺伝子位置解析のスピードアップとなるだけではなく、溶液中で操作できるという点を生かし、タンパク質等の生体高分子と染色体DNAとの相互作用をリアルタイムで観察することも可能である。その結果、迅速簡便な遺伝子疾患解析装置に本発明を利用することができ、DNAの物理特性解析や、タンパク質との相互作用観察等を行うための研究用機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の１実施形態に係る光ピンセット装置の構成を示すブロック図である。
【図２】光ピンセット用捕捉部材の構成の一例を示す平面図である。
【図３】鎖状高分子を操作する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
３０    光ピンセット用捕捉部材
３２    係止部
３４    かえり
４０    紐状物質（鎖状高分子）
【図１】
2007097475.tif 000003
【図２】
2007097475.tif 000004
【図３】
2007097475.tif 000005