(57)【要約】【課題】ナノスケールやマイクロメートルオーダーの微小物体を非接触で運動制御する一手法として，光圧を用いることが知られている。しかし、従来では高ＮＡの光学系を用いており、装置の小型化が進まず、例えば光マイクロチップのような微小構造体中に用いることが困難であった。【解決手段】端面を半球状に研磨した光ファイバから放射させた、集光度が低い３本のビーム（レーザ光線）で正三角形状の循環経路を構成する。ビームの集光が緩やかである場合、照射対象に対してビームの放射方向とビーム断面内の中心方向に光圧が作用する。この性質を利用することでレーザビーム網に沿って、マイクロメートルオーダーの微小物体を循環運動させることができる。【選択図】    図１
2009023042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３以上のビームが交差し、該ビームにより多角形状が構成される位置にビーム照射手段を配置し、前記ビームのうち１つのビームをオン状態として微小物体に照射する工程と、
該１つのビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該１つのビーム内に保持し、該１つのビームが前記微小物体に与える散乱力により該１つのビーム内に該微小物体を移動させる工程と、
前記１つのビームに隣り合う他のビームをオン状態とし、オン状態の２つのビームの交差点付近に前記微小物体を捕捉させる工程と、
前記１つのビームをオフ状態とし、オン状態の前記他のビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該他のビーム内に保持し、該他のビームが前記微小物体に与える散乱力により該他のビーム内に該微小物体を移動させる工程とを具備し、
前記１つのビームのオン状態と前記２つのビームのオン状態とを順次切り替えることにより前記多角形状のビーム内に前記微小物体を循環させることを特徴とする微小物体移動方法。
【請求項２】
３以上のビームが交差し、該ビームによって多角形状を構成する位置に配置されたビーム照射手段と、
前記ビームのうち、１つのビームのオン状態と、該１つのビームおよび他のビームのオン状態とを順次切り替える切り替え手段と、
前記ビームの放射方向上に配置された微小物体と、を有し、
前記切り替え手段は、前記１つのビームをオン状態として前記微小物体に照射し、該１つのビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該１つのビーム内に保持し、該１つのビームが前記微小物体に与える散乱力により該１つのビーム内に該微小物体を移動させ、該１つのビームに隣り合う他のビームをオン状態とし、オン状態の２つのビームの交差点付近に前記微小物体を捕捉させ、
前記１つのビームをオフ状態とし、オン状態の前記他のビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該他のビーム内に保持し、該他のビームが前記微小物体に与える散乱力により該他のビーム内に該微小物体を移動させ、
前記１つのビームのオン状態と前記２つのビームのオン状態とを順次切り替えることにより前記多角形状のビーム内に前記微小物体を循環させることを特徴とする微小物体移動システム。
【請求項３】
２以上の液体が流れる３以上の経路を辺とし、該経路の結合部を頂点として多角形状を構成した循環経路と、
１つの前記結合部に設けられた放出経路と、
他の前記結合部にそれぞれ設けられた前記液体の流入経路と、
前記循環経路内に配置された微小物体と、
それぞれの前記経路内にビームを照射し、交差する該ビームが記循環経路内で多角形状を構成する位置に配置されたビーム照射手段と、
前記ビームのうち、１つのビームのオン状態と、該１つのビームおよび他のビームのオン状態とを順次切り替える切り替え手段とを有し、
前記切り替え手段は、前記１つのビームをオン状態として前記微小物体に照射し、該１つのビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該１つのビーム内に保持し、該１つのビームが前記微小物体に与える散乱力により該１つのビーム内に該微小物体を移動させ、該１つのビームに隣り合う他のビームをオン状態とし、オン状態の２つのビームの交差点付近に前記微小物体を捕捉させ、
前記１つのビームをオフ状態とし、オン状態の前記他のビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該他のビーム内に保持し、該他のビームが前記微小物体に与える散乱力により該他のビーム内に該微小物体を移動させ、
前記１つのビームのオン状態と前記２つのビームのオン状態とを順次切り替えることにより前記循環経路に非接触で前記ビーム内に前記微小物体を循環させ、前記循環経路内で前記２以上の液体を混合させ、前記放出経路から混合液を放出することを特徴とする液体混合システム。
【請求項４】
前記ビームは、循環する前記微小物体の回転軸に対して垂直に照射されることを特徴とする請求項１に記載の微小物体移動方法。
【請求項５】
前記微小物体は前記２つのビームのそれぞれの勾配力および散乱力の釣り合いにより前記交差点付近に捕捉されることを特徴とする請求項１に記載の微小物体移動方法。
【請求項６】
前記微小物体が前記多角形状の隣り合う２つの辺を移動する期間、前記１つのビームはオン状態が維持されることを特徴とする請求項１に記載の微小物体移動方法。
【請求項７】
前記ビーム照射手段は、循環する前記微小物体の回転軸に対して前記ビームを垂直に照射することを特徴とする請求項２に記載の微小物体移動システム。
【請求項８】
前記微小物体は前記２つのビームのそれぞれの勾配力および散乱力の釣り合いにより前記交差点付近に捕捉されることを特徴とする請求項２に記載の微小物体移動システム。
【請求項９】
前記切り替え手段は、前記微小物体が前記多角形状の隣り合う２つの辺を移動する期間、前記１つのビームのオン状態を維持することを特徴とする請求項２に記載の微小物体移動システム。
【請求項１０】
前記ビーム照射手段は、循環する前記微小物体の回転軸に対して前記ビームを垂直に照射することを特徴とする請求項３に記載の液体混合システム。
【請求項１１】
前記微小物体は前記２つのビームのそれぞれの勾配力および散乱力の釣り合いにより前記交差点付近に捕捉されることを特徴とする請求項３に記載の液体混合システム。
【請求項１２】
前記切り替え手段は、前記微小物体が前記循環経路の隣り合う２つの辺を移動する期間、前記１つのビームのオン状態を維持することを特徴とする請求項３に記載の液体混合システム。
【請求項１３】
前記循環経路、前記ビーム照射手段、前記微小物体、前記流入経路および前記放出経路とを１つのマイクロチップに集積化することを特徴とする請求項１１に記載の液体混合システム。
【請求項１４】
前記循環経路の内壁は毛状突起を有することを特徴とする請求項３に記載の液体混合システム。
【請求項１５】
前記流入経路と前記結合部の間はオリフィス構造を有することを特徴とする請求項３に記載の液体混合システム。
【請求項１６】
前記流入経路にそれぞれ接続し、前記２以上の液体が収容される収容部を有することを特徴とする請求項３に記載の液体混合システム。
【請求項１７】
照射するｎ本のビームが頂点ｎの多角形状を構成する位置に配置されたビーム照射手段と、
前記ビームのオン状態とオフ状態を切り替える切り替え手段と、
前記ビームの放射方向上に配置された（ｎ−１）個の微小物体と、を有し、
切り替え手段は、前記ビームの全てをオン状態として該ビームに対応して配置された前記微小物体に照射し、
前記ビームが一部の前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該ビーム内に保持し、該ビームが該微小物体に与える散逸力により該ビーム内に該微小物体を移動させ、
他のビームの交差点で他の微小物体を捕捉させ、
移動する前記一部の微小物体と、捕捉される前記他の微小物体とを逐次切り替えて前記ビーム内を循環させることを特徴とする微小物体移動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小物体移動方法、微小物体移動システムおよびそれを用いた液体混合システムに係り、特に、弱い集光状態の放射光であっても微小物体の運動が制御可能であり、またビームにより微小物体を移動させるシステムの小型化を実現する、微小物体移動方法、微小物体移動システムおよびそれを用いた液体混合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
直径が数ミクロンの物体を光により捕捉し操作する試みは、１９７０年のAshkinの論文発表に端を発し、多くの研究機関で行われている。これらの主たる方式は高ＮＡ（Numerical  Aperture：開口数）の光学系から発せられた強力に集光された一本のレーザビームが照射対象である微小物体により屈折されることにより生じる引力により微小物体を補足し、また、光学系の操作（移動）によりビームの焦点位置を変化させることで微小物体を移動させるというものである（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
また、微小物体の形状の工夫により、捕捉力を回転力に変換させ、マイクロポンプの回転子として利用する技術（例えば特許文献２参照）や、ホログラム技術によりビーム断面内に光の渦を発生させこれにより光捕捉された微小物体を運動制御する手法も知られている。
【０００４】
更に、レーザ光線を微小物体に対して斜めに入射し、光圧で支持台（床面）に押し付けることで捕捉する方法も知られている。これは、レーザを支持台に照射する際、レーザの勾配力と散乱力の支持台方向の成分がそれぞれ逆向きになることを利用し、それらの合力が０になるところで微小物体を静止させ、捕捉するものである。また、この原理を利用して、２本のビームの勾配力の合力が、２本のビームの散乱力の合力と重力の総和と釣り合った場所に微小物体を保持することも可能である。この技術によれば、支持台から離れた（浮いた）位置で微小物体を捕捉し、ビームの切り替えによって捕捉位置を回転軸として微小物体を回転させることができる（例えば非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−９４３９６号公報
【特許文献２】特開平１０−７０８９０号公報
【非特許文献１】上野秀揮、田口耕造、池田正宏，「光ファイバを用いた光マニピュレーション」，電子情報通信学会技術研究報告，１９９７．０６．１３，Ｖｏｌ．９７，Ｎｏ．９４（ＭＷ９７  ３５−４５），ｐ．４５−５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１，２の如く微小物体を回転させる場合には、その回転軸上に、対物レンズを必要とする高ＮＡ（例えばＮＡ＝１．２５程度）の光学系を設置する必要がある。また、微小物体は光学系の移動に伴って移動させるので、光学系を駆動する機構も必要となる。つまり、回転子となる微小物体の実質的な占有空間に対して、余剰な空間が生じる。
【０００６】
また上記の方式はいずれも、高ＮＡの実現やホログラムを生成するための複雑な光学系が必要であり、システム全体のコンパクト化が困難である。
【０００７】
特に、高ＮＡの光学系を用いる場合は、微小物体とそれらを分布させる媒質との間の屈折率差が捕捉力に依存するという問題がある。
【０００８】
図１６を参照して具体的に説明する。図１６は、高い屈折率を有する微小物体３０に対して、高ＮＡの１本の光ビームBを照射した場合の概要図である。
【０００９】
微小物体３０に高ＮＡで入射した光ビームBは、その表面で反射し、微小物体３０には細矢印の如く、反射光による力Ｆｒおよび透過光による力Ｆｄが働く。またそれぞれの力Ｆｒ、Ｆｄを光軸方向成分（Ｆｒ１、Ｆｄ１）と、ビームの断面方向成分（Ｆｒ２、Ｆｄ２）とに分けた場合、光軸方向成分Ｆｒ１、Ｆｄ１が微小物体３０に働く斥力（散乱力に相当）および引力となる。
【００１０】
図１６においては入射光方向（左矢印：便宜上、−Ｆｄ１と表記する）の合力が引力であり、透過光方向（右矢印：Ｆｒ１、Ｆｄ１）の合力が斥力である。また、斥力のうち破線矢印が反射光による斥力（反射光の光軸方向成分Ｆｒ１）である。
【００１１】
高ＮＡの１本の光ビームでトラップする方式では、捕捉する微小物体３０とその周囲の媒質との屈折率差が大きくなりすぎると、微小物体３０への入射光の物体表面での反射の影響が無視できなくなり、それによる斥力Ｆｒ１が、入射する透過光による光圧の光軸方向成分（引力−Ｆｄ１）と微小物体を透過した光による光圧の光軸方向成分（斥力Ｆｄ１）に加わることで、断面方向成分（勾配力に相当）Ｆｄ２、Ｆｒ２より斥力の支配が大きくなってゆくため、捕捉力の低下が生じる。すなわち、同一の媒質中に存在する微小物体であれば、その屈折率が大きいほど微小物体３０の捕捉（固定）という目的においては不利になるといえる。
【００１２】
しかしながら、微小物体３０の屈折率が周囲媒質のそれより大きい場合は、その量は少なくなるとしても、光は微小物体３０内に必ず進入するため断面方向成分の力Ｆｄ２、Ｆｒ２が皆無になることはない。
【００１３】
従って、例えば上記の非特許文献１の如く、支持台上の微小物体に対してビームを照射したり、２本のビームを微小物体に対して対向して照射することにより、ビームの断面方向成分Ｆｄ２、Ｆｒ２も利用して微小物体を捕捉、操作する方法も研究されている。
【００１４】
しかし、例えば非特許文献１の技術は、ビームの散乱力および勾配力の支持台方向の成分を利用して支持台に微小物体を押し付けることにより微小物体を捕捉、操作するものであり、ある程度の大きさの支持台が必要となり、小型化にも限界がある。
【００１５】
これらの技術は、例えば移動する微小物体を駆動機構に用いることで、小型のマニピュレータやアクチュエータとしての利用が望まれている。しかし、既述の如くこれらの方法では、システム全体のコンパクト化が進まないなどの物理的な制限によって、用途が限られる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、係る課題に鑑みてなされ、第１に、３以上のビームが交差し、該ビームにより多角形状が構成される位置にビーム照射手段を配置し、前記ビームのうち１つのビームをオン状態として微小物体に照射する工程と、該１つのビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該１つのビーム内に保持し、該１つのビームが前記微小物体に与える散乱力により該１つのビーム内に該微小物体を移動させる工程と、前記１つのビームに隣り合う他のビームをオン状態とし、オン状態の２つのビームの交差点付近に前記微小物体を捕捉させる工程と、前記１つのビームをオフ状態とし、オン状態の前記他のビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該他のビーム内に保持し、該他のビームが前記微小物体に与える散乱力により該他のビーム内に該微小物体を移動させる工程とを具備し、前記１つのビームのオン状態と前記２つのビームのオン状態とを順次切り替えることにより前記多角形状のビーム内に前記微小物体を循環させることにより解決するものである。
【００１７】
また、前記ビームは、循環する前記微小物体の回転軸に対して垂直に照射されることを特徴とするものである。
【００１８】
また、前記微小物体は前記２つのビームのそれぞれの勾配力および散乱力の釣り合いにより前記交差点付近に捕捉されることを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記微小物体が前記多角形状の隣り合う２つの辺を移動する期間、前記１つのビームはオン状態が維持されることを特徴とするものである。
【００２０】
第２に、３以上のビームが交差し、該ビームによって多角形状を構成する位置に配置されたビーム照射手段と、前記ビームのうち、１つのビームのオン状態と、該１つのビームおよび他のビームのオン状態とを順次切り替える切り替え手段と、前記ビームの放射方向上に配置された微小物体と、を有し、前記切り替え手段は、前記１つのビームをオン状態として前記微小物体に照射し、該１つのビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該１つのビーム内に保持し、該１つのビームが前記微小物体に与える散乱力により該１つのビーム内に該微小物体を移動させ、該１つのビームに隣り合う他のビームをオン状態とし、オン状態の２つのビームの交差点付近に前記微小物体を捕捉させ、前記１つのビームをオフ状態とし、オン状態の前記他のビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該他のビーム内に保持し、該他のビームが前記微小物体に与える散乱力により該他のビーム内に該微小物体を移動させ、前記１つのビームのオン状態と前記２つのビームのオン状態とを順次切り替えることにより前記多角形状のビーム内に前記微小物体を循環させることにより解決するものである。
【００２１】
また、前記ビーム照射手段は、循環する前記微小物体の回転軸に対して前記ビームを垂直に照射することを特徴とするものである。
【００２２】
また、前記微小物体は前記２つのビームのそれぞれの勾配力および散乱力の釣り合いにより前記交差点付近に捕捉されることを特徴とするものである。
【００２３】
また、前記切り替え手段は、前記微小物体が前記多角形状の隣り合う２つの辺を移動する期間、前記１つのビームのオン状態を維持することを特徴とするものである。
【００２４】
第３に、２以上の液体が流れる３以上の経路を辺とし、該経路の結合部を頂点として多角形状を構成した循環経路と、１つの前記結合部に設けられた放出経路と、他の前記結合部にそれぞれ設けられた前記液体の流入経路と、前記循環経路内に配置された微小物体と、それぞれの前記経路内にビームを照射し、交差する該ビームが記循環経路内で多角形状を構成する位置に配置されたビーム照射手段と、前記ビームのうち、１つのビームのオン状態と、該１つのビームおよび他のビームのオン状態とを順次切り替える切り替え手段とを有し、前記切り替え手段は、前記１つのビームをオン状態として前記微小物体に照射し、該１つのビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該１つのビーム内に保持し、該１つのビームが前記微小物体に与える散乱力により該１つのビーム内に該微小物体を移動させ、該１つのビームに隣り合う他のビームをオン状態とし、オン状態の２つのビームの交差点付近に前記微小物体を捕捉させ、前記１つのビームをオフ状態とし、オン状態の前記他のビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該他のビーム内に保持し、該他のビームが前記微小物体に与える散乱力により該他のビーム内に該微小物体を移動させ、前記１つのビームのオン状態と前記２つのビームのオン状態とを順次切り替えることにより前記循環経路に非接触で前記ビーム内に前記微小物体を循環させ、前記循環経路内で前記２以上の液体を混合させ、前記放出経路から混合液を放出することにより解決するものである。
【００２５】
また、前記ビーム照射手段は、循環する前記微小物体の回転軸に対して前記ビームを垂直に照射することを特徴とするものである。
【００２６】
また、前記微小物体は前記２つのビームのそれぞれの勾配力および散乱力の釣り合いにより前記交差点付近に捕捉されることを特徴とするものである。
【００２７】
また、前記切り替え手段は、前記微小物体が前記循環経路の隣り合う２つの辺を移動する期間、前記１つのビームのオン状態を維持することを特徴とするものである。
【００２８】
また、前記循環経路、前記ビーム照射手段、前記微小物体、前記流入経路および前記放出経路とを１つのマイクロチップに集積化することを特徴とするものである。
【００２９】
また、前記循環経路の内壁は毛状突起を有することを特徴とするものである。
【００３０】
また、前記流入経路と前記結合部の間はオリフィス構造を有することを特徴とするものである。
【００３１】
また、前記流入経路にそれぞれ接続し、前記２以上の液体が収容される収容部を有することを特徴とするものである。
【００３２】
第４に、照射するｎ本のビームが頂点ｎの多角形状を構成する位置に配置されたビーム照射手段と、前記ビームのオン状態とオフ状態を切り替える切り替え手段と、前記ビームの放射方向上に配置された（ｎ−１）個の微小物体と、を有し、切り替え手段は、前記ビームの全てをオン状態として該ビームに対応して配置された前記微小物体に照射し、前記ビームが一部の前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該ビーム内に保持し、該ビームが該微小物体に与える散逸力により該ビーム内に該微小物体を移動させ、他のビームの交差点で他の微小物体を捕捉させ、移動する前記一部の微小物体と、捕捉される前記他の微小物体とを逐次切り替えて前記ビーム内を循環させることにより解決するものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、複数のビームのそれぞれの、放射方向の散乱力とビーム断面方向の勾配力の合力を利用することにより、低ＮＡの光学系で生成した弱い集光状態のビーム（放射光）であっても微小物体の運動を制御できる。低ＮＡの光学系は、例えば先端をレンズ状に研磨した光ファイバで実現でき、装置の簡素化、小型化が実現する。これにより、光マイクロチップの様な微小構造体中にも、微小物体を循環移動させる方法およびシステムを容易に実現できる。
【００３４】
低ＮＡのビームにより微小物体に生じる勾配力は微小物体をビーム内に閉じ込めるように作用し、散逸力は微小物体に対して斥力として作用するため、微小物体はビーム（第１のビーム）をレールとしてこれに乗るように、第１のビーム内を移動する。ここで、別のビーム（第２のビーム）を第１のビームに交差させることにより、微小物体の運動方向を変更できる。すなわち支持台やガイドを設けることなく、ビームをレールとして微小物体の運動方向の制御や、方向の変更が自由に設定できる。従って、三次元構造の光ビームのネットワークに沿って微小物体を移動させることができる。
【００３５】
具体的には、３以上のビームが多角形状を構成するようにビーム照射手段を配置し、ビームによる循環経路を形成し、多角形の中心を回転軸として、循環径路に沿って微小物体を循環移動させることができる。
【００３６】
またビームが微小物体に与える勾配力と散乱力によって微小物体を移動、捕捉するため、微小物体の回転軸（ビームにより構成される多角形の中心を貫く法線）に対して垂直な位置に、駆動光学系である低ＮＡのビーム照射手段を配置する平面構造で実現できることから、装置の厚みが抑えられる。
【００３７】
更に、低ＮＡの（集光が不完全な）ビームを用いることにより、散乱力（反射光および透過光の光軸方向成分の力）を斥力として働かせることができる。微小物体に対する勾配力（ビームの断面方向成分の力）が失われない限り、散乱力がビームの放射方向に沿った斥力になることは、その目的上問題ではなく、むしろ物体の移動速度を高める利点として作用することになる。
【００３８】
つまり、本実施形態では、微小物体を確実に、すなわち、経路を逸脱することなく（経路内に保持した状態で）所定の位置まで移動させることを可能にすることができる。
【００３９】
微小物体を移動させるための、物理的なクリーク内や支持台などにビームで押さえつけるように微小物体を移動させる従来方法では、支持台等との摩擦が発生し、スムーズな移動が阻まれる。しかし、本実施形態では、微小物体のガイドとなるクリークや支持台が不要であるので、スムーズで高速な移動が可能となる。
【００４０】
また、ビームや微小物体を押さえつける支持台が不用であり、駆動力となる光は例えばファイバによる外部供給ができるため、コンパクトかつ堅牢な装置の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の実施形態を、図１から図１３を参照して説明する。
【００４２】
本実施形態の微小物体移動方法は、３以上のビームが交差し、該ビームにより多角形状が構成される位置にビーム照射手段を配置し、前記ビームのうち１つのビームをオン状態として微小物体に照射する工程と、該１つのビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該１つのビーム内に保持し、該１つのビームが前記微小物体に与える散乱力により該１つのビーム内に該微小物体を移動させる工程と、前記１つのビームに隣り合う他のビームをオン状態とし、オン状態の２つのビームの交差点付近に前記微小物体を捕捉させる工程と、前記１つのビームをオフ状態とし、オン状態の前記他のビームが前記微小物体に与える勾配力により該微小物体を該他のビーム内に保持し、該他のビームが前記微小物体に与える散乱力により該他のビーム内に該微小物体を移動させる工程とから構成され、前記１つのビームのオン状態と前記２つのビームのオン状態とを順次切り替えることにより前記多角形状のビーム内に前記微小物体を循環させるものである。
【００４３】
図１は、本実施形態の微小物体移動方法を説明するフロー図であり、図２から図４は微小物体移動方法を説明するビームと微小物体の概要図である。
【００４４】
第１工程（図１  ステップＳ１）：３以上のビームが交差し、ビームにより多角形状が構成される位置にビーム照射手段を配置し、ビームのうち１つのビームをオン状態として微小物体に照射する工程。
【００４５】
ここでは一例として、３本のビームによって三角形の循環経路を構成した場合について説明する。図２は循環経路の平面概要図である。
【００４６】
図２を参照して、実線及び破線の如く第１のビーム２１、第２のビーム２２、第３のビーム２３をそれぞれ照射する第１ビーム照射手段１１、第２ビーム照射手段１２、第３ビーム照射手段１３を対向するように配置する。尚、以下の説明においてはオン状態のビームを実線で示し、オフ状態のビームを破線で示す。
【００４７】
ここで各ビームは、レーザビームであり、第１〜第３ビーム照射手段１１、１２、１３は例えば半導体レーザに接続した光ファイバである。第１光ファイバ１１、第２光ファイバ１２、第３光ファイバ１３は、それぞれ先端が、直径約３μｍの半球状に研磨された先球光ファイバであり、弱い集光状態（低ＮＡ（Numerical  Aperture：開口数））の光を放射する。第１〜第３光ファイバ１１〜１３のＮＡは、０．１４８程度である。
【００４８】
第１〜第３光ファイバ１１、１２、１３は、それぞれが照射する第１のビーム２１、第２のビーム２２、第３のビーム２３が互いに交差し、各ビーム２１〜２３を同時に照射した場合に、それらを辺とする正三角形状が形成されるような位置に配置する。すなわち、各ビーム２１、２２、２３の、正三角形の内角となる交差角度θは、６０度である。３つの光ファイバ１１、１２、１３は同一の水平面内に配置され、第１〜第３のビーム２１、２２、２３は同一の水平面内に存在する。
【００４９】
また各ビーム１１、１２、１３の交差点間の距離Ｌ１および各光ファイバ１１、１２、１３の先端から隣接する光ファイバ先端の交差位置までの距離Ｌ１’は、十数μｍ程度（一例として、Ｌ１＝９．５μｍ、Ｌ１’＝１３．２μｍ）とする。尚、ここでは各光ファイバ１１、１２、１３の位置を特定するために上記の構成を示して説明しているが、本実施形態において３つのビームが同時に照射され、ビームによる正三角形状が形成されることはない。
【００５０】
微小物体３は、その形状が例えば球体、楕円体などの粒子であり、その場合の直径または短軸方向の幅は、例えば５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００５１】
上記の位置に各光ファイバ１１、１２、１３を固定した後、第１光ファイバ１１の延長線上に微小物体３を配置して、第１のビーム２１をオン状態として微小物体３に照射する。このとき、第２のビーム２２および第３のビームはオフ状態である。
【００５２】
第２工程（図１  ステップＳ２）：１つのビームが微小物体に与える勾配力により微小物体を１つのビーム内に保持し、１つのビームが微小物体に与える散乱力により１つのビーム内に微小物体を移動させる工程。
【００５３】
図３（Ａ）を参照して、第１光ファイバ（先球光ファイバ）１１から照射された第１のビーム（放射光）２１は、緩やかに集光されたレーザビームとなる。
【００５４】
ここでは、緩やかに集光されたビームの一例として、平行ビームを微小物体３に照射した場合の概要図を示す。微小物体３は、例えば、媒質（水：屈折率ｎ＝１．３３）中に浮遊するポリスチレン（屈折率ｎ＝１．６）とする。
【００５５】
微小物体３に、低ＮＡの第１のビーム（ここでは平行ビーム）２１が入射すると、第１のビーム２１は微小物体３内を透過する。尚、この場合反射光による力は無視できるほど小さい（入射パワーの数％）いため、ここでの図示は省略する。
【００５６】
これにより、微小物体３には細矢印の如く透過光による力Ｆｄが働く。そして、透過光による力Ｆｄを光軸方向成分（Ｆｄ１）と、第１のビーム２１の断面方向成分（Ｆｄ２）とに分けた場合、光軸方向成分Ｆｄ１が微小物体３０に働く斥力および引力となる。
【００５７】
図３（Ａ）においては入射光方向（左矢印：便宜上、−Ｆｄ１と表記する）の合力が引力であり、透過光方向（右矢印：Ｆｄ１）の合力が斥力である。そして、この場合斥力Ｆｄ１が引力−Ｆｄ１より若干大きく、微小物体３には第１のビーム２１の放射方向の力（斥力Ｆｄ１）が作用する。
【００５８】
一方、第１のビーム２１の断面方向成分の力Ｆｄ２は、微小物体３を互いに外側に引っ張るように作用し、第１のビーム２１の断面方向の平衡状態が作られる。
【００５９】
ここで例えば、図３（Ｂ）に示すように、何らかの外力により微小物体３がビーム断面の中心から外れ、微小物体３の中心がＯからＯ’に変位したとする。この場合、入射および、透過光の関係も図３（Ｃ）に示すように変遷し、その結果としてビーム断面方向成分の力Ｆｄ２の平衡状態が崩れ、微小物体３を元の中心Ｏに戻そうとする復元力が生じることになる。このように、微小物体３は、断面方向成分の力Ｆｄ２の釣り合いによって、第１のビーム２１から逸脱することなくビーム内（ビーム上）に保持される。
【００６０】
以降では、これらの力を大きさによらず、微小物体３の質量中心に作用する力の方向に着目して説明する。つまり、第１のビーム２１の放射方向に向かう力（ビームの透過光（及び若干の反射光）の斥力（光軸方向成分の力）として散乱力Ｆｇ、第１のビーム２１内に当該微小物体３を保持する力（ビームの断面方向成分の力）として勾配力Ｆｇを用いて説明する。
【００６１】
すなわち、このように緩やかに集光した第１のビーム２１が微小物体３に照射されると、第１のビーム２１が微小物体３によって屈折し、微小物体３には第１のビーム２１の放射方向に向かう散乱力Ｆｓ１と、第１のビーム２１断面内に当該微小物体３を保持する勾配力Ｆｇ１とが働く。
【００６２】
勾配力Ｆｇ１は、微小物体３を第１のビーム２１内に閉じ込めるように作用し、散乱力Ｆｓ１は、微小物体３に対して斥力として作用する。これにより微小物体３は、第１のビーム２１の勾配力Ｆｇ１により第１のビーム２１内に保持されたまま、散乱力Ｆｓ１によって第１のビーム２１の内部を、当該ビームの放射方向に移動する。つまり、外部の支持台やクリークなどの物理的なガイドを用いることなく、微小物体３は、第１のビーム２１をレールとしてこの内部を移動する（図２）。
【００６３】
第３工程（図１  ステップＳ３）：１つのビームに隣り合う他のビームをオン状態とし、オン状態の２つのビームの交差点付近に微小物体を捕捉させる工程。
【００６４】
図４（Ａ）を参照して、第１のビーム２１内を移動する微小物体３が、第１のビーム２１と第２のビーム２２の交差点付近に達したとき、第１のビーム２１のオン状態を維持したまま隣り合う第２のビーム２２もオン状態とする。第２のビーム２２のレーザパワーは第１のビーム２１と同等とする。すなわち、微小物体３が多角形状の隣り合う２つの辺（となるビーム）を移動する期間、第１のビーム２１はオン状態が維持される。
【００６５】
第１のビーム２１と第２のビーム２２は、同一水平面内に存在するので、これらの交差点においては、微小物体３は第１のビーム２１に加えて、第２のビーム２２の影響も受ける。すなわち、微小物体３には、第２のビーム２２の勾配力Ｆｇ２および散乱力Ｆｓ２も働く。  
【００６６】
このとき、第１のビーム２１と第２のビーム２２の交差角度（これらを２辺とする正三角形の内角）θが６０度で、レーザパワーが共に３ｍＷ程度〜１５ｍＷ程度の範囲の同等の値であるとき、微小物体３に働く２つのビーム２１、１２の勾配力Ｆｇ１、Ｆｇ２と散乱力Ｆｓ１、Ｆｓ２が釣り合い、交差点付近で微小物体３を捕捉することができる。つまり、第１のビーム２１内を移動していた微小物体３は、第２のビーム２２との交差点付近で捕捉されその位置で浮遊状態で保持される。
【００６７】
尚、ここでは第１のビーム２１と第２のビーム２２のレーザパワーと同等とした。しかし各ビームにおいて、勾配力Ｆｇは、散乱力Ｆｓの２倍の強さがある。従って、２本のビームのレーザパワーに２倍以内の相違が生じても、交差点付近における捕捉は十分可能である。
【００６８】
第４工程（図１  ステップＳ４）：１つのビームをオフ状態とし、オン状態の他のビームが微小物体に与える勾配力により微小物体を他のビーム内に保持し、他のビームが微小物体に与える散乱力により他のビーム内に微小物体を移動させる工程。
【００６９】
次に、図４（Ｂ）を参照して、第１のビーム２１をオフ状態とし、第２のビーム２２のみオン状態を維持する。第３のビーム２３もオフ状態である。これにより、第１のビーム２１と第２のビーム２２の交差点付近で保持された微小物体３には、第２のビーム２２の勾配力Ｆｇ２および散乱力Ｆｓ２のみが働く。
【００７０】
勾配力Ｆｇ２は、微小物体３を第２のビーム２２内に閉じ込めるように作用し、散乱力Ｆｓ２は、微小物体３に対して斥力として作用する。これにより微小物体３は、第２のビーム２１の勾配力Ｆｇ２により第２のビーム２２内に保持されたまま、散乱力Ｆｓ２によって第２のビーム２２の内部を、当該ビームの放射方向に移動する。
【００７１】
つまり微小物体３は、第１のビーム２１をレールとして第１のビーム２１内に保持されつつ移動し、第１のビーム２１と第２のビーム２２の交差点付近で、あたかも一旦停止するかのごとく捕捉され、第２のビーム２２の放射方向に方向を転換し、その後は第２のビーム２２をレールとして第２のビーム２２内に保持されつつ移動する。
【００７２】
ここで、微小物体３が楕円体の場合は、楕円体の長軸が各ビームの放射方向になるように移動し、２つのオン状態のビームによりそれらの交差点付近で捕捉される。そして第１のビーム２１がオフ状態となり、第２のビーム２２のみがオン状態となると、楕円体の長軸方向を回転させて第２のビーム２２の放射方向に移動する。
【００７３】
第５工程（図１  ステップＳ５）：１つのビームのオン状態と２つのビームのオン状態とを順次切り替える工程。
【００７４】
その後、第２工程から第４工程と同様に、１つのビームがオン状態となる場合と、２つのビームが同時にオン状態となる場合とを順次切り替える。
【００７５】
すなわち、図示は省略するが、第２のビーム２２内を移動する微小物体３が、第２のビーム２２と第３のビーム２３の交差点付近に達したとき、第２のビーム２２のオン状態を維持したまま隣り合う第３のビーム２３もオン状態とする。第３のビーム２３のレーザパワーは第２のビーム２２と同等とする。
【００７６】
第２のビーム２２と第３のビーム２３は、同一水平面内に存在するので、これらの交差点においては、微小物体３は第２のビーム２２に加えて、第３のビーム２３の勾配力Ｆｇ３および散乱力Ｆｓ３も働く。つまり、第２のビーム２２内を移動していた微小物体３は、第３のビーム２３との交差点付近において勾配力Ｆｇ２、Ｆｇ３および散乱力Ｆｓ２、Ｆｓ３が釣り合うことにより捕捉されその位置で保持される。
【００７７】
その後、第２のビーム２２をオフ状態とし、第３ビーム２３のみオン状態を維持する。これにより、交差点付近で保持された微小物体３には、第３のビーム２３の勾配力Ｆｇ３および散乱力Ｆｓ３のみが働く。これにより微小物体３は、第３のビーム２３の勾配力Ｆｇ３により第３のビーム２３内に保持されたまま、散乱力Ｆｓ３によって第３のビーム２３をレールとしてその内部を、当該ビームの放射方向に移動する。
【００７８】
更に、微小物体３が、第３のビーム２３と第１のビーム２１の交差点付近に達したとき、第３のビーム２３のオン状態を維持したまま隣り合う第１のビーム２１もオン状態とする。第３のビーム２３と第１のビーム２１は、同一水平面内に存在するので、これらの交差点において、微小物体３に勾配力Ｆｇ３、Ｆｇ１および散乱力Ｆｓ３、Ｆｓ１が働き、これらが釣り合うことによって捕捉されその位置で保持される。
【００７９】
以降同様に、第１〜第３のビーム２１、１２、１３を、１つのビームのみオンする期間と、２つのビームが同時にオンする期間とが交互になるよう、順次切り替えることにより、微小物体３には１つのビームの散乱力Ｆｓおよび勾配力Ｆｇの合力が働き、ビーム上を移動する期間と、２つのビームの散乱力Ｆｓおよび勾配力Ｆｇの合力が働き、捕捉および保持される期間とを発生させることができる。
【００８０】
これにより、クリークなどの物理的なガイドを設けることなく、第１〜第３のビーム２１、１２、１３のみをレールとして、換言すれば自由空間内で光圧以外の支持手段を設けることなく、ビームで構成された循環経路内に微小物体３を移動させることができる。微小物体３は、各ビームを辺とした多角形の中心を回転軸Ｒとして、循環経路内を移動する（図４（Ｂ）白抜き矢印参照）。
【００８１】
従来の高ＮＡの１ビームの光でトラップする方法では、捕捉対象となる微小物体と周囲媒質との屈折率差が大きすぎると、ビームの断面方向成分に対して光軸方向成分（斥力）の寄与が大きくなるため（図１６参照）、微小物体とそれらを分布させる媒質との間の屈折率差が捕捉力に依存するという問題がある。すなわち、微小物体を捕捉する目的では、高ＮＡの１本のビームの場合、散乱力を引力として作用させるため、屈折率が大きいと捕捉しにくくなる。
【００８２】
しかし、本実施形態では、低ＮＡの（集光が不完全な）ビームを用いることにより、散乱力を斥力として働かせることができる。微小物体３に対する勾配力が失われない限り、散乱力がビームの放射方向に沿った斥力になることは、その目的上問題ではなく、むしろ物体の移動速度を高める利点として作用することになる。
【００８３】
また、微小物体３をレーザビームの断面中央に留めるように作用する勾配力は、レーザビームが微小物体３内に僅かでも侵入すれば作用することから、微小物体３が完全なる反射物質でない限りは微小物体３をビーム断面内に保持しようとする力が作用する。
【００８４】
つまり、本実施形態では微小物体３をある一点に停留させることのみに留まらず、微小物体を確実に、すなわち、経路を逸脱することなく（経路内に保持した状態で）所定の位置まで移動させることを可能にするものである。
【００８５】
物理的なクリーク内や支持台などにビームで押さえつけるように微小物体を移動させる従来方法では、支持台等との摩擦が発生し、スムーズな移動が阻まれる。しかし、本実施形態では、微小物体３の物理的なガイドとなるクリークや支持台が不要であるので、スムーズで高速な循環移動が可能となる。
【００８６】
図５を参照して、各ビームの切り替えについて説明する。
【００８７】
レーザ照射の切り替えは、微小物体３が１つのビーム内に入ると同時に行うのが理想的である。すなわち、図２および図４の関係を維持して正確に切り替えることができれば、各ビームを１つずつオンすることで上記の如く微小物体３を循環運動させることができる。
【００８８】
しかし、後述するが、微小物体３の移動速度はレーザパワーに依存するため、移動し始める時刻とビームの切り替え時刻を厳密に同期させることは容易でない。また物理的なガイドを設けず、ビームの光圧のみを支持手段とするため、切り替えのタイミングがずれることにより、微小物体３が循環経路から脱落するなど安定性の観点からも妥当ではない。
【００８９】
そこで、各ビームのオン、オフの切り替えをデューティー比５０％の任意の周期で設定し、３つのビーム（レーザ）相互の切り替えを１／３周期位相させ、２つのビームが同時にオンする期間と、１つのビームのみがオンする期間とが交互になるように設定する。
【００９０】
図５は、本実施形態の第１ビーム２１、第２ビーム２２、第３ビーム２３の切り替えを示すタイミングチャートである。
【００９１】
図の如く、期間ｔ１においては、第１のビーム２１および第３のビーム２３がオン（Ｈレベル）で、第２のビーム２２がオフ（Ｌレベル）である。期間ｔ２は、図２の状態であり、第１のビーム２１のみＨレベルで第２のビーム２２、第３のビーム２３がＬレベルである。期間ｔ３は、図４（Ａ）の状態であり、第１のビーム２１および第２のビーム２２がＨレベルで第３のビーム２３がＬレベルであり、期間ｔ４は、図４（Ｂ）の状態であり、第２のビーム２２のみＨレベルで第１のビーム２１および第３のビーム２３がＬレベルである。
【００９２】
このように、１つのビームのみがオン（Ｈレベル）となる期間と、２つのビームが同時にオン（Ｈレベル）となる期間を交互に切り替える。またＨレベルとなるビームは、必ず直前にオン状態であったビームが含まれるよう、第１のビーム２１から第３のビーム２３を順次切り替える。すなわち、２つのビームをオンする場合は、直前にオンしていた１つのビームを含み、１つのビームをオンする場合には直前にオンしていた２つのビームのうちいずれか１つ（微小物体３が移動してきたビーム）をオフする。
【００９３】
また根拠は後述するが、各ビーム２１、１２、１３のレーザパワーＰ［ｍＷ］と、一辺を移動するのに係る時間Ｔ［ｓ］の関係を定式化すると、以下の（１）式が得られる。
【００９４】
Ｔ＝１．７／Ｐ            （１）
つまり、各ビームの切り替えのタイミングをこの条件に合わせることで、循環運動を安定させることができる。
【００９５】
例えば、各ビームのレーザパワーが１０．６２５ｍＷの場合、オン、オフの切り替え時間は、０．０８ｓとすると、安定した循環運動を継続させることができる。
【００９６】
図６は、本発明の第２の実施形態として微小物体移動システムを説明する概略図である。図６（Ａ）はシステム全体の概要図であり、図６（Ｂ）（Ｃ）は、ビーム照射手段の拡大図である。
【００９７】
図６（Ａ）の如く、微小物体移動システムは、第１、第２、第３ビーム照射手段１１、１２、１３と、切り替え手段６とを有する。
【００９８】
第１ビーム照射手段１１、第２ビーム照射手段１２、第３ビーム照射手段１３は、例えばそれぞれ半導体レーザ４に接続した光ファイバである。半導体レーザ４は、例えば波長１．４８μｍの半導体レーザであり、これをＣＷ駆動し、ＳＣコネクタによりシングルモードとなる光ファイバ１１、１２、１３に接続する。各半導体レーザ４のレーザパワーは、３ｍＷ程度〜１５ｍＷ程度であり、一例として、いずれも１４．２６ｍＷとする。各半導体レーザ４には、それぞれ電流発生手段５が接続し、さらにこれらを制御する切り替え手段６に接続する。切り替え手段（コンピュータ）６は、半導体レーザ４に供給する電流を調整し、レーザのオン、オフの周期とレーザパワーを制御する。
【００９９】
また、ここでは微小物体３の運動を監視するための、電子顕微鏡８およびＣＣＤカメラ９、モニタ１０を設けている。
【０１００】
図６（Ｂ）を参照して、第１光ファイバ１１は先端の直径φが約３μｍの半球状に研磨された先球光ファイバである。これにより、弱い集光状態（低ＮＡ（Numerical  Aperture：開口数）の光を放射する。第１光ファイバ１１先端のテーパー角度αは３０度であり、コアの幅ｄは例えば１０μｍである。この構成は、第２光ファイバ１２、第３光ファイバ１３も同様である。
【０１０１】
図２の如く、第１〜第３光ファイバ１１、１２、１３は、それぞれが照射する第１の（レーザ）ビーム２１、第２の（レーザ）ビーム２２、第３の（レーザ）ビーム２３が互いに交差し、各ビーム２１〜２３を同時に照射した場合に、それらによって正三角形状が形成されるような位置に配置する。
【０１０２】
図６（Ｃ）は、第１、第２、第３光ファイバ１１、１２、１３と微小物体３の配置の関係を示す図であり、図６（Ａ）のＶ方向から見た側面図である。このように、３つの光ファイバ１１、１２、１３は同一の水平面内に配置される。また、微小物体３は、各光ファイバ１１、１２、１３から照射される第１のビーム２１、第２のビーム２２、第３のビーム２３と同一の水平面内に配置される。
【０１０３】
各光ファイバ１１、１２、１３の先端から隣り合うファイバ先端の交差位置までの距離Ｌ１’は、それぞれ十数μｍ程度とし、一例として１３．２μｍとする。
【０１０４】
動作は以下の通りである。
【０１０５】
切り替え手段６は、各半導体レーザ４を制御することにより、３つのビーム２１、２２、２３のうち、１つのビームのオン状態と、２つのビームのオン状態とを順次切り替える。
【０１０６】
すなわち、切り替え手段６は、第１のビーム２１をオン状態として当該ビームの延長線上に配置された微小物体３に照射する。微小物体３は、その形状が例えば球体、楕円体などの粒子であり、その場合の直径または短軸方向の幅は、例えば５μｍ〜１０μｍ程度である。ここでは、一例として屈折率１．５９で直径が５μｍ程度の樹脂系材料（例えばポリスチレン）の球体とする。
【０１０７】
既述の如く、微小物体を捕捉する目的では、高ＮＡの１本のビームの場合、散乱力を引力として作用させるため、屈折率が大きいと捕捉しにくくなる上、装置の小型化が問題である。
【０１０８】
また、一般には弱い集光状態（低ＮＡ）の光を用いる場合に、微小物体３の屈折率が小さいと運動能力が低下する。しかし一方で、低ＮＡの（集光が不完全な）ビームの場合は、そもそも散乱力が斥力として働く。そして本実施形態では、散乱力と勾配力の合力を利用して移動させ、更に、複数のビームで循環経路を形成することにより、ビームの交差点で微小物体を捕捉させることで、ビーム内に微小物体３を循環移動させるものである。
【０１０９】
つまり、本実施形態は、ビーム内に微小物体を保持した状態で、経路（ビーム）から逸脱することなく循環移動させるものであり、微小物体３の屈折率の大小が及ぼす影響はほとんどないといってよい。
【０１１０】
このため本実施形態では、ポリスチレンの微小物体３を採用できる。ポリスチレンは樹脂系材料では最大の屈折率を持っており、運動させるには好適である。尚、屈折率が変わっても、捕捉のためのビームの交差角度（６０度〜１２０度）の条件は変わらない。
【０１１１】
切り替え手段６によって照射された第１のビーム２１は、緩やかに集光されたレーザビームであり、これにより微小物体３には第１のビーム２１断面内に当該微小物体３を保持する勾配力Ｆｇ１と、第１のビーム２１の放射方向に向かう散乱力Ｆｓ１が働く。
【０１１２】
これにより微小物体３は、第１のビーム２１の勾配力Ｆｇ１により第１のビーム２１内に保持されたまま、散乱力Ｆｓ１によって第１のビーム２１の内部を、当該ビームの放射方向に移動する。つまり、外部の支持台やクリークなどの物理的なガイドを用いることなく、微小物体３は、第１のビーム２１をレールとしてこの内部を移動する（以下図４を参照）。
【０１１３】
第１のビーム２１内を移動する微小物体３が、第１のビーム２１と第２のビーム２２の交差点付近に達したとき、切り替え手段６は、第１のビーム２１のオン状態を維持したまま隣り合う第２のビーム２２もオン状態とする。第２のビーム２２のレーザパワーは第１のビーム２１と同等とする。
【０１１４】
第１のビーム２１と第２のビーム２２は、同一水平面内に存在するので、これらの交差点においては、微小物体３は第１のビーム２１に加えて、第２のビーム２２の影響も受ける。すなわち、微小物体３には、第２のビーム２２の勾配力Ｆｇ２および散乱力Ｆｓ２も働く。  
【０１１５】
これにより、微小物体３に働く勾配力Ｆｇ１、Ｆｇ２と散乱力Ｆｓ１、Ｆｓ２が釣り合い、交差点付近で微小物体３を捕捉することができる。つまり、第１のビーム２１内を移動していた微小物体３は、第２のビーム２２との交差点付近で捕捉されその位置で浮遊状態で保持される。
【０１１６】
次に、切り替え手段６は、第１のビーム２１をオフ状態とし、第２のビーム２２のみオン状態を維持する。これにより、交差点付近で保持された微小物体３には、第２のビーム２２の勾配力Ｆｇ２および散乱力Ｆｓ２のみが働く。これにより微小物体３は、第２のビーム２１の勾配力Ｆｇ２により第２のビーム２２内に保持されたまま、散乱力Ｆｓ２によって第２のビーム２２の内部を、当該ビームの放射方向に移動する。
【０１１７】
第２のビーム２２内を移動する微小物体３が、第２のビーム２２と第３のビーム２３の交差点付近に達したとき、切り替え手段６は、第２のビーム２２のオン状態を維持したまま隣り合う第３のビーム２３もオン状態とする。第３のビーム２３のレーザパワーは第２のビーム２２と同等とする。
【０１１８】
第２のビーム２２と第３のビーム２３は、同一水平面内に存在するので、これらの交差点においては、微小物体３は第２のビーム２２に加えて、第３のビーム２３の勾配力Ｆｇ３および散乱力Ｆｓ３も働く。微小物体３は、これらの釣り合いにより捕捉されその位置で保持される。
【０１１９】
その後、切り替え手段６は、第２のビーム２２をオフ状態とし、第３ビーム２３のみオン状態を維持する。これにより、交差点付近で保持された微小物体３には、第３のビーム２３の勾配力Ｆｇ３および散乱力Ｆｓ３のみが働き、微小物体３は第３のビーム２３をレールとしてその内部を、当該ビームの放射方向に移動する（図４（Ｂ）参照）。
【０１２０】
更に、微小物体３が、第３のビーム２３と第１のビーム２１の交差点付近に達したとき、切り替え手段６は、第３のビーム２３のオン状態を維持したまま隣り合う第１のビーム２１もオン状態とする。これにより第３のビーム２３と第１のビーム２１の交差点において、微小物体３は捕捉されその位置で保持される。
【０１２１】
以降同様に、切り替え手段６は、第１〜第３のビーム２１、１２、１３のうち、１つのビームのみオンする期間と、２つのビームが同時にオンする期間とが交互になるよう、順次切り替える。これにより、微小物体３には１つのビームの散乱力Ｆｓおよび勾配力Ｆｇの合力によってビーム上を移動する期間と、２つのビームの散乱力Ｆｓおよび勾配力Ｆｇの合力によって捕捉および保持される期間とを発生させることができる。
【０１２２】
切り替え手段６は、１つのビームをオンする期間と２つのビームをオンする期間は、図５の如きタイミングで切り替える。微小物体３の動きを完全に停止させない程度に、微小物体３を瞬時に捕捉するタイミングで、これらのビームの切り替えを行うことで、安定した循環運動が可能となる。
【０１２３】
また、本実施形態では、従来の如く、上方から微小物体にビームを照射して回転させる必要がなく、微小物体の回転軸（多角形の中心を貫く法線）に対して垂直な位置に低ＮＡの駆動光学系（ビーム）を配置する平面構造でよい（図６（Ｃ））参照）。つまり、回転子となる微小物体３と、当該微小物体３を移動させるビームが同じ水平面内に存在し、微小物体３が３つのビームが存在する平面内を循環移動する。このため、従来の構成と比較して、装置の厚みを抑えることができ、小型化が実現する。
【０１２４】
第１〜第３ビーム照射手段１１、１２、１３に先球光ファイバを用いることで、光捕捉・操作に対する自由度が大きくなり、これらの光ファイバを光コネクタを用いて（装置外部の）光源と接続させる構造を有する場合、波長もしくは最大出力の異なる光源への変更が容易である。
【０１２５】
また、第１〜第３ビーム照射手段１１、１２、１３は、例えば単一のレンズでもよい。その場合光源（半導体レーザ）も装置内に内蔵させ、それを単一のレンズで平行ビームに近い形で微小物体３に照射させることにより、同様に実施できる。
【０１２６】
このように本実施形態では、低ＮＡの光学系でよいので光マイクロチップの様な微小構造体中にも容易に集積化できる。また、光ビームにより微小物体に生じる勾配力は微小物体を光ビーム内に閉じ込めるように作用し、散乱力は微小物体に対して斥力として作用するため、微小物体は光ビームのレールに乗って移動する。
【０１２７】
また、別の光ビームを元の光ビームに交差させることにより、微小物体の運動方向を変更できる。つまり複数のビームで循環経路を形成することで、その径路に沿って微小物体を循環運動させることができる。このように本実施形態では、自由空間中を完全に光の力だけで導き運動させることができるので、他の物理的なガイド（支持台やクリーク）が不要であり、小型化した装置を安価に実現できる。
【０１２８】
尚、本実施形態では３つのビームにより三角形状の循環経路を形成する場合を例に説明したが、四角形状、五画形状等、他の多角形状であっても、レーザパワーと、交差点間の距離Ｌ１を適宜選択することにより、同様に実施できる。その場合、多角形の内角となる２つのビームの交差角度θは、６０度〜１２０度程度までが好適である。
【０１２９】
上記の方法による微小物体の循環移動を実験により確認したので、以下これについて説明する。
【０１３０】
まず、２本のレーザビームにより微小物体（以下微小物体）に生じる光圧の特性を調べた。実験に用いた装置の構成は、図６（Ａ）と同様である。
【０１３１】
図７を参照して、実験は研磨により端面を球状にした２本の光ファイバ（先球光ファイバ）１２１、１２２を用いて行った。捕捉用光源（ビーム）は波長１．４８μｍのピッグテールつき半導体レーザであり、これをＣＷ駆動し、ＳＣコネクタによりシングルモードとなる光ファイバ１２１、１２２に結合して用いた。
【０１３２】
光ファイバ１２１、１２２は実験のために全方向へ自由に移動できるものとする。例えば、光ファイバ１２１、１２２は油圧式マニピュレータに取り付けられており、ｘｙｚ軸方向にファイバ１２１、１２２の位置を移動させることが可能である。
【０１３３】
実験に用いた光ファイバの先球の直径は３μｍであり、微小物体１０３は屈折率１．５９、直径５μｍのポリエスチレン球である。ポリエスチレン球はガイドやクリークなどが存在しない分散媒質（水道水）に分散させた。また、光ファイバ１２１、１２２は同一の水平面内に配置させた（図６（Ｃ）参照。）。
【０１３４】
光ファイバ１２１、１２２の先端形状は、図６（Ｂ）に示す本実施形態の光ファイバ１１〜１３と同様である。
【０１３５】
まず、２本のレーザビームの交差角度と微小物体１０３に働く力の関係を調べた。
【０１３６】
２本のビームを対向させた場合、微小物体に対してビーム断面の中心に向かって働く力とビーム放射方向に働く力が釣り合い、微小物体１０３は捕捉され静止する。
【０１３７】
この状態を起点とし、レーザビームの交差角度を１８０度から１０度ずつ狭めてゆき、捕捉限界の交差角度を調べた。
【０１３８】
その結果、レーザビームの６０度までの交差角度において微小物体１０３が捕捉可能であることが確認できた。このことから、レーザビームの交差角度が拡がることで微小物体に働く捕捉力は強まっていくといえる。
【０１３９】
また、交差位置とファイバ端面との距離の依存性の有無を調べた。
【０１４０】
図７は、２本の先球光ファイバの配置角度と、微小物体の関係を示している。
【０１４１】
２本の光ファイバ１２１、１２２の配置角度（それぞれから照射されるレーザビーム２１１、１１２の交差点における角度）θ’を９０度に固定し、その交差点に微小物体１０３を捕捉させた。この状態において矢印の如く一方の光ファイバ１２２を他方の光ファイバ１２１からのビーム２１１の光軸に沿って平行に移動させる。
【０１４２】
この状態において微小物体１０３に双方の光ファイバ１２１、１２２からレーザビーム２１１、２１２の光圧が十分に働いている範囲内では、光ファイバ１２２の移動に合わせて、光ファイバ１２１からのビーム２１１の光軸に沿って、微小物体１０３は移動する。光ファイバ１２１からの放射光の放射方向に働く力による微小物体１０３の捕捉力のため、光圧の均衡が崩れた地点からビーム放射方向に働く力の影響力を調べた。
【０１４３】
実験の結果、２本のレーザパワーを等しく１４．２６ｍＷとした場合、光ファイバ１２１の先端から微小物体１０３までの距離が１３．２μｍの位置まで、微小物体１０３の捕捉を維持することができた。
【０１４４】
また、双方のレーザパワーを３．８ｍＷとした場合においても、同じ位置（１３．２μｍを超えた位置）で捕捉不可能となった。これらの結果から、微小物体１０３に対してビーム放射方向に働く力は、ファイバの先端からの距離に依存しないことがわかった。即ち、レーザパワーを変えても微小物体１０３が捕捉できる距離に差異が無いことから、直径３μｍの光ファイバを用いた場合、先端からの距離が１３．２μｍまでは、微小物体１０３に対してレーザビームの放射方向に働く力（散乱力）と断面内に保持する力（勾配力）とが働く光圧特性が成り立ち、２本の光ファイバ１２１、１２２の先端から微小物体１０３までの距離がこの範囲内であれば、微小物体１０３を安定に運動制御できるといえる。
【０１４５】
更に、双方のレーザパワーに差異を設けることにより、ビームの散乱力と勾配力の比率を調べた。
【０１４６】
双方のレーザパワーを等しく１４．２６ｍＷとした上で、相互の配置角度を９０度とした。この状態で微小物体を捕捉し、一方のレーザパワーを次第に低下させていくことで微小物体が捕捉できなくなる相互のレーザパワーの差を求めた。
【０１４７】
実験の結果、一方のレーザパワーを７．２３ｍＷまで低下させた時、微小物体の捕捉が不可能となった。このことから、散乱力に対して勾配力は約２倍の強さがあるといえる。即ち、２本のレーザパワーに若干の相違が生じても、十分な捕捉力があると判断できる。
【０１４８】
また、対向するファイバ１２１、１２２からの放射光に捕捉された微小物体が交互に切り替えられたレーザビームによってどのように運動するかを調べた。
【０１４９】
図８は０．４ｓの周期にてレーザパワーで切り替えた場合の微小物体の変位を測定した結果である。
【０１５０】
各々のレーザパワーは１４．２６ｍＷであり、変位の中心はファイバ１２１、１２２間の中心である。最終的に片方のファイバに微小物体１０３が接触してしまったが、安定した往復運動が認められた。特に、レーザビームの切り替わりの過渡時間においても、微小物体１０３をビーム断面内に捕らえ、レーザビームに沿って移動させることが可能であることが確認できた。
【０１５１】
また、対向するレーザビームの中心軸をずらすことで、楕円軌道で微小物体を往復させることも可能であった。
【０１５２】
以上のことから、レーザを瞬間的に切り換えても微小物体に対してビーム断面内に保持する力とビーム放射方向に働く力が加わると考えられ、レーザビームを切り換えることで、レーザビームに沿って微小物体を連続的に運動させることができる。
【０１５３】
更に、レーザビームの微小物体に対する光圧特性（散乱力および勾配力の関係）から、ビームの交差角度を６０度以上、ファイバの先端から微小物体の距離を１３．２μｍ以内とし、レーザビームを切り換えることで、複数のレーザ網に沿って微小物体を安定に運動制御させることが可能になると予測された。そこで、これを実験により検証した。
【０１５４】
循環運動の経路として、独立の光源をもつ３本の光ファイバ（先球光ファイバ）からの放射光により正三角形を構成することとした。これらのファイバから放射されるレーザビームは１２０度で交差することから、上記の条件（６０度以上）を満たすことになる。また、移動経路の一辺の長さ（レーザの交差点間の距離Ｌ１）は９．５μｍとした（光ファイバ先端から隣り合う光ファイバ先端の交差点までの拒理Ｌ１’は１３．２μｍである。）。各レーザ素子に供給する電流はコンピュータで調整し、点滅の周期とレーザパワーを制御する。その他の条件は上記の２本の光ファイバの場合と同様である。
【０１５５】
レーザ照射の切り替えは、図５の如く、各レーザの点滅をデューティー比５０％の任意の周期で設定し、３つのレーザ相互の切り替えを１／３周期移相させ、２つのレーザが同時に点灯する時間帯（期間）と１つだけが点灯する時間帯（期間）とが交互になるように設定した。
【０１５６】
これにより、微小物体３に対して、１つのビームの散逸力および勾配力が働く期間と、２つのビームの散逸力および勾配力が働く期間とを設けることとなる。合力が作用する期間の初期においては二つの力の合力は微小物体の移動を担うが最終的には、上述の通り、微小物体を補足することになり、循環運動の安定度が向上することが期待できる。
【０１５７】
一方で交差点付近での微小物体３の捕捉時間は、循環運動の連続性や円滑さに寄与し、かつレーザパワーとの相関関係も無視できない。そこで、３本のレーザパワーを一律に１４．２６ｍＷとした場合と、同じく８．５７ｍＷとした場合について、各レーザの点滅周期を先に述べた移相関係を維持しつつ徐々に短縮させ、それぞれのレーザパワーに対して円滑に循環運動を行うための切り替え条件を調べた。
【０１５８】
図９は、レーザパワーが１４．２６ｍＷの条件における最適な微小物体の循環運動の様子を示す図である。尚、図９では各ビーム２１、２２、２３は図示されないので、第１〜第３光ファイバ１１、１２、１３を用いて説明する。
【０１５９】
図９（Ａ）が開示の状態（０ｓ）である。その後図９（Ｂ）の如く第１光ファイバ１１（からのビーム）がオン状態で、第２光ファイバ１２方向に移動する。図９（Ｃ）の如く開始から０．１６ｓ後に微小物体３は、第２光ファイバ１２の先端（第１のビームと第２のビームの交差点付近）で捕捉され、図９（Ｄ）の如く０．２４ｓ後には第２のビームをレールとして第３光ファイバ１３方向に移動する。図９（Ｅ）の如く０．３２ｓ後には、第３光ファイバ１３の先端で捕捉されたのち、第１光ファイバ１１方向に移動する。図９（Ｆ）の如く、開始から０．４ｓ後には、微小物体３は第１光ファイバ１１の先端で捕捉される。
【０１６０】
この場合の微小物体の循環運動は１分間以上継続した。一方、レーザの切り替えタイミングが不適切である場合は、最長でも３０ｓ程度しか循環させることができなかった。
【０１６１】
微小物体が正三角形上の経路を継続的に円滑に循環した場合、一辺を移動するのに要した時間は、レーザパワーが１４．２６ｍＷの条件では０．１２５ｓ、８．５７ｍＷにおいては０．２ｓであった。
【０１６２】
図９では、各々のレーザのオン・オフを図５に示すデューティー比５０％のタイミングで行うことで３つのレーザの出力切り替えを行っている。図９の結果より微小物体３が三角形上の経路を一周するのに要した時間は０．４ｓであるので、捕捉と移動の時間は等しくそれぞれ０．０６６ｓ（６６ｍｓ）となる。
【０１６３】
これら二つの条件下の結果より、レーザパワーＰ［ｍＷ］と、一辺を移動するのに掛かる時間Ｔ［ｓ］の関係を定式化し、上述の（１）式を得た。
【０１６４】
図１０を参照して、レーザパワーＰと移動時間Ｔについて説明する。図１０（Ａ）はレーザの出力制御を図５に示す位相関係で行った場合の、循環運動を維持するための条件を示すものである。図１０（Ｂ）は、レーザ切り替えのタイミングを示す図である。
【０１６５】
図１０（Ａ）は、横軸がレーザパワーＰ［ｍＷ］であり、縦軸が移動時間Ｔ［ｓ］である。ただし、レーザパワーＰが３．８２ｍＷより低い場合および１４．２６ｍＷより高い場合は微小物体３への捕捉力が弱く安定に循環運動させることができなかった。
【０１６６】
（１）式の妥当性を検証するために、レーザパワーを１１．４５ｍＷ、６．６３ｍＷ、３．８２ｍＷとした各々の場合について、一辺の移動時間を測定した。その結果（１）式あるいは図１０から予測される速さと一致した。このことから、（１）式の妥当性が確認できた。
【０１６７】
また、微小物体３の移動速度はレーザパワーに依存することが判った。
【０１６８】
図１０(Ａ)において、示された曲線より上の領域では、微小物体３の移動よりもレーザの切り替えが遅れる、すなわち、２本のレーザビームの交差位置を微小物体３が通り過ぎてからレーザの切り替えが行われる条件を示し、一方、曲線より下の領域では、微小物体３の移動よりもレーザの切り替えが早い、すなわち、微小物体３がビームの交差位置に到達する前にレーザの切り替えが行われる条件を示すものである。いずれの場合も循環運動の継続が不可能となる。
【０１６９】
尤も、レーザの切り替えタイミングは、それぞれのレーザのオン・オフをデューティー比５０％で行うことが絶対条件ではない。三角形経路の場合、最大で図１０（Ｂ）に示すようなオン・オフの時間幅が1対２すなわちデューティー比３３％の場合まで動作可能である。
【０１７０】
この場合、レーザビームの交差位置では、微小物体に対する捕捉作用は無く、むしろ次の進行方向に向けて弾かれる動作となる。
【０１７１】
この場合、三角形の経路であれば、１４．２６ｍＷのレーザ出力で操作した場合、微小物体が１周に要する時間は約０．２ｓ（２００ｍｓ）となる。
【０１７２】
この実験より、ビーム交差角度を６０度以上、ファイバの先端から捕捉位置までの距離を１３．２μｍ以内とする条件下で、レーザビームの切り替え操作により複数の光軸（ビーム）に沿って微小物体を移動させることが可能であるという結果を得た。
【０１７３】
最適なレーザの切り替えタイミング（パワー比が２：１以上のレーザビームの切り替え）である場合、微小物体３が大きな外乱の影響を受けない限り、円滑な循環運動を維持させることができた。このことから安定した微小物体の循環条件としては、微小物体の動きを完全に停止させない程度に微小物体を瞬時に捕捉するタイミングで、交差する２本のレーザビームを切り替えることで安定な巡回運動が可能となるといえる。
【０１７４】
次に図１１を参照して、本発明の第３の実施形態として、上記の微小物体移動システムを用いた液体混合システムの一例について説明する。図１１（Ａ）は、液体混合システムの平面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の循環経路の概要を示す拡大側面図である。
【０１７５】
近年、超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成、医療検査・診断、環境測定などを行うための装置、手段(例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど)を微細化して１チップ（プレート）上に集積化したシステムが開発されている。
【０１７６】
これらは、一般に検査チップ、分析チップ、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Lab-on-chips）、バイオチップ、マイクロリアクタ・チップなどとも称されており、以下これらをマイクロチップと総称する。
【０１７７】
本実施形態の液体混合システム（マイクロチップ）２００は、流入経路１０１と、放出経路１０２と、循環経路１０５と、微小物体３と、ビーム照射手段１１１、１１２、１１３と、切り替え手段と、から構成され、より具体的にはこれらを１つのチップ（プレート）上に集積化した生体内内蔵用のマイクロチップ２００である。
【０１７８】
循環経路１０５は、２以上の液体が流れる３以上の経路を辺とし、該経路の結合部を頂点として多角形状を構成したものである。ここでは、一例として正三角形状の循環経路１０５を示す。
【０１７９】
循環経路１０５は、マイクロチップ１００の基板となるプレート表面をマイクロドリル等で加工したクリークである。このクリークは、微小物体３のガイドとなるものではなく、あくまでも液体の流路となるものである。基板の材料としては、無機材質または有機材質のいずれでもよく、無機材質の一例としては金属、シリコン、テフロン（登録商標）、ガラス、セラミックスなどである。有機材質の一例としてはプラスチック、ゴムなどである。
【０１８０】
循環経路１０５の１つの結合部は放出経路１０２が設けられ、他の２つの結合部にはそれぞれ第１の液体の流入経路１０１および第２の液体の流入経路１０３が設けられる。流入経路１０２のそれぞれには、第１の液体および第２の液体の収容部１０７、１０８が設けられ、これらもマイクロチップ１００に集積化される。放出経路１０２は第１の液体および第２の液体の混合液の流路となる。すなわち、微小物体１０３によって経路を流れる第１の液体と第２の液体を混合し、これらの混合液を例えば血管などに放出する液体混合システムである。
【０１８１】
微小物体３は、循環経路１０５内に配置された樹脂材料からなる球体であり、サイズおよび材料は第１および第２実施形態と同様である。
【０１８２】
ビーム照射手段１１１、１１２、１１３は、それぞれの経路内にビームを照射し、交差するビームが循環経路内で多角形状（正三角形状）を構成する位置に配置される。ビーム照射手段は、例えばマイクロレンズである。
【０１８３】
第１〜第３マイクロレンズ１１１、１１２，１１３は、それらが照射するビームが各経路の中心付近を通り、交差して正三角形状を構成するように、各経路の延長線上に配置される。
【０１８４】
切り替え手段６は、マイクロチップ１００内に集積化されたマイクロコンピュータであり、ビームの切り替えを行う。尚、切り替え手段６の動作及びそれに伴う微小物体の運動についても、第１および第２実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１８５】
第３の実施形態では、液体の流路となる物理的な循環経路（クリーク）１０５内部に、これに沿ってビームによる多角形状の経路を形成し、クリーク１０５に非接触でビーム２１、２２、２３内に微小物体３を循環させる。
【０１８６】
回転子となった微小物体３の運動により、微小物体３の前後で圧力差が生じる。これにより液体が循環経路１０５内に吸引され、循環経路１０５内を流れる２以上の液体がを混合される。更に、微小物体３の運動による圧力差により、放出経路１０２から混合液が放出されるものである。
【０１８７】
また、クリーク１０５の内壁には液体の混合を促すため、微小な毛状突起１０６が設けられている。
【０１８８】
また、流入経路１０１と結合部の間は図１１（Ｂ）の破線丸印の如くオリフィス構造を有し、液体の逆流を防止するとともに２液の混合を促す構成となっている。更に、図示は省略するが、逆流を効率よく抑えるために、逆流防止弁を設けても良い。
【０１８９】
更に、マイクロチップ１００には、光ファイバに接続する発光素子（半導体レーザ）４１、４２、４３と、ビーム照射手段であるマイクロレンズ１１１、１１２、１１３が内蔵されている。マイクロレンズ１１１、１１２、１１３は、半導体レーザ４１、４２、４３の放散光を平行ビームにするコリメートレンズである。光源となる半導体レーザ４１、４２、４３は微小な構造が可能であるため、マイクロレンズ１１１、１１２、１１３を利用することでこれらを全てチップ１００内に埋め込むことができる。半導体レーザ４１、４２、４３を駆動させるバッテリーもチップ内に埋め込むことが可能である。本実施形態では、この程度の簡単な光学系で実現できる。
【０１９０】
また、本実施形態の物理的な循環経路（クリーク）１０５は、液体の流路となるものである。本実施形態で液体の混合を促す場合、第１の液体および第２の液体は効率よく装置内に流入させるために層流とする必要がある。一方、それらの液を混合させるときには装置内に乱流が発生する構造にする必要がある。これらの２つの要求を満たすために、クリークの壁面に微小な毛状突起（凹凸構造）１０６を設ける。
【０１９１】
クリークに毛状突起１０６を施した場合、壁面に支持される、あるいは、接触して回転子（微小物体）が移動する従来の方式では、必ず大きな摩擦力により微小物体の運動効率が低下してしまう。
【０１９２】
しかし本実施形態では、クリーク１０５内壁に毛状突起１０６のように特殊な構造を施した場合であっても、微小物体３がビーム２１、２２、２３に包まれて、すなわち、クリーク１０５の壁面に非接触の状態で運動するため、駆動力の損失が少なくなる利点を有する。
【０１９３】
図１２は、比較のために、図１１の液体混合システムに従来の高ＮＡの光学系を採用した場合を示す、図１１（Ｂ）に対応する側面図である。
【０１９４】
この図では、微小物体３をクリーク１０５に沿って移動させることを示しており、対物レンズ５０を機械的に平行移動させることによりレーザそのものを平行移動させる構造を示している。別に、反射ミラーなどを用いて光学的にビームの放射方向を変える方式も考えられるが、いずれの場合にせよ、チップと駆動光学系の位置関係は図１２に示すようになる。
【０１９５】
従来の方法では、ビーム（レーザ）は、回転子となる微小物体３の回転軸に対して垂直方向に照射するため、回転軸の延在方向に対物レンズ５０および発光素子等の光学系を配置する必要があり、マイクロチップの厚み方向のサイズが増大する。また対物レンズ５０を移動させる機械的な駆動機構も必要となり、マイクロチップの小型化には限界がある。
【０１９６】
しかし、本実施形態では、上方から微小物体３にビームを照射して回転させる必要がなく、微小物体３の回転軸に対して垂直な位置に低ＮＡの駆動光学系（ビーム）２１、２２、２３を配置する平面構造でよい（図１１（Ｂ））。従って、従来の構成と比較して、マイクロチップ１００の大幅な薄型化が実現できる。
【０１９７】
尚、本実施形態では、一例として体内内蔵用のマイクロチップ１００として、図１１の如き構成を示したが、マイクロチップ１００上には、流入経路１０１と循環経路１０５、微小物体３とレーザ照射手段が集積化され収容部１０７、１０８についてはマイクロチップ外に配置されてもよい。また、光ファイバを介して外部から導光してもよく、更にレーザやバッテリーがマイクロチップ１００外に配置されてもよい。これらは、目的に応じて適宜変更することができる。
【０１９８】
図１３を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。
【０１９９】
第２の実施形態は、各ビームを所定のタイミングで切り替えることなく、微小物体３を循環運動させるものである。
【０２００】
すなわち、照射するｎ本のビームが頂点ｎの多角形状の循環経路を構成する位置にビーム照射手段を配置し、この循環経路内に（ｎ−１）個の微小物体を配置する。そして、ビームのオン状態とオフ状態を切り替える切り替え手段（不図示）は、全てのビームをオン状態とする。これ以外の、ビーム照射手段や微小物体の詳細は、第１から第３の実施形態と同様であり、同一構成要素は同一符号で示す。
【０２０１】
図１３では、ビームが３本の場合を例に説明する。
【０２０２】
不図示のビーム切り替え手段は、ビーム照射手段（先球光ファイバ）１１、１２、１３から照射される第１ビーム２１、第２ビーム２２、第３ビーム２３を常にオン状態とし、ビームによる三角形（ｎ＝３）の循環経路を形成する。
【０２０３】
それぞれのレーザパワーは同等とし、各ビームの交差転換の距離Ｌ１、Ｌ１’も全て同等である。本実施形態の切り替え手段（不図示）は、全てのビーム２１、１２、１３を同時にオン状態とし、それを維持する。この循環経路内（ビームの放射方向上）に２個（ｎ−１）個の微小物体３（第１の微小物体３ａ、第２の微小物体３ｂ）を配置する。
【０２０４】
図１３（Ａ）の如く、第１のビーム２１と第２のビーム２２の交差点に第１の微小物体３ａが捕捉されているとする。この状態で、第２の微小物体３ｂが第３のビーム２３をレールとして移動し、図１３（Ｂ）の如く、共にオン状態の第１のビーム２１と第３のビーム２３の交差点に、第２の微小物体３ｂが捕捉される。このとき、第１のビーム２１は、第２の微小物体３ｂにより遮断され、第１の微小物体３ａには照射されない（到達しない）状態となる。
【０２０５】
つまり、切り替え手段により第３のビーム２３がオフされたと同じ状態となり、第１のビーム２１と第２のビーム２２の交差点に捕捉されていた第１の微小物体３ａは、第２のビーム２２の散乱力Ｆｓ２および勾配力Ｆｇ２のみを受け、第２のビーム２２をレールとしてこの内部を移動する。
【０２０６】
第１の微小物体３ａは、第２のビーム２２と第３のビーム２３の交差点で捕捉される。これにより、第３のビーム２３が遮断され、第２の微小物体３ｂに照射されない状態となる。すなわち、第１のビーム２１と第３のビーム２３の交差点に捕捉されていた第２の微小物体３ｂには、第１のビーム２１の散逸力Ｆｓ１および勾配力Ｆｇ１のみが働き、第１のビーム２１をレールとしてこの内部を移動する。
【０２０７】
第２の微小物体３ｂは、第１のビーム２１と第２のビーム２２の交差点で捕捉される（図１３（Ａ）参照）。これにより、第２のビーム２２が遮断され、第１の微小物体３ａに照射されない状態となる。すなわち、第３のビーム２３と第１のビーム２１の交差点に捕捉されていた第１の微小物体３ａには、第３のビーム２３の散乱力Ｆｓ３および勾配力Ｆｇ３のみが働き、第３のビーム２１をレールとしてこの内部を移動する。
【０２０８】
このように、第２の実施形態では、頂点ｎの多角形（ｎ角形）状の循環経路を構成するビームを全てオン状態とし、循環経路中に（ｎ−１）個の微小物体を移動させ、２本のレーザの交差点で微小物体３を捕捉する。そして、ビーム内を移動する微小物体３および／または捕捉された微小物体３によって、当該微小物体３のレールとなっているビームの、当該微小物体より前方への照射を遮断する。
【０２０９】
これにより、各ビームを辺とする多角形の中心を回転軸Ｒとして、ビーム内を微小物体３が循環移動する。
【０２１０】
遮断されていない２つのビームの交差点では、他の微小物体が捕捉されており、ビームの遮断により他の微小物体の捕捉状態が解除され、当該他の微小物体がビーム内を移動することになる。
【０２１１】
ここで、全部のビームを同時に放射した状態で、循環運動の安定を乱すことなく捕捉可能な交差位置の数を安定点と称するとその数は、頂点ｎを２で除した商となる。また、安定点が複数の場合、それらは隣り合って存在することはない。
【０２１２】
つまり、図１３に示す三角形の場合、回転子となる微小物体３は２個であり、安定点は１つの頂点である。四角形の場合、微小物体３は３個となり安定点は、対角線上に存在する２個の頂点である。五角形の場合、微小物体３は４個、安定点は、隣り合わない２個の頂点であり、六角形の場合、微小物体３は５個、安定点はそれぞれ隣り合わない３個の頂点である。
【０２１３】
図１４および図１５を参照して、循環経路（ビームで構成する多角形）が三角形の場合（図１４）と、四角形の場合（図１５）について、微小物体３が初期状態から移動を繰り返し再び初期状態に戻るまでの状態遷移図を示す。
【０２１４】
各頂点の白丸は安定点で捕捉された微小物体３を示し、黒丸は１つのビーム上には存在するが捕捉されていない（安定状態にない）微小物体３を示す。また実線はビームが照射されていることを示し、破線はビームが微小物体により遮断されていることを示す。更に図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）の矢印は、ビームの照射（放射）方向を示し、図１４（Ｃ）から図１４（Ｇ）、図１５（Ｃ）から図１５（Ｇ）においては省略しているが同じ方向に照射されるとする。
【０２１５】
図１４を参照して、ビームで構成する多角形が三角形の場合は、２つの微小物体３（３ａ、３ｂ）を用いる。動作は以下の通りである。
【０２１６】
先ず、１つの頂点（安定点）に、微小物体３ａが捕捉されている（安定状態である）とする（図１４（Ａ））。ここで、別の微小物体３ｂが他の頂点に入ると（図１４（Ｂ））、他の頂点は、微小物体３ａによりビームの一方（第１ビーム）が遮断されているので、ビームによる交差点が形成されず、安定点とはならない。つまり微小物体３ｂは安定状態ではなく、すなわち捕捉されていない状態である。しかし微小物体３ｂは、第２ビーム上に存在しているためこの中を移動し、現在存在している頂点の次の頂点を目指して移動を開始する。このとき微小物体３ａは安定点にあるため、移動しない。
【０２１７】
微小物体３ｂは次の頂点に達すると（図１４（Ｃ））、微小物体３ｂは第２ビームおよび第３ビームの交差点で安定（捕捉）状態となる。同時に、微小物体３ｂの影響により、微小物体３ａに照射されていた第３ビームが遮断され、微小物体３ａが不安定になる。これにより、微小物体３ａが現在存在している頂点の次の頂点を目指して移動を開始する。
【０２１８】
次の状態では（図１４（Ｄ））、微小物体３ａが安定状態となり、これによりビームが遮断され微小物体３ｂが不安定状態となるので、これが次の頂点を目指して移動を開始する。
【０２１９】
この現象を繰り返し（図１４（Ｅ）〜（Ｇ））、６手目で初期状態（図１４（Ｂ）に戻る。もし、微小物体３ａ、３ｂを区別せず、微小物体３の配置状態のみで判断すれば、図１４（Ｂ）（Ｅ）と、図１４（Ｃ）（Ｆ）と、図１４（Ｄ）（Ｇ）の３つの状態（形態）の繰り返しとなる。
【０２２０】
図１５を参照して、ビームで構成する多角形が四角形の場合は、３つの微小物体３（３ａ、３ｂ、３ｃ）を用いる。動作は以下の通りである。
【０２２１】
先ず、対角線上の２つの頂点（安定点）に、微小物体３ａ、３ｃが捕捉されている（安定状態である）とする（図１５（Ａ））。ここで、別の微小物体３ｂが他の頂点に入ると（図１５（Ｂ））、当該頂点は、微小物体３ａによりビームの一方が遮断されているため、微小物体３ｂは安定状態ではなく、すなわち捕捉されていない状態となる。しかし微小物体３ｂは、他のビーム上に存在しておりこの中を移動しようとする。微小物体３ｂにより、安定点の微小物体３ｃに照射されていた他のビームは遮断され、微小物体３ｃも不安定となる。すると、微小物体３ｂと微小物体３ｃが不安定となり、それぞれ対応するビームに沿って（ビーム内を）、各々の存在していた頂点の次の頂点を目指して移動を開始する。このとき微小物体３ａは安定点にあるため、移動しない。尚、この場合循環経路内の安定点としては２個であるが、動作に関与する安定点は１個である。
【０２２２】
微小物体３ｂ、３ｃは次の頂点に達すると（図１５（Ｃ））、微小物体３ｂは安定（捕捉）状態となり、微小物体３ｃはその頂点でも不安定状態を維持する。同時に、微小物体３ｃの影響により、微小物体３ａに照射されていたビームの１つが遮断され、微小物体３ａが不安定になる。これにより、微小物体３ｃと微小物体３ａが現在存在している頂点の次の頂点を目指して移動を開始する。このとき、微小物体３ｂは安定点にあり、移動しない（図１５（Ｃ））。
【０２２３】
次の状態では（図１５（Ｄ））、微小物体３ｃが安定状態となり、微小物体３ｂ、３ａが不安定状態となるので、これらが次の頂点を目指して移動を開始する。
【０２２４】
この現象を繰り返し（図１５（Ｅ）〜（Ｇ））、６手目で初期状態（図１５（Ｂ）に戻る。もし、微小物体３ａ〜３ｃを区別せず、微小物体３の配置状態のみで判断すれば、図１５（Ｂ）（Ｄ）（Ｆ）、と図１５（Ｃ）（Ｅ）（Ｇ）の２つの状態（形態）の繰り返しとなる。
【０２２５】
同様に、循環経路が五角形状の場合には、４つの微小物体を区別した場合は２１手、区別しない場合は５つの状態（形態）の繰り返しとなる。
【０２２６】
本実施形態も、レーザパワーおよび各交差点間の距離、交差点での捕捉時間を適宜選択することにより、安定且つ円滑に、微小物体の循環運動を実現することができる。
【０２２７】
このシステムを、図１１の如きマイクロチップに集積化してもよい。図１１において、切り替え手段を設けず、常時オン状態の３本のビームが循環経路（クリーク）に沿って、正多角形状を構成するように、レーザ照射手段（先球光ファイバ）を配置する。動作は図１１および図１３から図１５における説明と同様である。
【０２２８】
この場合、微小物体３そのものが液体の流入経路／放出経路の弁をかねることになり、更に効率よく液体の混合・放出が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０２２９】
本発明は、マイクロリアクター、マイクロポンプ、マイクロアクチュエータ等への適用が想定される。また、例えば医療分野における埋め込み型輸液ポンプなどにも応用できる。さらに、工学分野だけでなく生物や化学分野など広い分野へ応用できるものであり、多岐の製品が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０２３０】
【図１】本発明の微小物体移動方法を説明するフロー図である。
【図２】本発明の微小物体移動方法を説明する平面概要図である。
【図３】本発明の微小物体移動方法を説明する断面概要図である。
【図４】本発明の微小物体移動方法を説明する平面概要図である。
【図５】本発明の微小物体移動方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】本発明の微小物体移動システムを説明する概要図である。
【図７】本発明の微小物体移動方法を説明する平面概要図である。
【図８】本発明の微小物体移動方法を説明する特性図である。
【図９】本発明の微小物体移動方法を説明する平面図である。
【図１０】本発明の微小物体移動方法を説明する（Ａ）特性図、（Ｂ）タイミングチャートである。
【図１１】本発明の液体混合システムを説明する（Ａ）平面概要図、（Ｂ）断面概要図である。
【図１２】本発明の液体混合システムと比較するための、他の液体混合システムを示す断面概要図である。
【図１３】本発明の微小物体移動方法を説明する平面概要図である。
【図１４】本発明の微小物体移動方法を説明する状態遷移図である。
【図１５】本発明の微小物体移動方法を説明する状態遷移図である。
【図１６】従来の微小物体の捕捉方法を説明する概要図である。
【符号の説明】
【０２３１】
１１    第１ビーム照射手段
１２    第２ビーム照射手段
１３    第３ビーム照射手段
２１    第１のビーム
２２    第２のビーム
２３    第３のビーム
３、３ａ、３ｂ、３ｃ      微小物体
４      半導体レーザ
５      電流発生手段
６      切り替え手段（コンピュータ）
θ      交差角度
Ｆｇ、Ｆｇ１、Ｆｇ２、Ｆｇ３    勾配力
Ｆｓ、Ｆｓ１、Ｆｓ２、Ｆｓ３    散乱力
Ｐ    レーザパワー
Ｔ    移動時間
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図９】
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