(57)【要約】【課題】極めて小さい微粒子を単体で安定して保持することができるとともに、同保持した微粒子を極めて小さい間隔で配置することが可能な磁気プローブを提供する。【解決手段】磁気プローブ１０は、先端部１２が尖った円筒状のプローブ本体１１を備えている。プローブ本体１１の内周面には鉄による被膜Ｃｉが形成されており、先端部１２における被膜Ｃｉは磁性部１３を構成する。プローブ本体１１の外周面にはパーマロイによる被膜Ｃｏが形成されており、先端部１２における被膜Ｃｏは磁性部１４を構成する。磁性部１３と磁性部１４とは鉄柱１５およびワイヤ１６を介して磁気的に接続されている。鉄柱１５の外周面にはコイル２３が配置されている。コイル２３に通電させると、磁性部１３から磁性部１４に向けて磁力線が生じ磁気プローブ１０の先端部１２に局所的な磁界が形成されて微粒子Ｐを保持することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状に形成されたプローブ本体の先端部に磁界を生じさせることにより、磁性を有する微粒子を前記先端部に保持させる磁気プローブにおいて、
前記先端部に互いに異なる２つの磁極を形成するために磁性体からなる磁性部をそれぞれ備え、前記各磁性部による互いに異なる２つの磁極によって形成される磁界によって前記微粒子を保持させることを特徴とする磁気プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載した磁気プローブにおいて、
前記プローブ本体は、非磁性体により形成された管体の内周面および外周面に、前記各磁性部として磁性体をそれぞれ配置して構成された磁気プローブ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した磁気プローブの製造方法であって、
ガラス管の中に、磁性を有し前記ガラス管より低い融点の磁極用材料を配置する磁極用材料配置工程と、
前記磁極用材料の溶融温度以上、かつ前記ガラス管の融点未満の範囲の温度における同ガラス管の塑性変形可能な温度にまで前記ガラス管を加熱する加熱工程と、
前記加熱されたガラス管を同ガラス管の軸線方向に引っ張ることにより、同ガラス管の外径を成形するとともに、溶融した前記磁極用材料を前記ガラス管の内周面に付着させることにより前記磁性部の一方を成形する成形工程とを含むことを特徴とする磁気プローブの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載した磁気プローブの製造方法において、さらに、
前記成形工程後のガラス管の外周面にパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）からなる被膜を形成して前記磁性部の他方を成形する被膜成形工程を含む磁気プローブの製造方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載した磁気プローブの製造方法において、
前記磁極用材料配置工程は、前記ガラス管の内周面に同内周面から突出した凸部が前記ガラス管の軸線方向に沿って形成されたガラス管を用いる磁気プローブの製造方法。
【請求項６】
基材の表面に磁性を有する微粒子を配置するための微粒子配置装置において、
前記請求項１または請求項２に記載した磁気プローブと、
前記磁気プローブの先端部に磁界を生じさせる磁界発生手段と、
前記基材と前記磁気プローブとを相対的に変位させる位置変位手段とを備えたことを特徴とする微粒子配置装置。
【請求項７】
請求項６に記載した微粒子配置装置において、
前記磁界発生手段は、
前記磁気プローブの周囲に配置されたコイルと、
前記コイルに電流を流すための電源とを備える微粒子配置装置。
【請求項８】
請求項７に記載した微粒子配置装置において、
前記磁界発生手段における前記電源は、磁気極性を連続的に反転させながら印加電流を漸減させることにより、前記磁気プローブに生じた磁気を消滅させる微粒子配置装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のうちのいずれか１つに記載した微粒子配置装置において、さらに、
前記基材の表面を照らすための光源を有し、同光源によって照らされた前記基材上の前記微粒子の状態を観察可能とする微粒子観察手段を備える微粒子配置装置。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載した微粒子配置装置において、
前記微粒子は液体中に存在する微粒子配置装置。
【請求項１１】
請求項６ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載した微粒子配置装置において、
前記微粒子は、粒の大きさが１ｎｍ〜１００μｍのナノ粒子またはマイクロ粒子である微粒子配置装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒体の先端部に磁界を発生させることにより、同先端部に磁性を有する微粒子を保持する磁気プローブ、同磁気プローブの製造方法および同磁気プローブを備えた微粒子配置装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ（１０−６）スケールまたはナノ（１０−９）スケールの微粒子を一時的に保持して解放するマニピュレータ技術は、マイクロマシン分野、エレクトロニクス分野、医療分野または生体分野などの様々な分野で広く利用されている。例えば、互いに異なる性質の微粒子を接触させて反応性や親和性を検証する実験や、生体組織や微生物に特別な性質を有する微粒子を接触させてその挙動を検証する実験、さらには、不導体基板上に導体の微粒子を連続的に配置して電子基板を製作することなどが行われている。
【０００３】
このようなマニピュレータ技術には、物理的に構成された保持器などの物体を微粒子に直接接触させて保持する接触型と、物体を接触させることなく微粒子に吸引力や反発力を与えて保持する非接触型とがある。これらのうち、非接触型は、微粒子に直接触れないため保持する微粒子の汚染・損傷のリスクが少ない点で接触型に比べて有利である。非接触型のマニピュレータ技術の一つとして、下記特許文献１に示すように、局所的に生じさせた磁界によって微粒子を保持するマイクロマグネティックマニピュレータ（Micro Magnetic Manipulator:MMM）技術がある。
【特許文献１】特開２００５−３４９２５４号公報
【０００４】
ＭＭＭ技術は、磁性を有する素材を針状に形成した磁気プローブの先端部に磁界を生じさせることにより磁性を有する微粒子を保持するものである。この場合、磁気プローブの先端部に生じさせる磁界の強さ・大きさは、磁気プローブの外周面に配置したコイルに流す電流の大きさによって制御される。すなわち、磁気プローブの外周面に配置したコイルに流す電流の大きさに応じて微粒子を保持または解放することができる。
【０００５】
しかしながら、上記したＭＭＭ技術における磁気プローブにおいては、大きさが数μｍ以下の極めて小さい微粒子を単体で保持すること、および保持した微粒子を数μｍの極めて小さい間隔で配置することが極めて困難である。具体的には、図８に示すように、磁気プローブ１の先端部に形成される磁界の領域が広いため、保持しようとする微粒子Ｐ１以外に同領域内または同領域近傍に位置する保持を望まない他の微粒子Ｐ２をも保持してしまうことがある。なお、図８においては、磁界を形成する磁力線ＭＬを破線で示している。また、微粒子Ｐ１を所定の配置する場合においても、保持した微粒子Ｐ１を配置位置に近づけた際に、既に配置された隣接する微粒子Ｐ３が磁気プローブ１に吸引されて配置位置がずれることがある。これらのため、微粒子Ｐ１のみを保持して配置する作業が極めて煩雑であるとともに、ＭＭＭ技術の適用範囲が制限されるという問題があった。
【０００６】
なお、これらの問題を解消するため、磁気プローブ１の外周面に配置したコイルに流す電流の大きさを小さくして磁気プローブ１の先端部に形成される磁界の領域を狭くすることが考えられる。しかし、コイルに流す電流の大きさを小さくすると磁気プローブ１における微粒子Ｐ１を保持する吸引力も小さくなり微粒子Ｐ１の保持が不安定となり適当ではない。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、極めて小さい微粒子を単体で安定して保持することができるとともに、同保持した微粒子を極めて小さい間隔で配置することが可能な磁気プローブ、同磁気プローブの製造方法および同磁気プローブを備える微粒子配置装置を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、棒状に形成されたプローブ本体の先端部に磁界を生じさせることにより、磁性を有する微粒子を前記先端部に保持させる磁気プローブにおいて、前記先端部に互いに異なる２つの磁極を形成するために磁性体からなる磁性部をそれぞれ備え、各磁性部による互いに異なる２つの磁極によって形成される磁界によって微粒子を保持させることにある。
【０００９】
この場合、前記磁気プローブにおいて、前記プローブ本体は、例えば、非磁性体により形成された管体の内周面および外周面に、各磁性部として磁性体をそれぞれ配置して構成するとよい。
【００１０】
このように構成した本発明の特徴によれば、磁気プローブの先端部に互いに異なる磁極を形成するための磁性部をそれぞれ設けている。これにより、磁気プローブを磁化した際、同磁気プローブの先端部には各磁性部による互いに異なる２つの磁極が形成され、同先端部に局所的な磁界が形成される。この局所的に形成された磁界の大きさは、一つの磁極で構成された従来の磁気プローブの先端部に生じる磁界の大きさより遥かに小さい。すなわち、磁気プローブの先端部に形成する磁界の強さを維持した状態で大きさのみを小さくしている。このため、局所的な磁界が形成された磁気プローブの先端部においては、複数個の微粒子を保持することが困難となる。この結果、極めて小さい微粒子を単体で安定して保持することができるとともに、同保持した微粒子を極めて小さい間隔で配置することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、前記磁気プローブの製造方法であって、ガラス管の中に、磁性を有しガラス管より低い融点の磁極用材料を配置する磁極用材料配置工程と、磁極用材料の溶融温度以上、かつガラス管の融点未満の範囲の温度における同ガラス管の塑性変形可能な温度にまでガラス管を加熱する加熱工程と、加熱されたガラス管を同ガラス管の軸線方向に引っ張ることにより、同ガラス管の外径を成形するとともに、溶融した磁極用材料をガラス管の内周面に付着させることにより磁性部の一方を成形する成形工程とを含むことにある。
【００１２】
この場合、前記磁気プローブの製造方法において、さらに、成形工程後のガラス管の外周面にパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）からなる被膜を形成して前記磁性部の他方を成形する被膜成形工程を含むとよい。この場合、パーマロイによる被膜は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法および鍍金法などにより形成することができる。
【００１３】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、マイクロ（１０−６）スケールまたはナノ（１０−９）スケールの微粒子の大きさに対応する極めて小さい磁気プローブの先端部に、互いに異なる２つの磁極を形成するための磁性部を精度良く形成することができる。
【００１４】
また、この場合、前記磁気プローブの製造方法において、例えば、磁極用材料配置工程は、ガラス管の内周面に同内周面から突出した凸部がガラス管の軸線方向に沿って形成されたガラス管を用いるとよい。これによれば、溶融した磁極用材料を凸部に沿って付着させることができる。すなわち、ガラス管の先端部における開口部の一部に磁性部の一方を成形することができる。これによれば、磁気プローブの先端部における磁性部が形成された部分に磁力線が集中し、より大きさが小さい局所的な磁界を形成することができる。この結果、極めて小さい微粒子を単体で保持し易くなるとともに、同保持した微粒子をより小さい間隔で配置することが可能となる。また、磁気プローブの先端部を小さく形成することが困難な場合においても、大きさが小さい局所的な磁界を形成することができる。
【００１５】
また、本発明の他の特徴は、基材の表面に磁性を有する微粒子を配置するための微粒子配置装置において、前記磁気プローブと、磁気プローブの先端部に磁界を生じさせる磁界発生手段と、基材と磁気プローブとを相対的に変位させる位置変位手段とを備えたことにある。
【００１６】
この場合、前記微粒子配置装置において、磁界発生手段は、例えば、磁気プローブの周囲に配置されたコイルと、コイルに電流を流すための電源とを備えるようにするとよい。この場合、電源には、直流電源および交流電源のどちらを用いてもよいが、磁気プローブの先端部における残留磁気を少なくするため、交流電源を用いることが望ましい。また、前記微粒子は、例えば、粒の大きさが１ｎｍ〜１００μｍのナノ粒子またはマイクロ粒子としてもよい。
【００１７】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、磁界発生手段により磁気プローブの先端部に局所的な磁界を形成または消滅させることができる。また、位置変位手段により磁気プローブによって保持した微粒子を所望する位置に配置することができる。すなわち、磁気プローブの先端部を所望する微粒子に位置決めして保持するとともに、同補足した微粒子を所望する位置に配置して解放することができる。
【００１８】
また、磁界発生手段に前記電源を用いた場合、同電源は、磁気極性を連続的に反転させながら印加電流を漸減させることにより、磁気プローブに生じた磁気を消滅させるようにするとよい。これによれば、精度良く磁気プローブの先端部に生じた磁気を消滅させることができ、磁気プローブの先端部に保持した微粒子を解放し易くなり同微粒子の配置精度を向上させることができる。
【００１９】
また、前記微粒子配置装置において、さらに、前記基材の表面を照らすための光源を有し、同光源によって照らされた基材上の微粒子の状態を観察可能とする微粒子観察手段を備えるとよい。これによれば、基材上の微粒子の位置を含む基材上全体の状態を確認しながら微粒子の保持・配置・解放を行うことができ、作業効率、作業精度が向上する。
【００２０】
また、前記微粒子配置装置において、前記微粒子は、例えば、液体中に存在させるとよい。この場合、前記液体として純水または蒸留水を用いるとよい。これによれば、複数の微粒子が液体内を均一に浮遊して磁気プローブによる微粒子の保持・配置・解放が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る磁気プローブを備えた微粒子配置装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る磁気プローブを備えた微粒子配置装置の構成を模式的に示す全体概略図である。なお、図１は、本発明に係る磁気プローブを備えた微粒子固定装置の構成を模式的に示したものであり、本発明の理解を容易にするため構成要素または各構成要素相互の関係を適宜誇張して示している。この微粒子配置装置は、基材ＢＰの表面に微粒子Ｐを配置するための装置である。
【００２２】
微粒子配置装置は、磁気プローブ１０を備えている。磁気プローブ１０は、円筒状のガラス管で構成され一方の端部が尖った針状に形成されたプローブ本体１１を備えている。プローブ本体１１における針状に尖った先端部１２の外径は、数μｍ（本実施形態においては約３.５μｍ）に形成されている。プローブ本体１１の内周面には、図２（Ａ）に示すように、純度の高い鉄（純度約９９.５％）による被膜Ｃｉが形成されている。被膜Ｃｉは、プローブ本体１１の内周面における一方の端部（先端部１２）から他方の端部に亘って略均一に形成されている。プローブ本体１１の内周面に形成された被膜Ｃｉのうち、プローブ本体１１の先端部１２に露出する被膜Ｃｉが、磁界を生じさせる一方の磁極となる磁性部１３を構成する。
【００２３】
プローブ本体１１の外周面には、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）による被膜Ｃｏが形成されている。被膜Ｃｏは、被膜Ｃｉと同様にプローブ本体１１の外周面における一方の端部（先端部１２の端面）から他方の端部に亘って略均一に形成されている。プローブ本体１１の外周面に形成された被膜Ｃｏのうち、プローブ本体１１の先端部１２の近傍に形成された被膜Ｃｏが、磁界を生じさせる他方の磁極となる磁性部１４を構成する。
【００２４】
プローブ本体１１の他方の端部には、同プローブ本体１１の内周面に形成された被膜Ｃｉに磁気的に繋がった状態で鉄柱１５の一端部が接続されている。鉄柱１５は、純度の高い鉄（純度約９９.５％）によって構成された棒体である。この鉄柱１５の他端部には、ワイヤ１６の一端部が磁気的に繋がった状態で接続され磁路を形成している。ワイヤ１６は、被膜Ｃｉと同様に、純度の高い鉄（純度約９９.５％）によって構成されている。このワイヤ１６の他端部は、後述するコイル２３の外側を介してプローブ本体１１の先端部１２の外周面に形成された被膜Ｃｏに磁気的に繋がった状態で接続され磁路を形成している。すなわち、プローブ本体１１の内周面に形成された被膜Ｃｉと、同プローブ本体１１の外周面に形成された被膜Ｃｏとは磁気的に一体となっている。
【００２５】
この磁気プローブ１０は、３軸アクチュエータ２１から延びるプローブ保持具２１ａによって先端部１２が図示上側に起立した状態で保持されている。３軸アクチュエータ２１は、プローブ保持具２１ａによって磁気プローブ１０を支持するとともに、同磁気プローブ１０を３軸方向にそれぞれ微小変位させる変位機構を備えている。ここで、３軸方向とは、水平方向において互いに直交する２つの軸方向（Ｘ，Ｙ軸方向）と、同２つの軸方向に直交する１つの垂直軸方向（Ｚ軸）である。
【００２６】
３軸アクチュエータ２１に内蔵される変位機構は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコ酸鉛）などからなる圧電素子によって構成され、アクチュエータ制御装置２２から出力される電圧の大きさおよび極性に応じてプローブ保持具２１ａを前記３軸方向に微小変位させる。すなわち、この３軸アクチュエータ２１は、本発明における位置変位手段に相当する。アクチュエータ制御回路２２は、作業者による手動操作によって３軸アクチュエータ２１の作動を制御してプローブ保持具２１ａによって磁気プローブ１０を３軸方向にそれぞれ微小変位させるための装置である。
【００２７】
３軸アクチュエータ２１のプローブ保持具２１ａに保持された磁気プローブ１０の外周面外側には、プローブ本体１１の外径よりも大きい内径に形成された螺旋状のコイル２３が配置されている。コイル２３は、電源装置２４による通電により磁気プローブ１０を電磁石とするための銅製の電線である。本実施形態においては、コイル２３として７００巻きの電線を用いる。電源装置２４は、作業者による手動操作によってコイル２３に所定の電流を流すことにより磁気プローブ１０の先端部１２に磁界を生じさせるための交流電源であり、本発明に係る磁界発生手段に相当する。
【００２８】
磁気プローブ１０の上方には、対物レンズ３１が設けられている。対物レンズ３１は、同対物レンズ３１と前記磁気プローブ１０との間に配置される基材ＢＰ上に光を集光させるための光学部品である。対物レンズ３１における図示上側の光軸上には、ビームスプリッタ３２、集光レンズ３４、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ３５およびＣＣＤ素子３６がそれぞれ配置されている。ビームスプリッタ３２は、入射した光の一部を透過させるとともに、同入射した光の他の一部を入射方向と直交する方向に反射させる光学部品である。このビームスプリッタ３２における前記対物レンズ３１の光軸に直交（図示右側）する光軸上には、ハロゲンランプ３３が配置されている。ハロゲンランプ３３は、図示しない電源に接続された照明装置であり、ビームスプリッタ３２に向けて光を照射する。すなわち、ビームスプリッタ３２は、ハロゲンランプ３３から出射された光を入射方向に直交する方向（図示下側）に反射して対物レンズ３１に導く。
【００２９】
集光レンズ３４は入射した光をＮＤフィルタ３５を介してＣＣＤ素子３６上に集光する光学部品であり、所謂接眼レンズである。ＮＤフィルタ３５は、入射した光の光量を適切にするための光学フィルタである。ＣＣＤ素子３６は、集光レンズ３４の集光位置に配置され、受光面に結像した像に応じた電気信号をモニタ装置３７に出力する撮像器である。モニタ装置３７は、ＣＣＤ素子３６によって撮像された像を表示する表示装置である。このモニタ装置３６は、微粒子配置装置の図示しない支持部材により、作業者の視認し易い位置に固定されている。これらの対物レンズ３１、ビームスプリッタ３２、ハロゲンランプ３３、集光レンズ３４、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ３５、ＣＣＤ素子３６およびモニタ装置３７が、本発明に係る微粒子観察手段に相当する。
【００３０】
ここで、本発明に係る磁気プローブ１０の製造方法について説明する。なお、本説明において示す寸法値は一例を示すに過ぎない。まず、作業者は、外径１.０ｍｍ，内径０.７ｍｍ，長さ７.５ｍｍの石英材からなるガラス管、および外径０.１ｍｍの純度の高い鉄材（純度約９９.５％）からなる鉄線を用意する。次に、作業者は、鉄線をガラス管内に挿入して同鉄線をガラス管内に配置する。次に、作業者は、鉄線が挿入されたガラス管をピペットプラーにセットする。ピペットプラーは、ガラス管を溶融温度付近にまで加熱しながら同ガラス管を軸線方向に引っ張って引き千切ることにより、ガラス管の先端部を先鋭化する装置である。本実施形態においては、Ｃｏ２レーザを用いてガラス管３１を加熱するＣｏ２レーザピペットプラーを用いる。
【００３１】
作業者は、ピペットプラーを操作して鉄線が挿入されたガラス管を先鋭化する加工を行う。具体的には、作業者は、ピペットプラーを操作して鉄線が挿入されたガラス管中央部に局所的にレーザ光を照射することにより同ガラス管を塑性加工可能な温度に加熱するとともに、同ガラス管を軸線方向に引っ張って引き千切る。この場合、鉄線の溶融温度は１５３５℃であり、ガラス管の溶融温度の１７３０℃より低い。このため、ピペットプラーがガラス管を軸線方向に引っ張って塑性変形させる際には、ガラス管内の鉄線は液体状に溶融した状態となっている。
【００３２】
したがって、ガラス管が先鋭加工された後冷却されることにより、同ガラス管の内周面には溶融した鉄線による被膜Ｃｉが形成される。本実施形態においては、ガラス管の先端部の外径を約３.５μｍ、同先端部の内径を約２μｍ、同先端部における内周面に形成された被膜Ｃｉの厚さを約０.５μｍに加工する。すなわち、ガラス管を加熱する温度は、被膜Ｃｉを形成する鉄線の溶融温度以上、かつ同ガラス管の融点未満の範囲の温度であって同ガラス管の塑性変形可能な温度である。
【００３３】
次に、作業者は、先端部が先鋭化されたガラス管の外周面にパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）からなる被膜Ｃｏをスパッタ法により形成する。この場合、形成される被膜Ｃｉの厚さは約０.５μｍである。これらにより先端部が先鋭化されるとともに、内周面および外周面に被膜Ｃｉ，Ｃｏがそれぞれ形成されたプローブ本体１１が形成される。次に、作業者は、プローブ本体１１における先鋭化された先端部とは反対側の端部に外径０.５ｍｍ，長さ２０ｍｍの純度の高い鉄材（純度約９９.５％）からなる丸棒状の鉄柱１５の一方の端部を接着剤で接続する。この場合、鉄柱１５はプローブ本体１１の内周面に形成された被膜Ｃｉと磁気的に繋がった状態で接続される。そして、作業者は、ガラス管に接続した鉄柱１５の外周面外側に前記コイル２３を配置する。
【００３４】
次に、作業者は、鉄柱における他方の端部に前記ワイヤ１６の一方の端部を接着剤で接続する。この場合、ワイヤ１６は鉄柱１５と磁気的に繋がった状態で接続される。そして、作業者は、ワイヤ１６における他方の端部を、前記コイル２３の外側を介してプローブ本体１１の先端部１２の外周面に形成された被膜Ｃｏに接着剤で接続する。この場合においても、ワイヤ１６と被膜Ｃｏは磁気に繋がった状態で接続される。これにより、プローブ本体１１の内周面に形成した被膜Ｃｉと、同プローブ本体１１の外周面に形成した被膜Ｃｏとを磁気的に一体としている。これにより、磁気プローブ１０が完成する。この磁気プローブ１０は、コイル２３が電源装置２４に電気的に接続された状態で３軸アクチュエータ２１のプローブ保持具２１ａによって支持される。
【００３５】
次に、上記のように構成した微粒子配置装置の作動について説明する。まず、作業者は、複数の微粒子Ｐを含んだ水層Ｗを配置した基材ＢＰを用意する。具体的には、作業者は、複数の微粒子Ｐを含んだ蒸留水、基材ＢＰ、カバーガラスＣ、およびシールＳをそれぞれ用意する。この場合、微粒子Ｐは、磁性を有する直径約１〜２μｍの所謂フェライト微粒子である。また、基材ＢＰは、微粒子Ｐの配置の対象となる厚さ約４０μｍのガラス製の板である。また、カバーガラスＣは、基材ＢＰと同様の厚さ約４０μｍのガラス製の板である。また、シールＳは、厚さ約４０μｍの塩化ビニル製の薄膜である。
【００３６】
作業者は、基材ＢＰの表面における水層Ｗを配置する領域を囲むようにシールＳを配置した後、同囲まれた領域に複数の微粒子Ｐを含む蒸留水を入れる。そして、作業者は、シールＳおよび同シールＳによって囲まれた蒸留水上にカバーガラスＣを配置する。これにより、基材ＢＰ、シールＳおよびカバーガラスＣによって密閉された蒸留水が水層Ｗを形成し基材ＢＰ上に配置される。この場合、基材ＢＰにおける水層Ｗ内の微粒子Ｐは、水層Ｗ内において均一に分散した状態で浮遊している。なお、水層Ｗは表面張力によって基材ＢＰとカバーガラスＣとの間に保持されているため、シールＳは必ずしも必要ではない。また、基材ＢＰ上での水層Ｗの位置ずれを考慮しなければカバーガラスＣも不要である。
【００３７】
次に、作業者は、水層Ｗを配置した基材ＢＰを微粒子配置装置の図示しない支持具上にセットする。そして、作業者は、３軸アクチュエータ２１、アクチュエータ制御装置２２、電源装置２４、ＣＣＤ素子３６およびモニタ装置３７の図示しない電源スイッチをそれぞれ投入して作動を開始させるとともに、ハロゲンランプ３３を点灯させる。これにより、ハロゲンランプ３３から照射された光は、ビームスプリッタ３２および対物レンズ３１を介して基材ＢＰの水層Ｗ内に導かれ、同水層Ｗ内を照らす。また、水層Ｗからの反射光は、対物レンズ３１、ビームスプリッタ３２、集光レンズ３４およびＮＤフィルタ３５を介してＣＣＤ素子３６上に結像する。ＣＣＤ素子３６は、結像状態に応じた電気信号をモニタ装置３７に出力する。モニタ装置３７は、ＣＣＤ素子３６から出力された電気信号に応じた画像、すなわち、水層Ｗ内の様子を表示する。これにより、作業者は、水層Ｗ内を浮遊する微粒子Ｐの様子や水層Ｗに対する磁気プローブ１０の先端部１２の位置を確認することができる。
【００３８】
次に、作業者は、配置の対象となる微粒子Ｐ１を磁気プローブ１０によって保持する。具体的には、作業者は、モニタ装置３７の画像を確認しながらアクチュエータ制御装置２２を操作することにより磁気プローブ１０の先端部１２を基材ＢＰに対して変位させることにより、同先端部１２を保持の対象となる微粒子Ｐ１に接近させる。そして、作業者は、磁気プローブ１０の先端部１２を保持の対象となる微粒子Ｐ１に充分に接近させた状態で電源装置２４を操作してコイル２３に電流を流す。これにより、磁気プローブ１０は磁化され、同磁気プローブ１０の先端部１２における磁性部１３（Ｎ極）から磁性部１４（Ｓ極）に向けて磁力線ＭＬが発生し、同先端部１２に局所的な磁界が形成される。そして、磁気プローブ１０の先端部１２に局所的に形成された磁界内に位置する微粒子Ｐ１は同先端部１２に引き寄せられて保持される。この場合、磁気プローブ１０の先端部１２に形成される磁界は、同先端部１２のリング状の端面形状に沿って局所的に形成される。このため、磁気プローブ１０の先端部１２には、複数個の微粒子Ｐを保持する余地は殆どない。
【００３９】
次に、作業者は、モニタ装置３７の画像を確認しながらアクチュエータ制御装置２２を操作して磁気プローブ１０を変位させることにより、同磁気プローブ１０の先端部１２に保持した微粒子Ｐ１を所定の配置位置に位置決めする。そして、作業者は、電源装置２４を操作してコイル２３に流れる電流の供給を停止させることにより、磁気プローブ１０の先端部１２に形成した磁界を消滅させる。この場合、電源装置２４は、磁気極性を連続的に反転させるとともに印加電流を漸減させることにより、磁気プローブ１０に形成した磁界を消滅させる。これにより、磁気プローブ１０による微粒子Ｐ１の保持が解除され、微粒子Ｐ１はファンデルワールス力によって基材ＢＰにおける所定の位置に固定される。
【００４０】
次に、作業者は、微粒子Ｐ１の保持と同様の操作によって他の微粒子Ｐ２を磁気プローブ１０の先端部１２に保持させて、同微粒子Ｐ２を先に配置した微粒子Ｐ１の隣に配置する。この場合においても、図２（Ｂ）に示すように、磁気プローブ１０の先端部１２に形成された磁界が局所的であるため、既に配置した微粒子Ｐ１の位置をずらすことなく微粒子Ｐ２を配置することができる。なお、本発明の発明者によれば、図３に示すように、直径約１μｍの微粒子を約２μｍの間隔で配置することに成功している。図３においては、複数の微粒子をアルファベットの「Ｓ」，「Ｕ」に配置した実験例を示している。
【００４１】
基材ＢＰ上に必要な量の微粒子Ｐを配置し終えた場合には、作業者は、微粒子配置装置から基材ＢＰを取り外した後、３軸アクチュエータ２１、アクチュエータ制御装置２２、電源装置２４、ＣＣＤ素子３６およびモニタ装置３７の図示しない電源スイッチを切って作動をそれぞれ停止させる。これにより、基材ＢＰへの微粒子Ｐの配置作業が終了する。
【００４２】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、磁気プローブ１０の先端部１２に互いに異なる磁極を形成するための磁性部１３，１４をそれぞれ設けている。これにより、磁気プローブ１０を磁化した際、同磁気プローブ１０の先端部１２には磁性部１３，１４による互いに異なる２つの磁極が形成され、同先端部１２に局所的な磁界が形成される。この局所的に形成された磁界の大きさは、一つの磁極で構成された従来の磁気プローブの先端部に生じる磁界の大きさより遥かに小さい。すなわち、磁気プローブ１０の先端部に形成する磁界の強さを維持した状態で大きさのみを小さくしている。このため、局所的な磁界が形成された磁気プローブ１０の先端部においては、複数個の微粒子Ｐを保持することが困難となる。この結果、極めて小さい微粒子Ｐを単体で安定して保持することができるとともに、同保持した微粒子Ｐを極めて小さい間隔で配置することが可能となる。
【００４３】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４４】
上記実施形態においては、磁気プローブ１０のプローブ本体１１における内周面および外周面に被膜Ｃｉおよび被膜Ｃｏをそれぞれ形成した。しかし、磁気プローブ１０の先端部１２に互いに異なる磁極を形成するための磁性部１３，１４を形成できれば、これに限定されるものではない。すなわち、磁気プローブ１０の先端部１２にのみ被膜Ｃｉ，Ｃｏを形成して磁性部１３，１４としてもよい。また、極論すれば、直径１ｎｍ程度の磁性体にて磁性部１３，１４を構成しプローブ本体１１とすれば、ガラス管も不要である。これらの場合、磁性部１３，１４を磁気的に繋ぐことができるように構成にしておく。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００４５】
また、上記実施形態においては、プローブ本体１１の内周面に沿って被膜Ｃｉを形成したが、同プローブ本体１１の孔内に磁性体を充填した中実状の磁性部１３を形成してもよい。すなわち、磁気プローブ１０のプローブ本体１１における内周面および外周面に被膜Ｃｉおよび被膜Ｃｏの厚さも、上記実施形態に限定されるこのではいない。被膜Ｃｉおよび被膜Ｃｏの厚さは、保持する微粒子Ｐの大きさに応じて適宜決定すればよい。具体的には、保持する微粒子Ｐの大きさの１／２倍程度の厚さが好適である。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００４６】
また、上記実施形態においては、磁気プローブ１０の先端部１２の外径を約３.５μｍ、同先端部１２の内径を約２μｍの大きさに形成したが、これに限定されるものではない。これらの磁気プローブ１０の先端部１２の大きさは、保持する微粒子Ｐの大きさに応じて適宜決定すればよい。具体的には、保持する微粒子Ｐの大きさの１.５〜４.０倍程度の大きさが好適である。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００４７】
また、上記実施形態においては、磁気プローブ１０のプローブ本体１１を構成するガラス管の孔形が円形のものを用いた。しかし、これに代えて、図４（Ａ）に示すように、ガラス管４０の内周面４１上に同内周面４１から凸状に突出した芯材４２がガラス管４０の軸線方向に沿って形成された所謂芯入りガラス管を用いてもよい。これによれば、ピペットプラーによりプローブ本体１１を製作する際、ガラス管４０内に配置して溶融した磁極用材料（上記実施形態における鉄線）が芯材４２に沿って付着する。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、プローブ本体１１を製作した際、プローブ本体１１の先端部１２における開口部の一部に偏った状態で磁性部４３を成形することができる。なお、図５は、芯入りガラス管を用いて実際にプローブ本体１１を製作した際のＳＥＭ画像である。図５によれば、プローブ本体１１の内周面における図示右上部分に偏った状態で磁性部４３が形成されている。
【００４８】
これによれば、図６に示すように、磁気プローブ１０の先端部１２における磁性部４３が形成された部分に磁力線が集中し、より大きさが小さい局所的な磁界を形成することができる。この結果、極めて小さい微粒子を単体で保持し易くなるとともに、同保持した微粒子をより小さい間隔で配置することが可能となる。また、磁気プローブ１０の先端部１２を小さく形成することが困難な場合においても、大きさが小さい局所的な磁界を形成することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態においては、被膜Ｃｏをスパッタ法で形成した。しかし、被膜Ｃｏを形成する方法は、被膜Ｃｏを構成する物質に応じて適宜決定すればよく、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、真空蒸着法、鍍金法、さらには、磁性材料を磁気プローブ１０の先端部１２の外周面に塗布することにより形成することができる。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００５０】
また、上記実施形態においては、磁性部１３，１４を構成する被膜Ｃｉ，Ｃｏ、鉄柱１５、およびワイヤ１６の各材料には純度の高い鉄（純度約９９．５％）を用いた。しかし、これらを構成する材料は磁性を有する材料であれば、これに限定されるものではない。例えば、酸化鉄、酸化クロム、フェライト、コバルト、ニッケル、またはセラミック磁性体などの材料を単体で、またはこれらを含む合金で用いることができる。また、純度の高い材料は、前記各部品、特に磁性部１３，１４に残留磁界が形成されることを防止して、微粒子Ｐの解放を容易にするためである。したがって、本発明を実施する上で必ずしも純度の高い材料を用意する必要はない。
【００５１】
また、上記実施形態においては、コイル２３に電流を印加する電源２４を交流電源としたが、これに限定されるものではない。すなわち、電源２４として直流電源を用いることも可能である。ただし、磁気プローブ１０の先端部１２における残留磁気を少なくするため、交流電源を用いることが望ましい。なお、電源２４として直流電源を用いた場合には、コイル２３の通電を停止した際、すなわち、微粒子Ｐを解放する際、磁気プローブ１０の先端部１２に磁気が残留し易い。このため、コイル２３に磁気極性を反転させながら連続的に磁気が減少するように印加電流を正負に変化させながら連続的に減少させることにより、上記実施形態における交流消磁と同様の効果が期待できる。また、気プローブ１０の先端部１２の消磁は、交流消磁の他に磁気ヒステリシスが追従不能となるまで周波数を上げることによっても実現できる。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００５２】
また、本実施形態においては、外径が約１〜２μｍの磁性を有する微粒子Ｐを用いたが、これに限定されるものではない。本発明は、外径が約１ｎｍ〜１００μｍまで微粒子Ｐに広く適用できるものである。また、微粒子Ｐが非磁性であっても、非磁性の微粒子Ｐに磁性を有する物体を付着させるなどにより磁性を備えさせるようにすることもできる。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００５３】
また、本実施形態においては、磁気プローブ１０を磁化するために電源装置２４に接続されたコイル２３を用いた。しかし、磁気プローブ１０の先端部に磁界を生じせることができる構成であれば、これに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、磁性部１３と磁性部１４との間に永久磁石ＭＧを配置して、同永久磁石ＭＧを磁気的に接続・切断することによって磁気プローブ１０の先端部における磁界の形成・消滅を制御するように構成してもよい。これによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００５４】
また、本実施形態においては、基材ＢＰの下方に磁気プローブ１０を配置して微粒子配置装置を構成した。しかし、磁気プローブ１０の配置位置は、微粒子Ｐを保持・配置・解放できれば、これに限定されるものではない。例えば、基材ＢＰの上方に磁気プローブ１０を配置するように構成してもよい。この場合、水層Ｗに直接磁気プローブ１０の先端部１２を浸漬して微粒子Ｐを保持・配置・解放することができる。これによれば、基材ＢＰを介することなく微粒子Ｐを保持・配置・解放できるため、磁気プローブ１０の先端部１２に生じる磁界の強さ・大きさを小さくすることができる。すなわち、磁界を形成するためのエネルギーを節約することができる。
【００５５】
また、本実施形態においては、微粒子Ｐを蒸留水中に含ませた状態で保持・配置・解放するように構成した。これは、微粒子Ｐを液体内に均一に浮遊させることにより磁気プローブ１０による微粒子Ｐの保持・配置・解放が容易とするためである。したがって、微粒子Ｐを気体中または真空中に配置した状態で磁気プローブ１０により保持・配置・解放することも可能である。また、微粒子Ｐを液体中に含ませる場合においても、蒸留水の外に純水、生理食塩水、アルコールなど、微粒子Ｐの特性に適合する液体を用いることができる。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００５６】
また、上記実施形態においては、対物レンズ３１、ビームスプリッタ３２、ハロゲンランプ３３、集光レンズ３４、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ３５、ＣＣＤ素子３６およびモニタ装置３７により、基材ＢＰ上の液層Ｗ内を観察できるように構成した。しかし、液層Ｗの予め決まった位置で微粒子Ｐを保持するとともに、同補足した微粒子Ｐを予め決まった位置に配置する場合など、液層Ｗ内や微粒子Ｐを観察する必要がない場合には、必ずしも、これらの構成、すなわち、微粒子観察手段は必要ではない。
【００５７】
また、上記実施形態においては、磁気プローブ１０を３軸アクチュエータ２１により基材ＢＰに対して変位させるように構成した。しかし、磁気プローブ１０が基材ＢＰに対して相対的に変位する構成であれば、これに限定されるものではない。すなわち、位置を固定した磁気プローブ１０に対して基材ＢＰを変位させるように構成してもよい。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００５８】
また、上記実施形態においては、作業者がアクチュエータ制御装置２２および電源装置２４を手動操作することにより、磁気プローブ１０の位置決め、および同磁気プローブ１０による微粒子Ｐの保持・解放を行う構成とした。しかし、磁気プローブ１０の位置決め、および同磁気プローブ１０による微粒子Ｐの保持・解放をコンピュータによって自動化することもできる。例えば、図１において破線で示すように、アクチュエータ制御装置２２および電源装置２４にコントローラ２５を接続する。
【００５９】
この場合、コントローラ２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、入力装置２６からの指示に応じて、アクチュエータ制御装置２２および電源装置２４の作動をそれぞれ制御する。入力装置２６は、複数の押しボタンスイッチからなり、作業者からの指示をコントローラ２５に入力する。したがって、作業者は、微粒子Ｐを保持する位置および解放する位置を予めコントローラ２５に入力しておく。これにより、コントローラ２５は、予め記憶されているプログラムに従って、作業者から指示された位置に磁気プローブ１０を位置決めするとともに同位置で微粒子Ｐを保持し、同作業者から指示された位置に保持した微粒子Ｐを位置決めして解放するようにアクチュエータ制御装置２２および電源装置２４の作動をそれぞれ制御する。これによれば、微粒子Ｐの保持・配置・解放を効率的、かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気プローブを用いた微粒子配置装置の構成を模式的に示した全体外略図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、図１に示す磁気プローブによって微粒子を保持する様子を模式的に示した説明図である。
【図３】図１に示す微粒子配置装置によって実際に微粒子を配置した結果を示すＳＥＭ画像である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の変形例に係る磁気プローブの製造方法を示す説明図であり、（Ａ）は芯入りガラス管の先鋭化前の状態を示した平面図であり、（Ｂ）は芯入りガラス管を先鋭化した状態を示した平面図である。
【図５】図４（Ｂ）に示す芯入りガラス管を実際に先鋭化した結果を示すＳＥＭ画像である。
【図６】本発明の変形例に係る磁気プローブによって微粒子を保持する様子を模式的に示した説明図である。
【図７】本発明の他の変形例に係る磁気プローブを模式的に示した説明図である。
【図８】従来例に係る磁気プローブによって微粒子を保持する様子を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
ＢＰ…基材、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…微粒子、Ｗ…水層、Ｓ…シール、Ｃ…カバーガラス、１０…磁気プローブ、１１…プローブ本体、１２…先端部、１３，１４…磁性部、１５…鉄柱、１６…ワイヤ、２１…３軸アクチュエータ、２１ａ…プローブ保持具、２２…アクチュエータ制御装置、２３…コイル、２４…電源装置、２５…コントローラ、３１…対物レンズ、３２…ビームスプリッタ、３３…ハロゲンランプ、３６…ＣＣＤ素子、３７…モニタ装置。
【図１】
2009056565.tif 000003
【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図３】
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【図５】
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