JP2005349254A

JP2005349254A - 微小物質の再配置方法

Info

Publication number: JP2005349254A
Application number: JP2004170126A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Iwata; 太岩田; Satoshi Ito; 聡伊東
Original assignee: Shizuoka University NUC
Current assignee: Shizuoka University NUC
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】非磁性の微小物質、特に生体成分、生体細胞、微生物などの非磁性微小物質の移動を簡単な装置を用いて可能にする微小物質の再配置方法を提供する。
【解決手段】磁性微粒子を内包もしくは付着させた非磁性材料からなる微小物質を基板上に配置し、この微小物質に、基板に沿って配置した、電磁石としての機能を有する磁性材料プローブの先端部を近接させ、次いで磁性材料プローブの先端部に磁界を形成させることにより、微小物質を該磁界内に閉じ込め、そしてその磁界を形成している状態にて磁性材料プローブの先端部を基板に沿って移動させることにより、微小物質を基板上で移動させ、次いで基板上の所望の位置にて磁界を消失させることにより微小物質を基板上で再配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に仮配置された微小物質の位置を所望の位置に変える方法（再配置方法）に関する。

近年急速に発展しているマイクロ／ナノテクノロジーの一つとして、基板上に置いたマイクロメーターあるいはナノメータースケールの微粒子を基板上で微小距離移動させて、所望の位置に再配置する技術が注目を浴びている。たとえば、一の微粒子材料と他の微粒子材料との間の反応性や親和性を調べる実験、生体細胞や微生物に微粒子材料を接触させたり、あるいは注入したりして、その生体細胞もしくは微粒子、あるいは微粒子材料の挙動を調べる実験、または二以上の生体細胞や微生物を接触させる実験などにより、各種の材料や生体細胞、微生物等の挙動をマイクロメータースケールもしくはナノメータースケールで確認する技術である。

従来では、このような微粒子の移動（再配置）は、マイクロピンセットなどの接触型把持移動用具を用いて行われてきた。しかしながら、接触型把持移動用具の使用により、移動対象の微粒子が化学的もしくは物理的に汚染したり、あるいは損傷することがある。このため、接触型把持移動用具は、純度を特に問題とする微粒子の移動や、生体細胞や微生物等の移動に用いる用具としては問題があった。

基板上で微小物質を移動させる方法として、レーザートラッピングを利用する方法が知られている（非特許文献１）。このレーザートラッピングは、集光レーザービームの光圧により微粒子を補捉し、さらに必要に応じて、所望の位置に移動させる装置である。このレーザートラッピングは、移動対象物質に物理的な接触を行わないため、上記の従来技術で問題となった移動用具との接触による物理的あるいは化学的な損傷や汚染は発生しない。しかし、高エネルギーを伴う集光レーザーを移動対象物質に照射するため、たとえば、生体細胞や微生物等の微小物質の把持や移動には適していない。

磁性材料棒、ソレノイドコイル、そして電源からなる電磁石により、各種の磁性材料（たとえば、鉄材、鉄屑、スチール性飲料用缶）や磁性部品（例、産業用鉄製部品）を再配置あるいは集積させる技術は、既に各種の工場で利用されている。但し、これらの技術は、人間の手による磁性材料の再配置のための技術であるにすぎない。
「マイクロマシン技術総覧」、株式会社産業技術サービスセンター、２００３年１月２２日発行

本発明は、非磁性の微小物質、特に蛋白質やＤＮＡなどの生体成分、生体細胞、微生物などの物理的な接触や高エネルギーの熱や光の照射により損傷や汚染を発生しやすい非磁性微小物質の移動を簡単な装置を用いて可能にする微小物質の再配置方法と、この再配置方法に有利に用いられる装置を提供することを主な目的とする。

本発明は、磁性微粒子を内包もしくは付着させた非磁性材料からなる微小物質を基板上に配置し、該微小物質に、基板に沿って配置した、電磁石としての機能を有する磁性材料プローブの先端部を近接させ、次いで磁性材料プローブの先端部に磁界を形成させることにより、該微小物質を該磁界内に閉じ込め、そしてその磁界を形成している状態にて該磁性材料プローブの先端部を基板に沿って移動させることにより、該微小物質を基板上で移動させ、次いで基板上の所望の位置にて磁界を消失させることによる、微小物質を基板上で再配置する方法にある。

本発明の微小物質の再配置方法の好ましい実施態様を次に記載する。
（１）磁性材料プローブを基板の下側に配置して操作する。
（２）少なくとも、微小物質への磁性材料プローブの近接操作と磁性材料プローブの基板に沿った移動を顕微鏡下にて行う。
（３）基板上の磁性粒子が液体中に分散している。
（４）微小物質が有機質材料の微小物質である。

本発明はまた、鋭利な先端部を持つ棒状磁性材料、該棒状磁性材料の軸方向に沿う周囲に配置したソレノイドコイル、該ソレノイドコイルに電気的に接続した電源、及び該棒状磁性材料の先端部に近接して配置された非磁性基板からなる、非磁性材料粒子に磁性微粒子を内包もしくは付着させた微小物質を該非磁性基板に沿って移動させる装置にもある。

本発明はまた、鋭利な先端部を持つ棒状磁性材料、該棒状磁性材料の軸方向に沿う周囲に配置したソレノイドコイル、該ソレノイドコイルに電気的に接続した電源からなる、非磁性材料粒子に磁性微粒子を内包もしくは付着させた微小物質を移動させる装置にもある。

上記の本発明の装置において、棒状磁性材料（プローブ）の先端部は、その直径が１．０ｍｍ以下で、先端部の曲率半径が１００μｍ以下であることが好ましい。なお、先端部の曲率半径は小さいほど好ましい。

本発明の微小物質の再配置方法を利用することにより、非磁性の微小物質、特に蛋白質やＤＮＡなどの生体成分、生体細胞、微生物などの物理的な接触や高エネルギーの熱や光の照射により損傷や汚染を発生しやすい非磁性微小物質の移動と再配置の操作が簡単な装置により可能となる。

本発明の微小物質の再配置方法について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。

図１は、本発明に従って基板上で微小物質を再配置する方法を実施するために有利に利用できる装置の基本構成を説明する図である。すなわち、本発明の微小物質再配置装置は、先端部付近にて任意に磁界を形成するための鋭利な先端部を有する磁性材料プローブ１１と、該磁性材料プローブの先端部での磁界の発生と駆動するソレノイドコイル１２、そしてソレノイドコイルに電気エネルギーを印加する電源１３を基本構成要素とする。

上記の微小物質再配置装置により再配置される微小物質１４は通常、図１に示すように、非磁性の基板（たとえば、ガラスシートやプラスチックフィルム）１５の上に、液性媒体１６に分散させた状態（すなわち、分散液の状態）で配置される。分散液の上には、液性媒体の蒸発や分散液の汚染を防止するためのカバーシート（ガラスシートなど）１７が置かれる。

本発明の微小物質の再配置方法の対象となる微小物質は、通常、直径が１０ｎｍ〜５００μｍの範囲に入る微粒子であり、本来は非磁性の微小物質であり、その例としては、非磁性無機材料粒子、有機材料粒子、マイクロカプセル、生体物質、生体細胞、微生物などが挙げられる。これらの微小物質は、フェライトや化学修飾フェライトなどの磁性材料微粒子を内包あるいは付着した状態で有するものである。微小物質の分散媒となる液性媒体は通常、水あるいは水と有機溶媒との混合物である水性媒体、または各種の有機質媒体が利用される。なお、利用する移動対象の微小物質の系によっては、液性媒体を必要としない場合もある。

本発明の微小物質の再配置方法の実施に際しては、まず図１に示した操作系を用意する。そして、ソレノイドコイル１２に電流を流していない状態で、プローブ１１の先端部を、移動対象の微小物質に近接させる。そして、プローブ１１の先端部が微小物質１４に近接した状態で、電源１３からソレノイドコイル１２に電流を流し、プローブ１１の先端部に磁界を発生させる。この磁界により、微小物質１４は、磁界内に閉じ込められ、仮固定される。そして、この状態を維持しながら、プローブ１１の先端部を基板１５の下側面に沿って、移動させると、微小物質も基板上を磁界に閉じ込められながら、一緒に移動する。そして、微小物質を目的位置（再配置の目標位置）に移動させたら、ソレノイドコイル１２への電源１３からの電気エネルギーの供給を停止すると、磁界が消失し、その後プローブ１１を移動させても、微小物質は、その再配置位置にて留まる。

図２は、本発明に従って基板上で微小物質を再配置する方法を実施するために有利に利用できる、顕微鏡を併用する装置の基本構成を説明する図である。

図１で示した基本装置のカバーシート１７の上に光学顕微鏡が配置される。この光学顕微鏡は、光源１８、ビームスプリッター１９、対物レンズ２０、そして、移動前、移動中そして移動後の微小物質の状況を示す画像を得るための、焦点レンズ２１、ＣＣＤカメラ２２、そしてモニター２３からなる構成をとる。このような光学系からなる顕微鏡装置は既に公知で、一般的に利用されているため、詳しい説明は省略する。

磁性材料プローブ１１と基板１５の少なくとも一方は、縦横方向及び／又は高さ方向（ＸＹＺ方向）の微細な精密移動を可能にする位置決め装置２４、２５に装着されていることが好ましい。このような位置決め装置の装着により、移動対象の微小物質の基板上での移動を高い精密度で実現することができる。

なお、これまでの説明では、磁性材料プローブ１１は、微小物質１４に対して、基板１５の下側から接近したが、所望により、基板１５の上方側から微小物資１４に接近して、磁界の生成により微小物質１４を補捉することも可能である。

本発明に従って基板上で微小物質を再配置する方法を実施するために有利に利用できる装置の基本構成を説明する図である。本発明に従って基板上で微小物質を再配置する方法を実施するために有利に利用できる顕微鏡を併用する装置の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１１磁性材料プローブ
１２ソレノイドコイル
１３電源
１４微小物質
１５非磁性基板
１６液性媒体
１７カバーシート
１８光源
１９ビームスプリッター
２０対物レンズ
２１焦点レンズ
２２ＣＣＤカメラ
２３モニター
２４位置決め装置
２５位置決め装置

Claims

磁性微粒子を内包もしくは付着させた非磁性材料からなる微小物質を基板上に配置し、該微小物質に、基板に沿って配置した、電磁石としての機能を有する磁性材料プローブの先端部を近接させ、次いで磁性材料プローブの先端部に磁界を形成させることにより、該微小物質を該磁界内に閉じ込め、そしてその磁界を形成している状態にて該磁性材料プローブの先端部を基板に沿って移動させることにより、該微小物質を基板上で移動させ、次いで基板上の所望の位置にて磁界を消失させることによる、微小物質を基板上で再配置する方法。
磁性材料プローブを基板の下側に配置して操作することを特徴とする請求項１に記載の微小物質の再配置方法。
少なくとも、微小物質への磁性材料プローブの近接操作と磁性材料プローブの基板に沿った移動とを光学顕微鏡による観察をしながら行う請求項１に記載の微小物質の再配置方法。
基板上の磁性粒子が液体中に分散している請求項１に記載の微小物質の再配置方法。
微小物質が有機質材料の微小物質である請求項１に記載の微小物質の再配置方法。
微小物質の直径が１０ｎｍ〜５００μｍの範囲内にある請求項１に記載の微小物質の再配置方法。
鋭利な先端部を持つ棒状磁性材料、該棒状磁性材料の軸方向に沿う周囲に配置したソレノイドコイル、該ソレノイドコイルに電気的に接続した電源、及び該棒状磁性材料の先端部に近接して配置された非磁性基板からなる、非磁性材料粒子に磁性微粒子を内包もしくは付着させた微小物質を該非磁性基板に沿って移動させる装置。
鋭利な先端部を持つ棒状磁性材料、該棒状磁性材料の軸方向に沿う周囲に配置したソレノイドコイル、該ソレノイドコイルに電気的に接続した電源からなる、非磁性材料粒子に磁性微粒子を内包もしくは付着させた微小物質を移動させる装置。
棒状磁性材料の先端部の直径が１．０ｍｍ以下で、先端部の曲率半径が１００μｍ以下である請求項７もしくは８に記載の装置。