JP2765746B2 - Fine modification and processing method - Google Patents
Fine modification and processing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この出願の発明は、微細修飾・加工方法に関するもの
である。さらに詳しくは、この出願の発明は、レーザ光
照射により微粒子表面の化学修飾や加工を簡便にかつ精
密に行うことのできる微細・微小操作のための方法に関
するものである。[Detailed Description of the Invention] (Industrial application field) The invention of this application relates to a method for fine modification and processing. More specifically, the invention of this application relates to a method for fine and minute manipulation that can easily and precisely perform chemical modification and processing of the surface of fine particles by laser beam irradiation.
（従来の技術とその課題） 近年、化学物質、たとえば高分子物質や無機物質のミ
クロンオーダーの微細修飾やその加工技術が開発され、
さらにサブミクロンオーダーでの加工を可能とする技術
の開発が注目されており、物質変換の素過程の操作を可
能とするものとして精力的に研究開発が進められてきて
いる。また、生体細胞においてもその移植、移入、さら
に融合などの微細操作を行うマイクロプロセシングが非
常に重要になってきている。(Prior art and its problems) In recent years, micron-order fine modification of chemical substances, for example, polymer substances and inorganic substances, and its processing technology have been developed.
Further, attention has been paid to the development of technology that enables processing on the order of submicrons, and research and development are being vigorously pursued to enable elementary processes of material conversion. In addition, microprocessing for performing fine operations such as transplantation, transfer, and fusion of living cells has become very important.
このような微細・微小操作については、これまでにも
化学的操作によって行う方法が種々提案されてきている
が、化学的方法の場合には処理対象と反応処理済との反
応制御が非常に難しく、精度上の限界があった。For such fine and minute manipulations, various methods of performing chemical manipulations have been proposed so far, but in the case of the chemical method, it is very difficult to control the reaction between the object to be treated and the reaction treated. , There was a limit on accuracy.
一方、生体細胞の操作分野においては微注入法等のマ
ニュアル的方法により移入等処理を行うことができるよ
うになっており、発現効率を10-2程度にまで向上させる
ことが可能となってきている。しかしながらこの方法に
おいては実施者が顕微鏡下でマイクロピペットなどを個
々の細胞に直接接触させて処理するため、クリーンベン
チ内での処理が必要不可欠となり、また処理の自動化を
図ることもできないという問題がある。そして、このた
め、処理効率や処理量が実施者の熟練度や労力に依存す
ることとなり、精密な処理を短時間に行うことが困難で
あるという問題がある。On the other hand, in the field of manipulation of living cells, it has become possible to perform processes such as transfer by a manual method such as a microinjection method, and it has become possible to improve the expression efficiency to about 10 -2. I have. However, in this method, since the practitioner directly contacts a cell with a micropipette or the like under a microscope for processing, processing in a clean bench is indispensable, and the processing cannot be automated. is there. For this reason, the processing efficiency and the processing amount depend on the skill and labor of the practitioner, and there is a problem that it is difficult to perform precise processing in a short time.
以上のような従来の方法に対して、近年、レーザ光を
利用して微細・微小操作を行うプロセシング方法がこの
出願の発明者らによって提案されている。In contrast to the above-described conventional methods, a processing method for performing fine and minute operations using laser light has recently been proposed by the inventors of the present application.
レーザ光は単色性、指向性、光輝度性、制御性に優れ
ているので、光エネルギーを微粒子の微小領域に集中的
に照射することができることから、この方法では、従来
の方法では不可能であった局所的な微細操作を非接触で
精度よく行うことが可能となる。Since laser light is excellent in monochromaticity, directivity, light brightness, and controllability, light energy can be intensively applied to fine regions of fine particles. It becomes possible to perform the local fine operation that has been performed accurately without contact.
たとえば、レーザ光を利用した微細加工法としては、
高出力エキシマレーザを用い、ホトマスクを通して基板
にレーザ光を照射するパターン転写による方法が半導体
分野等において有力な手法として知られている。For example, as a micromachining method using laser light,
A pattern transfer method of irradiating a substrate with a laser beam through a photomask using a high-output excimer laser is known as an effective method in the field of semiconductors and the like.
しかしながら、これまでの方法ではレーザの波長、ス
ポットサイズ径、パルス幅、ショット数等の照射条件の
選択に制約があり、また解像度もミクロンオーダー程度
しか期待できない。このため、レーザ光による微細・微
小プロセシングの精度の向上を図ることができなかっ
た。However, in the conventional methods, there are restrictions on the selection of irradiation conditions such as laser wavelength, spot size diameter, pulse width, shot number, and the like, and resolution can be expected only on the order of microns. For this reason, it has not been possible to improve the precision of fine and minute processing by laser light.
この出願の発明は、以上の通りの事情を踏まえてなさ
れたものであり、レーザ光照射による微細・微小操作を
サブミクロンオーダーまで精密に行い、各種の対象物に
対して微細な修飾・加工を高精度に行うことのできる新
しい方法を提供することを目的としている。The invention of this application has been made in view of the above circumstances, and performs fine and minute operation by laser beam irradiation to the submicron order precisely, and finely modifies and processes various objects. The purpose is to provide a new method that can be performed with high precision.
（問題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとして、単一
微粒子の表面を修飾または加工する方法であって、微粒
子をトラッピングレーザ光の照射によりトラップし、ト
ラップされた状態の微粒子に対してプロセシングレーザ
光を、そのエネルギーを制御して照射しレーザ多光子反
応させることを特徴とする微細修飾・加工方法を提供す
る。(Means for Solving the Problem) The present invention is directed to a method of modifying or processing the surface of a single fine particle, which solves the above-mentioned problem, and traps the fine particle by irradiating a trapping laser beam. The present invention provides a fine modification / processing method characterized in that a processing laser beam is irradiated to fine particles in a controlled state while controlling the energy thereof to cause a laser multiphoton reaction.
まず第１の特徴として、この出願の発明の方法では、
レーザ光照射による光トラッピングが行われ、対象とす
る単一の微粒子をレーザ光により補促し、また補促した
まま移動させることを可能としている。First, as a first feature, in the method of the present invention,
Light trapping by laser light irradiation is performed, so that a single target fine particle can be promoted by the laser light and can be moved while being promoted.
すなわち、レーザ光が有する優れたコヒーレント特性
によって、光の持つ場の運動量を微粒子に働く力学的な
運動量として受け渡し、微粒子に力を加えて補捉し、補
捉したまま移動させることを可能とする。In other words, due to the excellent coherent characteristics of laser light, the momentum of the field of light can be transferred as the dynamic momentum acting on the fine particles, and the fine particles can be captured by applying force and moved while being captured. .
この光トラッピング操作では、レーザ光がもたらす力
のみが対象としての微粒子に働くことから、完全な非接
触および非破壊での操作が可能となる。In this light trapping operation, since only the force provided by the laser beam acts on the target microparticles, it is possible to perform a completely non-contact and non-destructive operation.
このような光トラッピングの原理をさらに説明する
と、まず、レンズを介してレーザ光が液体や気体に分散
させた微粒子に入射し、反射・屈折し、レーザ光の持つ
運動量は、微粒子に受け渡される。反射率は通常小さい
ので、屈折により受け渡される運動量が支配的となり、
これによる力が微粒子に加わる。To further explain the principle of such light trapping, first, laser light is incident on fine particles dispersed in a liquid or gas through a lens, reflected and refracted, and the momentum of the laser light is passed to the fine particles. . Since the reflectivity is usually small, the momentum transferred by refraction becomes dominant,
This forces the microparticles.
微粒子は、この力によって、レーザ光に補捉された状
態となる。このため、レーザ光を移動させると、この微
粒子もそれに追随することになる。The fine particles are trapped by the laser light by this force. For this reason, when the laser light is moved, the fine particles follow the movement.
この原理からも明らかなように、非接触、かつ非破壊
での微粒子の補捉、移動という操作が可能となり、この
状態において微粒子、たとえばポリマー粒子、あるいは
生体細胞やバクテリアに修飾・加工が加えられるなら
ば、この光トラッピングは、微粒子の反応操作において
も極めて有益な手段となる。As is evident from this principle, non-contact and non-destructive operations of capturing and moving fine particles can be performed, and in this state, the fine particles, for example, polymer particles, or living cells and bacteria are modified and processed. Then, this light trapping is a very useful means even in the reaction operation of fine particles.
第２に、この出願の発明は、前記の光トラッピングの
ためのレーザ光とは別のプロセシングレーザ光を照射
し、このプロセシングレーザ光のエネルギーを制御して
レーザ多光子反応させることを特徴としている。このレ
ーザ多光子反応によって、単一微粒子表面の修飾、もし
くは加工を行うことである。Second, the invention of this application is characterized by irradiating a processing laser light different from the laser light for the above-described light trapping, and controlling the energy of the processing laser light to cause a laser multiphoton reaction. . Modification or processing of the surface of a single fine particle is performed by this laser multiphoton reaction.
この場合のレーザ多光子反応は、単一波長のレーザ光
のエネルギーを変化させるだけで制御することができる
とともに、二つ、もしくはそれ以上の波長の異なるレー
ザ光を照射することにより、より選択的に多光子反応の
エネルギー制御することも可能である。In this case, the laser multiphoton reaction can be controlled only by changing the energy of the laser light of a single wavelength, and more selective by irradiating two or more different laser lights. It is also possible to control the energy of the multiphoton reaction.
たとえば、多光子反応にはNd3+:YAGレーザの３倍波で
ある355nmの光をそのエネルギーを制御して照射するこ
と等が具体的に可能である。For example, for the multiphoton reaction, it is specifically possible to irradiate 355 nm light, which is the third harmonic of an Nd 3+ : YAG laser, while controlling its energy.
トラップ用レーザと同一入射方向のプロセシングレー
ザとを用いての微粒子の微細・微小操作としては、たと
えば第１図に示した装置系を採用することができる。As the fine and minute manipulation of fine particles using a trapping laser and a processing laser having the same incident direction, for example, an apparatus system shown in FIG. 1 can be employed.
この装置はレーザ装置部（A1）（A2）、レーザ光照射
部位微小位置決め装置部（Ｂ）、画像処理装置部（Ｃ）
を有している。This device is a laser unit (A 1 ) (A 2 ), a laser beam irradiation site minute positioning unit (B), and an image processing unit (C)
have.
レーザ装置部（A1）は、顕微鏡システムとして極めて
コンパクトな光トラッピング操作のための装置を構成す
る。この装置によって微粒子の操作を簡便に、かつ円滑
に行うことができるようにする。The laser device section (A 1 ) constitutes a very compact device for light trapping operation as a microscope system. With this device, the operation of fine particles can be performed easily and smoothly.
また、レーザ装置部（A2）は、トラップされた微粒子
に修飾および／または加工を加えるプロセシングレーザ
光を照射する。The laser unit (A 2 ) irradiates a processing laser beam for modifying and / or processing the trapped fine particles.
レーザ装置部（A1）（A2）は、対象とする微粒子の種
類、大きさ、そして必要な修飾および／または加工の目
的に応じてレーザ光源とその光学系を適宜に選択するこ
とができる。The laser device section (A 1 ) (A 2 ) can appropriately select a laser light source and its optical system according to the type and size of the target fine particles and the purpose of necessary modification and / or processing. .
以下、実施例を示してさらにこの発明の微細修飾・加
工のための方法について説明する。Hereinafter, a method for fine modification and processing according to the present invention will be described with reference to examples.
実施例 水中に分散させたポリメチルメアクリレート（PMMA）
微粒子にレーザ光を照射してトラップし、このトラップ
した状態においてプロセシングレーザ光を照射して極微
加工を行った。Example Polymethyl methacrylate (PMMA) dispersed in water
Fine particles were irradiated with laser light to be trapped, and in this trapped state, processing laser light was irradiated to perform micro-machining.
この時のPMMA微粒子にはピレンをドープしておいた。 At this time, the PMMA fine particles were doped with pyrene.
プロセシングレーザ光として、Nd3+:YAGレーザK3倍波
355nm（パルス）の光を照射し、直径0.5μｍ深さ５μｍ
の微細な穴をレーザアブレーションにより生成させた。Nd 3+ : YAG laser K3 harmonic as processing laser light
Irradiate light of 355nm (pulse), diameter 0.5μm, depth 5μm
Fine holes were created by laser ablation.
この時のレーザ光の照射強度は、およそ10J/cm2以下
のレベルにある。レーザ光の絞り込みとの関連で、より
正確にこのエネルギーを制御することにより、さらに高
精度のサブミクロンオーダーの修飾・加工が可能とされ
た。The irradiation intensity of the laser beam at this time is at a level of about 10 J / cm 2 or less. By controlling this energy more precisely in connection with the narrowing of the laser beam, it has become possible to modify and process the sub-micron order with higher precision.
もちろん、この実施例に限られることなく、この発明
の方法によって、たとえば、 １）ポリマー、有機物等の不導体微粒子に、光化学反応
により、導体を極微創製することができる。Of course, without being limited to this embodiment, the method of the present invention enables, for example, 1) the creation of an ultrafine conductor by photochemical reaction on nonconductive fine particles such as a polymer or an organic substance.
２）ポリマー、微粒子に、極微的な熱交換による屈折率
変化を起こさせ、導波路を創製することができる。2) A waveguide can be created by causing a polymer or fine particles to undergo a change in refractive index due to minute heat exchange.
３）磁性体微粒子に、極微的にキューリー温度を越える
ような変化を起こさせ、メモリーの創製を行うことがで
きる。3) It is possible to create a memory by causing a change in the magnetic fine particles that slightly exceeds the Curie temperature.
（発明の効果） この発明によれば、レーザ多光子反応によってサブミ
クロンオーダーでの精密な微細・微小操作が可能とな
る。(Effects of the Invention) According to the present invention, precise fine and minute operations on the order of submicrons can be performed by the laser multiphoton reaction.
第１図は、この発明の方法に用いることのできる装置の
一例を示したブロック図である。 A1、A2……レーザ装置部 Ｂ……レーザ光照射部位微小位置決め装置部 Ｃ……画像処理装置部FIG. 1 is a block diagram showing an example of an apparatus that can be used in the method of the present invention. A 1 , A 2 …… Laser unit B …… Laser beam irradiation part minute positioning unit C …… Image processing unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 26/00 C12M 1/00 ＪＯＩＳ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B23K 26/00 C12M 1/00 JOIS
Claims (2)
法であって、微粒子をトラッピングレーザ光の照射によ
りトラップし、トラップされた状態の微粒子に対してプ
ロセシングレーザ光を、そのエネルギーを制御して照射
しレーザ多光子反応させることを特徴とする微細修飾・
加工方法。1. A method for modifying or processing the surface of a single fine particle, wherein the fine particle is trapped by irradiating a trapping laser beam, and the energy of the processing laser beam is controlled for the trapped fine particle. Micro-modification characterized by laser irradiation and multi-photon reaction
Processing method.
または複数の波長のレーザ光の照射と各々のレーザ光の
エネルギーの制御による請求項１の微細修飾・加工方
法。2. a change in energy of a single wavelength laser beam;
2. The method according to claim 1, further comprising irradiating a plurality of wavelengths of laser light and controlling the energy of each laser light.
Priority Applications (6)
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Applications Claiming Priority (1)
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| JPS58147690U (en) * | 1982-03-29 | 1983-10-04 | 株式会社日立製作所 | Laser processing equipment |
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1990
- 1990-03-27 JP JP2078421A patent/JP2765746B2/en not_active Expired - Fee Related
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