JP4714877B2 - Minute substance fixing device and minute substance fixing method - Google Patents

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本発明は、液中にて基板上に微小物質を固定する微小物質固定装置及び微小物質固定方法に関するものである。   The present invention relates to a minute substance fixing device and a minute substance fixing method for fixing a minute substance on a substrate in a liquid.

液中に存在する微小物質、例えば、ポリスチレン微粒子や細胞等を捕捉する技術として、レーザ光を微小物質に集光させ、光放射圧を利用して捕捉する技術が従来から知られている。これは、光トラップとも呼ばれるものであり、媒質の違いによって屈折した光の運動量に起因した力を利用して微小物質を捕捉する方法である。
ところで、現在ではマイクロマシンやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）等のマイクロ物体の組み立てに応用するために、微小物質を基板上の所定位置に固定させると共に、所定の形状にパターニングすること等が求められている。そのため、上述したように液中で微小物質を捕捉した後、捕捉した微小物質を基板上に固定することが重要な課題とされている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for capturing a minute substance existing in a liquid, such as polystyrene fine particles or cells, a technique for condensing laser light on a minute substance and using light radiation pressure is known. This is also called an optical trap, and is a method of capturing a minute substance using a force resulting from the momentum of light refracted by a difference in medium.
Now, in order to apply to the assembly of micro objects such as micromachines and MEMS (Micro Electro Mechanical System), it is required to fix a minute substance at a predetermined position on a substrate and pattern it into a predetermined shape. Yes. For this reason, as described above, after capturing the minute substance in the liquid, it is important to fix the captured minute substance on the substrate.

ところが、液中に存在する微小物質は、通常帯電している状態であるので、基板に容易に固定することができなかった。
つまり、液中環境下におかれた物体表面は、液体の種類やｐＨ等の状況によりプラス若しくはマイナスに帯電した状態となっている。なお、説明を判り易くするため、ここでは物体表面がマイナスに帯電している場合を例に挙げて以下に説明する。
そのため、液中に存在する微小物質の表面や基板の表面についても同様に、マイナスに帯電した状態となっている。一方、物体表面の近傍は、帯電したマイナスを打ち消すようにプラスに帯電した状態となっている、そのため、微小物質の表面近傍並びに基板の表面近傍は、プラスに帯電した状態となっている。つまり、マイナスに帯電した層とプラスに帯電した層とが重なった電気二重層が形成されている。よって、液中に浮遊している微小物質が基板に接近すると、互いの電気二重層が重なり合うので、静電気的相互作用によって斥力が働く。また、この現象は、基板だけでなく他の微小物質に対しても同様である。従って、微小物質は基板や他の微小物質に付着することなく、液中を浮遊した状態となっている。 However, since the minute substance present in the liquid is normally charged, it cannot be easily fixed to the substrate.
That is, the surface of an object placed in a liquid environment is charged positively or negatively depending on the type of liquid, pH, or the like. In order to make the explanation easy to understand, here, the case where the object surface is negatively charged will be described as an example.
For this reason, the surface of the minute substance existing in the liquid and the surface of the substrate are similarly negatively charged. On the other hand, the vicinity of the surface of the object is in a positively charged state so as to cancel the charged minus. Therefore, the vicinity of the surface of the minute substance and the vicinity of the surface of the substrate are in a positively charged state. That is, an electric double layer in which a negatively charged layer and a positively charged layer overlap each other is formed. Therefore, when the minute substance floating in the liquid approaches the substrate, the electric double layers overlap each other, and repulsive force works due to electrostatic interaction. Moreover, this phenomenon is the same not only for the substrate but also for other minute substances. Therefore, the minute substance is in a floating state in the liquid without adhering to the substrate or other minute substances.

ここで、光トラップによって微小物質を捕捉する力は、ピコニュートンレベルの力であるので、捕捉した微小物質を基板に近づけたとしても、上述したように電気二重層が重なって生じた斥力によって跳ね返されてしまう。従って、単に捕捉して近づけただけでは微小物質を基板に固定することはできなかった。そこで、微小物質を基板に固定するために、幾つかの方法が考えられている。
例えば、その１つとして、光トラップした微小物質を基板に極力近づけた状態でパルスレーザを照射して、微小物質を基板に溶着する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この方法によれば、微小物質を加熱により溶解させて基板に固定するので、斥力を受けたとしても固定を行うことができる。 Here, since the force to capture the minute substance by the optical trap is a piconewton level force, even if the captured minute substance is brought close to the substrate, it is rebounded by the repulsive force generated by overlapping the electric double layer as described above. It will be. Therefore, the minute substance cannot be fixed to the substrate simply by capturing and bringing it close. In view of this, several methods have been considered in order to fix the minute substance to the substrate.
For example, as one of the methods, there is known a method in which a minute substance is welded to a substrate by irradiating a pulsed laser with the optically trapped minute substance as close as possible to the substrate (see, for example, Non-Patent Document 1). According to this method, since the minute substance is dissolved by heating and fixed to the substrate, the fixing can be performed even if a repulsive force is applied.

また、別の方法として、光硬化性材料を含む液体内に微小物質を入れた後、光トラップした微小物質を基板に極力近づけた状態で微小物質周辺に光を照射して集光させ、該光によって硬化した樹脂で微小物質を固定する方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。この方法によれば、硬化した樹脂で基板と微小物質とを繋ぎとめて固定するので、斥力を受けたとしても固定を行うことができる。   As another method, after placing a micro substance in a liquid containing a photocurable material, the light trapped micro substance is irradiated and condensed around the micro substance in a state as close as possible to the substrate. A method for fixing a minute substance with a resin cured by light is known (for example, see Non-Patent Document 2). According to this method, since the substrate and the minute substance are connected and fixed with the cured resin, the fixing can be performed even if a repulsive force is applied.

また、さらに別な方法として、光トラップした微小物質を予め帯電した基板に近づけて、静電気的相互作用を用いて固定する方法が知られている（例えば、非特許文献３参照）。この方法は、予め基板がプラスに帯電するように調整されている。これにより、光トラップした微小物質を基板に近づけると、該微小物質が斥力を受けるのではなく、逆に基板に引き寄せられる。その結果、微小物質を基板に固定することができる。
Jaihyung.Won、他３名、「Photothermal fixation of laser-trapped polymer microparticles on polymer substrates」、APPLIED PHYSICS LETTERS、１９９９年９月１３日、VOLUME75、NUMBER11、P1506−P1508 Syoji Ito、他２名、「Optical patterning and photochemical fixation of polymer nanoparticles on glass substrates」、APPLIED PHYSICS LETTERS、２００１年４月２３日、VOLUME78、NUMBER17、P2566−P2568 J,P,Hoogenboom、他４名、「Patterning surfaces with colloidal particles using optical tweezers」、APPLIED PHYSICS LETTERS、２００２年６月２４日、VOLUME80、NUMBER25、P4828−P4830 Further, as another method, there is known a method in which an optically trapped minute substance is brought close to a previously charged substrate and fixed using electrostatic interaction (see, for example, Non-Patent Document 3). This method is adjusted in advance so that the substrate is positively charged. Thereby, when the optically trapped minute substance is brought close to the substrate, the minute substance is not subjected to repulsive force but is attracted to the substrate. As a result, the minute substance can be fixed to the substrate.
Jaihyung.Won, 3 others, “Photothermal fixation of laser-trapped polymer microparticles on polymer substrates”, APPLIED PHYSICS LETTERS, September 13, 1999, VOLUME75, NUMBER11, P1506-P1508 Syoji Ito and two others, "Optical patterning and photochemical fixation of polymer nanoparticles on glass substrates", APPLIED PHYSICS LETTERS, April 23, 2001, VOLUME78, NUMBER17, P2566-P2568 J, P, Hoogenboom, 4 others, "Patterning surfaces with colloidal particles using optical tweezers", APPLIED PHYSICS LETTERS, June 24, 2002, VOLUME80, NUMBER25, P4828-P4830

しかしながら、上記従来の方法では以下の課題が残されている。
即ち、微小物質を溶着により固定する方法は、レーザ光により微小物質を加熱する必要があるので、微小物質に与えるダメージが大きく、変形や変質等が生じる恐れがあった。特に、微小物質が生体物質等のバイオ試料である場合には、使用することができなかった。また、融点が高い微小物質の場合には固定することが難しく、微小物質の種類が制限されてしまうものであった。加えて、装置自体が非常に高価なものであり、安易に使用することができず、製造コストが高くなってしまうものであった。 However, the following problems remain in the conventional method.
That is, in the method of fixing the fine substance by welding, it is necessary to heat the fine substance with laser light, so that the damage to the fine substance is great, and there is a possibility that deformation or alteration occurs. In particular, when the minute substance is a biosample such as a biological substance, it cannot be used. Further, in the case of a minute substance having a high melting point, it is difficult to fix it, and the kind of the minute substance is limited. In addition, the device itself is very expensive and cannot be used easily, resulting in an increase in manufacturing cost.

また、光硬化性樹脂を利用して固定する方法は、予め光硬化性樹脂を含む液体内でしか固定することができないので、液体の種類が限定されてしまい、使い難いものであった。また、微小物質の種類に応じて最適な液体を使用するといったことができなかった。また、光を集光させた近傍の溶液が全て硬化してしまうので、狙った位置に高精度に光を集光させる必要があった。場合によっては、確実に微小物質を固定できなかったり、微小物質を樹脂の内部に埋没させてしまったりする可能性もあり、取り扱いが難しいものであった。更には、周囲を暗くする必要があるので、作業環境が限定されてしまうものであった。   Moreover, since the method of fixing using a photocurable resin can be fixed only in a liquid containing a photocurable resin in advance, the type of the liquid is limited and it is difficult to use. Further, it has been impossible to use an optimal liquid according to the type of minute substance. In addition, since all the solutions in the vicinity where the light is condensed are cured, it is necessary to collect the light with high accuracy at the target position. In some cases, the minute substance could not be fixed reliably, or the minute substance could be buried in the resin, which was difficult to handle. Furthermore, since it is necessary to darken the surroundings, the work environment is limited.

また、帯電した基板を利用して固定する方法は、予め基板を帯電させておく必要があるので、無駄に電力を使用してしまい、製造コストが高くなってしまうものであった。また、光トラップして基板に近づけた微小物質以外の微小物質が基板に接近してしまった場合、該微小物質も基板に引き寄せられて固定されてしまう恐れがあった。つまり、意図しない微小物質も固定されてしまう恐れがあった。   Also, the method of fixing using a charged substrate requires that the substrate be charged in advance, so that power is wasted and the manufacturing cost is increased. Further, when a fine substance other than the fine substance brought close to the substrate by optical trapping approaches the substrate, the fine substance may be attracted to the substrate and fixed. In other words, unintended minute substances may be fixed.

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、液中に存在する複数の微小物質の中から任意に選択した微小物質のみを、該微小物質に何ら影響を与えることなく確実且つ容易に基板上に固定でき、しかも、作業環境や液体の種類に影響を受けることなく、あらゆる種類の微小物質をコストをかけずに基板上に固定することができる微小物質固定装置、及び、微小物質固定方法を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to influence only a minute substance arbitrarily selected from a plurality of minute substances present in a liquid. Micromaterial fixing device that can be fixed on a substrate reliably and easily without being affected by the working environment and the type of liquid, and can fix all types of micromaterials on the substrate without cost. And providing a method for immobilizing a minute substance.

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、液体内に予め投入された微小物質を基板上に固定する微小物質固定装置であって、前記基板上に前記液体を介在させた状態で対向配置され、少なくとも対向面が導電性とされた対向基板と、レーザ光を照射すると共に照射したレーザ光を前記液体内でスポットとして集光させ、前記微小物質を光放射圧によって捕捉する光学系と、
光源を有し、該光源から照射された光を利用して前記微小物質を観察する観察系と、前記基板を、前記対向面に平行なＸＹ方向及び対向面に垂直なＺ方向の３方向に移動させ、捕捉された前記微小物質を基板上の所定位置に近接させる移動手段と、前記基板と前記対向面との間に所定電圧値の電圧を印加する電圧印加手段と、前記微小物質が前記基板上の所定位置に近接したときに電圧印加を行わせて、微小物質を基板上に引き寄せて固定させるように前記電圧印加手段を制御する制御部とを備えている微小物質固定装置を提供する。 The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
The invention according to claim 1 is a minute substance fixing device for fixing a minute substance previously put in a liquid onto a substrate, and is arranged to face the substrate with the liquid interposed therebetween, and at least the opposite surface. A counter substrate that is made conductive, an optical system that irradiates the laser light and collects the irradiated laser light as a spot in the liquid, and captures the minute substance by light radiation pressure, and
An observation system having a light source and observing the minute substance using light emitted from the light source, and the substrate in three directions: an XY direction parallel to the facing surface and a Z direction perpendicular to the facing surface Moving means for moving and moving the captured minute substance close to a predetermined position on the substrate; voltage applying means for applying a voltage of a predetermined voltage value between the substrate and the facing surface; and Provided is a minute substance fixing device provided with a control unit that controls the voltage application means so as to apply a voltage when approaching a predetermined position on a substrate to attract and fix the minute substance on the substrate. .

また、請求項９に係る発明は、液体内に予め投入された微小物質を基板上に固定する微小物質固定方法であって、少なくとも対向面が導電性とされた対向基板を、前記微小物質が予め投入された前記液体を間に介在させた状態で前記基板上に対向配置させるセット工程と、該セット工程後、レーザ光を照射すると共に照射したレーザ光を前記液体内でスポットとして集光させ、前記微小物質を光放射圧によって捕捉する捕捉工程と、該捕捉工程後、前記基板を前記対向面に平行なＸＹ方向及び対向面に垂直なＺ方向の３方向に適宜移動させて、捕捉された前記微小物質を基板上の所定位置に近接させる位置調整工程と、該位置調整工程後、前記基板と前記対向面との間に所定電圧値の電圧を印加して、捕捉された前記微小物質を基板上に引き寄せて固定させる固定工程とを備えている微小物質固定方法を提供する。   The invention according to claim 9 is a method for immobilizing a minute substance previously placed in a liquid on a substrate, wherein the minute substance is disposed on an opposing substrate having at least an opposing surface conductive. A setting step of placing the liquid put in advance on the substrate with the liquid interposed therebetween, and after the setting step, irradiating laser light and condensing the irradiated laser light as a spot in the liquid. A capturing step of capturing the minute substance by light radiation pressure, and after the capturing step, the substrate is appropriately moved in three directions, ie, an XY direction parallel to the opposing surface and a Z direction perpendicular to the opposing surface. A position adjusting step for bringing the minute substance close to a predetermined position on the substrate; and after the position adjusting step, a voltage having a predetermined voltage value is applied between the substrate and the facing surface to capture the minute substance Pull on the board Thereby providing a fine material fixing method and a fixing step of fixing.

この発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法においては、液体内に予め投入された微小物質（例えば、直径１μｍ程度のポリスチレン微粒子等の高分子粒子や、バイオ試料等）を基板上に確実且つ容易に固定することができる。   In the minute substance immobilizing apparatus and the minute substance immobilizing method according to the present invention, the minute substance (for example, polymer particles such as polystyrene fine particles having a diameter of about 1 μm, biosamples, etc.) previously put in the liquid is surely provided on the substrate. And it can fix easily.

まず、基板上に純水等何らかの液体を介在させた状態で、対向面を基板の表面に向けて対向基板を配置するセット工程を行う。この際、対向基板は、少なくとも対向面が導電性となっている。また、液体内には、予め複数の微小物質が投入されている。このセット工程が終了した後、光源から照射された光を利用して液体内の状態を観察系によって光学的に観察する。この際、複数の微小物質は、液中に浮遊している状態となっている。   First, in a state where some liquid such as pure water is interposed on the substrate, a setting process is performed in which the counter substrate is arranged with the counter surface facing the surface of the substrate. At this time, at least the opposing surface of the counter substrate is conductive. In addition, a plurality of minute substances are put in the liquid in advance. After this setting process is completed, the state in the liquid is optically observed by the observation system using the light emitted from the light source. At this time, the plurality of minute substances are floating in the liquid.

ここで、液中環境下におかれた物体表面は、液体の種類やｐＨ等の状況によりプラス若しくはマイナスに帯電した状態となっている。なお、説明を判り易くするため、ここでは物体表面がマイナスに帯電している場合を例に挙げて以下に説明する。
そのため、液体内に投入された微小物質の表面、並びに、対向面及び基板の表面についても同様に、マイナスに帯電した状態となっている。一方、物体表面の近傍は、帯電したマイナスを打ち消すようにプラスに帯電した状態となっている。そのため、微小物質の表面近傍、並びに、対向面及び基板の表面近傍は、プラスに帯電した状態となっている。つまり、電気二重層が形成されている。よって、液中に浮遊している微小物質が基板に接近すると、互いの電気二重層が重なり合うので、静電気的相互作用によって斥力が働く。従って、微小物質は基板から離れてしまう。このように、液体内に投入された微小物質は、基板や対向面に付着することなく、液中を浮遊した状態となっている。 Here, the surface of the object placed in a submerged environment is in a state of being charged positively or negatively depending on the type of liquid, pH, or the like. In order to make the explanation easy to understand, here, the case where the object surface is negatively charged will be described as an example.
For this reason, the surface of the minute substance introduced into the liquid, the opposing surface and the surface of the substrate are similarly negatively charged. On the other hand, the vicinity of the object surface is positively charged so as to cancel the charged negative. Therefore, the vicinity of the surface of the minute substance, the opposing surface and the vicinity of the surface of the substrate are in a positively charged state. That is, an electric double layer is formed. Therefore, when the minute substance floating in the liquid approaches the substrate, the electric double layers overlap each other, and repulsive force works due to electrostatic interaction. Therefore, the minute substance is separated from the substrate. As described above, the minute substance introduced into the liquid is in a state of floating in the liquid without adhering to the substrate or the opposing surface.

次いで、観察系によって液中内の状態を確認しながら、光学系によって液体内にレーザ光をスポットとして集光させる。これにより、液中内を浮遊している微小物質を１つだけ光放射圧を利用して捕捉することができる。この捕捉工程後、制御部は移動手段を制御して基板をＸＹ方向及びＺ方向の３方向に適宜移動させ、基板上の所定位置に捕捉した微小物質を近接させる位置調整工程を行う。この際、微小物質を捕捉して近づける力よりも、上述した斥力の方が強いので、これ以上微小物質を基板に近づけることができない。   Next, the laser beam is condensed as a spot in the liquid by the optical system while confirming the state in the liquid by the observation system. Thereby, only one minute substance floating in the liquid can be captured using the light radiation pressure. After this capturing step, the control unit controls the moving means to appropriately move the substrate in the three directions of the XY direction and the Z direction, and performs a position adjusting step of bringing the captured minute substance close to a predetermined position on the substrate. At this time, since the repulsive force described above is stronger than the force that captures and approaches the fine substance, the fine substance cannot be brought closer to the substrate.

そこで制御部は、微小物質が基板上の所定位置に近接したときに、所定電圧値で電圧を印加するように電圧印加手段を作動させる。なおこの際、基板がプラスに帯電するように電圧を印加させる。これにより基板は、微小物質と異なるプラスに帯電するので電気二重層の重なりによる斥力がなくなる。よって微小物質は、基板に引き寄せられるように移動して、該基板上の所定位置に固定される。
特に、微小物質と基板との距離が近接した状態になると、両者の間にファンデルワールス力が強く作用するので、微小物質は一層引き寄せられた後固定される。この固定工程によって、浮遊している複数の微小物質の中から、先ほど捕捉した微小物質のみを基板上の所定位置に確実に固定させることができる。 Therefore, the control unit operates the voltage applying means so as to apply a voltage at a predetermined voltage value when the minute substance comes close to a predetermined position on the substrate. At this time, a voltage is applied so that the substrate is positively charged. As a result, the substrate is positively charged differently from the minute substance, so that the repulsive force due to the overlapping of the electric double layer is eliminated. Therefore, the minute substance moves so as to be attracted to the substrate and is fixed at a predetermined position on the substrate.
In particular, when the distance between the minute substance and the substrate is close, van der Waals force acts between them, so that the minute substance is further attracted and fixed. By this fixing step, it is possible to reliably fix only the minute substance captured earlier from a plurality of floating minute substances at a predetermined position on the substrate.

上述したように、本発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法によれば、液中に存在する複数の微小物質の中から任意に選択した微小物質のみを確実且つ容易に基板上に固定することができる。しかも従来の方法とは異なり、微小物質を加熱させる必要がないので、該微小物質に何ら影響を与えることなく、固定することができる。特に、微小物質が生体物質等の場合には、何のダメージを与えることなく固定することができる。また、融点が高い微小物質であっても、確実に固定することができる。更には、従来のものと違い、簡単な構成であるので、コストを抑えることができる。   As described above, according to the minute substance immobilizing apparatus and the minute substance immobilizing method according to the present invention, only a minute substance arbitrarily selected from a plurality of minute substances existing in the liquid is reliably and easily fixed on the substrate. can do. Moreover, unlike the conventional method, it is not necessary to heat the minute substance, so that it can be fixed without affecting the minute substance. In particular, when the minute substance is a biological substance or the like, it can be fixed without causing any damage. Further, even a minute substance having a high melting point can be reliably fixed. Furthermore, since it is a simple structure unlike the conventional one, the cost can be reduced.

また、光硬化性樹脂を利用する従来のものとは異なり、液体の種類に限定されず、様々な液体、例えば、バッファー溶液や生理食塩水等も使用することができる。従って、汎用性が高く、様々な分野への応用を期待することができる。例えば、従来では困難であったバイオ試料の固定等にも好適に応用することができる。また、周囲を暗くする等の特殊な環境にする必要がなく、単に液中環境にするだけで固定を行うことができるので作業性の容易化を図ることができる。
更に、予め基板を常時帯電させる必要がないので、省電力化を図ることができる。この点においてもコストの低減化を図ることができる。また、任意に選択して捕捉した微小物質のみを確実に固定できるので、意図しない微小物質を固定してしまう恐れが少ない。
なお、微小物質がプラスに帯電している場合には、基板がマイナスに帯電するように電圧を印加させれば良い。この場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。 Moreover, unlike the conventional one using a photo-curable resin, the liquid is not limited to a kind of liquid, and various liquids such as a buffer solution and physiological saline can be used. Therefore, it is highly versatile and can be expected to be applied in various fields. For example, it can be suitably applied to immobilization of biosamples, which has been difficult in the past. In addition, it is not necessary to use a special environment such as darkening the surroundings, and fixing can be performed simply by using a submerged environment, thereby facilitating workability.
Furthermore, it is not necessary to always charge the substrate in advance, so that power saving can be achieved. In this respect, the cost can be reduced. In addition, since only a minute substance that is arbitrarily selected and captured can be reliably fixed, there is little possibility that an unintended minute substance is fixed.
Note that when the minute substance is positively charged, a voltage may be applied so that the substrate is negatively charged. Even in this case, the same effects can be achieved.

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の微小物質固定装置において、前記対向基板が、導電性基板である微小物質固定装置を提供する。   The invention according to claim 2 provides the minute substance fixing device according to claim 1, wherein the counter substrate is a conductive substrate.

また、請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の微小物質固定方法において、前記対向基板が、導電性基板である微小物質固定方法を提供する。   The invention according to claim 10 provides the minute substance fixing method according to claim 9, wherein the counter substrate is a conductive substrate.

この発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法においては、対向基板自体が、ＩＴＯガラスや金属板等の導電性基板であるので、特別な処理を施さなくても確実に対向面を導電性にすることができる。   In the minute substance fixing device and the minute substance fixing method according to the present invention, since the counter substrate itself is a conductive substrate such as ITO glass or a metal plate, the counter surface can be made conductive without any special treatment. Can be.

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の微小物質固定装置において、前記制御部が、前記光学系、前記移動手段及び前記電圧印加手段を制御して、前記基板上に前記微小物質を任意のパターンで複数固定させる微小物質固定装置を提供する。   According to a third aspect of the present invention, in the fine substance immobilizing apparatus according to the first or second aspect, the control unit controls the optical system, the moving unit, and the voltage applying unit, and is arranged on the substrate. Provided is a minute substance immobilizing apparatus for immobilizing a plurality of the minute substances in an arbitrary pattern.

また、請求項１１に係る発明は、請求項９又は１０に記載の微小物質固定方法において、前記捕捉工程、前記位置調整工程及び前記固定工程を繰り返し行って、前記基板上に前記微小物質を任意のパターンで複数固定させる微小物質固定方法を提供する。   The invention according to claim 11 is the method for immobilizing a minute substance according to claim 9 or 10, wherein the capturing step, the position adjusting step, and the immobilizing step are repeatedly performed to arbitrarily place the minute substance on the substrate. And a method for immobilizing a plurality of fine substances in a pattern.

この発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法においては、捕捉工程、位置調整工程及び固定工程を繰り返し行うことで、基板上に微小物質を任意のパターンで複数固定することができる。このように、微小物質を所望する位置に自在に配置しながら基板上に固定できるので、設計の自由度を向上することができる。   In the minute substance fixing device and the minute substance fixing method according to the present invention, a plurality of minute substances can be fixed on the substrate in an arbitrary pattern by repeatedly performing the capturing step, the position adjusting step, and the fixing step. In this way, since the minute substance can be fixed on the substrate while being freely arranged at a desired position, the degree of freedom in design can be improved.

また、請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の微小物質固定装置において、前記光学系が、前記レーザ光を複数の光束に分岐させるレーザ分岐素子を備え、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、前記微小物質を一度に複数捕捉する微小物質固定装置を提供する。   The invention according to claim 4 is the minute substance fixing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical system includes a laser branch element that branches the laser light into a plurality of light beams, Provided is a minute substance fixing device that collects a plurality of branched light beams as a plurality of spots arranged in an arbitrary arrangement and captures a plurality of the minute substances at a time.

また、請求項１２に係る発明は、請求項９から１１のいずれか１項に記載の微小物質固定方法において、前記捕捉工程の際、前記レーザ光を複数の光束に分岐させた後、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、前記微小物質を一度に複数捕捉する微小物質固定方法を提供する。   The invention according to claim 12 is the method for immobilizing a minute substance according to any one of claims 9 to 11, wherein the laser light is branched into a plurality of light beams in the capturing step. And a method for fixing a fine substance by collecting a plurality of light fluxes as a plurality of spots arranged in an arbitrary arrangement and capturing a plurality of the fine substances at a time.

この発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法においては、捕捉工程の際、レーザ分岐素子によりレーザ光を複数の光束に分岐させた後、これら複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットして液中に集光させる。これにより、複数の微小物質を任意の配列に並ばせた状態で一度に捕捉することができる。その後、固定工程によってこれら複数の微小物質を一度に被成膜基板上に固定させることができる。
特に、１つ１つ微小物質を固定させることなく、一度に複数の微小物質を所望する配列で固定させることができるので、作業時間をより短縮することができると共に使い易さが向上する。 In the minute substance fixing device and the minute substance fixing method according to the present invention, in the capturing step, after the laser beam is branched into a plurality of light beams by the laser branching element, the plurality of light beams are arranged in an arbitrary arrangement. Spot and collect in the liquid. Thereby, it is possible to capture a plurality of minute substances at a time in a state where they are arranged in an arbitrary arrangement. Thereafter, the plurality of minute substances can be fixed on the deposition target substrate at a time by a fixing step.
In particular, since a plurality of minute substances can be immobilized at a desired arrangement at a time without immobilizing the minute substances one by one, the working time can be further shortened and the usability is improved.

また、請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の微小物質固定装置において、前記対向面には、金属層が形成されており、前記制御部が、前記電圧印加を行わせた後、電圧値を前記所定電圧値よりも上げた状態で再度電圧印加を行わせ、前記金属層から金属微粒子を前記微小物質が固定された前記基板に向けて電気泳動により移動させると共に、基板上に金属微粒子を堆積させることで金属膜を成膜させるように前記電圧印加手段を制御する微小物質固定装置を提供する。   The invention according to claim 5 is the fine substance immobilizing device according to any one of claims 1 to 4, wherein a metal layer is formed on the facing surface, and the control unit is configured to supply the voltage. After applying the voltage, the voltage is applied again in a state where the voltage value is higher than the predetermined voltage value, and the metal fine particles are moved from the metal layer by electrophoresis toward the substrate on which the minute substance is fixed. And a fine substance fixing device for controlling the voltage applying means so as to form a metal film by depositing metal fine particles on a substrate.

また、請求項１３に係る発明は、請求項９から１２のいずれか１項に記載の微小物質固定方法において、前記対向面には、金属層が形成されており、前記固定工程後、電圧値を前記所定電圧値よりも上げた状態で再度電圧印加を行って、前記金属層から金属微粒子を前記微小物質が固定された前記基板に向けて電気泳動により移動させると共に、基板上に金属微粒子を堆積させることで金属膜を成膜する電圧印加工程を行う微小物質固定方法を提供する。   The invention according to claim 13 is the method for immobilizing a fine substance according to any one of claims 9 to 12, wherein a metal layer is formed on the facing surface, and a voltage value is obtained after the fixing step. The voltage is applied again in a state where the voltage is higher than the predetermined voltage value, and the metal fine particles are moved from the metal layer toward the substrate on which the minute substance is fixed by electrophoresis, and the metal fine particles are moved on the substrate. Provided is a fine substance fixing method for performing a voltage application step of depositing a metal film by deposition.

この発明に係る微小物質固定装置及び微小物質工程方法においては、基板上に固定した微小物質を金属膜でコーティングすることができると共に、金属膜によって微小物質をより強固に基板上に固定することができる。
初めに、対向基板の対向面には、金属微粒子からなる金属層が形成されている。なお、この金属層は、スパッタや蒸着法どのような方法で形成されていても構わない。また、上述した固定工程によって基板と対向面との間に電圧を印加した時点で、金属層がチャージされており、極性に応じてプラス若しくはマイナスに帯電した状態となっている。つまり、金属層を構成する金属微粒子が、徐々にプラス若しくはマイナスの電荷を帯びてきている。一方、基板も同様にチャージされており、金属層とは反対の極性に帯電した状態となっている。そのため、両基板の間に介在された液体には電界が形成されている。 In the minute substance fixing device and the minute substance process method according to the present invention, the minute substance fixed on the substrate can be coated with the metal film, and the minute substance can be more firmly fixed on the substrate by the metal film. it can.
First, a metal layer made of metal fine particles is formed on the opposing surface of the counter substrate. The metal layer may be formed by any method such as sputtering or vapor deposition. In addition, when a voltage is applied between the substrate and the opposing surface by the fixing process described above, the metal layer is charged and is charged positively or negatively depending on the polarity. That is, the metal fine particles constituting the metal layer are gradually charged with positive or negative charges. On the other hand, the substrate is charged in the same manner, and is charged in the opposite polarity to the metal layer. For this reason, an electric field is formed in the liquid interposed between the two substrates.

そして、固定工程により微小物質を基板上に固定させた後、制御部は、電圧値を所定電圧値よりも上げた状態で電圧印加するように電圧印加手段を作動させる。この電圧印加工程を行うと、上述した状態からさらにチャージが進み、帯電した金属微粒子が異なる極性に帯電された基板に引き寄せられて対向面から剥離すると共に、液中に浮遊した状態となる。なお、この浮遊した金属微粒子は、依然として帯電した状態となっている。そのため、金属微粒子は、液中に浮遊したと同時に、金属層と基板との間に形成された電界によって電気泳動により液体内を基板に向かって移動し始める。そして、移動した金属微粒子は、微小物質が固定された基板の表面全体に次々と付着して堆積する。   Then, after fixing the minute substance on the substrate by the fixing step, the control unit operates the voltage applying unit so as to apply the voltage in a state where the voltage value is higher than the predetermined voltage value. When this voltage application step is performed, charging further proceeds from the above-described state, and the charged metal fine particles are attracted to the substrate charged to a different polarity and peeled off from the opposing surface, and floated in the liquid. The floating fine metal particles are still charged. For this reason, the metal fine particles float in the liquid, and at the same time, start moving in the liquid toward the substrate by electrophoresis due to an electric field formed between the metal layer and the substrate. The moved metal fine particles are deposited and deposited one after another on the entire surface of the substrate on which the minute substance is fixed.

このように電圧印加工程を行うことで、対向基板の対向面に形成された金属層の金属微粒子を電気泳動により基板に向けて移動させると共に、微小物質が固定された基板上に堆積させて金属膜を成膜させることができる。これにより、微小物質を金属膜でコーティングすることができる。特に、基板上に固定している微小物質の周囲に金属微粒子が堆積するので、微小物質をさらに強固に固定することができる。このように、基板上を単に金属膜で成膜するだけでなく、この金属膜を利用して微小物質を液中で強固に固定することができる。
なお基板に付着した金属微粒子は、帯電した状態が解かれると同時にファンデルワールス力によって強固に固定されている。また、この電圧印加工程を行う際、極性に影響されることはない。即ち、基板がプラスに帯電されようと、マイナスに帯電されようと、上述した作用効果を同様に奏することができる。 By performing the voltage application process in this way, the metal fine particles of the metal layer formed on the opposite surface of the counter substrate are moved toward the substrate by electrophoresis, and the metal is deposited on the substrate on which the minute substance is fixed. A film can be deposited. Thereby, a minute substance can be coated with a metal film. In particular, since the metal fine particles are deposited around the minute substance fixed on the substrate, the minute substance can be more firmly fixed. As described above, not only the metal film is formed on the substrate, but also the minute substance can be firmly fixed in the liquid by using the metal film.
The fine metal particles attached to the substrate are firmly fixed by van der Waals force at the same time as the charged state is released. Moreover, when performing this voltage application process, it is not influenced by polarity. That is, whether the substrate is positively charged or negatively charged can exhibit the above-described effects.

特に、金属微粒子を利用して微小物質を強固に固定しているので、基板を液中から大気中に取り出して乾燥させたとしても、液体の乾燥過程で生じる気液界面における表面張力の影響を受けることがない。つまり、乾燥過程で気液界面が移動したとしても、微小物質は基板の表面全体に堆積している金属微粒子に周囲が囲まれているので、気液界面につられて移動したり、変形したりする恐れがない。よって、液中内で基板上に固定させた微小物質を、そのままの状態で大気中に取り出すことができる。従って、マイクロスケールの微粒子の組み立てや、ＭＥＭＳ等の微小デバイス等の組み立てを容易に行うことができる。また、微小物質がバイオ試料である場合には、従来困難であった生に近い状態で固定して大気中に取り出すことができる。しかも、大気中に取り出された微小物質は、金属膜によってコーティングされているので、直ちに電子顕微鏡により観察することもできる。   In particular, since fine substances are firmly fixed using fine metal particles, even if the substrate is taken out from the liquid into the atmosphere and dried, the influence of the surface tension at the gas-liquid interface that occurs during the liquid drying process is affected. I do not receive it. In other words, even if the gas-liquid interface moves during the drying process, the minute substance is surrounded by metal fine particles deposited on the entire surface of the substrate, so it moves and deforms along the gas-liquid interface. There is no fear of doing. Therefore, the minute substance fixed on the substrate in the liquid can be taken out into the atmosphere as it is. Therefore, it is possible to easily assemble microscale fine particles or a microdevice such as a MEMS. When the minute substance is a biosample, it can be fixed in a state close to raw, which has been difficult in the past, and taken out to the atmosphere. Moreover, since the minute substance taken out into the atmosphere is coated with a metal film, it can be observed immediately with an electron microscope.

また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の微小物質固定装置において、前記金属層が、スパッタ法又は蒸着法により前記対向面に形成されている微小物質固定装置を提供する。   The invention according to claim 6 provides the minute substance fixing device according to claim 5, wherein the metal layer is formed on the facing surface by a sputtering method or a vapor deposition method.

また、請求項１４に係る発明は、請求項１３に記載の微小物質固定方法において、前記金属層が、スパッタ法又は蒸着法により前記対向面に形成されている微小物質固定方法を提供する。   The invention according to claim 14 provides the method for immobilizing a minute substance according to claim 13, wherein the metal layer is formed on the facing surface by a sputtering method or a vapor deposition method.

この発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法においては、対向面に金属層がスパッタ法又は蒸着法により形成された対向基板を用いるので、電圧を印加したときに金属微粒子を対向面から剥離させ易い。従って、より効率良く成膜を行うことができ、成膜時間を短縮することができる。   In the minute substance fixing device and the minute substance fixing method according to the present invention, the opposing substrate in which the metal layer is formed on the opposing surface by the sputtering method or the vapor deposition method is used, so that the metal fine particles are peeled off from the opposing surface when a voltage is applied. Easy to do. Accordingly, film formation can be performed more efficiently, and the film formation time can be shortened.

また、請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の微小物質固定装置において、前記制御部が、前記所定電圧値で電圧印加を行わせるときと、所定電圧値よりも大きな電圧値で電圧印加を行わせるときとで、極性が逆になるように前記電圧印加手段を制御する微小物質固定装置を提供する。   The invention according to claim 7 is the minute substance fixing device according to claim 5 or 6, wherein the control unit causes the voltage application at the predetermined voltage value, and a voltage value larger than the predetermined voltage value. There is provided a minute substance immobilizing apparatus for controlling the voltage applying means so that the polarity is reversed between when the voltage is applied in step (b).

また、請求項１５に係る発明は、請求項１３又は１４に記載の微小物質固定方法において、前記電圧印加工程の際、前記固定工程時の逆の極性で電圧を印加する微小物質固定方法を提供する。   The invention according to claim 15 provides the minute substance fixing method according to claim 13 or 14, wherein, in the voltage application step, a voltage is applied with a reverse polarity in the fixing step. To do.

この発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法においては、微小物質を基板上に固定させる固定工程時と、固定した微小物質を金属微粒子でより強固に固定する電圧印加工程時とで、極性が逆になるように電圧を印加する。
例えば、液中に浮遊している微小物質がマイナスに帯電している場合には、固定工程時に、基板がプラスとなるように電圧を印加する。これにより、微小物質は基板に引き寄せられて固定される。次いで、電圧印加工程時には、基板がマイナスとなるように電圧を印加する。このように極性を変えることで、液中に浮遊している残りの微小物質（マイナスに帯電している）を基板側に引き寄せることなく、金属微粒子だけを基板に向けて電気泳動により移動させて堆積させることができる。従って、基板に固定させた微小物質だけを確実に固定することができる。
なお、液中に浮遊している微小物質がプラスに帯電している場合には、固定工程時に基板がマイナスとなるように電圧を印加すると共に、電圧印加工程時に基板がプラスとなるように電圧を印加すれば良い。この場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。 In the minute substance immobilizing device and the minute substance immobilizing method according to the present invention, the polarity is fixed during the fixing step of fixing the minute substance on the substrate and during the voltage applying step of fixing the fixed minute substance more firmly with the metal fine particles. Apply a voltage so that is reversed.
For example, when a minute substance floating in the liquid is negatively charged, a voltage is applied so that the substrate becomes positive during the fixing process. Thereby, the minute substance is attracted to the substrate and fixed. Next, in the voltage application step, a voltage is applied so that the substrate becomes negative. By changing the polarity in this way, only the fine metal particles are moved toward the substrate by electrophoresis without attracting the remaining minute substances (negatively charged) floating in the liquid to the substrate side. Can be deposited. Accordingly, it is possible to reliably fix only the minute substance fixed to the substrate.
When the minute substance floating in the liquid is positively charged, a voltage is applied so that the substrate becomes negative during the fixing process, and the voltage is applied so that the substrate becomes positive during the voltage application process. May be applied. Even in this case, the same effects can be achieved.

また、請求項８に係る発明は、請求項５から７のいずれか１項に記載の微小物質固定装置において、前記制御部が、所定時間以上の間、前記所定電圧よりも大きな電圧値で電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御して、前記微小物質を埋没させるように前記金属膜を成膜させる微小物質固定装置を提供する。   The invention according to claim 8 is the fine substance immobilization device according to any one of claims 5 to 7, wherein the control unit is a voltage having a voltage value larger than the predetermined voltage for a predetermined time or more. A fine substance fixing device is provided that controls the voltage application means so as to apply and deposits the metal film so as to bury the fine substance.

また、請求項１６に係る発明は、請求項１３から１５のいずれか１項に記載の微小物質固定方法において、前記電圧印加工程の際、所定時間以上の間電圧印加を行って、前記微小物質を埋没させるように前記金属膜を成膜させる微小物質固定方法を提供する。   Further, the invention according to claim 16 is the method for immobilizing a minute substance according to any one of claims 13 to 15, wherein the minute substance is applied by applying a voltage for a predetermined time or more in the voltage applying step. There is provided a method for immobilizing a fine substance by depositing the metal film so as to be buried.

この発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法においては、電圧印加工程を行う際に所定時間以上の間電圧を印加して、金属微粒子を基板上に堆積させ続ける。これにより、微小物質をコーティングする金属膜の膜厚が徐々に厚くなり、微小物質を埋没させることができる。このように金属膜を厚く成膜することで、微小物質の鋳型を作ることができる。つまり、厚く成膜した金属膜を基板から剥すことで、微小物質の外表面形状が転写した金属膜を得ることができる。よって、この鋳型となった金属膜を観察することで、微小物質の観察を行うことができる。即ち、レプリカ法で観察することができる。特に、液中における微小物質の状態を金属膜に転写できるので、液中に存在している状態で微小物質を観察することができる。そのため微小物質がバイオ試料の場合には、観察に特に好適な方法である。   In the minute substance immobilizing apparatus and the minute substance immobilizing method according to the present invention, the voltage is applied for a predetermined time or longer when the voltage applying step is performed, and the metal fine particles are continuously deposited on the substrate. Thereby, the film thickness of the metal film which coats a minute substance becomes thick gradually, and a minute substance can be buried. By forming a thick metal film in this way, a template for a minute substance can be made. That is, by peeling off the thick metal film from the substrate, a metal film to which the outer surface shape of the minute substance is transferred can be obtained. Therefore, it is possible to observe a minute substance by observing the metal film used as the template. That is, it can be observed by a replica method. Particularly, since the state of the minute substance in the liquid can be transferred to the metal film, the minute substance can be observed in the state of being present in the liquid. Therefore, when the minute substance is a biosample, this is a particularly suitable method for observation.

本発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法によれば、液中に存在する複数の微小物質の中から任意に選択した微小物質のみを、該微小物質に何ら影響を与えることなく確実且つ容易に基板上に固定でき、しかも、作業環境や液体の種類に影響を受けることなく、あらゆる種類の微小物質をコストをかけずに基板上に固定することができる。   According to the minute substance fixing device and the minute substance fixing method according to the present invention, only the minute substance arbitrarily selected from the plurality of minute substances existing in the liquid can be reliably and without affecting the minute substance. It can be easily fixed on the substrate, and all kinds of minute substances can be fixed on the substrate without being affected by the working environment and the type of liquid.

（第１実施形態）
以下、本発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法の第１実施形態を、図１から図１２を参照して説明する。
なお本実施形態では、導電性を有するカバーガラス３の対向面３ａに金属層４を形成し、この金属層４とＩＴＯガラス２との間に電圧を印加する場合を例に挙げて説明する。なおこの金属層４は、金（Ａｕ）をスパッタ法により形成したものである。
本実施形態の微小物質固定装置１は、純水（液体）Ｗ内に予め投入された直径約１μｍのポリスチレン微粒子（微小物質）ＰをＩＴＯガラス（基板）２上に固定する装置であって、図１に示すように、ＩＴＯガラス２上に純水Ｗを介在させた状態で対向配置され、対向面３ａに金属層４が形成されたカバーガラス（対向基板）３と、レーザ光Ｌを照射すると共に照射したレーザ光Ｌを純水Ｗ内でスポットして集光させ、ポリスチレン微粒子Ｐを光放射圧によって捕捉する光学系５と、ハロゲンランプ（光源）１６を有し、該ハロゲンランプ１６から照射された光を利用してポリスチレン微粒子Ｐを観察する観察系６と、ＩＴＯガラス２を対向面３ａに平行なＸＹ方向及び対向面３ａに垂直なＺ方向の３方向に移動させて、捕捉されたラテクッス粒子ＰをＩＴＯガラス２上の所定位置に近接させる移動手段７と、ＩＴＯガラス２と金属層４との間に所定電圧値の電圧を印加して、ポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に引き寄せて固定させる電圧印加手段８と、これら各構成品を総合的に制御する制御部９とを備えている。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a minute substance fixing device and a minute substance fixing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, the case where the metal layer 4 is formed on the facing surface 3a of the conductive cover glass 3 and a voltage is applied between the metal layer 4 and the ITO glass 2 will be described as an example. This metal layer 4 is formed by sputtering gold (Au).
The fine substance fixing device 1 of the present embodiment is an apparatus for fixing polystyrene fine particles (fine substance) P having a diameter of about 1 μm, which has been put in advance in pure water (liquid) W, onto the ITO glass (substrate) 2. As shown in FIG. 1, a cover glass (opposite substrate) 3 that is disposed opposite to the ITO glass 2 with pure water W interposed between the ITO glass 2 and a metal layer 4 is formed on the opposing surface 3a, and a laser beam L is irradiated. In addition, the irradiated laser beam L is spotted and condensed in pure water W, and has an optical system 5 that captures polystyrene fine particles P by light radiation pressure, and a halogen lamp (light source) 16. The observation system 6 for observing the polystyrene fine particles P using the irradiated light and the ITO glass 2 are captured by moving the ITO glass 2 in three directions, the XY direction parallel to the opposing surface 3a and the Z direction perpendicular to the opposing surface 3a. Ratec The moving means 7 for bringing the particles P close to a predetermined position on the ITO glass 2 and a voltage having a predetermined voltage value are applied between the ITO glass 2 and the metal layer 4 to draw the polystyrene fine particles P onto the ITO glass 2. A voltage applying means 8 to be fixed and a control unit 9 for comprehensively controlling these components are provided.

上記ＩＴＯガラス２は、フレーム１０に支持された状態でステージ１１上に隙間を空けて固定されている。また、カバーガラス３は、図示しない架台によって微小な隙間を空けた状態でＩＴＯガラス２上に支持されており、カバーガラス３とＩＴＯガラス２との間に純水Ｗが表面張力等によって保持されている。なお、本実施形態では、カバーガラス３とＩＴＯガラス２との間に塩化ビニル薄膜（厚さが約２０μｍ〜５０μｍ）１２が形成されており、該塩化ビニル薄膜１２によって純水Ｗの周囲を囲んでいる。但し、この塩化ビニル薄膜１２を用いずに、表面張力だけによって純水Ｗを保持して構わない。   The ITO glass 2 is fixed on the stage 11 with a gap while being supported by the frame 10. Further, the cover glass 3 is supported on the ITO glass 2 with a minute gap provided by a gantry (not shown), and the pure water W is held between the cover glass 3 and the ITO glass 2 by surface tension or the like. ing. In the present embodiment, a vinyl chloride thin film (having a thickness of about 20 μm to 50 μm) 12 is formed between the cover glass 3 and the ITO glass 2, and the periphery of the pure water W is surrounded by the vinyl chloride thin film 12. It is out. However, the pure water W may be held only by the surface tension without using the vinyl chloride thin film 12.

この金属層４には、電圧印加部８ａに接続された一方の電気配線８ｂが電気的に接続されている。また、ＩＴＯガラス２も同様に、電圧印加部８ａに接続された他方の電気配線８ｂが電気的に接続されている。これにより、ＩＴＯガラス２及び金属層４の間に電圧を印加できるようになっている。即ち、これら電圧印加部８ａ及び両電気配線８ｂは、上記電圧印加手段８を構成している。特にこの電圧印加部８ａは、印加する電圧値を自在に調整できるようになっている。   One electric wiring 8b connected to the voltage application unit 8a is electrically connected to the metal layer 4. Similarly, the ITO glass 2 is electrically connected to the other electrical wiring 8b connected to the voltage application unit 8a. Thereby, a voltage can be applied between the ITO glass 2 and the metal layer 4. That is, the voltage applying unit 8 a and the two electric wirings 8 b constitute the voltage applying means 8. In particular, the voltage application unit 8a can freely adjust the voltage value to be applied.

ステージ１１とＩＴＯガラス２との間の隙間には、ミラー１５が配置されている。このミラー１５は、ステージ１１の近傍に配置されたハロゲンランプ１６から照射された光をＩＴＯガラス２に向けて反射している。
また、ステージ１１は、Ｚステージ１７上に固定されたＸＹステージ１８上に固定されている。これらＸＹステージ１８及びＺステージ１７は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなる圧電素子であり、ドライブ回路１９から電圧が印加されると、その電圧印加量及び極性に応じて、ＸＹ方向及びＺ方向の３方向に対して微小移動するようになっている。つまり、ＸＹステージ１８及びＺステージ１７は、微動ステージとして機能する。 A mirror 15 is arranged in the gap between the stage 11 and the ITO glass 2. The mirror 15 reflects light emitted from the halogen lamp 16 disposed in the vicinity of the stage 11 toward the ITO glass 2.
The stage 11 is fixed on an XY stage 18 fixed on the Z stage 17. The XY stage 18 and the Z stage 17 are piezoelectric elements made of PZT (lead zirconate titanate) or the like. When a voltage is applied from the drive circuit 19, the XY stage 18 and the Z stage 17 It is designed to move slightly in the three directions of the Z direction. That is, the XY stage 18 and the Z stage 17 function as a fine movement stage.

また、上記Ｚステージ１７は、ＸＹＺステージ２０上に固定されている。このＸＹＺステージ２０は、ボールネジの駆動によって３方向に移動するものであり、上記ＸＹステージ１８、Ｚステージ１７及びステージ１１を一体的に粗動移動させるようになっている。つまり、ＸＹＺステージ２０は、粗動ステージとして機能する。
このように、ＩＴＯガラス２は、ＸＹＺステージ２０による粗動移動と、ＸＹステージ１８及びＺステージ１７による微動移動とによって、３方向に移動させられるようになっている。即ち、これらＸＹステージ１８、Ｚステージ１７、ＸＹＺステージ２０及びドライブ回路１９は、上記移動手段７を構成している。 The Z stage 17 is fixed on the XYZ stage 20. The XYZ stage 20 is moved in three directions by driving a ball screw, and the XY stage 18, the Z stage 17 and the stage 11 are integrally coarsely moved. That is, the XYZ stage 20 functions as a coarse movement stage.
As described above, the ITO glass 2 can be moved in three directions by coarse movement by the XYZ stage 20 and fine movement by the XY stage 18 and the Z stage 17. That is, the XY stage 18, the Z stage 17, the XYZ stage 20 and the drive circuit 19 constitute the moving means 7.

上記光学系５は、レーザ光Ｌ（例えば、波長５００ｎｍ程度のアルゴンイオンレーザ）を照射するレーザ光源２５と、該レーザ光Ｌをカバーガラス３の上方から対向面３ａに対して略直角に入射させるように反射するミラー２６と、該ミラー２６で反射したレーザ光Ｌを純水Ｗ内でスポットとして集光させる対物レンズ（例えば、ＮＡ＝１．２５、倍率１００倍）２７とを備えている。これにより、純水Ｗ内に投入されているポリスチレン微粒子Ｐを、光放射圧を利用して捕捉することが可能とされている。これについては、後に詳細に説明する。   The optical system 5 causes a laser light source 25 that irradiates a laser beam L (for example, an argon ion laser having a wavelength of about 500 nm) and the laser beam L to be incident on the opposing surface 3a from above the cover glass 3 at a substantially right angle. In this way, the mirror 26 is reflected, and an objective lens 27 (for example, NA = 1.25, magnification 100 ×) 27 that condenses the laser light L reflected by the mirror 26 as a spot in the pure water W is provided. Thereby, it is possible to capture the polystyrene fine particles P introduced into the pure water W by using the light radiation pressure. This will be described in detail later.

また、レーザ光源２５とミラー２６との間におけるレーザ光Ｌの光路上には、ハーフミラー２８が配置されている。これにより、レーザ光源２５から照射されたレーザ光Ｌは、一部がハーフミラー２８を通過した後、ミラー２６に入射するようになっている。   A half mirror 28 is disposed on the optical path of the laser light L between the laser light source 25 and the mirror 26. Accordingly, a part of the laser light L emitted from the laser light source 25 passes through the half mirror 28 and then enters the mirror 26.

またハーフミラー２８の近傍には、ハロゲンランプ１６から照射された光を利用してポリスチレン微粒子Ｐを観察するための集光レンズ３０と、レーザ光Ｌをカットするフィルタ３１と、ＣＣＤ等の撮像素子３２と、モニタ３３とが配置されている。つまり、ミラー１５によってＩＴＯガラス２に向けて反射されたハロゲンランプ１６からの光は、ＩＴＯガラス２を透過した後、純水Ｗに入射してポリスチレン微粒子Ｐに当たり散乱している。この散乱光は、対物レンズ２７を通過した後、ミラー２６で反射されてハーフミラー２８に入射する。そして、その一部がハーフミラー２８によって反射した後、集光レンズ３０に入射する。なおこの集光レンズ３０は、撮像素子３２に焦点が合うように調整されている。そして、集光レンズ３０で集光された光は、フィルタ３１を通過した後、撮像素子３２によって撮像される。この際、フィルタ３１はレーザ光Ｌと同じ波長を有する光をカットしているので、ポリスチレン微粒子Ｐに当たって散乱した光だけを撮像素子３２で撮像できるようになっている。そして、撮像素子３２で撮像された画像は、モニタ３３に表示される。   Further, in the vicinity of the half mirror 28, a condensing lens 30 for observing polystyrene fine particles P using light emitted from the halogen lamp 16, a filter 31 for cutting the laser light L, and an image pickup device such as a CCD. 32 and a monitor 33 are arranged. That is, the light from the halogen lamp 16 reflected toward the ITO glass 2 by the mirror 15 is transmitted through the ITO glass 2, then enters the pure water W, and is scattered by hitting the polystyrene fine particles P. The scattered light passes through the objective lens 27, is reflected by the mirror 26, and enters the half mirror 28. A part of the light is reflected by the half mirror 28 and then enters the condenser lens 30. The condenser lens 30 is adjusted so as to be focused on the image sensor 32. The light collected by the condenser lens 30 passes through the filter 31 and is then imaged by the imaging element 32. At this time, since the filter 31 cuts light having the same wavelength as the laser light L, only the light scattered upon hitting the polystyrene fine particles P can be imaged by the image sensor 32. The image captured by the image sensor 32 is displayed on the monitor 33.

これにより、純水Ｗ等に投入されたポリスチレン微粒子Ｐをモニタ３３で観察することができるようになっている。即ち、上述したハーフミラー２８、集光レンズ３０、フィルタ３１、撮像素子３２及びモニタ３３は、上記観察系６を構成している。   Thereby, the polystyrene fine particle P thrown into the pure water W etc. can be observed with the monitor 33 now. That is, the above-described half mirror 28, condenser lens 30, filter 31, image sensor 32 and monitor 33 constitute the observation system 6.

上記制御部９は、光学系５で捕捉されたポリスチレン微粒子ＰがＩＴＯガラス２上の所定位置に近接したときに、所定電圧値で電圧印加を行わせて、ポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に引き寄せて固定させるように電圧印加手段８の制御を行っている。
更に、本実施形態における制御部９は、上述した電圧印加を行わせた後、電圧値を所定電圧値よりも上げた状態で再度電圧印加を行わせて、金属層４から後述する金微粒子（金属微粒子）４ａをポリスチレン微粒子Ｐが固定されたＩＴＯガラス２に向けて電気泳動により移動させると共に、ＩＴＯガラス２上に堆積させることで金属膜３５を成膜させるように電圧印加手段８を制御するようになっている。
また本実施形態では、制御部９が所定電圧値で電圧印加を行わせるときと、所定電圧値よりも大きな電圧値で電圧印加を行わせるときとで、印加する電圧の極性が逆になるように電圧印加手段８を制御する場合を例にして説明する。但しこの場合に限定されず、同じ極性となるように電圧を印加しても構わない。 When the polystyrene fine particle P captured by the optical system 5 approaches a predetermined position on the ITO glass 2, the control unit 9 applies a voltage with a predetermined voltage value so that the polystyrene fine particle P is placed on the ITO glass 2. The voltage application means 8 is controlled so as to be pulled and fixed.
Furthermore, the control unit 9 in the present embodiment performs the voltage application described above, and then applies the voltage again in a state where the voltage value is higher than the predetermined voltage value, thereby causing a gold fine particle (described later) from the metal layer 4. The metal fine particles 4a are moved by electrophoresis toward the ITO glass 2 on which the polystyrene fine particles P are fixed, and the voltage application means 8 is controlled so that the metal film 35 is formed by being deposited on the ITO glass 2. It is like that.
In the present embodiment, the polarity of the applied voltage is reversed between when the control unit 9 applies the voltage at a predetermined voltage value and when the voltage is applied at a voltage value larger than the predetermined voltage value. Next, the case where the voltage applying means 8 is controlled will be described as an example. However, the present invention is not limited to this case, and a voltage may be applied so as to have the same polarity.

次に、このように構成された微小物質固定装置１を利用して、ポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に任意のパターンに並べて固定した後、成膜を行ってポリスチレン微粒子Ｐを金属膜３５で強固に固定しながらコーティングする微小物質固定方法について説明する。
本実施形態の微小物質固定方法は、セット工程と、捕捉工程と、位置調整工程と、固定工程と、電圧印加工程とを行う方法である。
セット工程は、対向面３ａに金属層４が形成されたカバーガラス３を、ポリスチレン微粒子Ｐが予め投入された純水Ｗを間に介在させた状態でＩＴＯガラス２上に対向配置させる工程である。また、捕捉工程は、レーザ光Ｌを照射すると共に照射したレーザ光Ｌを純水Ｗ内でスポットとして集光させ、ポリスチレン微粒子Ｐを光放射圧によって捕捉する工程である。また、位置調整工程は、ＩＴＯガラス２をＸＹ方向及びＺ方向の３方向に適宜移動させて、捕捉されたポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上の所定位置に近接させる工程である。また、固定工程は、ＩＴＯガラス２と金属層４との間に所定電圧値の電圧を印加して、捕捉されたポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に引き寄せて固定させる工程である。また、電圧印加工程は、電圧値を所定電圧値よりも上げた状態で再度電圧を印加して、金属層４から金微粒子４ａをポリスチレン微粒子Ｐが固定されたＩＴＯガラス２に向けて電気泳動により移動させると共に、ＩＴＯガラス２上に堆積させることで金属膜３５を成膜させる工程である。
これら各工程について、以下に詳細に説明する。 Next, using the fine substance fixing device 1 configured as described above, the polystyrene fine particles P are arranged and fixed in an arbitrary pattern on the ITO glass 2, and then the polystyrene fine particles P are formed on the metal film 35 by film formation. A description will be given of a method for immobilizing a fine substance that is coated while firmly fixing.
The minute substance fixing method of the present embodiment is a method of performing a setting process, a capturing process, a position adjusting process, a fixing process, and a voltage applying process.
The setting process is a process in which the cover glass 3 having the metal layer 4 formed on the opposing surface 3a is arranged oppositely on the ITO glass 2 with the pure water W into which the polystyrene fine particles P have been previously inserted interposed therebetween. . The capturing step is a step of irradiating the laser light L, condensing the irradiated laser light L as a spot in the pure water W, and capturing the polystyrene fine particles P by the light radiation pressure. The position adjustment step is a step in which the ITO glass 2 is appropriately moved in three directions of the XY direction and the Z direction to bring the captured polystyrene fine particles P close to a predetermined position on the ITO glass 2. The fixing step is a step in which a voltage having a predetermined voltage value is applied between the ITO glass 2 and the metal layer 4 and the captured polystyrene fine particles P are attracted and fixed on the ITO glass 2. In the voltage application step, a voltage is applied again in a state where the voltage value is higher than a predetermined voltage value, and the gold fine particles 4a are moved from the metal layer 4 toward the ITO glass 2 on which the polystyrene fine particles P are fixed by electrophoresis. In this step, the metal film 35 is formed by being moved and deposited on the ITO glass 2.
Each of these steps will be described in detail below.

まず、対向面３ａに金属層４が形成されたカバーガラス３を用意した後、ＩＴＯガラス２上に純水Ｗを介在させた状態でカバーガラス３をセットするセット工程を行う。この際、金属層４が形成された対向面３ａがＩＴＯガラス２の表面に対向するように、カバーガラス３をセットする。また、純水Ｗ内に予め複数のポリスチレン微粒子Ｐを投入しておく。これにより、図２に示すように、カバーガラス３とＩＴＯガラス２との間に、ポリスチレン微粒子Ｐが投入された純水Ｗを密閉することができる。   First, after preparing the cover glass 3 in which the metal layer 4 is formed on the opposing surface 3a, a setting step of setting the cover glass 3 with pure water W interposed on the ITO glass 2 is performed. At this time, the cover glass 3 is set so that the facing surface 3 a on which the metal layer 4 is formed faces the surface of the ITO glass 2. In addition, a plurality of polystyrene fine particles P are introduced into the pure water W in advance. Thereby, as shown in FIG. 2, the pure water W into which the polystyrene fine particles P are charged can be sealed between the cover glass 3 and the ITO glass 2.

そしてセット工程が終了した後、図１に示すように、ハロゲンランプ１６を点灯させると共に、ハロゲンランプ１６から照射された光を利用して純水Ｗ内のポリスチレン微粒子Ｐの状態を観察系６により光学的に観察する。この際、複数のポリスチレン微粒子Ｐは、純水Ｗ内で浮遊している状態となっている。この様子は、モニタ３３に表示された画像により確認することができる。   Then, after the setting process is completed, as shown in FIG. 1, the halogen lamp 16 is turned on, and the state of the polystyrene fine particles P in the pure water W is observed by the observation system 6 using the light irradiated from the halogen lamp 16. Observe optically. At this time, the plurality of polystyrene fine particles P are in a state of floating in the pure water W. This state can be confirmed from the image displayed on the monitor 33.

ここで、液中環境下におかれた物体表面は、液体の種類やｐＨ等の状況によりプラス若しくはマイナスに帯電した状態となっているが、本実施形態では、物体表面がマイナスに帯電されている場合を例に挙げて説明する。
そのため、純水Ｗ内に投入されたポリスチレン微粒子Ｐの表面、並びに、ＩＴＯガラス２の表面についても同様に、図３に示すように、マイナスに帯電した状態となっている。一方、物体表面の周囲環境は、帯電したマイナスを打ち消すようにプラスに帯電した状態となっている。そのため、ポリスチレン微粒子Ｐの表面近傍、並びに、ＩＴＯガラス２の表面近傍には、プラスに帯電した状態となっている。つまり、マイナスに帯電した層とプラスに帯電した層とが重なった電気二重層が形成されている。 Here, the surface of the object placed in the submerged environment is in a positively or negatively charged state depending on the type of liquid, pH, or the like, but in this embodiment, the object surface is negatively charged. An example will be described.
Therefore, the surface of the polystyrene fine particles P introduced into the pure water W and the surface of the ITO glass 2 are similarly negatively charged as shown in FIG. On the other hand, the surrounding environment of the object surface is in a positively charged state so as to cancel the charged negative. Therefore, the vicinity of the surface of the polystyrene fine particles P and the vicinity of the surface of the ITO glass 2 are positively charged. That is, an electric double layer in which a negatively charged layer and a positively charged layer overlap each other is formed.

よって、液中に浮遊しているポリスチレン微粒子ＰがＩＴＯガラス２に接近すると、互いの電気二重層が重なり合うので、静電気的相互作用によって斥力が働く。従って、ポリスチレン微粒子Ｐは、ＩＴＯガラス２から離れてしまう。また、金属層４及び他のポリスチレン微粒子Ｐに関しても同様である。従って、純水Ｗ内に投入されたポリスチレン微粒子Ｐは、ＩＴＯガラス２や金属層４や他のポリスチレン微粒子Ｐに付着することなく、液中を浮遊した状態となっている。   Therefore, when the polystyrene fine particles P floating in the liquid approach the ITO glass 2, the electric double layers overlap each other, and repulsive force works due to electrostatic interaction. Accordingly, the polystyrene fine particles P are separated from the ITO glass 2. The same applies to the metal layer 4 and other polystyrene fine particles P. Accordingly, the polystyrene fine particles P introduced into the pure water W are in a state of floating in the liquid without adhering to the ITO glass 2, the metal layer 4, and other polystyrene fine particles P.

次いで、観察系６によって液中内の状態を確認しながら、光学系５によってレーザ光Ｌを純水Ｗ内にスポットとして集光させる。これにより、図４に示すように、液中内を浮遊しているポリスチレン微粒子Ｐを１つだけ光放射圧を利用して捕捉（トラップ）することができる。具体的には、図５（ａ）に示すように、ポリスチレン微粒子Ｐにレーザ光Ｌをスポットとして集光させると、該レーザ光Ｌは媒質等の違いから屈折し、光の運動量がＰａ、Ｐｂだけ変化する。このときポリスチレン微粒子Ｐには、運動量を保存しようと、図５（ｂ）に示すように、Ｐａ、Ｐｂと逆向きの力Ｆａ、Ｆｂの合力Ｆが作用する。その結果、ポリスチレン微粒子Ｐは、焦点に捕捉される。このように光の放射圧を利用してポリスチレン微粒子Ｐを捕捉することができる。   Next, the laser light L is condensed as a spot in the pure water W by the optical system 5 while the state in the liquid is confirmed by the observation system 6. As a result, as shown in FIG. 4, only one polystyrene fine particle P floating in the liquid can be captured (trapped) using the light radiation pressure. Specifically, as shown in FIG. 5A, when the laser light L is condensed as a spot on the polystyrene fine particle P, the laser light L is refracted due to the difference in the medium or the like, and the momentum of the light is Pa, Pb. Only changes. At this time, a resultant force F of forces Fa and Fb opposite to Pa and Pb acts on the polystyrene fine particles P as shown in FIG. As a result, the polystyrene fine particles P are captured at the focal point. In this way, the polystyrene fine particles P can be captured using the radiation pressure of light.

この捕捉工程後、制御部９はＸＹＺステージ２０を適宜移動させてＩＴＯガラス２を粗動移動させると共に、ドライブ回路１９に指示を出してＸＹステージ１８及びＺステージ１７をＸＹＺの３方向に適宜微小移動させて、図４に示すように、ＩＴＯガラス２上の所定位置に捕捉したポリスチレン微粒子Ｐを近接させる位置調整工程を行う。ところが、ポリスチレン微粒子Ｐを捕捉して近づける力よりも、上述した斥力の方が強いので、図６に示すように、これ以上ポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２に近づけることができない。   After this capturing step, the controller 9 moves the XYZ stage 20 as appropriate to move the ITO glass 2 coarsely, and also instructs the drive circuit 19 to move the XY stage 18 and the Z stage 17 in three directions XYZ. As shown in FIG. 4, a position adjustment process is performed in which the polystyrene fine particles P captured at a predetermined position on the ITO glass 2 are brought close to each other. However, since the repulsive force described above is stronger than the force that captures and approaches the polystyrene fine particles P, the polystyrene fine particles P cannot be brought closer to the ITO glass 2 as shown in FIG.

そこで制御部９は、ポリスチレン微粒子Ｐが上述したようにＩＴＯガラス２上の所定位置に近接したときに、図７に示すように、所定電圧値で電圧を印加するように電圧印加手段８を作動させる。なおこの際、ＩＴＯガラス２がプラスに帯電するように電圧を印加させる。
これによりＩＴＯガラス２は、ポリスチレン微粒子Ｐと異なるプラスに帯電するので電気二重層の重なりによる斥力がなくなる。よってポリスチレン微粒子Ｐは、ＩＴＯガラス２に引き寄せられるように移動して、図８に示すように、ＩＴＯガラス２に付着した後固定される。特に、ポリスチレン微粒子ＰとＩＴＯガラス２との距離が近接した状態になると、両者の間にファンデルワールス力が強く作用するので、ポリスチレン微粒子Ｐは一層引き寄せられて固定される。この固定工程によって、浮遊している複数のポリスチレン微粒子Ｐの中から、先ほど捕捉したポリスチレン微粒子ＰのみをＩＴＯガラス２上の所定位置に確実に固定させることができる。 Therefore, the control unit 9 operates the voltage applying means 8 so as to apply a voltage at a predetermined voltage value as shown in FIG. 7 when the polystyrene fine particles P approach the predetermined position on the ITO glass 2 as described above. Let At this time, a voltage is applied so that the ITO glass 2 is positively charged.
As a result, the ITO glass 2 is positively charged differently from the polystyrene fine particles P, so that the repulsive force due to the overlapping of the electric double layers is eliminated. Therefore, the polystyrene fine particles P move so as to be attracted to the ITO glass 2 and are fixed after adhering to the ITO glass 2 as shown in FIG. In particular, when the distance between the polystyrene fine particles P and the ITO glass 2 is close, van der Waals force acts strongly between them, so that the polystyrene fine particles P are further attracted and fixed. By this fixing step, it is possible to reliably fix only the polystyrene fine particles P captured earlier among the plurality of floating polystyrene fine particles P to a predetermined position on the ITO glass 2.

上述したように、本実施形態の微小物質固定装置１及び微小物質固定方法によれば、液中に存在する複数のポリスチレン微粒子Ｐの中から任意に選択したポリスチレン微粒子Ｐのみを確実且つ容易にＩＴＯガラス２上の所定位置に固定することができる。しかも従来の方法とは異なり、ポリスチレン微粒子Ｐを加熱する必要がないので、ポリスチレン微粒子Ｐに何ら影響を与えることなく固定することができる。特に、本実施形態の微小物質固定装置１は、従来のものと違い、簡単な構成であるので、コストを抑えることができる。   As described above, according to the minute substance fixing device 1 and the minute substance fixing method of the present embodiment, only the polystyrene fine particles P arbitrarily selected from the plurality of polystyrene fine particles P existing in the liquid are reliably and easily ITO. It can be fixed at a predetermined position on the glass 2. Moreover, unlike the conventional method, it is not necessary to heat the polystyrene fine particles P, so that they can be fixed without affecting the polystyrene fine particles P. In particular, the minute substance immobilizing apparatus 1 of the present embodiment has a simple configuration, unlike the conventional one, so that the cost can be reduced.

また、光硬化性樹脂を利用する従来のものとは異なり、液体の種類に限定されず、様々な液体、例えば、バッファー溶液や生理食塩水等も使用することができる。従って、汎用性が高く、様々な分野への応用を期待することができる。例えば、従来では困難であったバイオ試料等の固定等にも好適に応用することができる。また、周囲を暗くする等の特殊な環境にする必要がなく、単に液中環境にするだけで固定を行うことができるので作業性の容易化を図ることができる。   Moreover, unlike the conventional one using a photo-curable resin, the liquid is not limited to a kind of liquid, and various liquids such as a buffer solution and physiological saline can be used. Therefore, it is highly versatile and can be expected to be applied in various fields. For example, it can be suitably applied to immobilization of biosamples and the like, which has been difficult in the past. In addition, it is not necessary to use a special environment such as darkening the surroundings, and fixing can be performed simply by using a submerged environment, thereby facilitating workability.

更に、予めＩＴＯガラス２を常時帯電させる必要がないので、省電力化を図ることができる。この点においてもコストの低減化を図ることができる。また、任意に選択して捕捉したポリスチレン微粒子Ｐのみを確実に固定できるので、意図しないポリスチレン微粒子Ｐを固定してしまう恐れがない。   Furthermore, since it is not necessary to always charge the ITO glass 2 in advance, power saving can be achieved. In this respect, the cost can be reduced. In addition, since only the polystyrene fine particles P that are arbitrarily selected and captured can be reliably fixed, there is no possibility of fixing the unintended polystyrene fine particles P.

次に、上述した捕捉工程、位置調整工程及び固定工程を繰り返し行って、図９に示すように、ＩＴＯガラス２上にポリスチレン微粒子Ｐを任意のパターンで複数固定させる。なお、この図９では、４個のポリスチレン微粒子Ｐを密着させた状態で固定させた例を示している。
このようにポリスチレン微粒子Ｐを任意のパターンで固定させた後、制御部９は、電圧値を所定電圧値よりも上げた状態で電圧印加するように電圧印加手段８を再度作動させる。この際、本実施形態では、図１０に示すように固定工程時とは逆の極性で電圧を印加する。即ち、金属層４側がプラス、ＩＴＯガラス２側がマイナスとなるように電圧を印加する。 Next, the capturing step, the position adjusting step, and the fixing step described above are repeated to fix a plurality of polystyrene fine particles P in an arbitrary pattern on the ITO glass 2 as shown in FIG. FIG. 9 shows an example in which four polystyrene fine particles P are fixed in close contact with each other.
After the polystyrene fine particles P are fixed in an arbitrary pattern in this way, the control unit 9 operates the voltage applying unit 8 again so that the voltage is applied in a state where the voltage value is higher than a predetermined voltage value. At this time, in this embodiment, as shown in FIG. 10, a voltage is applied with a polarity opposite to that in the fixing step. That is, the voltage is applied so that the metal layer 4 side is positive and the ITO glass 2 side is negative.

この電圧印加によって、金属層４はチャージされてプラスに帯電した状態となる。つまり、金属層４を構成する金微粒子４ａが、徐々にプラスの電荷を帯びてくる。一方、ＩＴＯガラス２も同様にチャージされて金属層４とは反対の極性であるマイナスに帯電した状態となる。そのため、ＩＴＯガラス２とカバーガラス３との間に介在された純水Ｗには、電界が形成される。   By this voltage application, the metal layer 4 is charged and becomes positively charged. That is, the gold fine particles 4a constituting the metal layer 4 are gradually charged with a positive charge. On the other hand, the ITO glass 2 is similarly charged and is in a negatively charged state having a polarity opposite to that of the metal layer 4. Therefore, an electric field is formed in the pure water W interposed between the ITO glass 2 and the cover glass 3.

そして、電圧印加部８ａが電圧値を所定電圧値以上に上げると、上述した状態からさらにチャージが進み、帯電した金微粒子４ａが図１０に示すように、異なる極性に帯電されたＩＴＯガラス２に引き寄せられて対向面３ａから剥離すると共に、液中に浮遊した状態となる。なお、この浮遊した金微粒子４ａは、依然としてプラスに帯電した状態となっている。そのため金微粒子４ａは、液中に浮遊したと同時に、金属層４とＩＴＯガラス２との間に形成された電界によって電気泳動により純水Ｗ内をＩＴＯガラス２に向かって移動し始める。そして、移動した金微粒子４ａは、ポリスチレン微粒子Ｐが固定されたＩＴＯガラス２の表面全体に次々と付着して堆積する。   When the voltage application unit 8a raises the voltage value to a predetermined voltage value or more, the charge further proceeds from the above-described state, and the charged gold fine particles 4a are applied to the ITO glass 2 charged with different polarities as shown in FIG. While being attracted and peeled from the facing surface 3a, it floats in the liquid. The floating gold fine particles 4a are still positively charged. For this reason, the gold fine particles 4 a float in the liquid, and at the same time, start moving in the pure water W toward the ITO glass 2 by electrophoresis due to an electric field formed between the metal layer 4 and the ITO glass 2. The moved gold fine particles 4a are deposited and deposited one after another on the entire surface of the ITO glass 2 on which the polystyrene fine particles P are fixed.

このように電圧印加工程を行うことで、カバーガラス３の対向面３ａに形成された金属層４の金微粒子４ａを電気泳動によりＩＴＯガラス２に向けて移動させると共に、ポリスチレン微粒子Ｐが固定されたＩＴＯガラス２上に堆積させて金属膜３５を成膜させることができる。これにより、図１１に示すように、ポリスチレン微粒子Ｐを金属膜３５でコーティングすることができる。特に、ＩＴＯガラス２上に固定されている複数のポリスチレン微粒子Ｐの周囲に金微粒子４ａが堆積するので、ポリスチレン微粒子Ｐをさらに強固に固定することができる。従って、ＩＴＯガラス２上を単に金属膜３５で成膜するだけでなく、この金属膜３５を利用してポリスチレン微粒子Ｐを液中で強固に固定することができる。
なお、ＩＴＯガラス２に付着した金微粒子４ａは、帯電した状態が解かれると同時に、ファンデルワールス力によって強固に固定される。 By performing the voltage application step in this way, the gold fine particles 4a of the metal layer 4 formed on the facing surface 3a of the cover glass 3 are moved toward the ITO glass 2 by electrophoresis, and the polystyrene fine particles P are fixed. A metal film 35 can be formed by being deposited on the ITO glass 2. Thereby, as shown in FIG. 11, the polystyrene fine particles P can be coated with the metal film 35. In particular, since the gold fine particles 4a are deposited around the plurality of polystyrene fine particles P fixed on the ITO glass 2, the polystyrene fine particles P can be more firmly fixed. Accordingly, not only the ITO glass 2 is simply formed with the metal film 35 but also the polystyrene fine particles P can be firmly fixed in the liquid by using the metal film 35.
The gold fine particles 4a attached to the ITO glass 2 are firmly fixed by van der Waals force at the same time as the charged state is released.

しかも、本実施形態では、電圧印加固定を行う際に、固定工程時と極性が異なるように電圧を印加している。そのため、液中に浮遊している残りのポリスチレン微粒子Ｐ（マイナスに帯電している）をＩＴＯガラス２側に引き寄せることなく、金微粒子４ａだけをＩＴＯガラス２に向けて電気泳動により移動させて堆積させることができる。従って、図１１に示すように、ＩＴＯガラス２に固定させたポリスチレン微粒子Ｐだけを確実に固定することができる。   Moreover, in the present embodiment, when the voltage application is fixed, the voltage is applied so that the polarity is different from that in the fixing process. Therefore, only the gold fine particles 4a are moved toward the ITO glass 2 by electrophoresis without being attracted to the ITO glass 2 side, and the remaining polystyrene fine particles P (charged negatively) floating in the liquid are deposited. Can be made. Therefore, as shown in FIG. 11, only the polystyrene fine particles P fixed to the ITO glass 2 can be fixed securely.

上述したように本実施形態の微小物質固定装置１及び微小物質固定方法によれば、ＩＴＯガラス２上に複数のポリスチレン微粒子Ｐを固定させた後、さらに金微粒子４ａを利用してポリスチレン微粒子Ｐを強固に固定しているので、ＩＴＯガラス２を液中から取り出して乾燥させたとしても、純水Ｗの乾燥過程で生じる気液界面における表面張力の影響を受けることがない。通常、単にポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に固定させただけでは、図１２に示すように、純水Ｗを乾燥させた際に気液界面の移動に伴ってポリスチレン微粒子Ｐも移動してしまう。
ところが本実施形態では、乾燥過程で気液界面が移動したとしても、ポリスチレン微粒子ＰはＩＴＯガラス２の表面全体に堆積している金微粒子４ａによって周囲が囲まれているので、気相界面につられて移動したり、変形したりする恐れがない。よって、液中内で任意のパターンで固定させたポリスチレン微粒子Ｐをそのままのパターンで大気中に取り出すことができる。 As described above, according to the minute substance fixing device 1 and the minute substance fixing method of the present embodiment, after fixing a plurality of polystyrene fine particles P on the ITO glass 2, the polystyrene fine particles P are further removed using the gold fine particles 4a. Since it is firmly fixed, even if the ITO glass 2 is taken out from the liquid and dried, it is not affected by the surface tension at the gas-liquid interface generated during the drying process of the pure water W. Normally, simply fixing the polystyrene fine particles P on the ITO glass 2 causes the polystyrene fine particles P to move with the movement of the gas-liquid interface when the pure water W is dried, as shown in FIG. .
However, in this embodiment, even if the gas-liquid interface moves during the drying process, the polystyrene fine particles P are surrounded by the gold fine particles 4a deposited on the entire surface of the ITO glass 2, so that they are trapped by the gas phase interface. There is no fear of moving or deforming. Therefore, the polystyrene fine particles P fixed in an arbitrary pattern in the liquid can be taken out into the atmosphere in the same pattern.

従って、マイクロスケールの微粒子の組み立てや、ＭＥＭＳ等の微小デバイス等の組み立てに応用することができる。しかも、大気中に取り出されたポリスチレン微粒子Ｐは、金微粒子４ａによってコーティングされているので、直ちに電子顕微鏡により観察を行うことができる。   Therefore, the present invention can be applied to the assembly of microscale fine particles and the assembly of micro devices such as MEMS. Moreover, since the polystyrene fine particles P taken out to the atmosphere are coated with the gold fine particles 4a, they can be immediately observed with an electron microscope.

ここで、液体を超臨界状態で乾燥させる装置が従来から知られている。これは、超臨界乾燥方法と呼ばれ、気相と液相との境界面が存在せず、表面張力が作用しない状態で乾燥を行う方法である。この方法によれば、同様に、液中内で任意のパターンで固定させたポリスチレン微粒子Ｐをそのままの状態で大気中に取り出すことができる。ところがこの方法は、装置自体が高価なものであるので、かなりの高コストになってしまい、安易に使用できるものではなかった。
これに対して、本実施形態の微小物質固定装置１及び微小物質固定方法によれば、上述したように特殊な構成が不要であり、容易且つ低コストでポリスチレン微粒子Ｐを大気中に取り出すことができる。 Here, an apparatus for drying a liquid in a supercritical state is conventionally known. This is called a supercritical drying method, and is a method in which there is no interface between the gas phase and the liquid phase, and the drying is performed in a state where surface tension does not act. Similarly, according to this method, polystyrene fine particles P fixed in an arbitrary pattern in the liquid can be taken out into the atmosphere as they are. However, this method is expensive because the device itself is expensive, and it cannot be used easily.
On the other hand, according to the minute substance fixing device 1 and the minute substance fixing method of the present embodiment, a special configuration is not necessary as described above, and the polystyrene fine particles P can be taken out into the atmosphere easily and at low cost. it can.

また、従来の超臨界乾燥方法は、高温且つ高圧環境下で乾燥を行う方法であるので、環境条件が厳しくなってしまう。例えば、水を乾燥させる場合には、臨界温度が３７３．９５℃、臨界圧力が２２．０６４ＭＰａ、臨界密度が３２２ｋｇ／ｍ３という厳しい条件となってしまう。特に、微小物質として、上述したポリスチレン微粒子Ｐではなくバイオ試料を用いた場合には、超臨界乾燥方法を行う従来の装置では、厳しい臨界条件ためのバイオ試料がダメージを受けてしまい、使用することができなかった。
これに対して、本実施形態の微小物質固定装置１及び微小物質固定方法によれば、単に液中で行うだけであるので、バイオ試料に何ら影響を与えることなく、生に近い状態で容易に大気中に取り出すことができる。従って、生体細胞や微生物等を基板に配列固定させる際に本発明を利用することができ、顕微鏡観察や標本作製への応用も可能である。 Moreover, since the conventional supercritical drying method is a method of drying in a high temperature and high pressure environment, environmental conditions become severe. For example, when water is dried, the critical temperature is 373.95 ° C., the critical pressure is 22.064 MPa, and the critical density is 322 kg / m 3 . In particular, when a biosample is used as a fine substance instead of the above-mentioned polystyrene fine particles P, the biosample for severe critical conditions is damaged and used in a conventional apparatus that performs the supercritical drying method. I could not.
On the other hand, according to the minute substance immobilization apparatus 1 and the minute substance immobilization method of the present embodiment, since it is simply performed in the liquid, it is easily performed in a state close to life without affecting the biosample. Can be taken out into the atmosphere. Therefore, the present invention can be used when arraying and fixing biological cells, microorganisms and the like on a substrate, and can be applied to microscopic observation and specimen preparation.

（第２実施形態）
次に、本発明に係る微小物質固定装置及び微小物質固定方法の第２実施形態を、図１３を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、ポリスチレン微粒子Ｐを任意のパターンでＩＴＯガラス２に固定させる際に、捕捉工程、位置調整工程及び固定工程を繰り返し行ったが、第２実施形態では一度で行うことができる点である。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the minute substance fixing device and the minute substance fixing method according to the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, when the polystyrene fine particles P are fixed to the ITO glass 2 in an arbitrary pattern, the capturing step, the position adjusting step, and the fixing step are repeated. However, the second embodiment can be performed at once.

即ち本実施形態の光学系４１は、レーザ光Ｌを複数の光束に分岐させる光変調器（レーザ分岐素子）４２を備えており、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、ポリスチレン微粒子Ｐを一度に複数捕捉することができるように構成されている。
具体的に本実施形態の光学系４１は、レーザ光源２５とハーフミラー２８との間に、レーザ光源２５側から順に、ビームエキスパンダ４３、偏光板４４、上記光変調器４２及びレンズ系４５を備えている。ビームエキスパンダ４３は、レーザ光源２５から照射されたレーザ光Ｌのビーム径を拡大させている。偏光板４４は、ビーム系が拡大されたレーザ光Ｌが有する偏光成分のうち、決められた成分（例えば、Ｐ成分）の直線偏光の光を透過させている。光変調器４２は、光の位相を制御するデバイスであって、偏光板４４を透過してきたレーザ光Ｌを、予め入力された配列パターンにしたがって光束を複数に分岐させている。レンズ系４５は、複数の光束に分岐された光束をそれぞれ元のビーム径に集光させている。 That is, the optical system 41 of this embodiment includes an optical modulator (laser branch element) 42 that branches the laser light L into a plurality of light beams, and a plurality of spots in which the plurality of branched light beams are arranged in an arbitrary arrangement. The polystyrene fine particles P can be captured multiple times at a time.
Specifically, the optical system 41 of the present embodiment includes a beam expander 43, a polarizing plate 44, the light modulator 42, and a lens system 45 between the laser light source 25 and the half mirror 28 in order from the laser light source 25 side. I have. The beam expander 43 expands the beam diameter of the laser light L emitted from the laser light source 25. The polarizing plate 44 transmits linearly polarized light of a predetermined component (for example, P component) among the polarized components of the laser light L whose beam system is expanded. The optical modulator 42 is a device that controls the phase of light, and splits the laser light L transmitted through the polarizing plate 44 into a plurality of light beams according to an array pattern that is input in advance. The lens system 45 condenses the light beams branched into a plurality of light beams to the original beam diameter.

このように構成された光学系４１を有する微小物質固定装置４０によれば、捕捉工程の際、光変調器４２によりレーザ光Ｌを複数の光束に分岐させた後、これら複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして液中に集光させることができる。これにより、複数のポリスチレン微粒子Ｐを任意の配列に並ばせた状態で一度に捕捉することができる。その後、固定工程によってこれら複数のポリスチレン微粒子Ｐを一度にＩＴＯガラス２に固定させることができる。
特に、１つ１つポリスチレン微粒子Ｐを固定させることなく、一度に複数のポリスチレン微粒子Ｐを所望する配列パターンで固定させることができるので、作業時間をより短縮することができると共に使い易さが向上する。 According to the minute substance fixing device 40 having the optical system 41 configured as described above, after the laser light L is branched into a plurality of light beams by the light modulator 42 in the capturing step, the plurality of light beams are arbitrarily transmitted. It can be condensed in the liquid as a plurality of spots arranged in an array. Thereby, a plurality of polystyrene fine particles P can be captured at once in a state where they are arranged in an arbitrary arrangement. Thereafter, the plurality of polystyrene fine particles P can be fixed to the ITO glass 2 at a time by a fixing step.
In particular, it is possible to fix a plurality of polystyrene fine particles P in a desired arrangement pattern at a time without fixing the polystyrene fine particles P one by one, so that the working time can be further shortened and the usability is improved. To do.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記各実施形態では、基板の一例としてＩＴＯガラス２を例に挙げて説明したが、ＩＴＯガラス２に限定されるものではない。また、カバーガラス３の対向面３ａにスパッタ法で金属層４を形成したが、スパッタ法に限られず、蒸着法等により金属層４を形成しても構わない。また、金属層４は、金に限られるものではない。   For example, in each of the above embodiments, the ITO glass 2 has been described as an example of the substrate, but the invention is not limited to the ITO glass 2. Further, the metal layer 4 is formed on the facing surface 3a of the cover glass 3 by the sputtering method. However, the metal layer 4 is not limited to the sputtering method, and the metal layer 4 may be formed by an evaporation method or the like. The metal layer 4 is not limited to gold.

また、上記各実施形態において、対向基板としてカバーガラス３を用いたが、カバーガラス３に代えて、ＩＴＯガラス２等の導電性基板を用いても構わない。このように導電性基板を用いることで、金属層４に電圧を印加した際に、導電性基板自体に電流を流して金属層４に電圧を印加することができる。よって、より効率良く且つ金属層４全体に均等に電圧を印加でき、成膜をより円滑にムラなく行うことができる。また、金微粒子４ａの剥離によって、仮に金属層４が途中で分断されてしまったとしても、導電性基板を介して電流が流れるので、まだ剥離していない残りの金属層４に電圧を確実に印加することができる。よって、この点からもムラのない成膜を行うことができる。   In each of the above embodiments, the cover glass 3 is used as the counter substrate. However, instead of the cover glass 3, a conductive substrate such as the ITO glass 2 may be used. By using the conductive substrate in this way, when a voltage is applied to the metal layer 4, it is possible to apply a voltage to the metal layer 4 by passing a current through the conductive substrate itself. Therefore, the voltage can be applied more efficiently and evenly across the entire metal layer 4, and the film formation can be performed more smoothly and uniformly. Further, even if the metal layer 4 is divided in the middle due to the peeling of the gold fine particles 4a, a current flows through the conductive substrate, so that the voltage is reliably applied to the remaining metal layer 4 that has not yet been peeled off. Can be applied. Therefore, film formation without unevenness can be performed also from this point.

また、上記各実施形態では、純水Ｗに投入する微小物質をポリスチレン微粒子Ｐとしたが、これに限られず、その他の高分子粒子やバイオ試料等でも構わない。   Further, in each of the above embodiments, the fine substance introduced into the pure water W is the polystyrene fine particle P. However, the present invention is not limited to this, and other polymer particles, biosamples, and the like may be used.

また、上記実施形態では、固定工程の際にＩＴＯガラス２側がプラスに帯電するように電圧を印加したが、純水Ｗ内に微小物質を投入したときに、該微小物質がプラスに帯電するような処理を施したような場合には、ＩＴＯガラス２側がマイナスに帯電するように電圧を印加すれば良い。この場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。
また、固定工程時と電圧印加工程時とで極性が異なるように電圧を印加したが、この場合に限定されず、同じ極性となるように電圧を印加しても構わない。 In the above embodiment, a voltage is applied so that the ITO glass 2 side is positively charged in the fixing step. However, when a minute substance is introduced into the pure water W, the minute substance is positively charged. In such a case, a voltage may be applied so that the ITO glass 2 side is negatively charged. Even in this case, the same effects can be achieved.
Further, although the voltage is applied so that the polarity is different between the fixing process and the voltage applying process, the voltage is not limited to this case, and the voltage may be applied so as to have the same polarity.

更に、上記各実施形態において、電圧印加工程を行う際に所定時間以上の間電圧印加を行って、ポリスチレン微粒子Ｐを埋没させるように金微粒子４ａを堆積させて金属膜３５をコーティングしても構わない。
即ち、所定時間以上の間電圧を印加し続け、ＩＴＯガラス２上に金微粒子４ａを堆積させ続ける。これにより、ポリスチレン微粒子Ｐをコーティングする金属膜３５の膜厚が徐々に厚くなり、ＩＴＯガラス２上に固定させたポリスチレン微粒子Ｐを埋没させることができる。このように金属膜３５を厚く成膜することで、ポリスチレン微粒子Ｐの鋳型を作ることができる。つまり、厚く成膜した金属膜３５をＩＴＯガラス２から剥すことで、ポリスチレン微粒子Ｐの外表面形状が転写した金属膜３５を得ることができる。よって、この鋳型となった金属膜３５を観察することで、ポリスチレン微粒子Ｐの観察を行うことができる。即ち、レプリカ法で観察することができる。
特に、液中におけるポリスチレン微粒子Ｐの状態を金属膜３５に転写できるので、液中に存在している状態でポリスチレン微粒子Ｐを観察することができる。また微小物質として、ポリスチレン微粒子Ｐではなくバイオ試料を採用した場合には、観察に好適な方法である。 Further, in each of the above embodiments, the metal film 35 may be coated by depositing gold fine particles 4a so as to bury the polystyrene fine particles P by applying a voltage for a predetermined time or more when performing the voltage applying step. Absent.
That is, the voltage is continuously applied for a predetermined time or longer, and the gold fine particles 4 a are continuously deposited on the ITO glass 2. Thereby, the film thickness of the metal film 35 which coats the polystyrene fine particles P is gradually increased, and the polystyrene fine particles P fixed on the ITO glass 2 can be buried. Thus, the mold of the polystyrene fine particle P can be made by forming the metal film 35 thickly. That is, the metal film 35 to which the outer surface shape of the polystyrene fine particles P is transferred can be obtained by peeling the thick metal film 35 from the ITO glass 2. Therefore, the polystyrene fine particles P can be observed by observing the metal film 35 used as the template. That is, it can be observed by a replica method.
In particular, since the state of the polystyrene fine particles P in the liquid can be transferred to the metal film 35, the polystyrene fine particles P can be observed in the state of being present in the liquid. Further, when a bio sample is adopted as the minute substance instead of the polystyrene fine particles P, it is a suitable method for observation.

（実施例）
次に、上記第１実施形態に基づいて、実際に実験を行った実施例について説明する。なお、以下の条件で実験を行った。
まず、微小物質として直径１μｍのポリスチレン微粒子Ｐを用いた。また、波長λ＝５１４ｎｍのアルゴンイオンレーザを照射するレーザ光源２５を用いると共に、その出力を６０ｍＷとした。また、固定工程時の印加電圧を２Ｖとした。この際、ＩＴＯガラス２がプラスに帯電するように電圧を印加した。また、ＩＴＯガラス２とカバーカラス４との間隔を、スペーサ等を利用して６０μｍに調整した。 (Example)
Next, an example in which an experiment was actually performed will be described based on the first embodiment. The experiment was conducted under the following conditions.
First, polystyrene fine particles P having a diameter of 1 μm were used as fine substances. Further, a laser light source 25 that irradiates an argon ion laser with a wavelength λ = 514 nm was used, and the output thereof was set to 60 mW. The applied voltage during the fixing process was 2V. At this time, a voltage was applied so that the ITO glass 2 was positively charged. Further, the interval between the ITO glass 2 and the cover crow 4 was adjusted to 60 μm using a spacer or the like.

この条件のもと、複数のポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上にパターニングして固定させた。その結果、図１４に示すように、ポリスチレン微粒子Ｐを「静」の文字となるようにきれいにパターニングできたことを確認した。また、図１５に示すように、「ＳＵ」の文字となるようにパターニングできたことも確認できた。   Under this condition, a plurality of polystyrene fine particles P were patterned and fixed on the ITO glass 2. As a result, as shown in FIG. 14, it was confirmed that the polystyrene fine particles P could be neatly patterned so as to have the letters “static”. Further, as shown in FIG. 15, it was confirmed that the patterning could be performed so that the characters “SU” were formed.

次に、ＩＴＯガラス２がマイナスに帯電するように極性を変えて電圧印加工程を行い、金微粒子４ａをＩＴＯガラス２上に堆積させてコーティングを行った。この際、印加電圧は８Ｖであり、電圧印加時間を１分とした。
電圧印加工程後、ＩＴＯガラス２を大気中に取り出して乾燥させ、電子顕微鏡で観察したところ図１４及び図１５に示すパターンのまま、ポリスチレン微粒子ＰがＩＴＯガラス２上に固定されていることを確認できた。 Next, a voltage application process was performed by changing the polarity so that the ITO glass 2 was negatively charged, and gold fine particles 4a were deposited on the ITO glass 2 to perform coating. At this time, the applied voltage was 8 V, and the voltage application time was 1 minute.
After the voltage application step, the ITO glass 2 is taken out into the atmosphere, dried, and observed with an electron microscope. As a result, it is confirmed that the polystyrene fine particles P are fixed on the ITO glass 2 with the patterns shown in FIGS. did it.

一方、上述した固定工程後、電圧印加工程を行わずに、「ＳＵ」のパターンでポリスチレン微粒子Ｐを固定させたＩＴＯガラス２を大気中に取り出して乾燥させた場合には、図１６に示すように、配列が崩れてしまったポリスチレン微粒子Ｐが確認された。これは、乾燥に伴う気相界面の移動によって、ポリスチレン微粒子Ｐも移動したことが原因と考えられる。   On the other hand, when the ITO glass 2 in which the polystyrene fine particles P are fixed in the “SU” pattern is taken out into the atmosphere and dried without performing the voltage application step after the fixing step described above, as shown in FIG. In addition, polystyrene fine particles P whose arrangement was broken were confirmed. This is presumably because the polystyrene fine particles P also moved due to the movement of the gas phase interface accompanying the drying.

これらの結果から、本発明に係る微小物質固定装置１及び微小物質固定方法の効果が確認でき、簡単な構成且つ低コストで、液中で任意のパターンに配列したポリスチレン微粒子Ｐをそのままの状態で大気中に取り出すことができるという、従来にはない特別な効果を確認することができた。   From these results, the effects of the minute substance fixing device 1 and the minute substance fixing method according to the present invention can be confirmed, and the polystyrene fine particles P arranged in an arbitrary pattern in the liquid can be kept as they are with a simple configuration and at a low cost. It was possible to confirm a special effect that could be taken out into the atmosphere.

本発明に係る微小物質固定装置の第１実施形態を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing a 1st embodiment of a minute substance immobilization device concerning the present invention. 図１に示す微小物質固定装置の一部拡大図であって、純水内にポリスチレン微粒子が浮遊している状態を示す図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of the minute substance fixing device shown in FIG. 1, showing a state where polystyrene fine particles are suspended in pure water. 純水内に浮遊しているポリスチレン微粒子に作用する静電気的相互作用エネルギを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electrostatic interaction energy which acts on the polystyrene microparticles | fine-particles suspended in the pure water. 純水内に浮遊しているポリスチレン微粒子にレーザ光を集光させて、光放射圧により捕捉した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which condensed the laser beam on the polystyrene microparticles | fine-particles suspended in the pure water, and was capture | acquired with the light radiation pressure. 光放射圧によってポリスチレン微粒子を捕捉する原理を示す図であって、（ａ）はポリスチレン微粒子にレーザ光を集光させた図であり、（ｂ）はポリスチレン微粒子に作用する力のベクトル図である。It is a figure which shows the principle which capture | acquires polystyrene microparticles | fine-particles by light radiation pressure, Comprising: (a) is the figure which condensed the laser beam on the polystyrene microparticles, (b) is a vector diagram of the force which acts on polystyrene microparticles. . 図４に示す状態の後、ポリスチレン微粒子をＩＴＯガラスに近づけた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which brought the polystyrene fine particle close to ITO glass after the state shown in FIG. 図６に示す状態の後、金属層とＩＴＯガラスとの間に電圧を印加させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which applied the voltage between a metal layer and ITO glass after the state shown in FIG. 電圧を印加した結果、捕捉したポリスチレン微粒子をＩＴＯガラスに固定させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which fixed the captured polystyrene fine particle to ITO glass as a result of applying a voltage. ＩＴＯガラス上に複数のポリスチレン微粒子を固定させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which fixed the some polystyrene microparticles | fine-particles on ITO glass. 図９に示す状態の後、再び金属層とＩＴＯガラスとの間に電圧を印加させて、ＩＴＯガラス上に金微粒子を堆積させている状態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a state where gold particles are deposited on the ITO glass by applying a voltage between the metal layer and the ITO glass again after the state shown in FIG. 9. ＩＴＯガラス上に金微粒子が堆積して、ポリスチレン微粒子が強固に固定された状態で金属膜によりコーティングされた状態を示す図である。It is a figure which shows the state coated with the metal film in the state in which the gold fine particles were deposited on the ITO glass and the polystyrene fine particles were firmly fixed. 従来の方法を説明するための図であって、ＩＴＯガラス上にポリスチレン微粒子を単に固定させた状態で、液体を乾燥させている状態を示す図である。It is a figure for demonstrating the conventional method, Comprising: It is a figure which shows the state which dries the liquid in the state which fixed the polystyrene fine particle on ITO glass. 本発明に係る微小物質固定装置の第２実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the micromaterial fixing device which concerns on this invention. 本発明に係る微小物質固定装置の第１実施形態に基づいて実際に実験を行った実施例を説明するための図であって、ＩＴＯガラス上に複数のポリスチレン微粒子を「静」の文字となるようにパターニングした状態で固定させた図である。It is a figure for demonstrating the Example which actually experimented based on 1st Embodiment of the micromaterial fixing device which concerns on this invention, Comprising: A plurality of polystyrene microparticles become the character of "static" on ITO glass It is the figure fixed in the state patterned like this. 本発明に係る微小物質固定装置の第１実施形態に基づいて実際に実験を行った実施例を説明するための図であって、ＩＴＯガラス上に複数のポリスチレン微粒子を「ＳＵ」の文字となるようにパターニングした状態で固定させた図である。It is a figure for demonstrating the Example actually experimented based on 1st Embodiment of the micromaterial fixing device which concerns on this invention, Comprising: A plurality of polystyrene microparticles become the character of "SU" on ITO glass It is the figure fixed in the state patterned like this. 従来の方法で実際に実験を行った実施例を説明するための図であって、図１５に示すＩＴＯガラスを、大気中に取り出して乾燥させた後の状態のポリスチレン微粒子を示す図である。It is a figure for demonstrating the Example actually experimented by the conventional method, Comprising: It is a figure which shows the polystyrene microparticles | fine-particles of the state after taking out and drying the ITO glass shown in FIG. 15 in air | atmosphere.

符号の説明Explanation of symbols

Ｌ レーザ光
Ｐ ポリスチレン微粒子（微小物質）
Ｗ 純水（液体）
１、４０ 微小物質固定装置
２ ＩＴＯガラス（基板）
３５ 金属膜
３ カバーガラス（対向基板）
３ａ 対向面
４ 金属層
４ａ 金微粒子（金属微粒子）
５、４１ 光学系
６ 観察系
７ 移動手段
８ 電圧印加手段
９ 制御部
４２ 光変調器（レーザ分岐素子）



L Laser light
P Polystyrene fine particles (fine substances)
W Pure water (liquid)
1, 40 Fine substance fixing device 2 ITO glass (substrate)
35 Metal film 3 Cover glass (opposite substrate)
3a Opposing surface 4 Metal layer 4a Gold fine particles (metal fine particles)
5, 41 Optical system 6 Observation system 7 Moving means 8 Voltage applying means 9 Control unit 42 Optical modulator (laser branch element)



Claims (16)

液体内に予め投入された微小物質を基板上に固定する微小物質固定装置であって、
前記基板上に前記液体を介在させた状態で対向配置され、少なくとも対向面が導電性とされた対向基板と、
レーザ光を照射すると共に照射したレーザ光を前記液体内でスポットとして集光させ、前記微小物質を光放射圧によって捕捉する光学系と、
光源を有し、該光源から照射された光を利用して前記微小物質を観察する観察系と、
前記基板を、前記対向面に平行なＸＹ方向及び対向面に垂直なＺ方向の３方向に移動させ、捕捉された前記微小物質を基板上の所定位置に近接させる移動手段と、
前記基板と前記対向面との間に所定電圧値の電圧を印加する電圧印加手段と、
前記微小物質が前記基板上の所定位置に近接したときに電圧印加を行わせて、微小物質を基板上に引き寄せて固定させるように前記電圧印加手段を制御する制御部とを備えていることを特徴とする微小物質固定装置。 A minute substance fixing device for fixing on a substrate a minute substance previously charged in a liquid,
A counter substrate disposed opposite to the substrate with the liquid interposed therebetween, and at least the counter surface is conductive;
An optical system for irradiating the laser beam and condensing the irradiated laser beam as a spot in the liquid, and capturing the minute substance by light radiation pressure;
An observation system having a light source and observing the minute substance using light emitted from the light source;
Moving means for moving the substrate in three directions, ie, an XY direction parallel to the facing surface and a Z direction perpendicular to the facing surface, and bringing the captured minute substance close to a predetermined position on the substrate;
Voltage applying means for applying a voltage of a predetermined voltage value between the substrate and the facing surface;
A control unit that controls the voltage application unit so that a voltage is applied when the minute substance comes close to a predetermined position on the substrate, and the minute substance is attracted and fixed on the substrate. Characteristic micro-material fixing device. 請求項１に記載の微小物質固定装置において、
前記対向基板が、導電性基板であることを特徴とする微小物質固定装置。 The minute substance fixing device according to claim 1,
The fine substance fixing device, wherein the counter substrate is a conductive substrate. 請求項１又は２に記載の微小物質固定装置において、
前記制御部は、前記光学系、前記移動手段及び前記電圧印加手段を制御して、前記基板上に前記微小物質を任意のパターンで複数固定させることを特徴とする微小物質固定装置。 The minute substance fixing device according to claim 1 or 2,
The control unit controls the optical system, the moving unit, and the voltage applying unit to fix a plurality of the micro substances in an arbitrary pattern on the substrate. 請求項１から３のいずれか１項に記載の微小物質固定装置において、
前記光学系は、前記レーザ光を複数の光束に分岐させるレーザ分岐素子を備え、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、前記微小物質を一度に複数捕捉することを特徴とする微小物質固定装置。 The minute substance fixing device according to any one of claims 1 to 3,
The optical system includes a laser branching element that splits the laser light into a plurality of light beams, and condenses the plurality of branched light beams as a plurality of spots arranged in an arbitrary arrangement, so that a plurality of the minute substances can be collected at a time. A fine substance immobilizing device characterized by capturing. 請求項１から４のいずれか１項に記載の微小物質固定装置において、
前記対向面には、金属層が形成されており、
前記制御部は、前記電圧印加を行わせた後、電圧値を前記所定電圧値よりも上げた状態で再度電圧印加を行わせ、前記金属層から金属微粒子を前記微小物質が固定された前記基板に向けて電気泳動により移動させると共に、基板上に金属微粒子を堆積させることで金属膜を成膜させるように前記電圧印加手段を制御することを特徴とする微小物質固定装置。 The minute substance fixing device according to any one of claims 1 to 4,
A metal layer is formed on the facing surface,
The substrate, after the voltage application, the voltage application is performed again in a state where the voltage value is higher than the predetermined voltage value, and the fine particles are fixed to the substrate from the metal layer. The apparatus for immobilizing a fine substance is characterized in that the voltage application means is controlled so as to form a metal film by depositing metal fine particles on a substrate while being moved by electrophoresis. 請求項５に記載の微小物質固定装置において、
前記金属層は、スパッタ法又は蒸着法により前記対向面に形成されていることを特徴とする微小物質固定装置。 The minute substance fixing device according to claim 5,
The fine substance fixing device, wherein the metal layer is formed on the facing surface by a sputtering method or a vapor deposition method. 請求項５又は６に記載の微小物質固定装置において、
前記制御部は、前記所定電圧値で電圧印加を行わせるときと、所定電圧値よりも大きな電圧値で電圧印加を行わせるときとで、極性が逆になるように前記電圧印加手段を制御することを特徴とする微小物質固定装置。 The minute substance fixing device according to claim 5 or 6,
The control unit controls the voltage applying unit so that the polarity is reversed between when the voltage is applied at the predetermined voltage value and when the voltage is applied at a voltage value larger than the predetermined voltage value. A fine substance immobilizing device characterized by that. 請求項５から７のいずれか１項に記載の微小物質固定装置において、
前記制御部は、所定時間以上の間、前記所定電圧よりも大きな電圧値で電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御して、前記微小物質を埋没させるように前記金属膜を成膜させることを特徴とする微小物質固定装置。 The minute substance fixing device according to any one of claims 5 to 7,
The control unit controls the voltage applying unit to apply a voltage with a voltage value larger than the predetermined voltage for a predetermined time or longer, and forms the metal film so as to bury the minute substance. A fine substance immobilizing device characterized by that. 液体内に予め投入された微小物質を基板上に固定する微小物質固定方法であって、
少なくとも対向面が導電性とされた対向基板を、前記微小物質が予め投入された前記液体を間に介在させた状態で前記基板上に対向配置させるセット工程と、
該セット工程後、レーザ光を照射すると共に照射したレーザ光を前記液体内でスポットとして集光させ、前記微小物質を光放射圧によって捕捉する捕捉工程と、
該捕捉工程後、前記基板を前記対向面に平行なＸＹ方向及び対向面に垂直なＺ方向の３方向に適宜移動させて、捕捉された前記微小物質を基板上の所定位置に近接させる位置調整工程と、
該位置調整工程後、前記基板と前記対向面との間に所定電圧値の電圧を印加して、捕捉された前記微小物質を基板上に引き寄せて固定させる固定工程とを備えていることを特徴とする微小物質固定方法。 A fine substance fixing method for fixing a fine substance previously placed in a liquid on a substrate,
A setting step of disposing an opposing substrate having at least an opposing surface conductive on the substrate in a state where the liquid into which the minute substance has been previously placed is interposed therebetween;
After the setting step, a capturing step of irradiating the laser beam and condensing the irradiated laser beam as a spot in the liquid, and capturing the minute substance by light radiation pressure;
After the capturing step, the substrate is appropriately moved in three directions, ie, an XY direction parallel to the facing surface and a Z direction perpendicular to the facing surface, so that the captured fine substance is brought close to a predetermined position on the substrate. Process,
And a fixing step of applying a voltage having a predetermined voltage value between the substrate and the facing surface after the position adjusting step to attract and fix the captured minute substance on the substrate. A method for immobilizing minute substances. 請求項９に記載の微小物質固定方法において、
前記対向基板が、導電性基板であることを特徴とする微小物質固定方法。 The method for immobilizing a fine substance according to claim 9,
The method for immobilizing a fine substance, wherein the counter substrate is a conductive substrate. 請求項９又は１０に記載の微小物質固定方法において、
前記捕捉工程、前記位置調整工程及び前記固定工程を繰り返し行って、前記基板上に前記微小物質を任意のパターンで複数固定させることを特徴とする微小物質固定方法。 The fine substance immobilization method according to claim 9 or 10,
A method for immobilizing a minute substance, wherein a plurality of the minute substances are fixed in an arbitrary pattern on the substrate by repeatedly performing the capturing step, the position adjusting step, and the fixing step. 請求項９から１１のいずれか１項に記載の微小物質固定方法において、
前記捕捉工程の際、前記レーザ光を複数の光束に分岐させた後、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、前記微小物質を一度に複数捕捉することを特徴とする微小物質固定方法。 The method for immobilizing a fine substance according to any one of claims 9 to 11,
In the capturing step, after the laser beam is branched into a plurality of light beams, the plurality of branched light beams are condensed as a plurality of spots arranged in an arbitrary arrangement, and a plurality of the micro substances are captured at a time. A method for immobilizing a fine substance characterized by the above. 請求項９から１２のいずれか１項に記載の微小物質固定方法において、
前記対向面には、金属層が形成されており、
前記固定工程後、電圧値を前記所定電圧値よりも上げた状態で再度電圧印加を行って、前記金属層から金属微粒子を前記微小物質が固定された前記基板に向けて電気泳動により移動させると共に、基板上に金属微粒子を堆積させることで金属膜を成膜する電圧印加工程を行うことを特徴とする微小物質固定方法。 The method for immobilizing a fine substance according to any one of claims 9 to 12,
A metal layer is formed on the facing surface,
After the fixing step, voltage is applied again in a state where the voltage value is higher than the predetermined voltage value, and the metal fine particles are moved from the metal layer toward the substrate on which the minute substance is fixed by electrophoresis. A method for immobilizing a fine substance, comprising performing a voltage application step of forming a metal film by depositing metal fine particles on a substrate. 請求項１３に記載の微小物質固定方法において、
前記金属層は、スパッタ法又は蒸着法により前記対向面に形成されていることを特徴とする微小物質固定方法。 The fine substance fixing method according to claim 13,
The method for immobilizing a fine material, wherein the metal layer is formed on the facing surface by sputtering or vapor deposition. 請求項１３又は１４に記載の微小物質固定方法において、
前記電圧印加工程の際、前記固定工程時の逆の極性で電圧を印加することを特徴とする微小物質固定方法。 The fine substance fixing method according to claim 13 or 14,
In the voltage application step, a voltage is applied with a polarity opposite to that in the fixing step. 請求項１３から１５のいずれか１項に記載の微小物質固定方法において、
前記電圧印加工程の際、所定時間以上の間電圧印加を行って、前記微小物質を埋没させるように前記金属膜を成膜させることを特徴とする微小物質固定方法。


The method for immobilizing a fine substance according to any one of claims 13 to 15,
In the voltage application step, a voltage application is performed for a predetermined time or more to form the metal film so as to bury the minute substance.


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