JPH11218691A - 液滴操作方法および装置 - Google Patents
液滴操作方法および装置Info
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- JPH11218691A JPH11218691A JP10022918A JP2291898A JPH11218691A JP H11218691 A JPH11218691 A JP H11218691A JP 10022918 A JP10022918 A JP 10022918A JP 2291898 A JP2291898 A JP 2291898A JP H11218691 A JPH11218691 A JP H11218691A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】微量の液体を液滴として操作し、運搬，混合，
観察，測定することを可能とする。 【解決手段】はっ水処理を施した光透過性を持つ基板
と、この基板上に作られた球状の液滴を捕獲する光ピン
セットと、はっ水基板上に液滴を導入する手段と、はっ
水基板上の液滴を運搬する手段とを有する。
観察，測定することを可能とする。 【解決手段】はっ水処理を施した光透過性を持つ基板
と、この基板上に作られた球状の液滴を捕獲する光ピン
セットと、はっ水基板上に液滴を導入する手段と、はっ
水基板上の液滴を運搬する手段とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、はっ水基板上にで
きた液滴を運搬する方法および装置に関する。
きた液滴を運搬する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】集束光を用いた微粒子の捕獲技術はアー
サー・アシュキンらによって提案され、光学トラップ装
置として特許出願されている（特開平2−91545号）。光
学トラップは、集束光をポリスチレン球等の溶媒の屈折
率より高い屈折率の球状の微粒子に当て、球の中での光
の屈折現象によって微粒子に力積を作用させ、この力に
よって微粒子を光の集束点に捕獲する技術である。この
技術を用いると、顕微鏡の対物レンズ等を利用して作り
出した集束光の集束点の位置を移動させることで、数十
ｎｍから数十μｍまでの大きさの微粒子を非接触にＸＹ
Ｚ軸の任意の方向に自在に移動させることが可能とな
る。
サー・アシュキンらによって提案され、光学トラップ装
置として特許出願されている（特開平2−91545号）。光
学トラップは、集束光をポリスチレン球等の溶媒の屈折
率より高い屈折率の球状の微粒子に当て、球の中での光
の屈折現象によって微粒子に力積を作用させ、この力に
よって微粒子を光の集束点に捕獲する技術である。この
技術を用いると、顕微鏡の対物レンズ等を利用して作り
出した集束光の集束点の位置を移動させることで、数十
ｎｍから数十μｍまでの大きさの微粒子を非接触にＸＹ
Ｚ軸の任意の方向に自在に移動させることが可能とな
る。
【０００３】また、溶媒に対して屈折率が高い球であれ
ば、固体でなくても原理的には光ピンセットで捕獲する
ことが可能である。実際、水中で丸くなった流動パラフ
ィン等の有機溶液の液滴の光ピンセットによる捕獲も三
澤らが光化学討論会要旨集第７頁から第８頁（１９９０
年）に報告している。
ば、固体でなくても原理的には光ピンセットで捕獲する
ことが可能である。実際、水中で丸くなった流動パラフ
ィン等の有機溶液の液滴の光ピンセットによる捕獲も三
澤らが光化学討論会要旨集第７頁から第８頁（１９９０
年）に報告している。
【０００４】超はっ水技術に関しては、例えば辻井薫が
『化学と工業』第４９巻第７号938頁から９４０頁（１
９９６年）に報告している。辻井らは、基板表面にフラ
クタル構造を持つ凹凸面を作ることで、水滴と基板の接
触角１７４°のはっ水基板を作成することに成功してい
る。
『化学と工業』第４９巻第７号938頁から９４０頁（１
９９６年）に報告している。辻井らは、基板表面にフラ
クタル構造を持つ凹凸面を作ることで、水滴と基板の接
触角１７４°のはっ水基板を作成することに成功してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
水と油の疎水作用によって作られた液滴を光ピンセット
で捕獲，操作するためには、液滴の屈折率が溶媒の屈折
率より高い必要があった。従って、溶媒に水を用いる場
合には、疎水性が高くて水と混ざらず、粘度が適度に高
く、かつ、屈折率が水の屈折率１.３３ より十分に高い
油の液滴しか捕獲利用することはできなかった。同様
に、溶媒に油を用いて、水滴を操作するためには、油は
疎水性が高くて水と混ざらず、粘度が適度に高く、か
つ、屈折率が水の屈折率１.３３ より十分に低いものし
か用いることができなかった。
水と油の疎水作用によって作られた液滴を光ピンセット
で捕獲，操作するためには、液滴の屈折率が溶媒の屈折
率より高い必要があった。従って、溶媒に水を用いる場
合には、疎水性が高くて水と混ざらず、粘度が適度に高
く、かつ、屈折率が水の屈折率１.３３ より十分に高い
油の液滴しか捕獲利用することはできなかった。同様
に、溶媒に油を用いて、水滴を操作するためには、油は
疎水性が高くて水と混ざらず、粘度が適度に高く、か
つ、屈折率が水の屈折率１.３３ より十分に低いものし
か用いることができなかった。
【０００６】また、水と油の液々境界面では、例えば、
水中に溶けている脂肪酸などの有機溶媒に可溶な成分
が、油滴中に拡散してゆくため、上記従来技術の集束光
を用いた液滴捕獲法では、溶媒と液滴との成分が互いに
混合されてしまう可能性があった。
水中に溶けている脂肪酸などの有機溶媒に可溶な成分
が、油滴中に拡散してゆくため、上記従来技術の集束光
を用いた液滴捕獲法では、溶媒と液滴との成分が互いに
混合されてしまう可能性があった。
【０００７】本発明の液滴操作方法および装置は、液体
の屈折率に依存せず、かつ、他の溶媒との混合を必要と
すること無く、液滴を光ピンセットで捕獲操作する方法
および装置を提供することを目的とする。
の屈折率に依存せず、かつ、他の溶媒との混合を必要と
すること無く、液滴を光ピンセットで捕獲操作する方法
および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の液滴操作方法および装置は、光透過性を持
ったはっ水処理を施した基板と、このはっ水基板上に作
られた球状の液滴を捕獲する光ピンセットと、はっ水基
板上に液滴を導入する手段と、はっ水基板上の液滴を運
搬する手段と、液滴の状態を測定する手段とを有する。
液滴の状態を測定する手段としては、例えば、液滴のｐ
Ｈ，イオン濃度，吸光度，蛍光等を測定する手段を有す
る。また、本発明の液滴操作方法および装置は、複数の
液滴を混合させるために液滴を攪拌する手段を持つ。攪
拌する手段としては、例えば、液滴中に超音波を導入す
る手段等を有する。
め、本発明の液滴操作方法および装置は、光透過性を持
ったはっ水処理を施した基板と、このはっ水基板上に作
られた球状の液滴を捕獲する光ピンセットと、はっ水基
板上に液滴を導入する手段と、はっ水基板上の液滴を運
搬する手段と、液滴の状態を測定する手段とを有する。
液滴の状態を測定する手段としては、例えば、液滴のｐ
Ｈ，イオン濃度，吸光度，蛍光等を測定する手段を有す
る。また、本発明の液滴操作方法および装置は、複数の
液滴を混合させるために液滴を攪拌する手段を持つ。攪
拌する手段としては、例えば、液滴中に超音波を導入す
る手段等を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の液滴操作方法および装置
について図１に示した第１の実施例の模式図を用いて以
下に説明する。図１において、１１は、はっ水処理基
板、２１，２２，２３，２４はピペット、３１，３２，
３３，３４は液滴、４１，４２，４３は親水部、５１は
光源、５２は受光部、６１はｐＨ電極、６２はイオン電
極、７１は撹拌ユニット、８１は対物レンズである。
について図１に示した第１の実施例の模式図を用いて以
下に説明する。図１において、１１は、はっ水処理基
板、２１，２２，２３，２４はピペット、３１，３２，
３３，３４は液滴、４１，４２，４３は親水部、５１は
光源、５２は受光部、６１はｐＨ電極、６２はイオン電
極、７１は撹拌ユニット、８１は対物レンズである。
【００１０】本実施例で示した装置は、顕微鏡の対物レ
ンズ８１と、表面にはっ水処理を施した光透過性を持つ
基板１１と、試薬あるいは試料の液滴を基板上に導入す
るピペット２１，２２，２３，２４と、液滴のｐＨを測
定するｐＨ電極６１，イオン濃度を測定するイオン電極
６２，混合液滴を攪拌する攪拌ユニット７１，液滴中の
吸光，蛍光特性を測定する光源５１，受光部５２とから
なる。
ンズ８１と、表面にはっ水処理を施した光透過性を持つ
基板１１と、試薬あるいは試料の液滴を基板上に導入す
るピペット２１，２２，２３，２４と、液滴のｐＨを測
定するｐＨ電極６１，イオン濃度を測定するイオン電極
６２，混合液滴を攪拌する攪拌ユニット７１，液滴中の
吸光，蛍光特性を測定する光源５１，受光部５２とから
なる。
【００１１】ピペット２１，２２，２３，２４から導入
された液滴３１，３２，３３は、まず、はっ水基板上に
作られた小さな親水部４１，４２，４３によって、液滴
が動かないように固定される。
された液滴３１，３２，３３は、まず、はっ水基板上に
作られた小さな親水部４１，４２，４３によって、液滴
が動かないように固定される。
【００１２】つぎに基板１１上に供給された液滴は、対
物レンズ８１から入射した集束光によって捕獲され、例
えば試料液滴と試薬液滴とを混合する場合には、各々の
液滴を光ピンセットで捕獲し、近づけることで融合さ
せ、攪拌ユニット７１で超音波を融合させた液滴に導入
して、液滴中の成分を混合する。混合した液滴は、その
目的に応じてｐＨ電極６１やイオン電極６２、あるいは
光学測定のために光源５１と受光部５２とからなる光学
測定ユニットに移動させ、液滴の特性を測定することが
できる。また、光学顕微鏡から液滴中の状態を常時観察
し、液滴中の状態の変化に応じて、それらの状態に対応
した測定項目を選択して測定を行ってもよい。
物レンズ８１から入射した集束光によって捕獲され、例
えば試料液滴と試薬液滴とを混合する場合には、各々の
液滴を光ピンセットで捕獲し、近づけることで融合さ
せ、攪拌ユニット７１で超音波を融合させた液滴に導入
して、液滴中の成分を混合する。混合した液滴は、その
目的に応じてｐＨ電極６１やイオン電極６２、あるいは
光学測定のために光源５１と受光部５２とからなる光学
測定ユニットに移動させ、液滴の特性を測定することが
できる。また、光学顕微鏡から液滴中の状態を常時観察
し、液滴中の状態の変化に応じて、それらの状態に対応
した測定項目を選択して測定を行ってもよい。
【００１３】図２に、基板上に捕獲された２つの液滴１
１１と１１２の様子を示す。図２において、９１は、は
っ水基板、１０１は対物レンズ、１１１，１１２は液
滴、１２１，１２２は集束光である。基板９１は液滴１
１１，１１２を捕獲する集束光を透過する素材からな
り、対物レンズ１０１から２つの集束光１２１，１２２
を導入した場合、基板上の各々の集束点に液滴を捕獲す
ることができる。捕獲された液滴は、集束光１２１、１
２２を移動させることで基板９１上を動くことが可能で
ある。
１１と１１２の様子を示す。図２において、９１は、は
っ水基板、１０１は対物レンズ、１１１，１１２は液
滴、１２１，１２２は集束光である。基板９１は液滴１
１１，１１２を捕獲する集束光を透過する素材からな
り、対物レンズ１０１から２つの集束光１２１，１２２
を導入した場合、基板上の各々の集束点に液滴を捕獲す
ることができる。捕獲された液滴は、集束光１２１、１
２２を移動させることで基板９１上を動くことが可能で
ある。
【００１４】図３に本実施例の光学系の構成を模式的に
示す。図３において、１３１は光源、１４１，１４２は
鏡、１５１はコンデンサーレンズ、１５２は対物レン
ズ、１６１は、はっ水処理基板、１６２は容器、１６３
は温度・湿度調節ユニット、１７１，１７２，１７３は
半透鏡、１８１，１８２は鏡駆動ユニット、１９１は蛍
光光源、１９２，２０２，２１２はレンズ、１９３，２
０３，２１３はフィルター、２０１，２１１は光ピンセ
ット光源、２２１はカメラである。
示す。図３において、１３１は光源、１４１，１４２は
鏡、１５１はコンデンサーレンズ、１５２は対物レン
ズ、１６１は、はっ水処理基板、１６２は容器、１６３
は温度・湿度調節ユニット、１７１，１７２，１７３は
半透鏡、１８１，１８２は鏡駆動ユニット、１９１は蛍
光光源、１９２，２０２，２１２はレンズ、１９３，２
０３，２１３はフィルター、２０１，２１１は光ピンセ
ット光源、２２１はカメラである。
【００１５】まず、光源１３１から入射した可視光はコ
ンデンサレンズ１５１によってはっ水基板１６１上に照
射することができ、この光源からの光によって、基板上
の液滴の状態を対物レンズ１５２を通してカメラ２２１
で観察することができる。また、基板の上には容器１６
２が配置されており、容器中の温度，湿度は温度・湿度
調節ユニット１６３によって制御することができる。ま
た、蛍光観察も、蛍光光源１９１からフィルターを通し
て特定の励起光のみを基板１６１上に照射することで可
能である。光ピンセットに関しても、２組の光ピンセッ
ト光源２０１，２１１から集束光を基板１６１上に照射
することで図２で示したように液滴を捕獲することが可
能である。このとき、集束光の集束点の位置は、ミラー
１７３，１４２を鏡駆動ユニット１８１，１８２でそれ
ぞれを動かすことで移動させることが可能である。
ンデンサレンズ１５１によってはっ水基板１６１上に照
射することができ、この光源からの光によって、基板上
の液滴の状態を対物レンズ１５２を通してカメラ２２１
で観察することができる。また、基板の上には容器１６
２が配置されており、容器中の温度，湿度は温度・湿度
調節ユニット１６３によって制御することができる。ま
た、蛍光観察も、蛍光光源１９１からフィルターを通し
て特定の励起光のみを基板１６１上に照射することで可
能である。光ピンセットに関しても、２組の光ピンセッ
ト光源２０１，２１１から集束光を基板１６１上に照射
することで図２で示したように液滴を捕獲することが可
能である。このとき、集束光の集束点の位置は、ミラー
１７３，１４２を鏡駆動ユニット１８１，１８２でそれ
ぞれを動かすことで移動させることが可能である。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明を用いるこ
とによって、微量の液体を液滴として操作し、運搬，混
合，観察，測定することが可能となった。
とによって、微量の液体を液滴として操作し、運搬，混
合，観察，測定することが可能となった。
【図１】本発明の第１の実施例の基本構成を示す模式
図。
図。
【図２】本発明の図１で示した実施例において、液滴が
光ピンセットによって捕獲される様子を説明する模式
図。
光ピンセットによって捕獲される様子を説明する模式
図。
【図３】本発明の図１で示した実施例において、光学系
の構成を説明する模式図。
の構成を説明する模式図。
１１…はっ水処理基板、２１，２２，２３，２４…ピペ
ット、３１，３２，３３，３４…液滴、４１，４２，４
３…親水部、５１…光源、５２…受光部、６１…ｐＨ電
極、６２…イオン電極、７１…攪拌ユニット、８１…対
物レンズ、９１…はっ水基板、１０１…対物レンズ、１
１１，１１２…液滴、１２１，122…集束光、１３１…
光源、１４１，１４２…鏡、１５１…コンデンサーレン
ズ、１５２…対物レンズ、１６１…はっ水処理基板、１
６２…容器、１６３…温度・湿度調節ユニット、１７
１，１７２，１７３…半透鏡、１８１，１８２…鏡駆動
ユニット、１９１…蛍光光源、１９２，２０２，２１２
…レンズ、１９３，203，２１３…フィルター、２０
１，２１１…光ピンセット光源、２２１…カメラ。
ット、３１，３２，３３，３４…液滴、４１，４２，４
３…親水部、５１…光源、５２…受光部、６１…ｐＨ電
極、６２…イオン電極、７１…攪拌ユニット、８１…対
物レンズ、９１…はっ水基板、１０１…対物レンズ、１
１１，１１２…液滴、１２１，122…集束光、１３１…
光源、１４１，１４２…鏡、１５１…コンデンサーレン
ズ、１５２…対物レンズ、１６１…はっ水処理基板、１
６２…容器、１６３…温度・湿度調節ユニット、１７
１，１７２，１７３…半透鏡、１８１，１８２…鏡駆動
ユニット、１９１…蛍光光源、１９２，２０２，２１２
…レンズ、１９３，203，２１３…フィルター、２０
１，２１１…光ピンセット光源、２２１…カメラ。
Claims (9)
- 【請求項１】光透過性を持ち表面にはっ水処理を施した
基板と、このはっ水基板上に作られた球状の液滴を捕獲
する光ピンセットと、はっ水基板上に液滴を導入する手
段と、はっ水基板上の液滴を運搬する手段と、液滴の状
態を測定する手段とを用いたことを特徴とした液滴操作
方法。 - 【請求項２】光透過性を持ち表面にはっ水処理を施した
基板と、このはっ水基板上に作られた球状の液滴を捕獲
する光ピンセットと、はっ水基板上に液滴を導入する手
段と、はっ水基板上の液滴を運搬する手段と、液滴の状
態を測定する手段とを有することを特徴とした液滴操作
装置。 - 【請求項３】請求項２記載の液滴操作装置の液体の状態
を測定する手段として、液滴のｐＨを測定する手段を持
つことを特徴とした液滴操作装置。 - 【請求項４】請求項２記載の液滴操作装置の液体の状態
を測定する手段として、液滴のイオン濃度を測定する手
段を持つことを特徴とした液滴操作装置。 - 【請求項５】請求項２記載の液滴操作装置の液体の状態
を測定する手段として、液滴の吸光度を測定する手段を
持つことを特徴とした液滴操作装置。 - 【請求項６】請求項２記載の液滴操作装置の液体の状態
を測定する手段として、液滴の蛍光強度を測定する手段
を持つことを特徴とした液滴操作装置。 - 【請求項７】請求項１記載の液滴操作装置においてはっ
水基板上に親水性を持った微小領域を持つことを特徴と
した液滴操作装置。 - 【請求項８】請求項１記載の液滴操作装置においてはっ
水基板上の液滴を攪拌する手段を持つことを特徴とした
液滴操作装置。 - 【請求項９】請求項８記載の液滴操作装置の液体攪拌す
る手段として、液滴に超音波を照射する手段を持つこと
を特徴とした液滴操作装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10022918A JPH11218691A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 液滴操作方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10022918A JPH11218691A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 液滴操作方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11218691A true JPH11218691A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12096033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10022918A Pending JPH11218691A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 液滴操作方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11218691A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-02-04 JP JP10022918A patent/JPH11218691A/ja active Pending
Cited By (13)
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