JP4134571B2

JP4134571B2 - Micro object fixing device and micro object fixing method

Info

Publication number: JP4134571B2
Application number: JP2002031980A
Authority: JP
Inventors: 真彦石田; 淳一藤田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003231095A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小物体固定装置及び方法にかかり、特に、所定の基板上にて微小物体の位置を固定する微小物体固定装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ミクロンオーダー以下の大きさである微小な物体を操作する手法として、以下のようなものが知られている。その一つとして、直接物体に接触せずに操作を実現する光ピンセット技術がある（米国特許４８９３８８６号）。光ピンセット技術は、集光レンズの明るさを表すＮＡ値が高いレンズで集束させた光線の焦点に、物体を捕捉する力（光トラップ力）が働くことを利用して、当該物体を操作する技術である。
【０００３】
ここで、この光ピンセット技術の原理について、図８を参照して簡単に説明する。図８は、光ピンセット技術の原理を説明する説明図である。まず、レーザを対物レンズを用いて集光し、微小物体である細胞や微粒子などに集光照射すると、当該レーザは媒質の違いから屈折し、光の運動量がａだけ変化する。この運動量を合成したものがｂになる（図８（ａ）参照）。この際、粒子は、運動量を保存しようとするため、ｂと逆向きの力が生じ、その結果粒子は焦点に移動される（図８（ｂ）参照）。
【０００４】
また、上記光ピンセット技術の他には、微小物体を操作する方法として、微細なピンセット状の構造体を作製し、その構造体の間に物体をはさんで操作を行う技術が開示されている。例えば、２本のカーボンナノチューブをピンセットのように開閉させて利用する技術や（特開２００１?２５２９００号）、同様に半導体の細線結晶を用いる技術（特開平７?１５６０８２号）等がある。前者のカーボンナノチューブピンセットは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の探針の先端に固定した、２本のカーボンナノチューブにリード線をつなげ、その間に電圧を印加してピンセットのように開閉するものである。また、後者の半導体の細線結晶を用いる方法は、自己形成させた細線結晶を、光を照射した部分の熱膨張によって湾曲させ、同様の動作を起こすものである。
【０００５】
そして、上記のような技術を用いることで微小な物体の位置を固定することができ、かかる物体に対して所定の処理を行ったり、観察等することが容易にでき、ユーザの利便性が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例には以下のような不都合があった。まず、光ピンセット技術におけるの第一の問題点は、物体を捕捉するために、高強度のレーザーを物体に照射し続けなければならない点である。特に液中の試料を扱う場合、試料サイズが小さいほどブラウン運動が顕著になるため、レーザーの継続的照射が不可欠である。その結果、光吸収による試料の破壊を防ぐために、試料に合わせたレーザの波長の選択が必要であるし、たとえ最適な波長を選んでも長時間レーザを当てつづけることで、試料の損傷を招くという問題が生じる。また、第二の問題点は、基本的に一つの対象物を操作するためには、光源、焦点位置制御用のミラー、レンズを含むレーザ光学系を一セット使用しなければならず、複数の物体を同時に操作するためには当該物体と同数の工学系を組む必要がある。従って、大掛かりなシステムが必要になり、装置に多大なコストがかかってしまうという問題が生じる。
【０００７】
そして、上述した従来の機械式ピンセットにも様々な問題がある。まず、カーボンナノチューブピンセットの場合、ナノチューブ自身が直径１００ｎｍ以下程度と小さいため、ＡＦＭ短針などの支持母体にナノチューブを接着する工程が非常に困難であるという問題が生じる。また、半導体細線結晶は、自己形成により作製するため、結晶を成長させる位置や結晶の形状の制御が困難であるという問題が生じる。
【０００８】
さらには、上記各ピンセットの動作機構に関しても問題がある。まず、カーボンナノチューブピンセットにおいては、電圧を印加することでナノチューブ間に働く静電気力や、ナノチューブを支持する部分に設置した圧電体の変形をもって、ピンセットの開閉を行うため、電圧を印加する為の微細なリード線の作製や、ナノチューブの部分との電気的接触の確保、もしくは圧電体の作製などの工程が必要となるなど、構造が複雑となるという問題が生じる。そして、電解質中での利用に際しては、電圧を印加する部分の絶縁被覆を施す必要があり、さらに装置自体が複雑となる。また、半導体細線結晶ピンセットにおいては、ピンセットの開閉をするために光を照射し、ピンセットを熱膨張させ開閉を行うため、ピンセット自体が加熱するため、微小物体である試料が加熱されるという事態が発生する。従って、加熱されることが好ましくない試料によっては、後の適切な処理が実行できないという問題が生じる。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、固定対象である微小物体の破損等を抑制しつつ、当該物体を容易に固定することができ、ユーザの利便性の向上を図ると共に、構成が簡略であり製造コストの削減を図ることができる微小物体固定装置及び方法を提供すること、をその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、所定の基板の面とほぼ平行に配設されると共に、一端部が基板上に固定された所定の長さを有する本体部材を、光トラップ力、すなわち、集光された光を受光することにより当該光の焦点位置に被集光物体を移動する力、を用いて変形させて、当該本体部材と基板との間に微小物体を捕捉して固定する、という構成を採っている（請求項１，２）。
【００１１】
このような構成にすることにより、本体部材に所定の照射手段から集光を照射し、当該集光の焦点位置に本体部材の所定箇所を光トラップ力にて基板から離間するよう移動する。すると、固定されている一端部を支点として基板から離間するよう本体部材は変形するが、この変形された本体部材の下部に微小物体を位置させ、当該本体部材を元の状態に戻すことで、該本体部材と基板との間に微小物体を捕捉して固定することができる。
【００１２】
また、本発明では、基板上に、所定の長さを有する本体部材を、その一端部を基板に固定して当該基板上の面とほぼ平行に備え、この本体部材の一端部以外の箇所に、集光された光を受光することにより当該光の焦点位置に移動する受光部を形成すると共に、本体部材のうち受光部と一端部との間の少なくとも一部に受光部の移動を許容する変形部を形成した、という構成を採っている（請求項３）。
【００１３】
このような構成にすることにより、照射手段から受光部に対して集光照射されると、当該受光部がその焦点位置に移動する。このとき、本体部材は変形部付近にて変形することで、受光部の移動を可能にする。そして、受光部が移動すると共に、本体部材の他端部側が基板と離隔する方向に移動する。その後、受光部の位置を照射手段を用いて、本体部材の一部を微小物体の上方から当該微小物体に覆いかぶせるよう移動することにより、本体部材にて微小物体を捕捉して基板との間に固定することができる。
【００１４】
ちなみに、上記微小物体を、集光された光を照射して当該光の焦点位置に移動することにより、本体部材と基板との間に移動すると、容易に微小物体を固定することができる（請求項１５）。すなわち、受光部に光を照射する照射手段とは別に備えた微小物体に光を照射する微小物体用照射手段にて、微小物体に集光を照射して、当該微小物体の位置を移動することで、本体部材を光トラップ力にて基板から離隔するよう移動した状態で、当該本体部の真下に微小物体を移動することで、簡易な操作で微小物体を捕捉して固定することができ、ユーザの利便性の向上を図ることができる。
【００１５】
そして、上記の場合に、本体部材に形成された変形部を弾性部材にて形成すると望ましい（請求項４）。これにより、本体部材の一部が光トラップ力により基板と離隔された状態に変形されたときには、当該本体部が弾性変形している状態となる。従って、光照射が遮断されて光トラップ力が働かなくなると、弾性部材の復元力により本体部材の形状は当初の状態に戻り、基板に対して離隔していた本体部材の一部が基板に近づくよう自動的に移動される。これにより、基板と本体部との間に容易に微小物体を固定することができる。
【００１６】
また、本体部材のうち弾性部材にて形成した部分を、いずれの方向にも変形しうる部材にて形成することとすると望ましい（請求項５）。これにより、本体部材の他端部付近の移動範囲が広がり、容易に微小物体を捕捉し、固定することができる。
【００１７】
また、受光部は、本体部材の一端部と他端部との間に位置することとすると望ましい（請求項６）。これにより、他端部に受光部を形成することが抑制され、当該他端部である先端部にて微小物体を固定することができるため、操作性の向上を図ることができる。
【００１８】
そして、本体部材に、当該本体部材と基板との間に微小物体を保持して当該微小物体の位置を固定する作用部を形成すると望ましい（請求項７）。これにより、微小物体を固定するために形成された作用部にて当該微小物体を固定することができるため、微小物体を容易かつ確実に固定することができる。
【００１９】
また、作用部は、当該作用部と基板との間に所定の間隙を有して位置することとすると望ましい（請求項８）。これにより、あらかじめ作用部が基板と所定の間隙を有しているため、かかる間に固定される微小物体が作用部と基板と挟まれて、つぶされるなどの不都合を抑制することができる。
【００２０】
また、上記作用部の基板に対向する箇所に、微小物体を許容する基板と反対方向にくぼんだ凹部を形成したり（請求項９）、微小物体を許容する貫通孔を形成すると望ましい（請求項１０）。これにより、微小物体が作用部にて固定されているときに、当該微小物体は作用部に形成された凹部や貫通孔の空洞部に位置するため、確実に固定されると共に、微小物体が作用部にて押しつぶされることなど、当該微小物体の損傷をより抑制することができる。
【００２１】
さらに、上記構成に加えて、本体部材の作用部近傍に、基板に向かって突出する突起を設けると望ましい（請求項１１）。これにより、作用部を基板から離間する方向に移動して、その後、光トラップ力により移動したり、弾性復元力により自動的に基板に向かって移動するときに、本体部材に設けられた突起が基板に当接することで、作用部が基板に当接することが抑制される。従って、作用部と基板との間に微小物体が挟まれることが抑制され、当該微小物体の損傷を抑制することができる。
【００２２】
また、上記構成に加えて、作用部の周囲に対向する基板上の所定箇所に、本体部材の方向に突出して当該本体部材を吸着する吸着突起部を備えると望ましい（請求項１２）。これにより、作用部が吸着突起部に当接するよう照射手段にて移動されたときに、当該作用部の周囲と吸着突起部との間に、分子間力、残留電荷の静電気力、化学吸着力等が接触面に働く。従って、作用部が吸着突起部に接触した状態にて保持されることで、作用部に捕捉された微小物体をより確実に固定することができる。
【００２３】
また、上記本体部材に受光部が備えられている場合には、当該受光部を、光が透過する部材にて形成すると共に略球体に形成すると望ましい（請求項１３）。さらには、受光部を、本体部材に形成された貫通孔と、光が透過する部材であって貫通孔よりも大きい径を有する球体とにより構成し、貫通孔に球体を嵌着すると、なお望ましい（請求項１４）。これにより、受光部に集光照射による光トラップ力が発生し易くなり、当該受光部の位置を精度よく操作することができるため、効率よく微小物体を捕捉して、固定することができる。そして、かかる場合には、いずれの方向から受光部に光を照射しても、光トラップ力を発生させることができ、作用部の位置を容易に操作することができる。
【００２４】
本発明では、また、基板上に、所定の長さを有する本体部材を、その一端部を基板に固定して当該基板上の面とほぼ平行に備え、本体部材の他端部に、当該他端部と基板との間に微小物体を保持して当該微小物体の位置を固定する作用部を形成すると共に、本体部材のうち作用部と一端部との間の少なくとも一部を弾性部材にて形成し、微小物体は、集光された光を照射されて当該光の焦点位置に移動されることにより作用部と基板との間に介挿されて固定される物体である、という構成の微小物体固定装置をも提供している（請求項１６）。すなわち、本体部材に受光部を形成しない構成を採っている。そして、かかる場合に、上記作用部の基板に対向する箇所の周囲に、外縁に向かうにつれて基板との間隙が大きくなるよう傾斜部を形成するとなお望ましい（請求項１７）。
【００２５】
このような構成にすることにより、微小物体に集光照射されると、かかる焦点位置に微小物体が捕捉されて、その焦点の移動に伴って微小物体も移動する。そして、照射光の焦点位置を移動することにより、本体部材の作用部外周から当該作用部のほぼ中心に微小物体を移動させることで、本体部材の弾性部材にて形成された箇所が上方に反り返るよう弾性変形し、作用部が上方に移動して微小物体が作用部の下部に滑り込む。従って、微小物体を作用部にて固定することができ、かかる場合に微小物体自体には作用部の下部に移動する際に照射するのみであるため、当該微小物体への光の照射時間の短縮化を図ることができ、照射による微小物体の損傷を抑制することができる。そして、作用部の外周に傾斜を設けると、微小物体を容易に作用部に潜り込ませることができ、当該微小物体の固定を容易に行うことができる。
【００２６】
そして、上記構成にて、作用部の基板に対向する箇所に、微小物体を許容する基板と反対方向にくぼんだ凹部、あるいは、貫通孔を形成すると（請求項１８，１９）、上述したように微小物体の損傷を抑制することができる。
【００２７】
また、上記本体部材を、金やシリコン系の材料にて作製すると望ましい（請求項２０，２１）。これにより、ヤング率が高く、高弾性力を有する本体部材を作製することができ、微小物体を捕捉する際の可動性の向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、本体部材を集束イオンビーム励起によるアモルファスカーボン堆積法を用いてアモルファス状炭素にて作製すると望ましい（請求項２２）。これにより、ビーム照射位置を制御することで、堆積物であるアモルファス状炭素の形状を任意に形成することができるため、固定する微小物体に対応した本体部材を容易に作製することができる。また、堆積物の成長速度を制御することにより、アモルファス状炭素のヤング率を任意に設定することができるため、固定する微小物体に応じて、固定力や可動性を重視した、適切な弾性力を有する本体部材を得ることができる。
【００２９】
また、本発明では、基板に、一端部が固定されて当該基板上の面とほぼ平行に備えられた所定の長さを有する本体部材を、当該本体部材の一端部以外の箇所に形成された受光部に集光された光を受光することにより当該受光部を光の焦点位置に移動して本体部材を変形し、当該本体部材の一部を基板から離隔した状態に保ち、基板と本体部材との間隙に、微小物体に集光された光を照射して当該光の焦点位置に微小物体を移動し、本体部材の変形状態を解除して、基板から離隔している本体部材の一部を当該基板に近接するよう移動し、微小物体を基板と本体部材との間に固定する、という微小物体を固定する方法をも提供している（請求項２３）。
【００３０】
そして、基板に、一端部が固定されて当該基板上の面とほぼ平行に備えられた所定の長さを有する本体部材が備えられていて、当該本体部材の他端部には、当該他端部と基板との間に微小物体を保持して当該微小物体の位置を固定する作用部が形成されていると共に、本体部材のうち作用部と一端部との間の少なくとも一部が弾性部材にて形成され、微小物体に集光された光を照射して、本体部材の作用部と基板との間に微小物体を介挿するよう光の焦点位置に当該微小物体を移動して、本体部材の作用部が基板から離隔するよう本体部材を変形させることにより、微小物体を基板と本体部材の作用部との間に固定する、という方法をも提供している（請求項２４）。
このようにしても、上述と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施形態〉
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における構成を示す概略図である。図２乃至図４は、本発明の具体的な構成を示す構成図である。図５は、本実施形態における動作を説明する説明図である。
【００３２】
（構成）
図１に示すように、本発明である微小物体固定装置は、所定の基板１上に配設された所定の長さを有する本体部材２を備えている。そして、当該本体部材２の他端部３は開放端になっていると共に、その一端部４は基板１に固定されていて、本体部材２は、片持ち梁となっている。そして、他端部３の基板１側には作用部３１が形成されていて、かかる作用部３１と基板１との間に形成された間隙に微小物体５を保持するようになっている。以下、これを詳述する。
【００３３】
（微小物体）
本発明である微小物体固定装置にて所定の基板上に固定する微小物体５は、例えば、細胞や微粒子といったミクロン（１メートルの１００万分の１）オーダーの物体である。これら微小物体５は、後述するように、レーザを集光照射することで、その焦点に移動される（光トラップ力）。また、これに限らず、光を照射することで、微小物体５にかかる光圧力によっても移動される。そして、微小物体５は所定の実験や観察の対象物であり、その動きが固定されることが必要とされる。本発明では、後に詳述するように、基板１と作用部３１とにより、固定されるようになっている。
【００３４】
（基板）
基板１は、略直方体形状であって、その上面に本体部材２を固着している。また、当該上面は、平面となっていて、特に、本体部材２の他端部３付近は、微小物体を固定する平面部１１を形成している。そして、その材質は、例えばガラスである。但し、基板の材質はガラスに限定されないが、透明部材であると望ましい。
【００３５】
そして、本願では、ガラスにて形成することで、後述するように本体部材２や微小物体５を照射手段にて操作する際には、基板１の下部方向から操作することができる。従って、基板１の上方から操作することが抑制されるため、照射手段による光の照射が本体部材２等にて遮られることが抑制される。
【００３６】
（本体部材）
本体部材２は、上述したように、その一端部４が基板１に固定されている。このとき、本体部材２の一端部４以外の箇所が基板１に対して所定の間隔を有した状態で、一端部４が固定され、片持ち梁状態となっている。但し、本体部材２のうち、少なくとも後述する作用部３１が基板１から離れた状態になっていればよい。すなわち、一端部４を除いた本体部材２のほぼ全体が基板に対して離れた状態に成っていなくてもよい。
【００３７】
また、上記作用部３１と基板１との距離は、例えば、微小物体５の高さよりも短く形成されている。これにより、微小物体５が作用部３１と基板１との間から容易に離脱することが抑制され、確実に固定することができる。
【００３８】
ところで、上記本体部材２は、必ずしも上記の状態、すなわち、基板１と隙間を有して当該基板１に備えられている必要はない。基板１に本体部材２全体が当接した状態にて備えられていてもよい。このようにすると、後述するように、基板１と本体部材２とで固定する微小物体５を挟むことになってしまい、当該微小物体５押しつぶしてしまうこともあり得る。しかし、例えば、微小物体５が粒状でなく、ＤＮＡなどの紐状であるときには、その両端を２つの微小部材固定装置にて固定することで、観察する中央の箇所は保護することができる。そして、このようにＤＮＡを固定して、特定部位に吸着させた蛍光物質の蛍光などの輝度の弱い光を観察する場合には、当該特定部位にはレーザ光を照射していないため、その微小物質及び蛍光物質の保護効果は顕著である。
【００３９】
（作用部）
そして、この本体部材２の他端部３には、当該他端部３と基板１との間隙に微小物体５を収容して当該微小物体５の位置を固定する作用部３１が形成されている。また、本体部材２の作用部３１と一端部４との間には、集光された光を受光することにより当該光の焦点位置に移動する受光部６が形成されている。
【００４０】
作用部３１は、当該作用部３１の基板１に対向する箇所に、微小物体５を許容する基板１と反対方向にくぼんだ凹部３２が形成されている。すなわち、作用部３１は、下方に開口部を有する碗形状になっている。かかる凹部３２は、対象物である微小物体５を収容することができる程度の大きさであって、当該微小物体５を押しつぶしてしまうことは抑制される。このとき、凹部３２の形状を、微小物体５の形状よりも大きく形成することで、さらに微小物体５が押しつぶされてしまうことが抑制される。但し、作用部３１の形状は、上記の形状に限定されるものではない。
ここで、作用部３１は、本体部材２の他端部３に形成されていることに限定されない。作用部３１は、他端部３と後述する受光部６との間に形成されていてもよく、一端部４と受光部６との間に形成されていてもよい。
【００４１】
（受光部）
受光部６は、作用部３１と一端部４との間に位置するが、具体的には、本体部材２の中央よりも作用部３１側に位置して設けられている。そして、受光部６は、光が透過する部材にて形成されていると共に、略球体に形成されている。このように形成することで、球体である受光部６に、後述する照射手段（図示せず）から集光された光が照射されることにより、当該受光部６は光トラップ力にて、焦点位置に移動する。
【００４２】
ここでいう光トラップ力とは、上述した光ピンセット技術で用いられる力である。レーザ光をレンズ等の集光手段を用いて集光し、この集光を非照射物体に照射させると、非照射物体内に入ったレーザ光は屈折率の違いにより当該運動量に変化が生じるが、かかる運動量を保存すべく被照射物体に力が生じる。この力が光トラップ力である（図８参照）。そして、この光トラップ力は、照射する光の波長、非集光物体の大きさ、形状、屈折率等の様々なパラメータによって大きく変化するが、ここでは必要とする力の大きさに応じて好適な条件に設定できる。
【００４３】
また、受光部６の基板１に対向する箇所に、当該基板１に向かって突出する突起６１が形成されている。但し、図１における突起とは、略球体である受光部６の下側がその役割を果たしており、基板１と当接するようになっている。これにより、本体部材２において受光部６よりも先端側にある作用部３１が、その自重により基板方向に垂れ下がることが抑制され、当該作用部３１にて微小物体がつぶされることが抑制される。
【００４４】
ここで、上記突起６１は、受光部６にて形成されることに限定されない。本体部材２のうち、作用部３１付近の基板１に対向する箇所に備えることで、上述したような効果を得ることができる。例えば、上記突起６１を、受光部６と作用部３１との間に形成してもよい。
【００４５】
さらに、受光部６は、本体部材２の全体に形成されていてもよい。すなわち、本体部材２自体が光トラップ力を発生する形状に形成されていてもよい。例えば、本体部材２は主に長手方向に中心軸を有する円柱形状（棒状）にて形成されることで、かかる部分にレーザ光が照射されると光トラップ力が発生する。これにより、操作者は、本体部材２のいかなる箇所にレーザ光を照射しても作用部３１を操作することができるので、装置自体の操作性の向上を図ることができる。ちなみに、本体部材２を半円柱形状にて形成しても、同様の効果を有する。
【００４６】
（変形部）
また、本体部材２のうち、上記一端部４と受光部６との間は、あらゆる方向に変形可能な弾性部材にて形成されていて、変形部７を構成している。すなわち、変形部７は、ばね特性を有していて、一端部４を支点として他端部３である作用部３１が上下左右方向に移動できるようになっている。従って、一端部４付近、つまり、固定端付近は、本体部材２の形状は線に近い形状である。具体的な形状については後述する。
【００４７】
このとき、本体部材２のうち、弾性部材にて形成されている部分は、当該本体部材２の一部のみであってもよく、本体部材２全体が弾性部材にて形成されていてもよい。本体部材２全体が弾性特性を有することで、当該本体部材２が容易に弾性変形するようになるため、作用部３１の移動が容易となる。
【００４８】
但し、上記変形部７は、弾性部材で形成されていることに限定されない。塑性変形する部材でもよい。かかる場合には、受光部６を移動すると本体部材２の変形部７が塑性変形して、変形した状態に留まるが、さらに受光部６を光トラップ力にて移動して、作用部３１を元の位置に戻すことにより、微小物体５を捕捉して固定することができる。従って、変形部７は、ヒンジ等により構成されるリンク機構となっていてもよい。
【００４９】
（照射手段）
また、上述した基板１等の下方には、上記受光部６に光を照射する照射手段（図示せず）が備えられている。この照射手段は、光源と、レンズとを備えている。そして、光源には、高強度の平行光線を得やすいレーザ光を用いていて、かかるレーザ光をレンズにより集束して用いられる。ここで、レンズとは、例えば光学顕微鏡の対物レンズである。また、かかるレーザ光の焦点を、操作者が操作できるよう、操作手段も備えられている（図示せず）。
【００５０】
また、上記照射手段とは別に、微小物体５が集光された光を受光することにより当該光の焦点位置に移動するよう当該微小物体５に光を照射する微小物体用照射手段（図示せず）をも備えている。当該微小物体用照射手段も上記照射手段と同様の構成となっている。
【００５１】
そして、照射手段による光は、必ずしも所定のレンズにて集光されるものでなくてもよい。単に光を受光部６や微小物体５に照射するのみで、当該光の圧力によりこれらを移動してもよい。
【００５２】
また、照射手段は、基板１の下方に備えられていることに限定されない。すなわち、受光部６や微小物体５への光の照射は、基板１の下方から行われることに限られず、上方から行われてもよい。但し、上述したように下方から照射することで、基板１は透明なガラス部材にて形成されていることから、光が遮られることが抑制され、光トラップによる受光部６や微小物体５の操作を容易に行うことができる。
【００５３】
（具体的構成）
ここで、微小物体固定装置の構成の一例を、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、本装置を上方から見た図であって、その作製途中を説明する説明図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の側面図である。図２（ｃ）は、作製された微小物体固定装置の側面図である。
【００５４】
上述したように、基板１上には本装置の重要な役割を果たす本体部材２が備えられる。そして、その一端部４は基板１に固定されていて、他端部３には作用部３１が形成されている。また、本体部材２の中央部より作用部３１よりの所定箇所には、受光部６が形成されている。また、本体部材２は、後述するように、作用部３１、受光部６、一端部４を除いては、図２（ａ）（ｂ）に示すように、略線形状となっている。
【００５５】
作用部３１及び受光部６は、図示するように、円環状である。ただし、その外径と内径は異なっており、受光部６の方が大きく形成されている。作用部３１の中心付近に形成された貫通孔３３は、微小物体５よりも大きい径を有していて、当該微小物体５を空間部に許容するものである。従って、後述するように、基板１と作用部３１との間隙よりも大きい微小物体５が当該作用部３１にて捕捉された場合には、上記貫通孔３３内部に微小物体５が位置するため、かかる貫通孔３３にて微小物体５が取り囲まれるため、拘束されると共に保護される。また、受光部６を構成する本体部材２に形成された貫通孔６２は、同様に受光部６を構成する球体６３を嵌着する。すなわち、かかる例では、受光部６は、本体部材２に形成された貫通孔６２と、当該貫通孔３２よりも大きい径を有する球体６３とにより構成されている。そして、球体６３は、例えば、ポリスチレンビーズにて形成されている。
【００５６】
また、一端部４は、略五角形状であって、当該端部４側が基板１に固着されている。また、一端部４の他端部３側は、段状に曲折されていて、かかる箇所よりも他端部３側自体が全体的に基板１に対して所定の隙間を有するようになっている。
【００５７】
そして、本体部材２自体が弾性部材にて形成されていることと、他端部３、受光部６、一端部４以外の箇所は、細線形状であるため、当該本体２自体がばねとして作用する。すなわち、本体部材２は、サスペンド型構造となっている。当該サスペンド型構造を作製する方法を、以下に示す。
【００５８】
まず、ガラス基板１上に、ネガ型フォトレジストなどを用いて、厚さ１μｍ程度の犠牲層（レジスト層８）をパターニングする。次に、図２（ａ）のような配置で本体部材２のパターンを作製する。本体部材２の材質に制限はないが、マスク蒸着により作製する場合、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ等の金属や、炭化タングステン等の金属化合物、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘや、有機樹脂などが使用できる。また、光硬化性樹脂などをマスク露光によりパターニングしたり、集束イオンビームを用いた化学気相堆積法によりアモルファス状炭素や、炭化タングステンを直接パターニングすることもできる。その後、レジスト犠牲層８を有機溶剤に溶解したり、酸素プラズマ処理などにより除去することで、サスペンド型構造を作製することが出来る。
【００５９】
次に、受光部６の作製方法を説明する。受光部６を構成する球体６３（ビーズ）には、使用する光に対して透明性が高い材質を用いる。例えば、ポリスチレン等の有機樹脂や、光学ガラスなどが適当である。形状は、球形に限定されることなく、両凸レンズ状であってもよい。ビーズを接着するために、ビーズを拡散させた溶液に本体部材２を作製した基板を浸し、光ピンセットを用いて、ビーズを図２（ｂ）に示すように本体部材２に形成された受光部用の貫通孔６２に配置する。このとき溶液に、乾燥硬化性の樹脂を少量溶解させておくと、溶液を除去、乾燥させたときに、当該接着用樹脂９にてビーズ６２と本体部材２とが接着する。その他の接着方法としては、荷電粒子ビームをビーズとマニピュレータの接触部付近に照射して、雰囲気中のガスの分解物を堆積させ接着しても良い。
【００６０】
また、ビーズ接着と、レジスト犠牲層除去工程の順番は実施例に記述した順でなくても良い。そして、溶剤への浸漬や、真空装置への導入など共通する工程を含む場合には、同時に行うことも出来る。
【００６１】
ここで、本体部材２の材質に内部ストレスの少ない金を使用した場合の作成例を説明する。電子ビーム露光により、細線部（変形部７）の幅１５０ｎｍ、厚さ１５０ｎｍ、全長約４０μｍの金の本体部材２を作製する。変形部７の長さは約３０μｍで、その先端に受光部６として直径３μｍのポリスチレンビーズ６３を接着しやすくするための内径２．５μｍ程度の円形のホルダ（貫通孔６２）を形成する。さらに本体部材２先端には、作用部３１として内径２μｍ程度の同様のホルダ（貫通孔３３）を形成し、対象物の固定が容易となる。
【００６２】
このとき、変形部７のバネ定数は、約３．３×１０^−４Ｎ／ｍとなる。固体レーザ（例えば、ネオジムドープのイットリウムリチウムフロライド結晶を使ったレーザ）等を用いた光ピンセットシステムでポリスチレンビーズを操作する場合、最大１ｎＮ程度のトラップ力を得ることができる。このとき、変形部７の先端すなわち作用部３１において、当該作用部３１の元の位置と比較して４μｍ以上の変位を得ることができる。
【００６３】
次に、本装置の材料として、特にＳｉ系材料を使用した例を、図３を参照して説明する。具体的には、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘを使ったシリコン酸化膜製の本体部材２の作製例を説明する。図３（ａ）〜（ｇ）は、微小物体固定装置の作製手順を示す説明図である。
【００６４】
まず、１５０ｎｍ程度の厚さシリコン酸化物２１で表面全体が被われたシリコン基板８１を準備する（図３（ａ））。このシリコン基板の背面の酸化膜２１を、リソグラフィなどを用いて一部除去し（図３（ｂ））、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドレート）溶液や、水酸化カリウム溶液などに浸漬すると、シリコン基板部８１がエッチングされて、図３（ｃ）に示すようなシリコン酸化膜２１だけが残るメンブレン構造を得ることができる。
【００６５】
続いて、酸化膜が残る表面側にレジストを塗布、同じくリソグラフィにより上述した作製例の場合と同様の大きさ、形状の本体部をパターニングし、レジストの現像、ドライエッチングによるパターン転写を経て、サスペンド構造の本体部材２を得る（図３（ｄ），（ｅ））。このとき、シリコン酸化膜のヤング率は金と同様の７０ＧＰａ程度なので、このように作製された本体部材２は、上記と同様の可動性能を有する。また、シリコン酸化物の代わりに、シリコン窒化物を用いることもできる。シリコン窒化物はヤング率が高いので、強い弾性力を得ることができる。
【００６６】
続いて、１００ｎｍ程度のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を塗布したガラスなどの透明基板表面と、シリコン基板の本体部材２を作製した表面を向かい合わせて張りつける（図３（ｇ））。ＰＭＭＡが硬化した後、本体部材２とガラス基板１を接着する部分のＰＭＭＡは、有機溶剤などで軽く洗浄して除去する。
【００６７】
張り合わせ構造にする利点は、本体部と基板の隙間の制御が容易なことと、シリコン基板など可視光に不透明な基板上に本体部材２を作製した場合でも、ガラス基板などの透明な基板上に用意に微小物体固定装置を設置することができることなどである。
【００６８】
最後に、上述したのと同様に、受光用のビーズ６３を接着する。または、シリコン酸化物やシリコン窒化物は絶縁体で可視光に対して透明であるので、本体と同じ材質で受光部６を作製することが可能である。その場合、受光部６となる部分の形状を光トラップに適した形にするとよい。具体的には光の波長以上の幅、長さ、高さなどを持たせるとよい。また、本体部材２と同じ材質で受光部を作ることで、後から受光用ビーズ６３を接着する必要が無くなり、作製の工程数が少なくてすむ。また、シリコン酸化物やシリコン窒化物は膜の作製条件を変えることで、サスペンド構造を作製した時に反った状態にすることができる（図３（ｆ））。これを利用して、接着する透明基板との隙間の大きさや、押さえつける力を制御することができる。
【００６９】
また、材料にアモルファスカーボンを使った例を図４を参照して説明する。すなわち、集束イオンビーム（ＦＩＢ）励起によるアモルファスカーボン堆積法を用いてマニピュレータの作製する例を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、その作製例を示す説明図である。
【００７０】
まず、フェナントレンやピレンなどの芳香性炭化水素ガスが１ｘ１０^−４Ｐａ程度の分圧で存在する真空中で、加速電圧３０ｋｅＶ、ビーム電流５ｐＡ以下のＧａ^＋ＦＩＢを基板に照射すると、直径１００ｎｍ以下の局所にビーム励起反応による炭化水素ガスの分解生成物が堆積する。そのまま、一定点で照射を続けるとビーム照射方向に最大１００μｍ、直径１００ｎｍ程度のピラーを作製することができる。
【００７１】
さらに、堆積物の成長スピードと同程度の速度でビーム照射位置を移動すると、ビーム照射位置を追うように、斜め方向に堆積物が生成する。この原理を利用することでピラーの成長中に、ピラーの断面形状を任意に変えることができる。この分解生成物の成分は、アモルファスカーボンで、成長速度に依存してヤング率も１００〜６００ＧＰａの範囲で制御することができる。具体的には、供給する炭化水素のガス分圧を上げて、高速に成長させるとヤング率は低く、逆に低速で成長させるとヤング率は高くなる。これを用いることにより、例えば、受光部６と一端部との間の部分（変形部７箇所）は、変形しやすいようにヤング率を低く形成し、受光部６と他端部との間の部分はヤング率を高くするということも可能である。またアモルファスカーボンの場合、ヤング率の高低により炭素の結合状態に違いが生じるため、透明度も変化する。従って、用途によって成長速度を制御することによって透明度を調整することも可能である。このため、受光部６部分を、光トラップ力を発生させるために十分な透明度に形成することができる。
【００７２】
図４（ａ）は、ＦＩＢ励起によるアモルファスカーボンで作製した微小物体固定装置である。まず、基板１上に、長さ３０μｍ、直径１００ｎｍのピラー１（Ｐ１）を作製する。続いて、ピラー１から１００ｎｍ〜数μｍ離れた位置に、長さ３３μｍ、直径１００ｎｍのピラー２（Ｐ２）を作製する。さらにピラー２の先端には、受光部６として同じくＦＩＢ励起により直径１μｍ程度の球体を作製することで、微小物体固定装置を得る。
【００７３】
そして、ピラー２の先端を、１００ｍＷ、スポット径約１μｍのアルゴンイオンレーザーにより光トラップを試みた結果、光トラップが可能で、少なくとも５μｍ程度のたわみを観測した。力にして1nN程度のトラップ力に対応する。このようにすることで、ピラー１と、ピラー２の間に、微小物体を固定することができる固定装置を作製することができる。つまり、ピラー１自体が基板１と同様の働きを果たし、ピラー１自体とピラー２の棒状部分にて微小物体を挟むことができる。従って、ピラー２の棒状の部分は変形部７でもあり、作用部３１も兼ねている。ピラー１とピラー２の間の距離は、微小物体の大きさに合わせて選ぶことができる。
【００７４】
また、図４（ｂ）に示すようにピラー１の代わりに、ガラス基板１表面を使用することも出来る。すなわち、ピラー２を作製した部材（シリコン基板８１）をガラス基板１に固定することで、固定装置を作製することができる（図４（ｃ）参照）。
【００７５】
その作製手順を詳述すると、まず、本体部材２となりうるシリコン基板８１の劈開面１０１などの端部に、高速成長にてヤング率の低いつまり弾性変形しやすい特性を持つ変形部７を作製する。次に、ＦＩＢを照射する範囲を徐々に広げ受光部６を作製する。さらに、先端に低速成長にて高強度の作用部３１を作製するか、受光部６自身を作用部３１として使う。作用部３１を低速成長で作製することで、直接他の物体と接触する作用部３１の耐久性をあげることができる。最後に、このシリコン基板２をガラス基板１などに接着剤１０２等を用いて張り合わせることで、固定装置を得ることができる。ＧａＦＩＢで作製したアモルファスカーボンは、不純物としてＧａを含んでいる。このガリウムは、５００度以上の高温処理によって、除去することができる。その結果、光吸収の低減や、ヤング率の増大などの効果を得ることができる。
【００７６】
（動作）
次に、本実施形態における動作を、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、受光部６及び固定対象である微小物体５にレーザ光を照射している状態を示す説明図である。図５（ｂ）は、微小物体５を固定している状態を示す説明図である。
【００７７】
まず、図５（ａ）に示すように、図示しない照射手段にて受光部６に集光照射し、その焦点を受光部６の元の位置よりも上方に移動する。すると、本体部材２の変位部７が弾性変形することにより、受光部６が上方に移動する（矢印Ａ１参照）。すなわち、光ピンセット技術にて受光部６を移動する。これに伴い、本体部材２の一端部３に形成された作用部３１も上方に移動する。このとき、照射手段は、基板１の下方、すなわち、図５の下方向に備えられていて、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、同様に下方から受光部６及び微小物体５に照射されている。これにより、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、ガラス基板１を透過して確実に受光部６や微小物体５に照射されるため、微小物体固定装置の操作性の向上を図ることができる。すなわち、上方からの照射であると、微小物体５を照射している際に、レーザ光Ｌ２が本体部材２にて遮られるおそれも生じるが、上記の場合にはかかる不都合は抑制される。
【００７８】
続いて、作用部３１の位置を元の位置より上方に移動した状態に保ったまま、図示しない他の照射手段（微小物体用）から微小物体５に集光照射することで、すなわち、光ピンセット技術を用いることで、固定したい微小物体を作用部３１の直下に移動し（矢印Ａ２参照）、その場で保持する。その後、受光部６に集光照射している照射手段からのレーザを遮断することで、変形部７に弾性復元力が働き、本体部材２が元の形状に戻る。すると、図５（ｂ）に示すように、作用部３１に形成された凹部３２に微小物体５が収まり、当該微小物体５は基板１と、凹部３２の内面により、その位置が固定される。このとき、レーザを遮断して作用部３１を微小物体５の上部から移動させることに限らず、レーザにて受光部６の位置を操作して、作用部３１が微小物体５の上部に覆い被さるよう、操作してもよい。
【００７９】
このようにすることにより、微小物体５が作用部３１に形成された凹部に収まり、当該作用部３１と基板１との間にて固定することができる（図５（ｂ）参照）。このとき、微小物体５へのレーザの照射は、当該微小物体５を作用部３１直下に移動するときに照射しただけであって、その時間は短いため、光照射による微小物体５の破壊、変質等を抑制することができる。また、従来は、微小物体５を固定するために利用していた照射手段である光学系を他の用途に使用できるため、光ピンセットシステムの効率を高めることができる。
【００８０】
さらに、本体部材２の駆動に光を用いることで、従来のピンセット型マニピュレータに比べ、単純な構造にすることができ、同時に、圧電体や光歪素子などの特別な機能を持った材料を必要としないため、低コストで大量生産が可能である。さらに、光が照射される受光部６は、ポリスチレンビーズやガラスを利用しているため、微小物体５を保持する作用部３１を一部に有する本体部材２自身が、光吸収による発熱を伴わないので、本体部材２自体及び微小物体５の加熱破壊、変質等をより抑制することができる。
【００８１】
ここで、本体部材２の変形部７、作用部３１の形状や、受光部６のポリスチレンビーズの大きさ、各部の配置や、本体部材２と基板１との間隔は、上記のものに限定されず、効率良く物体を固定するために、固定する対象である微小物体５によって選択される。
【００８２】
また、一般に光トラップ力や光圧力は、ｐNからｎNオーダーの弱い力であるので、変形部７は弱い力でも変形しやすいように、長さ／断面積の比を大きくするとよい。また、受光部６については光トラップ力を大きくするために、直径が用いるレーザの波長の１から数倍程度で、屈折率が高い球体を用いるとよい。光圧力を大きくするには、反射率が高く面積の広いミラーを用いればよい。
【００８３】
（他の動作例）
ここで、上記とは異なる動作例を説明する。この動作例では、特に、本体部材２の変形部７があらゆる方向に変形可能であると共に、多少、その長手方向にも伸縮可能である弾性部材を使用した本体部材２を用いることとする。
【００８４】
そして、本体部材３の作用部３１の元の位置付近に、固定対象である微小物体５が存在している場合には、受光部６に光を照射し、光駆動力によって変形部が変形することで、作用部３１の位置を制御し、これにより、微小物体５を捕捉する。すなわち、上述したように、微小物体５にレーザ光を照射して移動することなく、受光部６にのみ集光照射することで、微小物体５の上方から作用部３１が覆い被さるよう、作用部の位置を移動する。
【００８５】
このようにすることにより、直接微小物体５に光を照射せずに、作用部３１にて固定することができ、当該微小物体５に対して他の処理を施すことができる。その結果、光照射による微小物体の破壊、変質を防ぐことができる。
【００８６】
〈第２の実施形態〉
次に、本発明の第２の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態における構成を示す側面図である。
【００８７】
（構成）
本実施形態における微小物体固定装置は、上述した第１の実施形態おける装置とほぼ同様の構成要素を備えている。そして、当該第２の実施形態では、さらに、本体部材２に形成された作用部３１の周囲に対向する基板１上の所定箇所に、本体部材２の方向に突出して当該本体部材２を吸着する吸着突起部１０を備えている。
【００８８】
吸着突起部１０は、作用部３１の再端部、すなわち、本体部材２の最先端部付近の基板１上に備えられていて、基板１と作用部３１との間に形成された隙間よりも高さの低い突起である。従って、当該突起部１０の上端部と作用部３１との間には、依然として所定の隙間が生じている。そして、この吸着突起部１０の上端部に作用部３１が接触すると、分子間力、残留電荷の静電気力、化学吸着力等が接触面に働く。これにより、作用部３１が吸着突起部１０に当接した状態で保持されることとなる。すなわち、吸着突起部１０はラッチ機能を有する。
【００８９】
例えば、本体部材２及び吸着突起１０に金を用いる場合には、本装置をアルカンチオールの溶液に浸しておくことにより、本体部材２及び吸着突起部１０に吸着したアルカンチオール分子のアルキル基同士の化学吸着力により、両者が吸着する。本体部材２及び吸着突起１０を絶縁体で作製した場合、残留電荷による静電気力や分子間力により吸着する。また、本体部材２及び吸着突起１０をマスク蒸着などで作製したＣｒなどの磁性体を用いることで、かかる場合にも吸着する。
【００９０】
（動作）
ここで、上述したラッチ機能が作用する際の動作について説明する。まず、第１の実施形態と同様に、受光部６にレーザ光を集光照射することにより、作用部３１の位置を移動して当該作用部３１にて微小物体５を捕捉する。このとき、上述したように、微小物体５にレーザ光を集光照射して、当該微小物体５を移動してもよい。そして、これと同時に、あるいは、受光部６をレーザ光にて基板方向に移動することにより、作用部３１も基板１方向に移動し、当該作用部３１の先端部が吸着突起部１０に接触する。これにより、吸着突起部１０に働く吸着力により、作用部３１と吸着突起部１０が固定され、作用部３１と基板１との間に捕捉された微小物体５の位置も固定される。
【００９１】
このようにすることにより、作用部３１の位置が固定されるため、安定して微小物体５を保持することができる。従って、装置に外力が働いたり、ユーザの誤操作などにより、ユーザが意図しないときに作用部３１が持ち上がることが抑制され、一度固定した微小物体５を逃すというような事態が発生することが抑制される。このため、ユーザが固定された微小物体に対して行う作業を効率よく実行することができ、当該ユーザの利便性の向上を図ることができる。
【００９２】
〈第３の実施形態〉
次に、本発明の第３の実施形態について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第３の実施形態における構成の一例を示す部分構成図である。
【００９３】
（構成）
本実施形態においては、上述した第１の実施形態とほぼ同様の構成要素を備えているが、このうち、上述した受光部６及び当該受光部６にレーザ光等を照射する照射手段（図示せず）を備えていない。すなわち、本体部材２は、その一端部３に作用部３１が備えられていて、他端部４が基板１に固定されているだけであって、両端部以外は細線形状となっている。そして、かかる場合であっても、細線形状部分は、弾性部材にて形成されていてばね特性を有する。ちなみに、このとき、作用部３１と微小物体５との距離は、微小物体５の高さよりも、やや短く形成されている（図７（ａ）参照）。
【００９４】
また、備えていない照射手段は上述した受光部用のものであって、本実施形態では、微小物体５に所定の光を集光して照射することにより当該微小物体を移動する微小物体用照射手段（図示せず）を備えている。すなわち、一の照射手段は備えている。
【００９５】
（動作）
次に、当該第３の実施形態における動作を、図７（ａ）を参照して説明する。まず、微小物体５に基板１下方からレーザ光Ｌ２が集光照射されると、かかる焦点位置に微小物体５が捕捉されて（光ピンセット技術によりトラップされて）、その焦点の移動に伴って微小物体も移動する（矢印Ａ３参照）。そして、レーザ光Ｌ２の焦点位置を本体部材２の作用部３１上部に移動することで、微小物体５は作用部３１に向かって移動するが、このとき微小物体５の上部は作用部３１の外周部に当接する。
【００９６】
そして、さらに微小物体５の移動を続け、本体部材２の作用部３１外周から当該作用部３１のほぼ中心に微小物体５を移動させると、本体部材３の弾性部材にて形成された箇所が上方に反り返るよう弾性変形し、作用部３１が上方に移動して（矢印Ａ４参照）、微小物体５が当該作用部３１の下部に滑り込む。すなわち、光トラップにて移動される微小物体５自体が本体部材２の作用部３１を上方に押し上げるよう作用し、当該作用部３１と基板１との間に入り込む。また、同様にして、作用部３１にて固定されている微小物体５を、当該作用部３１から取り出すこともできる。
【００９７】
このようにすることにより、上記実施形態の場合と同様に、微小物体５を固定することができると共に、上述したような本体部材２に受光部６を形成することなく、さらには、照射手段も２つを必要としないため、構成の簡略化を図ることができ、製造コストの削減を図ることができる。そして、微小物体５自体には、作用部３１の下部に移動する際にレーザ光等を照射するのみであるため、当該微小物体５への光の照射時間は、従来例における光トラップによる固定の場合と比較して短縮化を図ることができ、照射による微小物体５の損傷を抑制することができる。
【００９８】
ここで、本実施形態において、図７（ｂ）に示すように、作用部３１の基板１に対向する箇所の周囲に、外縁に向かうにつれて基板１との間隙が大きくなるよう傾斜部３４を形成してもよい。すなわち、円環状である作用部３１の外周が、基板１方向に向かってその直径が小さくなるテーパ状になっている。同様の構造は、レジスト犠牲層８作製時に露光量制御によって予めテーパを設けておくか、集束イオンビームによる局所エッチングなどにより作製することができる。このように、傾斜部３４を設けることで、微小物体５を容易に作用部３１の下部に潜り込ませることができ、微小物体５を光ピンセットにて操作するユーザの操作が容易となり、当該ユーザの利便性の向上を図ることができる。
【００９９】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、微小物体を固定する作用部が形成された本体部材に、光を焦点照射して駆動する受光部を備えたので、かかる受光部を操作することにより作用部の位置を操作することができ、これにより微小物体を捕捉して固定することができるため、微小物体に直接光を照射する必要がなく、また、微小物体を固定する作用部自体に光を照射していないので、微小物体が加熱されることが抑制され、当該微小物体の変質や破壊、損傷などを抑制することができると共に、容易に微小物体を固定することができる、という従来にない優れた効果を有する。
【０１００】
そして、光ピンセット技術のように強い光を必要とせず、一旦固定してしまえばその後さらに観察時に光を照射する必要がないため、例えばＤＮＡなどの微小物体を固定して特定部位に吸着させた蛍光物質の蛍光などを観察する場合には、当該蛍光の輝度の弱い光を容易に観察することができ、研究、実験などの容易化、迅速化を図ることができる。
【０１０１】
また、受光部に、光が透過する部材からなる球体を用いることで、受光部に集光照射による光トラップ力が発生し易くなり、当該受光部の位置すなわち作用部の位置を精度よく操作することができるため、効率よく微小物体を捕捉して、固定することができる。
【０１０２】
また、微小物体用照射手段を備えた場合には、微小物体に集光照射して当該微小物体の位置を移動することができるため、作用部の真下に微小物体を移動することで、作用部から離れた箇所に位置する微小物体をも当該作用部にて捕捉して固定することができ、ユーザの利便性の向上を図ることができると共に、かかる場合であっても、微小物体への光の照射時間が従来例と比較して減少するため、当該光による微小物体の変質、破壊等を抑制することができる。
【０１０３】
さらに、微小物体にのみ光を照射して、光トラップにて微小物体を移動して作用部の下部に当該微小物体を潜り込ませる場合には、受光部やこれに光を照射する照射手段を備える必要がないため、装置自体の構成の簡略化を図ることができ、製造コストの削減を図ることができる。そして、かかる場合にも、微小物体自体には作用部の下部に移動する際に光を照射するのみであって、作用部にて固定しているときには微小物体に光を照射していないため、当該微小物体への光の照射時間の短縮化を図ることができ、照射による微小物体の損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における構成の具体的な一例を示す構成図である。図２（ａ）は、その形成過程を説明する上面図であり、図２（ｂ）はその側面図である。図２（ｃ）は、その完成図を示す側面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｇ）は、第１の実施形態における構成を、Ｓｉ系材料を用いて作製する際の作製手順を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態における構成を、アモルファスカーボンを用いて作製する際の作製手順を示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における動作を説明する説明図である。図５（ａ）は、動作中の様子を示す図であり、図５（ｂ）は、微小物体を固定してる状態を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における構成を示す構成図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における構成の一部を示す構成図である。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、その構成の一例を示す構成図である。
【図８】光ピンセット技術の原理を説明する説明図である。図８（ａ）、（ｂ）は、微小物体がレーザの焦点位置に移動する際の動作の前後を示す説明図である。
【符号の説明】
１基板（ガラス基板）
２本体部材
３他端部
４一端部
５微小物体
６受光部
７変形部
１０吸着突起部
１１平面部
３１作用部
３２凹部
３３貫通孔（作用部側）
３４傾斜部
６１突起
６２貫通孔（受光部側）
Ｌ１，Ｌ２レーザ光
Ｐ１，Ｐ２ピラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a minute object fixing apparatus and method, and more particularly to a minute object fixing apparatus and method for fixing the position of a minute object on a predetermined substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the following methods are known as methods for manipulating a minute object having a size of micron order or less. As one of them, there is an optical tweezer technology that realizes an operation without directly contacting an object (US Pat. No. 4,893,886). The optical tweezers technique manipulates an object by utilizing a force (light trapping force) for capturing an object at the focal point of a light beam focused by a lens having a high NA value representing the brightness of the condenser lens. Technology.
[0003]
Here, the principle of the optical tweezer technology will be briefly described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the principle of the optical tweezer technology. First, when a laser beam is focused using an objective lens and focused on a minute object such as a cell or fine particle, the laser beam is refracted due to the difference in medium, and the momentum of light changes by a. A combination of this momentum becomes b (see FIG. 8A). At this time, since the particles try to preserve the momentum, a force opposite to b is generated, and as a result, the particles are moved to the focal point (see FIG. 8B).
[0004]
In addition to the optical tweezers technique, as a method for operating a minute object, a technique is disclosed in which a fine tweezers-like structure is produced and an object is operated with the object sandwiched between the structures. . For example, there are a technique of using two carbon nanotubes opened and closed like tweezers (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-252900), a technique of using a semiconductor fine wire crystal (Japanese Patent Laid-Open No. 7-156082), and the like. In the former carbon nanotube tweezers, a lead wire is connected to two carbon nanotubes fixed to the tip of an atomic force microscope (AFM) probe, and a voltage is applied between them to open and close like tweezers. . The latter method using a semiconductor fine wire crystal is a method in which a self-formed fine wire crystal is bent by thermal expansion of a portion irradiated with light, thereby causing the same operation.
[0005]
The position of a minute object can be fixed by using the technique as described above, and it is easy to perform predetermined processing or observation on the object, thereby improving user convenience. To do.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional example has the following disadvantages. First, the first problem in the optical tweezer technology is that in order to capture an object, the object must be continuously irradiated with a high-intensity laser. In particular, when a sample in a liquid is handled, the Brownian motion becomes more noticeable as the sample size is smaller, and therefore continuous laser irradiation is indispensable. As a result, to prevent destruction of the sample due to light absorption, it is necessary to select the wavelength of the laser that matches the sample, and even if the optimum wavelength is selected, damage to the sample will be caused by continuing the laser for a long time. Problems arise. In addition, the second problem is that in order to basically operate one object, a set of a laser optical system including a light source, a mirror for controlling a focal position, and a lens must be used. In order to operate an object simultaneously, it is necessary to form the same number of engineering systems as the object. Therefore, a large-scale system is required, and there is a problem that the apparatus is expensive.
[0007]
The conventional mechanical tweezers described above also have various problems. First, in the case of carbon nanotube tweezers, since the nanotube itself is as small as about 100 nm or less, there arises a problem that the process of bonding the nanotube to a support base such as an AFM short needle is very difficult. In addition, since the semiconductor fine wire crystal is produced by self-formation, there arises a problem that it is difficult to control the crystal growth position and the crystal shape.
[0008]
Furthermore, there is a problem with the operation mechanism of each of the tweezers. First, in carbon nanotube tweezers, the tweezers are opened and closed with electrostatic force acting between the nanotubes by applying a voltage, and deformation of the piezoelectric body placed on the part that supports the nanotubes. There arises a problem that the structure becomes complicated, for example, a process of manufacturing a simple lead wire, ensuring electrical contact with the nanotube portion, or manufacturing a piezoelectric body is required. When used in an electrolyte, it is necessary to apply an insulating coating to a portion to which a voltage is applied, and the device itself becomes complicated. Also, in semiconductor wire crystal tweezers, light is applied to open and close the tweezers, and the tweezers are thermally expanded and opened to open and close, so that the tweezers themselves are heated, and the sample that is a minute object is heated. appear. Therefore, depending on the sample that is not preferable to be heated, there arises a problem that the appropriate subsequent processing cannot be performed.
[0009]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention improves the inconveniences of the above-described conventional example, and in particular, can easily fix the object while suppressing damage or the like of the minute object to be fixed, thereby improving user convenience. It is an object of the present invention to provide a minute object fixing device and method that have a simple configuration and can reduce manufacturing costs.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, the light trapping force, that is, the condensed light is applied to the main body member having a predetermined length which is disposed substantially parallel to the surface of the predetermined substrate and whose one end is fixed on the substrate. A configuration is adopted in which a micro object is captured and fixed between the main body member and the substrate by deforming it using a force that moves the focused object to the focal position of the light by receiving the light. (Claims 1 and 2).
[0011]
By adopting such a configuration, the main body member is irradiated with the condensed light from the predetermined irradiation means, and the predetermined position of the main body member is moved away from the substrate by the optical trapping force to the focal position of the condensed light. Then, the main body member is deformed so as to be separated from the substrate with the fixed one end as a fulcrum, but by positioning the micro object under the deformed main body member and returning the main body member to the original state, A minute object can be captured and fixed between the main body member and the substrate.
[0012]
Further, in the present invention, a main body member having a predetermined length is provided on the substrate, and one end of the main body member is fixed to the substrate so as to be substantially parallel to the surface on the substrate. The light receiving unit that moves to the focal position of the light by receiving the collected light is formed, and at least part of the main body member between the light receiving unit and one end is allowed to move. A configuration in which a deformed portion is formed is adopted (claim 3).
[0013]
With this configuration, when the light receiving unit is focused and irradiated from the irradiation unit, the light receiving unit moves to the focal position. At this time, the main body member is deformed in the vicinity of the deforming portion, thereby enabling the light receiving portion to move. And while a light-receiving part moves, the other end part side of a main body member moves to the direction spaced apart from a board | substrate. After that, the position of the light receiving unit is moved by using irradiation means so that a part of the main body member is covered from the upper side of the minute object so that the minute object is captured by the main body member and between the substrate and the substrate. Can be fixed to.
[0014]
By the way, by moving the micro object to the focal position of the light by irradiating the condensed light, the micro object can be easily fixed when it moves between the main body member and the substrate (claim). Item 15). That is, by irradiating a minute object with light, which is provided separately from the irradiating means for irradiating light to the light receiving unit, the minute object is irradiated with condensed light, and the position of the minute object is moved. In the state where the main body member is moved away from the substrate by the optical trapping force, the micro object can be captured and fixed by a simple operation by moving the micro object directly below the main body. The user convenience can be improved.
[0015]
And in said case, it is desirable to form the deformation | transformation part formed in the main body member with the elastic member (Claim 4). Thus, when a part of the main body member is deformed to be separated from the substrate by the optical trapping force, the main body portion is elastically deformed. Therefore, when the light irradiation is interrupted and the optical trapping force does not work, the shape of the main body member returns to the initial state by the restoring force of the elastic member, and a part of the main body member separated from the substrate approaches the substrate. Will be moved automatically. Thereby, a minute object can be easily fixed between the substrate and the main body.
[0016]
Moreover, it is desirable to form the part formed with the elastic member among the main body members with a member that can be deformed in any direction (Claim 5). Thereby, the movement range near the other end of the main body member is widened, and a minute object can be easily captured and fixed.
[0017]
Further, it is desirable that the light receiving portion is located between one end portion and the other end portion of the main body member (claim 6). Thereby, it is possible to suppress the formation of the light receiving portion at the other end and to fix the minute object at the tip that is the other end, thereby improving the operability.
[0018]
Preferably, the main body member is formed with an action portion that holds the minute object between the main body member and the substrate and fixes the position of the minute object. Thereby, since the said minute object can be fixed in the action part formed in order to fix a minute object, a minute object can be fixed easily and reliably.
[0019]
Further, it is desirable that the action part is located with a predetermined gap between the action part and the substrate. Thereby, since the action part has a predetermined gap with the substrate in advance, it is possible to suppress inconveniences such as a minute object fixed between the action part and the board being crushed.
[0020]
In addition, it is desirable to form a concave portion recessed in a direction opposite to the substrate that allows a minute object at a position facing the substrate of the action part (claim 9), or to form a through hole that allows a minute object (claim). 10). As a result, when the minute object is fixed at the action part, the minute object is positioned in the recess formed in the action part or the cavity of the through hole, so that the minute object is securely fixed. Damage to the minute object such as being crushed by the portion can be further suppressed.
[0021]
Further, in addition to the above configuration, it is desirable to provide a protrusion protruding toward the substrate in the vicinity of the action portion of the main body member. As a result, the protrusion provided on the main body member moves when the action portion moves away from the substrate and then moves toward the substrate by an optical trapping force or automatically moves toward the substrate by an elastic restoring force. By abutting on the substrate, it is suppressed that the action portion abuts on the substrate. Therefore, a minute object is suppressed from being sandwiched between the action part and the substrate, and damage to the minute object can be suppressed.
[0022]
In addition to the above-described configuration, it is desirable that an adsorption protrusion that protrudes in the direction of the main body member to adsorb the main body member is provided at a predetermined position on the substrate facing the periphery of the action portion. Thereby, when the action part is moved by the irradiation means so as to come into contact with the adsorption projection part, the intermolecular force, the electrostatic force of the residual charge, the chemical adsorption force between the periphery of the action part and the adsorption projection part. Etc. work on the contact surface. Therefore, the minute object captured by the action part can be more reliably fixed by being held in a state where the action part is in contact with the suction projection part.
[0023]
Further, when the main body member is provided with a light receiving portion, it is desirable that the light receiving portion is formed of a member through which light is transmitted and is formed into a substantially spherical body. Furthermore, it is more desirable that the light receiving portion is constituted by a through-hole formed in the main body member and a sphere having a diameter larger than the through-hole, which is a member that transmits light, and the sphere is fitted into the through-hole. (Claim 14). As a result, a light trapping force due to focused irradiation is easily generated in the light receiving unit, and the position of the light receiving unit can be operated with high accuracy, so that a minute object can be captured and fixed efficiently. In such a case, the light trapping force can be generated and the position of the action part can be easily operated even if the light receiving part is irradiated with light from any direction.
[0024]
In the present invention, a main body member having a predetermined length is provided on the substrate, and one end of the main body member is fixed to the substrate and substantially parallel to the surface on the substrate. An action part that holds the minute object between the end part and the substrate and fixes the position of the minute object is formed, and at least a part of the main body member between the action part and the one end part is formed by an elastic member. The minute object formed is a minute object configured to be inserted and fixed between the action part and the substrate by being irradiated with the condensed light and moved to the focal position of the light. An object fixing device is also provided (claim 16). That is, a configuration is adopted in which the light receiving portion is not formed on the main body member. In such a case, it is more desirable to form an inclined portion around the portion of the action portion facing the substrate so that the gap with the substrate increases toward the outer edge.
[0025]
With such a configuration, when a minute object is condensed and irradiated, the minute object is captured at the focal position, and the minute object also moves as the focal point moves. Then, by moving the focal position of the irradiation light, the portion formed by the elastic member of the main body member warps upward by moving the minute object from the outer periphery of the active portion of the main body member to the approximate center of the operating portion. The action part moves upward, and the minute object slides into the lower part of the action part. Therefore, the minute object can be fixed by the action part, and in such a case, the minute object itself is only irradiated when moving to the lower part of the action part, so that the irradiation time of light to the minute object is shortened. It is possible to reduce the damage of minute objects due to irradiation. And if an inclination is provided in the outer periphery of an action part, a minute object can be easily embedded in an action part, and the minute object can be fixed easily.
[0026]
In the above configuration, when a concave portion or a through hole recessed in a direction opposite to the substrate permitting a micro object is formed at a position facing the substrate of the action portion (claims 18 and 19), as described above. Damage to minute objects can be suppressed.
[0027]
Further, it is desirable that the main body member is made of gold or a silicon-based material (claims 20 and 21). As a result, a main body member having a high Young's modulus and a high elastic force can be manufactured, and mobility at the time of capturing a minute object can be improved.
[0028]
Furthermore, it is desirable that the main body member is made of amorphous carbon using an amorphous carbon deposition method by focused ion beam excitation. Thereby, by controlling the beam irradiation position, the shape of the amorphous carbon that is the deposit can be arbitrarily formed, so that the main body member corresponding to the minute object to be fixed can be easily manufactured. In addition, the Young's modulus of amorphous carbon can be set arbitrarily by controlling the growth rate of the deposit, so appropriate elastic force with emphasis on fixing force and mobility depending on the minute object to be fixed. The main body member which has can be obtained.
[0029]
Further, in the present invention, the main body member having a predetermined length, which is fixed to the substrate and has one end fixed substantially parallel to the surface on the substrate, is formed at a place other than the one end of the main body member. By receiving the light condensed on the light receiving part, the light receiving part is moved to the focal position of the light to deform the main body member, and a part of the main body member is kept away from the substrate, and the substrate and the main body member A part of the main body member that is separated from the substrate by irradiating the gap between and the light focused on the micro object, moving the micro object to the focal position of the light, releasing the deformed state of the main body member A method of fixing a minute object is also provided in which the object is moved closer to the substrate and the minute object is fixed between the substrate and the main body member.
[0030]
The substrate is provided with a main body member having a predetermined length and having one end fixed and substantially parallel to the surface on the substrate, and the other end of the main body member has the other end An action part for holding the minute object between the part and the substrate and fixing the position of the minute object is formed, and at least a part of the main body member between the action part and the one end is an elastic member. The main body member is moved to the focal position of the light so as to irradiate the focused light to the micro object and insert the micro object between the action part of the main body member and the substrate. A method is also provided in which the micro object is fixed between the substrate and the action portion of the main body member by deforming the main body member so that the action portion is separated from the substrate (claim 24).
Even if it does in this way, it acts similarly to the above-mentioned and can acquire the same effect.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. 2 to 4 are configuration diagrams showing a specific configuration of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation in the present embodiment.
[0032]
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the minute object fixing device according to the present invention includes a main body member 2 having a predetermined length disposed on a predetermined substrate 1. The other end portion 3 of the main body member 2 is an open end, and one end portion 4 thereof is fixed to the substrate 1, and the main body member 2 is a cantilever. An action part 31 is formed on the substrate 1 side of the other end 3, and the minute object 5 is held in a gap formed between the action part 31 and the substrate 1. This will be described in detail below.
[0033]
(Micro object)
The minute object 5 fixed on a predetermined substrate by the minute object fixing device according to the present invention is, for example, an object of micron (one millionth of a meter) order such as a cell or a fine particle. As will be described later, these minute objects 5 are moved to their focal points by converging and irradiating a laser (light trapping force). Moreover, it is not limited to this, and is also moved by light pressure applied to the minute object 5 by irradiating light. The minute object 5 is an object for a predetermined experiment or observation, and its movement is required to be fixed. In the present invention, as described in detail later, the substrate 1 and the action part 31 are fixed.
[0034]
(substrate)
The substrate 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the main body member 2 is fixed to the upper surface thereof. Moreover, the said upper surface is a plane, and especially the other end part 3 vicinity of the main body member 2 forms the plane part 11 which fixes a micro object. And the material is glass, for example. However, the material of the substrate is not limited to glass, but is preferably a transparent member.
[0035]
And in this application, when operating the main body member 2 and the minute object 5 with an irradiation means so that it may mention later, it can operate from the lower direction of the board | substrate 1 by forming with glass. Accordingly, since the operation from above the substrate 1 is suppressed, the irradiation of light by the irradiation means is suppressed from being blocked by the main body member 2 and the like.
[0036]
(Main body member)
As described above, one end 4 of the main body member 2 is fixed to the substrate 1. At this time, the one end portion 4 is fixed in a cantilever state in a state where a portion other than the one end portion 4 of the main body member 2 has a predetermined interval with respect to the substrate 1. However, it is only necessary that at least an action part 31 described later of the main body member 2 is separated from the substrate 1. That is, almost the entire body member 2 excluding the one end portion 4 does not have to be separated from the substrate.
[0037]
Further, the distance between the action part 31 and the substrate 1 is formed to be shorter than the height of the minute object 5, for example. Thereby, it is possible to suppress the minute object 5 from being easily detached from between the action portion 31 and the substrate 1 and to be surely fixed.
[0038]
By the way, the main body member 2 does not necessarily have to be provided on the substrate 1 in the above-described state, that is, with a gap from the substrate 1. The entire body member 2 may be in contact with the substrate 1. If it does in this way, as will be described later, the minute object 5 to be fixed is sandwiched between the substrate 1 and the main body member 2, and the minute object 5 may be crushed. However, for example, when the minute object 5 is not granular but is in the shape of a string such as DNA, the central portion to be observed can be protected by fixing both ends thereof with two minute member fixing devices. When observing light with low brightness such as fluorescence of a fluorescent substance adsorbed to a specific site in such a manner, the specific site is not irradiated with laser light. The protective effect of the substance and the fluorescent substance is remarkable.
[0039]
(Function part)
The other end portion 3 of the main body member 2 is formed with an action portion 31 that accommodates the minute object 5 in the gap between the other end portion 3 and the substrate 1 and fixes the position of the minute object 5. . Further, a light receiving portion 6 is formed between the action portion 31 and the one end portion 4 of the main body member 2 to receive the collected light and move to the focal position of the light.
[0040]
The action portion 31 is formed with a recess 32 that is recessed in the opposite direction to the substrate 1 that allows the minute object 5 at a location facing the substrate 1 of the action portion 31. That is, the action part 31 has a bowl shape having an opening part below. The concave portion 32 is large enough to accommodate the minute object 5 that is the object, and crushing the minute object 5 is suppressed. At this time, by forming the shape of the recess 32 larger than the shape of the minute object 5, the minute object 5 is further prevented from being crushed. However, the shape of the action part 31 is not limited to the above shape.
Here, the action part 31 is not limited to being formed in the other end part 3 of the main body member 2. The action portion 31 may be formed between the other end portion 3 and the light receiving portion 6 described later, or may be formed between the one end portion 4 and the light receiving portion 6.
[0041]
(Light receiving section)
The light receiving unit 6 is located between the action part 31 and the one end part 4, and specifically, is provided to be located closer to the action part 31 than the center of the main body member 2. And the light-receiving part 6 is formed in the substantially spherical body while being formed with the member which light permeate | transmits. By forming in this way, the light receiving unit 6 which is a sphere is irradiated with light condensed from an irradiation means (not shown) described later, so that the light receiving unit 6 is focused by an optical trapping force. Move to position.
[0042]
The optical trapping force here is a force used in the optical tweezer technology described above. When the laser beam is condensed using a condensing means such as a lens and this non-irradiated object is irradiated with this condensing, the laser beam entering the non-irradiated object changes in its momentum due to the difference in refractive index. A force is generated in the irradiated object so as to preserve the momentum. This force is the optical trapping force (see FIG. 8). This light trapping force varies greatly depending on various parameters such as the wavelength of the light to be irradiated, the size, shape, and refractive index of the non-light-condensing object, but here it is suitable according to the magnitude of the required force. Can be set to various conditions.
[0043]
In addition, a protrusion 61 that protrudes toward the substrate 1 is formed at a position facing the substrate 1 of the light receiving unit 6. However, the protrusion in FIG. 1 is such that the lower side of the light receiving portion 6, which is a substantially spherical body, plays the role and comes into contact with the substrate 1. Thereby, it is suppressed that the action part 31 in the front end side with respect to the light-receiving part 6 in the main body member 2 hangs down in the direction of the substrate due to its own weight, and the action part 31 is prevented from being crushed.
[0044]
Here, the protrusion 61 is not limited to being formed by the light receiving portion 6. By providing the body member 2 at a location facing the substrate 1 in the vicinity of the action portion 31, the above-described effects can be obtained. For example, the protrusion 61 may be formed between the light receiving unit 6 and the action unit 31.
[0045]
Further, the light receiving unit 6 may be formed on the entire body member 2. That is, the main body member 2 itself may be formed in a shape that generates an optical trapping force. For example, the main body member 2 is mainly formed in a cylindrical shape (bar shape) having a central axis in the longitudinal direction, and an optical trapping force is generated when the laser light is irradiated to such a portion. Thereby, since the operator can operate the action part 31 even if it irradiates a laser beam to any location of the main body member 2, it can aim at the improvement of operativity of apparatus itself. Incidentally, even if the main body member 2 is formed in a semi-cylindrical shape, the same effect is obtained.
[0046]
(Deformation part)
Moreover, between the said one end part 4 and the light-receiving part 6 among the main body members 2, it is formed with the elastic member which can deform | transform in all directions, and comprises the deformation | transformation part 7. FIG. That is, the deformation part 7 has a spring characteristic, and the action part 31 which is the other end part 3 can move in the vertical and horizontal directions with the one end part 4 as a fulcrum. Therefore, the shape of the main body member 2 is a shape close to a line in the vicinity of the one end portion 4, that is, in the vicinity of the fixed end. A specific shape will be described later.
[0047]
At this time, the part formed by the elastic member in the main body member 2 may be only a part of the main body member 2, or the entire main body member 2 may be formed by the elastic member. Since the main body member 2 as a whole has elastic characteristics, the main body member 2 is easily elastically deformed, so that the action portion 31 can be easily moved.
[0048]
However, the said deformation | transformation part 7 is not limited to being formed with the elastic member. A member that plastically deforms may be used. In such a case, when the light receiving portion 6 is moved, the deformed portion 7 of the main body member 2 is plastically deformed and remains in the deformed state. However, the light receiving portion 6 is further moved by the optical trapping force, and the action portion 31 is restored. By returning to the position, the minute object 5 can be captured and fixed. Accordingly, the deformable portion 7 may be a link mechanism constituted by a hinge or the like.
[0049]
(Irradiation means)
Further, below the substrate 1 and the like described above, there is provided an irradiation means (not shown) for irradiating the light receiving unit 6 with light. The irradiation means includes a light source and a lens. As the light source, a laser beam that easily obtains a high-intensity parallel beam is used, and the laser beam is used by being focused by a lens. Here, the lens is, for example, an objective lens of an optical microscope. Further, an operating means (not shown) is provided so that the operator can operate the focal point of the laser beam.
[0050]
In addition to the irradiating means, a minute object irradiating means (not shown) for irradiating the minute object 5 with light so as to move to the focal position of the light by receiving the collected light. ). The minute object irradiation means has the same configuration as the irradiation means.
[0051]
And the light by an irradiation means does not necessarily need to be condensed with a predetermined lens. Simply irradiating the light receiving unit 6 or the minute object 5 with light, and these may be moved by the pressure of the light.
[0052]
Further, the irradiation means is not limited to being provided below the substrate 1. That is, the light irradiation to the light receiving unit 6 and the minute object 5 is not limited to being performed from below the substrate 1 but may be performed from above. However, since the substrate 1 is formed of a transparent glass member by irradiating from below as described above, the light is suppressed from being blocked, and the light receiving unit 6 and the minute object 5 are operated by the optical trap. Can be easily performed.
[0053]
(Specific configuration)
Here, an example of the configuration of the minute object fixing device will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a view of the apparatus as viewed from above, and is an explanatory view for explaining the production process. FIG. 2B is a side view of FIG. FIG. 2C is a side view of the manufactured micro object fixing device.
[0054]
As described above, the main body member 2 that plays an important role of the present apparatus is provided on the substrate 1. The one end 4 is fixed to the substrate 1, and the action portion 31 is formed at the other end 3. In addition, a light receiving portion 6 is formed at a predetermined location from the action portion 31 from the central portion of the main body member 2. Further, as will be described later, the main body member 2 has a substantially linear shape as shown in FIGS. 2A and 2B except for the action portion 31, the light receiving portion 6, and the one end portion 4.
[0055]
The action part 31 and the light receiving part 6 are annular as illustrated. However, the outer diameter and the inner diameter are different, and the light receiving portion 6 is formed larger. The through-hole 33 formed in the vicinity of the center of the action part 31 has a diameter larger than that of the minute object 5 and allows the minute object 5 in the space. Therefore, as will be described later, when the minute object 5 larger than the gap between the substrate 1 and the action portion 31 is captured by the action portion 31, the minute object 5 is located inside the through hole 33. Since the minute object 5 is surrounded by the through-hole 33, it is restrained and protected. Moreover, the through-hole 62 formed in the main body member 2 constituting the light receiving portion 6 similarly fits the sphere 63 constituting the light receiving portion 6. In other words, in this example, the light receiving unit 6 includes a through hole 62 formed in the main body member 2 and a sphere 63 having a larger diameter than the through hole 32. The sphere 63 is formed of, for example, polystyrene beads.
[0056]
The one end 4 has a substantially pentagonal shape, and the end 4 side is fixed to the substrate 1. Further, the other end 3 side of the one end 4 is bent in a step shape, and the other end 3 side itself has a predetermined gap with respect to the substrate 1 as a whole. .
[0057]
And since the main body member 2 itself is formed of an elastic member and the portions other than the other end portion 3, the light receiving portion 6, and the one end portion 4 have a thin line shape, the main body 2 itself acts as a spring. . That is, the main body member 2 has a suspend type structure. A method for manufacturing the suspend type structure will be described below.
[0058]
First, a sacrificial layer (resist layer 8) having a thickness of about 1 μm is patterned on the glass substrate 1 using a negative photoresist or the like. Next, the pattern of the main body member 2 is produced by arrangement as shown in FIG. The material of the main body member 2 is not limited, but when made by mask vapor deposition, metals such as Au, Pt, Al, W, Ti, metal compounds such as tungsten carbide, Si, SiO2, SiNx, organic resins, etc. Can be used. Further, patterning can be performed by photoexposure resin or the like by mask exposure, or amorphous carbon or tungsten carbide can be directly patterned by chemical vapor deposition using a focused ion beam. Thereafter, a suspend type structure can be produced by dissolving the resist sacrificial layer 8 in an organic solvent or removing it by an oxygen plasma treatment or the like.
[0059]
Next, a method for manufacturing the light receiving unit 6 will be described. The sphere 63 (bead) constituting the light receiving unit 6 is made of a material that is highly transparent to the light used. For example, organic resins such as polystyrene and optical glass are suitable. The shape is not limited to a spherical shape, and may be a biconvex lens shape. In order to adhere the beads, the substrate on which the main body member 2 is produced is immersed in a solution in which the beads are diffused, and the optical receiver is used to form the light receiving portion formed on the main body member 2 as shown in FIG. It arranges in the through-hole 62 for use. At this time, if a small amount of a drying curable resin is dissolved in the solution, the beads 62 and the main body member 2 are bonded by the bonding resin 9 when the solution is removed and dried. As another bonding method, a charged particle beam may be irradiated to the vicinity of the contact portion between the bead and the manipulator, and a decomposition product of gas in the atmosphere may be deposited and bonded.
[0060]
Further, the order of the bead adhesion and the resist sacrificial layer removal step may not be the order described in the embodiments. And when including common processes, such as immersion in a solvent and introduction to a vacuum device, it can also carry out simultaneously.
[0061]
Here, an example of creation when gold with less internal stress is used as the material of the main body member 2 will be described. A gold main body member 2 having a width of 150 nm, a thickness of 150 nm, and a total length of about 40 μm is produced by electron beam exposure. The deformed portion 7 has a length of about 30 μm, and a circular holder (through hole 62) having an inner diameter of about 2.5 μm is formed at the tip of the deformed portion 7 to facilitate the bonding of polystyrene beads 63 having a diameter of 3 μm as the light receiving portion 6. Further, a similar holder (through hole 33) having an inner diameter of about 2 μm is formed at the tip of the main body member 2 as the action portion 31, so that the object can be fixed easily.
[0062]
At this time, the spring constant of the deformed portion 7 is about 3.3 × 10. ^-4 N / m. When operating polystyrene beads with an optical tweezer system using a solid-state laser (for example, a laser using a neodymium-doped yttrium lithium fluoride crystal) or the like, a trapping force of up to about 1 nN can be obtained. At this time, a displacement of 4 μm or more can be obtained at the tip of the deformable portion 7, that is, the action portion 31 as compared with the original position of the action portion 31.
[0063]
Next, an example in which a Si-based material is used as the material of this apparatus will be described with reference to FIG. Specifically, SiO ₂ , SiN _x A production example of the main body member 2 made of silicon oxide film using the above will be described. FIGS. 3A to 3G are explanatory views showing a procedure for manufacturing the minute object fixing device.
[0064]
First, a silicon substrate 81 whose surface is covered with a silicon oxide 21 having a thickness of about 150 nm is prepared (FIG. 3A). When the oxide film 21 on the back surface of the silicon substrate is partially removed by lithography or the like (FIG. 3B) and immersed in a TMAH (tetramethylammonium hydrate) solution or a potassium hydroxide solution, the silicon substrate is obtained. By etching the portion 81, a membrane structure can be obtained in which only the silicon oxide film 21 remains as shown in FIG.
[0065]
Subsequently, a resist is applied to the surface side where the oxide film remains, and the main body having the same size and shape as in the above-described production example is patterned by lithography, and after resist development and pattern transfer by dry etching, suspending is performed. A main body member 2 having a structure is obtained (FIGS. 3D and 3E). At this time, since the Young's modulus of the silicon oxide film is about 70 GPa, which is the same as that of gold, the main body member 2 thus manufactured has the same movable performance as described above. Further, silicon nitride can be used instead of silicon oxide. Since silicon nitride has a high Young's modulus, a strong elastic force can be obtained.
[0066]
Subsequently, the surface of the transparent substrate such as glass coated with PMMA (polymethyl methacrylate) of about 100 nm and the surface on which the main body member 2 of the silicon substrate is manufactured are attached to face each other (FIG. 3G). After the PMMA is cured, the PMMA at the portion where the main body member 2 and the glass substrate 1 are bonded is removed by lightly washing with an organic solvent or the like.
[0067]
The advantage of the laminated structure is that the control of the gap between the main body and the substrate is easy, and even when the main body member 2 is produced on a substrate that is opaque to visible light such as a silicon substrate, it is formed on a transparent substrate such as a glass substrate. For example, a minute object fixing device can be installed.
[0068]
Finally, the light receiving beads 63 are bonded in the same manner as described above. Alternatively, since the silicon oxide or silicon nitride is an insulator and transparent to visible light, the light receiving portion 6 can be manufactured using the same material as the main body. In that case, the shape of the portion that becomes the light receiving portion 6 may be a shape suitable for an optical trap. Specifically, it is preferable to have a width, length, height or the like that is equal to or greater than the wavelength of light. Further, by forming the light receiving portion with the same material as that of the main body member 2, it is not necessary to adhere the light receiving beads 63 later, and the number of manufacturing steps can be reduced. Silicon oxide and silicon nitride can be warped when the suspend structure is manufactured by changing the film manufacturing conditions (FIG. 3F). By utilizing this, the size of the gap with the transparent substrate to be bonded and the pressing force can be controlled.
[0069]
An example in which amorphous carbon is used as a material will be described with reference to FIG. That is, an example of manufacturing a manipulator using an amorphous carbon deposition method by focused ion beam (FIB) excitation will be described. 4A to 4C are explanatory views showing an example of the production.
[0070]
First, aromatic hydrocarbon gas such as phenanthrene or pyrene is 1 × 10 ^-4 Ga having an acceleration voltage of 30 keV and a beam current of 5 pA or less in a vacuum existing at a partial pressure of about Pa. ⁺ When the substrate is irradiated with FIB, a decomposition product of hydrocarbon gas due to a beam excitation reaction is deposited locally at a diameter of 100 nm or less. If irradiation is continued at a certain point as it is, pillars having a maximum of 100 μm in the beam irradiation direction and a diameter of about 100 nm can be produced.
[0071]
Further, when the beam irradiation position is moved at a speed similar to the growth speed of the deposit, the deposit is generated in an oblique direction so as to follow the beam irradiation position. By utilizing this principle, the cross-sectional shape of the pillar can be arbitrarily changed during the growth of the pillar. The component of the decomposition product is amorphous carbon, and the Young's modulus can be controlled in the range of 100 to 600 GPa depending on the growth rate. Specifically, the Young's modulus is low when the gas partial pressure of the hydrocarbon to be supplied is increased and grown at a high speed, and conversely, the Young's modulus becomes high when grown at a low speed. By using this, for example, a portion between the light receiving portion 6 and one end portion (seven deformation portions) is formed with a low Young's modulus so as to be easily deformed, and between the light receiving portion 6 and the other end portion. It is also possible to increase the Young's modulus of the portion. In the case of amorphous carbon, the carbon bonding state varies depending on the Young's modulus, so the transparency also changes. Therefore, it is possible to adjust the transparency by controlling the growth rate according to the application. For this reason, the light receiving portion 6 can be formed with sufficient transparency to generate the optical trapping force.
[0072]
FIG. 4A shows a minute object fixing device made of amorphous carbon by FIB excitation. First, a pillar 1 (P1) having a length of 30 μm and a diameter of 100 nm is formed on a substrate 1. Subsequently, a pillar 2 (P2) having a length of 33 μm and a diameter of 100 nm is formed at a position away from the pillar 1 by 100 nm to several μm. Furthermore, a sphere having a diameter of about 1 μm is similarly produced at the tip of the pillar 2 by the FIB excitation as the light receiving unit 6 to obtain a minute object fixing device.
[0073]
Then, as a result of attempting an optical trap at the tip of the pillar 2 with an argon ion laser having a spot diameter of about 1 μm and 100 mW, the optical trap was possible and a deflection of at least about 5 μm was observed. Corresponds to a trapping force of about 1nN. By doing in this way, the fixing device which can fix a minute object between pillar 1 and pillar 2 is producible. That is, the pillar 1 itself performs the same function as the substrate 1, and a minute object can be sandwiched between the pillar 1 itself and the rod-shaped portion of the pillar 2. Therefore, the rod-shaped part of the pillar 2 is also the deforming part 7 and also serves as the action part 31. The distance between the pillar 1 and the pillar 2 can be selected according to the size of the minute object.
[0074]
Further, as shown in FIG. 4B, the surface of the glass substrate 1 can be used instead of the pillar 1. That is, a fixing device can be manufactured by fixing the member (silicon substrate 81) on which the pillar 2 is manufactured to the glass substrate 1 (see FIG. 4C).
[0075]
The manufacturing procedure will be described in detail. First, a deformed portion 7 having a low Young's modulus, that is, a characteristic that is easily elastically deformed by high-speed growth, is formed at an end portion such as the cleavage plane 101 of the silicon substrate 81 that can be the body member 2. . Next, the range in which the FIB is irradiated is gradually widened to manufacture the light receiving unit 6. Further, the action part 31 having high strength is produced at the tip by slow growth, or the light receiving part 6 itself is used as the action part 31. By producing the action part 31 with low-speed growth, it is possible to increase the durability of the action part 31 that is in direct contact with another object. Finally, the silicon substrate 2 is bonded to the glass substrate 1 or the like using an adhesive 102 or the like, whereby a fixing device can be obtained. Amorphous carbon produced with GaFIB contains Ga as an impurity. This gallium can be removed by high-temperature treatment at 500 ° C. or higher. As a result, effects such as reduction in light absorption and increase in Young's modulus can be obtained.
[0076]
(Operation)
Next, the operation in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5A is an explanatory diagram showing a state in which the light receiving unit 6 and the minute object 5 to be fixed are irradiated with laser light. FIG. 5B is an explanatory diagram illustrating a state in which the minute object 5 is fixed.
[0077]
First, as shown in FIG. 5A, the light receiving unit 6 is focused and irradiated by an irradiating unit (not shown), and the focal point is moved upward from the original position of the light receiving unit 6. Then, the displacement part 7 of the main body member 2 is elastically deformed, so that the light receiving part 6 moves upward (see arrow A1). That is, the light receiving unit 6 is moved by optical tweezer technology. Along with this, the action portion 31 formed at the one end portion 3 of the main body member 2 also moves upward. At this time, the irradiation means is provided below the substrate 1, that is, in the downward direction in FIG. 5, and the laser beams L1 and L2 are similarly applied to the light receiving unit 6 and the minute object 5 from below. Thereby, since the laser beams L1 and L2 are transmitted through the glass substrate 1 and reliably irradiated to the light receiving unit 6 and the minute object 5, the operability of the minute object fixing device can be improved. That is, in the case of irradiation from above, there is a possibility that the laser beam L2 is blocked by the main body member 2 when irradiating the minute object 5, but in the above case, such inconvenience is suppressed.
[0078]
Subsequently, by condensing and irradiating the minute object 5 from other irradiation means (for minute object) (not shown) while keeping the position of the action part 31 moved from the original position, that is, optical tweezers. By using the technique, the minute object to be fixed is moved directly below the action portion 31 (see arrow A2) and held on the spot. Thereafter, by cutting off the laser from the irradiating means for condensing and irradiating the light receiving portion 6, an elastic restoring force acts on the deformable portion 7 and the main body member 2 returns to its original shape. Then, as shown in FIG. 5B, the minute object 5 is accommodated in the recess 32 formed in the action portion 31, and the position of the minute object 5 is fixed by the substrate 1 and the inner surface of the recess 32. At this time, not only the laser is cut off and the action part 31 is moved from the upper part of the minute object 5, but the position of the light receiving part 6 is operated by the laser so that the action part 31 covers the upper part of the minute object 5. You may operate as you like.
[0079]
By doing in this way, the micro object 5 is settled in the recessed part formed in the action part 31, and can be fixed between the said action part 31 and the board | substrate 1 (refer FIG.5 (b)). At this time, the laser irradiation of the minute object 5 is only performed when the minute object 5 is moved directly below the action part 31 and the time is short. Therefore, destruction and alteration of the minute object 5 due to light irradiation. Etc. can be suppressed. In addition, since the optical system, which is an irradiation unit that has been used for fixing the minute object 5 conventionally, can be used for other purposes, the efficiency of the optical tweezers system can be increased.
[0080]
Furthermore, by using light to drive the body member 2, a simple structure can be achieved compared to conventional tweezers manipulators, and at the same time, a material having a special function such as a piezoelectric body or an optical strain element is required. Therefore, mass production is possible at low cost. Furthermore, since the light receiving unit 6 irradiated with light uses polystyrene beads or glass, the main body member 2 itself having a part 31 that holds the minute object 5 does not generate heat due to light absorption. Therefore, it is possible to further suppress the heat destruction, alteration, and the like of the main body member 2 itself and the minute object 5.
[0081]
Here, the shape of the deformable portion 7 and the action portion 31 of the main body member 2, the size of the polystyrene beads of the light receiving portion 6, the arrangement of the respective portions, and the interval between the main body member 2 and the substrate 1 are limited to those described above. Instead, in order to fix the object efficiently, it is selected by the minute object 5 to be fixed.
[0082]
In general, since the optical trapping force and the optical pressure are weak forces on the order of pN to nN, the ratio of the length / cross-sectional area is preferably increased so that the deformable portion 7 is easily deformed even with a weak force. In order to increase the light trapping force, the light receiving unit 6 is preferably a sphere having a diameter of about 1 to several times the wavelength of the laser used and a high refractive index. In order to increase the light pressure, a mirror having a high reflectance and a wide area may be used.
[0083]
(Other operation examples)
Here, an operation example different from the above will be described. In this operation example, in particular, the main body member 2 using an elastic member that can be deformed in all directions and somewhat expandable in the longitudinal direction is used.
[0084]
When the minute object 5 to be fixed is present near the original position of the action part 31 of the main body member 3, the light receiving part 6 is irradiated with light, and the deforming part is deformed by the light driving force. Thereby, the position of the action part 31 is controlled, and thereby the minute object 5 is captured. That is, as described above, the action part is configured so that the action part 31 is covered from above the minute object 5 by focusing and irradiating only the light receiving part 6 without irradiating and moving the minute object 5 with the laser beam. Move the position.
[0085]
In this way, the minute object 5 can be fixed by the action part 31 without directly irradiating the minute object 5, and other processes can be performed on the minute object 5. As a result, it is possible to prevent the destruction and alteration of minute objects due to light irradiation.
[0086]
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a side view showing a configuration in the present embodiment.
[0087]
(Constitution)
The minute object fixing device in the present embodiment includes substantially the same components as the device in the first embodiment described above. And in the said 2nd Embodiment, it protrudes in the direction of the main body member 2 in the predetermined location on the board | substrate 1 facing the circumference | surroundings of the action part 31 formed in the main body member 2, and adsorb | sucks the said main body member 2 further. A suction projection 10 is provided.
[0088]
The suction protrusion 10 is provided on the substrate 1 near the rear end portion of the action portion 31, that is, in the vicinity of the most distal portion of the main body member 2, and more than the gap formed between the substrate 1 and the action portion 31. A protrusion with a low height. Accordingly, a predetermined gap is still generated between the upper end portion of the protrusion 10 and the action portion 31. And when the action part 31 contacts the upper end part of this adsorption | suction protrusion part 10, intermolecular force, the electrostatic force of a residual charge, chemical adsorption force, etc. will act on a contact surface. As a result, the action portion 31 is held in contact with the suction protrusion 10. That is, the suction projection 10 has a latch function.
[0089]
For example, when gold is used for the main body member 2 and the adsorption protrusion 10, the apparatus is immersed in an alkanethiol solution so that the alkyl groups of the alkanethiol molecules adsorbed on the main body member 2 and the adsorption protrusion portion 10 can be reduced. Both are adsorbed by the chemical adsorption force. When the main body member 2 and the adsorption protrusion 10 are made of an insulator, they are adsorbed by electrostatic force or intermolecular force due to residual charges. In addition, the main body member 2 and the suction protrusion 10 are attracted in such a case by using a magnetic material such as Cr produced by mask vapor deposition.
[0090]
(Operation)
Here, an operation when the above-described latch function operates will be described. First, as in the first embodiment, the light receiving unit 6 is focused and irradiated with laser light, thereby moving the position of the action unit 31 and capturing the minute object 5 by the action unit 31. At this time, as described above, the minute object 5 may be moved by condensing and irradiating the minute object 5 with laser light. At the same time, or by moving the light receiving unit 6 in the direction of the substrate with laser light, the action unit 31 also moves in the direction of the substrate 1, and the tip of the action unit 31 comes into contact with the suction protrusion 10. . Thereby, the action portion 31 and the suction projection portion 10 are fixed by the suction force acting on the suction projection portion 10, and the position of the minute object 5 captured between the action portion 31 and the substrate 1 is also fixed.
[0091]
By doing in this way, since the position of the action part 31 is fixed, the micro object 5 can be hold | maintained stably. Therefore, it is possible to prevent the action unit 31 from being lifted when the user does not intend it due to an external force acting on the apparatus or an erroneous operation of the user, and to prevent a situation in which the minute object 5 that has been fixed once is lost. The For this reason, the operation | work which a user performs with respect to the fixed minute object can be performed efficiently, and the improvement of the said user's convenience can be aimed at.
[0092]
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7A is a partial configuration diagram showing an example of the configuration in the third embodiment.
[0093]
(Constitution)
The present embodiment includes substantially the same components as those of the first embodiment described above. Among these, the light receiving unit 6 described above and irradiation means (not shown) for irradiating the light receiving unit 6 with laser light or the like. Not). That is, the main body member 2 is provided with the action portion 31 at one end portion 3 thereof, and the other end portion 4 is only fixed to the substrate 1, and has a thin line shape except for both end portions. And even if it is such a case, a thin wire | line-shaped part is formed with the elastic member, and has a spring characteristic. Incidentally, at this time, the distance between the action part 31 and the minute object 5 is slightly shorter than the height of the minute object 5 (see FIG. 7A).
[0094]
Further, the irradiating means that is not provided is for the above-described light receiving unit, and in this embodiment, irradiation for a micro object that moves the micro object by condensing and irradiating the micro object 5 with predetermined light. Means (not shown) are provided. That is, one irradiation means is provided.
[0095]
(Operation)
Next, the operation in the third embodiment will be described with reference to FIG. First, when the laser beam L2 is focused and irradiated onto the minute object 5 from below the substrate 1, the minute object 5 is captured at the focal position (trapped by the optical tweezer technology), and the minute object 5 moves along with the movement of the focal point. The object also moves (see arrow A3). Then, by moving the focal position of the laser beam L2 to the upper part of the action part 31 of the main body member 2, the minute object 5 moves toward the action part 31. At this time, the upper part of the minute object 5 is the outer periphery of the action part 31. Abuts against the part.
[0096]
When the minute object 5 is further moved and the minute object 5 is moved from the outer periphery of the action part 31 of the main body member 2 to the substantial center of the action part 31, the portion formed by the elastic member of the main body member 3 is located upward. The action part 31 moves upward (see arrow A4), and the minute object 5 slides into the lower part of the action part 31. That is, the minute object 5 itself moved by the optical trap acts to push up the action part 31 of the main body member 2, and enters between the action part 31 and the substrate 1. Similarly, the minute object 5 fixed by the action part 31 can be taken out from the action part 31.
[0097]
In this way, as in the case of the above embodiment, the minute object 5 can be fixed, the light receiving portion 6 is not formed on the main body member 2 as described above, and the irradiation means is also provided. Since two are not required, the configuration can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Since the minute object 5 itself is only irradiated with a laser beam or the like when moving to the lower part of the action portion 31, the irradiation time of the light to the minute object 5 is fixed by an optical trap in the conventional example. Shortening can be achieved compared to the case, and damage to the minute object 5 due to irradiation can be suppressed.
[0098]
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 7B, the inclined portion 34 is formed around the portion of the action portion 31 facing the substrate 1 so that the gap with the substrate 1 increases toward the outer edge. May be. That is, the outer periphery of the annular working portion 31 is tapered so that its diameter decreases toward the substrate 1. A similar structure can be prepared by providing a taper in advance by controlling the exposure amount when the resist sacrificial layer 8 is manufactured, or by local etching using a focused ion beam. In this way, by providing the inclined portion 34, the minute object 5 can be easily embedded in the lower portion of the action portion 31, and the user's operation of manipulating the minute object 5 with optical tweezers becomes easy. Convenience can be improved.
[0099]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured and functions as described above, according to this, since the main body member on which the action portion for fixing the minute object is formed is provided with the light receiving portion that drives by irradiating light, such light reception The position of the action part can be manipulated by manipulating the part, so that the minute object can be captured and fixed, so there is no need to irradiate the minute object directly and the minute object is fixed. Since the action part itself does not irradiate light, it is possible to suppress heating of the minute object, and it is possible to suppress alteration, destruction, damage, etc. of the minute object, and to easily fix the minute object. It has an unprecedented excellent effect of being able to.
[0100]
And it doesn't need strong light like optical tweezer technology, and once fixed, there is no need to irradiate light at the time of observation, so a minute object such as DNA is fixed and adsorbed to a specific part. In the case of observing fluorescence of a fluorescent substance, light with low luminance of the fluorescence can be easily observed, and research and experiments can be facilitated and speeded up.
[0101]
Further, by using a sphere made of a light transmitting member for the light receiving part, it becomes easy to generate a light trapping force due to the focused light irradiation on the light receiving part, and the position of the light receiving part, that is, the position of the action part is accurately operated. Therefore, it is possible to capture and fix a minute object efficiently.
[0102]
Further, when the irradiation means for minute objects is provided, the position of the minute object can be moved by condensing and irradiating the minute object, so that the action part can be moved by moving the minute object directly below the action part. It is possible to capture and fix a minute object located at a location away from the object by the action part, and to improve the convenience of the user. Since the irradiation time is reduced as compared with the conventional example, alteration, destruction, etc. of the minute object due to the light can be suppressed.
[0103]
Furthermore, when irradiating only a minute object with light and moving the minute object with an optical trap to cause the minute object to enter the lower part of the action part, a light receiving part and irradiation means for irradiating light are provided. Since it is not necessary, the configuration of the apparatus itself can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced. And even in such a case, the minute object itself is only irradiated with light when moving to the lower part of the action part, and when it is fixed at the action part, the minute object is not irradiated with light. The irradiation time of light on the minute object can be shortened, and damage to the minute object due to irradiation can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration in a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a specific example of a configuration according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a top view for explaining the formation process, and FIG. 2B is a side view thereof. FIG. 2C is a side view showing the completed drawing.
FIGS. 3A to 3G are explanatory views showing a manufacturing procedure when the structure according to the first embodiment is manufactured using a Si-based material.
FIGS. 4A to 4C are explanatory views showing a manufacturing procedure when the structure in the first embodiment is manufactured using amorphous carbon. FIGS.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an operation in the first embodiment of the present invention. FIG. 5A is a diagram showing a state during operation, and FIG. 5B is a diagram showing a state in which a minute object is fixed.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration in a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a part of a configuration according to a third embodiment of the present invention. FIGS. 7A and 7B are configuration diagrams showing examples of the configuration, respectively.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating the principle of optical tweezer technology. FIGS. 8A and 8B are explanatory views showing before and after the operation when the minute object moves to the focal position of the laser.
[Explanation of symbols]
1 Substrate (glass substrate)
2 Body members
3 Other end
4 One end
5 Minute objects
6 Light receiving part
7 Deformation part
10 Adsorption protrusion
11 Flat part
31 Action part
32 recess
33 Through-hole (action part side)
34 Inclined part
61 protrusion
62 Through hole (light receiving side)
L1, L2 laser light
P1, P2 pillar

Claims

A main body member having a predetermined length which is disposed substantially parallel to the surface of the predetermined substrate and whose one end is fixed on the substrate is deformed using an optical trapping force, and the main body member and the A minute object fixing device characterized in that a minute object is captured and fixed between a substrate and a substrate.

The main body member having a predetermined length, which is disposed substantially parallel to the surface of the predetermined substrate and whose one end is fixed on the substrate, receives the condensed light, thereby receiving the focal position of the light. A micro object fixing device characterized in that a micro object is captured and fixed between the main body member and the substrate by deforming the object to be condensed using a force that moves the object.

A minute object fixing device for fixing a minute object on a predetermined substrate,
A body member having a predetermined length is provided on the substrate, and one end of the body member is fixed to the substrate and provided substantially parallel to the surface on the substrate.
A light receiving portion that moves to the focal position of the light by receiving the condensed light is formed at a place other than the one end of the main body member, and the light receiving portion and the one end of the main body member A micro object fixing device characterized in that a deforming part for allowing movement of the light receiving part is formed at least at a part between the two.

4. The minute object fixing device according to claim 3, wherein the deforming portion is formed of an elastic member.

The minute object fixing device according to claim 4, wherein a part formed of an elastic member of the main body member is formed of a member that can be deformed in any direction.

6. The minute object fixing device according to claim 3, wherein the light receiving unit is located between one end and the other end of the main body member.

7. The working part for holding the minute object between the body member and the substrate and fixing the position of the minute object is formed on the body member. Micro object fixing device.

8. The minute object fixing device according to claim 7, wherein the action part is positioned with a predetermined gap between the action part and the substrate.

9. The minute object fixing device according to claim 7, wherein a concave portion recessed in a direction opposite to the substrate allowing the minute object is formed at a position of the action portion facing the substrate.

The minute object fixing device according to claim 7 or 8, wherein a through-hole allowing the minute object is formed at a position of the action portion facing the substrate.

11. The minute object fixing device according to claim 7, wherein a protrusion protruding toward the substrate is provided in the vicinity of the action portion of the main body member.

11. A suction protrusion that protrudes in the direction of the main body member and sucks the main body member at a predetermined location on the substrate that faces the periphery of the action portion. Or the micro object fixing device of 11.

The micro object according to claim 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12, wherein the light receiving portion is formed of a light transmitting member and is substantially spherical. Fixing device.

The light receiving portion is configured by a through hole formed in the main body member and a sphere having a diameter larger than the through hole, which is a member through which light is transmitted.
13. The minute object fixing device according to claim 3, wherein the spherical body is fitted into the through hole.

2. The minute object is an object fixed between the main body member and the substrate by being irradiated with condensed light and moved to a focal position of the light. , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 or 14.

A minute object fixing device for fixing a minute object on a predetermined substrate,
A body member having a predetermined length is provided on the substrate, and one end of the body member is fixed to the substrate and provided substantially parallel to the surface on the substrate.
Formed on the other end of the main body member is an action portion for holding the minute object between the other end portion and the substrate and fixing the position of the minute object, and the action portion of the main body member. And at least a part between the one end and an elastic member,
The minute object is an object that is inserted and fixed between the action portion and the substrate by being irradiated with the condensed light and moved to a focal position of the light. Small object fixing device.

The minute object fixing device according to claim 16, wherein an inclined portion is formed around a portion of the action portion facing the substrate so that a gap with the substrate increases toward an outer edge.

18. The minute object fixing device according to claim 16, wherein a concave portion recessed in a direction opposite to the substrate permitting the minute object is formed at a position of the action portion facing the substrate.

18. The minute object fixing device according to claim 16, wherein a through-hole allowing the minute object is formed at a position of the action portion facing the substrate.

The said main body member was produced with gold | metal | money, The 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 characterized by the above-mentioned. , 18 or 19.

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 characterized in that the main body member is made of a silicon-based compound. , 18 or 19.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 characterized in that the main body member is made of amorphous carbon using an amorphous carbon deposition method by focused ion beam excitation. , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 or 19.

A minute object fixing method for fixing a minute object on a predetermined substrate,
A main body member having a predetermined length and having one end fixed to the substrate and substantially parallel to the surface on the substrate is collected in a light receiving portion formed at a location other than the one end of the main body member. By moving the light receiving portion to the focal position of the light by receiving the emitted light, deforming the main body member, keeping a part of the main body member separated from the substrate,
Move the micro object to the focal position of the light by irradiating the light focused on the micro object to the gap between the substrate and the body member,
The deformed state of the main body member is released, a part of the main body member that is separated from the substrate is moved so as to approach the substrate, and the minute object is fixed between the substrate and the main body member. A method for fixing a minute object.

A minute object fixing method for fixing a minute object on a predetermined substrate,
The substrate is provided with a main body member having a predetermined length and having one end fixed and substantially parallel to a surface on the substrate, and the other end of the main body member has the other end And an action portion for holding the minute object and fixing the position of the minute object between the substrate and the substrate, and at least part of the main body member between the action portion and the one end portion. Is formed of an elastic member,
Irradiating the condensed light onto the minute object, moving the minute object to the focal position of the light so as to insert the minute object between the action part of the main body member and the substrate, A method for fixing a micro object, wherein the micro object is fixed between the substrate and the action part of the main body member by deforming the main body member so that the action part of the main body member is separated from the substrate.