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微小物体の集積装置、および、それに用いられる集積容器ならびに微小物体の集積方法 NEW

国内特許コード P200016672
整理番号 (S2017-0309-N0)
掲載日 2020年3月23日
出願番号 特願2019-503080
出願日 平成30年2月28日(2018.2.28)
国際出願番号 JP2018007608
国際公開番号 WO2018159706
国際出願日 平成30年2月28日(2018.2.28)
国際公開日 平成30年9月7日(2018.9.7)
優先権データ
  • 特願2017-037316 (2017.2.28) JP
発明者
  • 飯田 琢也
  • 床波 志保
  • 山本 靖之
出願人
  • 公立大学法人大阪
発明の名称 微小物体の集積装置、および、それに用いられる集積容器ならびに微小物体の集積方法 NEW
発明の概要 細菌(B)の集積装置は、レーザ光(L1)を発するレーザ光源(5)と、複数の細菌(B)が分散した分散液(D)を保持可能に構成された容器(11)とを備える。容器(11)は、底面(111)と、内側面(112)とを有する。底面(111)には、レーザ光源(5)からのレーザ光(L1)を熱に変換する薄膜(12)が形成される。内側面(112)では、分散液(D)と接触した場合に分散液(D)により浸漬ぬれが生じる。薄膜(12)は、分散液(D)を加熱することによって分散液(D)中に熱対流を生じさせる。内側面(112)は、分散液(D)と分散液(D)の周囲の気体との界面である気液界面にマランゴニ対流を生じさせる。
従来技術、競合技術の概要

光照射によって微粒子または微生物などの微小物体を狙った位置に集積する技術が提案されている。たとえば国際公開第2015/170758号(特許文献1)は、ビーズが分散した液体を保持する基板へのレーザ光の照射により、レーザ光の照射位置(レーザスポット)にビーズを集積する技術を開示する。

より詳細には、特許文献1によれば、サンプル(多数のビーズが分散した分散液)が滴下された基板には、光エネルギーを熱エネルギーに変換する金薄膜が形成されている。そのため、金薄膜にレーザ光を照射すると、光エネルギーが熱エネルギーに変換されることで液体が加熱され、液体中に温度勾配が生じる。それにより、液体中に熱対流が生じる。この熱対流を用いることにより、レーザスポット近傍にビーズを集積することができる(たとえば特許文献1の図1~図6参照)。

産業上の利用分野

本開示は、微小物体の集積装置、および、それに用いられる集積容器ならびに微小物体の集積方法に関し、より特定的には、液体中に分散した複数の微小物体を集積する技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
各々がナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでのサイズを有する複数の微小物体を集積する、微小物体の集積装置であって、
光を発する光源と、
前記複数の微小物体が分散した分散液を保持可能に構成された容器とを備え、
前記容器は、
前記光源からの光を熱に変換する光熱変換部材が形成された底面と、
前記分散液と接触した場合に前記分散液により浸漬ぬれが生じる内側面とを有し、
前記光熱変換部材は、前記分散液を加熱することによって前記分散液中に熱対流を生じさせ、
前記内側面は、前記分散液と前記分散液の周囲の気体との界面である気液界面にマランゴニ対流を生じさせる、微小物体の集積装置。

【請求項2】
前記分散液は、水性の液体であり、
前記内側面は、親水性を示し、
前記容器は、前記気液界面に対して凹となるメニスカスが形成されるように前記分散液を保持する、請求項1に記載の微小物体の集積装置。

【請求項3】
前記容器に保持される前記分散液の量を調整可能に構成された液量調整機構と、
前記気液界面に対して凹となるメニスカスが形成されるように前記液量調整機構を制御する制御装置とをさらに備える、請求項2に記載の微小物体の集積装置。

【請求項4】
前記底面は、略円形形状を有し、
前記光熱変換部材は、前記底面の中心領域に形成される、請求項1~3のいずれか1項に記載の微小物体の集積装置。

【請求項5】
前記容器は、前記内側面により規定される空間が略円柱形状を有するガラスボトムディッシュである、請求項4に記載の微小物体の集積装置。

【請求項6】
前記容器は、前記底面上に固定され、かつ前記光熱変換部材の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する断熱スペーサをさらに含み、
前記光熱変換部材は、前記断熱スペーサ上に形成され、
前記光源は、前記光熱変換部材の吸収波長域であり、かつ前記断熱スペーサの吸収波長域でない光を前記光熱変換部材に照射する、請求項1~5のいずれか1項に記載の微小物体の集積装置。

【請求項7】
前記光熱変換部材は、第1および第2の光熱変換層を含み、
前記第1の光熱変換層は、前記底面上に形成され、
前記容器は、前記第1の光熱変換層上に固定された断熱スペーサをさらに含み、
前記第2の光熱変換層は、前記断熱スペーサ上に形成され、
前記断熱スペーサの熱伝導率は、前記第1および第2の光熱変換層の熱伝導率よりも低く、
前記光源は、前記第1および第2の光熱変換層の吸収波長域であり、かつ前記断熱スペーサの吸収波長域でない光を前記第1および第2の光熱変換層に照射する、請求項1~5のいずれか1項に記載の微小物体の集積装置。

【請求項8】
前記容器は、前記断熱スペーサを固定するための接着部材をさらに含む、請求項6または7に記載の微小物体の集積装置。

【請求項9】
前記光源からの光を集光する対物レンズをさらに備え、
前記断熱スペーサのサイズは、前記対物レンズにより集光された光の焦点の直径よりも大きい、請求項6~8のいずれか1項に記載の微小物体の集積装置。

【請求項10】
前記焦点が前記断熱スペーサの前記光熱変換部材上での固定位置近傍に位置するように、前記光熱変換部材と前記対物レンズとの相対的な位置関係を調整することが可能に構成された位置調整機構をさらに備える、請求項9に記載の微小物体の集積装置。

【請求項11】
各々がナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでのサイズを有する複数の微小物体を集積する集積装置に用いられる、微小物体の集積容器であって、
光を熱に変換する光熱変換部材が形成された底面と、
前記複数の微小物体が分散した分散液と接触した場合に前記分散液により浸漬ぬれが生じる内側面とを有し、
前記光熱変換部材は、前記集積容器内に前記分散液が保持された状態で前記光熱変換部材の吸収波長域の光が照射された場合に、前記分散液を加熱することによって前記分散液中に熱対流を生じさせ、
前記内側面は、前記分散液と前記分散液の周囲の気体との界面である気液界面にマランゴニ対流を生じさせる、微小物体の集積容器。

【請求項12】
前記分散液は、水性の液体であり、
前記内側面は、親水性を示し、
前記集積容器は、前記気液界面に対して凹となるメニスカスが形成されるように前記分散液を保持する、請求項11に記載の微小物体の集積容器。

【請求項13】
前記底面と前記内側面とがなす角度は、45°以上かつ135°以下である、請求項11または12に記載の微小物体の集積容器。

【請求項14】
前記底面は、略円形形状を有し、
前記光熱変換部材は、前記底面の中心領域に形成される、請求項11~13のいずれか1項に記載の微小物体の集積容器。

【請求項15】
前記集積容器は、前記内側面により規定される空間が略円柱形状を有するガラスボトムディッシュである、請求項14に記載の微小物体の集積容器。

【請求項16】
前記集積容器は、前記底面上に固定され、かつ前記光熱変換部材の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する断熱スペーサをさらに含み、
前記光熱変換部材は、前記断熱スペーサ上に形成され、
前記光熱変換部材には、前記光熱変換部材の吸収波長域であり、かつ前記断熱スペーサの吸収波長域でない光が照射される、請求項11~15のいずれか1項に記載の微小物体の集積容器。

【請求項17】
前記光熱変換部材は、第1および第2の光熱変換層を含み、
前記第1の光熱変換層は、前記底面上に形成され、
前記集積容器は、前記第1の光熱変換層上に固定された断熱スペーサをさらに含み、
前記第2の光熱変換層は、前記断熱スペーサ上に形成され、
前記断熱スペーサの熱伝導率は、前記第1および第2の光熱変換層の熱伝導率よりも低く、
前記光熱変換部材には、前記第1および第2の光熱変換層の吸収波長域であり、かつ前記断熱スペーサの吸収波長域でない光が照射される、請求項11~15のいずれか1項に記載の微小物体の集積容器。

【請求項18】
前記断熱スペーサを固定するための接着部材をさらに含む、請求項16または17に記載の微小物体の集積容器。

【請求項19】
各々がナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでのサイズを有する複数の微小物体を集積する、微小物体の集積方法であって、
前記複数の微小物体が分散した分散液により浸漬ぬれが生じる内側面を有する容器に前記分散液を保持させるステップと、
前記保持させるステップの後に、前記容器の底面に形成された光熱変換部材の吸収波長域の光を前記光熱変換部材に照射することによって前記分散液を加熱するステップと、
前記分散液を加熱することで前記分散液中に熱対流を生じさせるとともに、前記分散液と前記分散液の周囲の気体との界面である気液界面にマランゴニ対流を生じさせるステップとを含む、微小物体の集積方法。

【請求項20】
前記加熱するステップに先立ち、両親媒性物質を前記分散液に分散させるステップをさらに含む、請求項19に記載の微小物体の集積方法。

【請求項21】
前記加熱するステップに先立ち、前記気液界面からの前記分散液の蒸発を抑制するための界面活性剤を前記分散液に導入するステップをさらに含む、請求項19または20に記載の微小物体の集積方法。

【請求項22】
前記導入するステップは、前記界面活性剤の濃度が前記界面活性剤の臨界ミセル濃度を含む所定範囲内になるように、前記界面活性剤を前記分散液に導入するステップを含む、請求項21に記載の微小物体の集積方法。

【請求項23】
前記分散液を加熱することで前記容器の底面上にマイクロバブルを発生させるステップと、
前記マイクロバブルと前記容器の底面との間に集積された前記複数の微小物体の総体積と、前記複数の微小物体の各々の体積と、前記分散液を加熱する加熱時間とに基づいて、前記分散液中の前記複数の微小物体の濃度を推定するステップとをさらに含む、請求項19~22のいずれか1項に記載の微小物体の集積方法。

【請求項24】
前記複数の微小物体の各々は、ナノダイヤモンドである、請求項19~23のいずれか1項に記載の微小物体の集積方法。
国際特許分類(IPC)
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