液体流的形成方法以及使用该液体流的对象物的移动方法技术

本发明专利技术提供一种非接触且非侵入地使更大的对象物移动的方法。在液体的表面区域形成液体流的方法中，对使对象物悬浮的含分散微粒的液体(10)的特定表面区域(18)照射激光(14)，使液体的特定表面区域的温度比其周边的其他表面区域相对高，从而在液体的双方表面区域之间形成温度梯度。形成温度梯度。形成温度梯度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】液体流的形成方法以及使用该液体流的对象物的移动方法


[0001]本专利技术涉及一种使用激光来形成液体的流动(即，液体流)的方法、以及使用形成的液体流使对象物移动的方法。

技术介绍

[0002]作为使用激光对微粒进行操作的单元，已知光学镊子。光学镊子为周知的技术，利用伴随着激光的焦点附近的折射出现的引力作用而将物体捕获于焦点附近。例如，在“带来了革新的光技术的
‘
光学镊子
’
和
‘
高强度超短脉冲激光
’”
《化学》Vol.73No.12的(2018年12月发行)、以及低温物质科学研究中心杂志第七号(2005年11月发行)中进行了说明(参照下述非专利文献1和2)。
[0003]在微粒的尺寸大于光的波长的情况下，当向在液体中分散的微粒照射光时，发生米氏散射(Mie scattering)。此时，当利用透镜对光进行聚光来照射时，在光入射至微粒而射出时力发挥作用，此外，由于微粒表面的光的折射、反射而，力作用于微粒。如此力作用于微粒，其结果是，微粒被拉至聚光点附近。
[0004]此外，在微粒的尺寸充分小于光的波长的情况下，当对在液体中分散的微粒照射光时，发生瑞利散射。此时，通过作为电磁波的光而在微粒中产生感应偶极子(induced dipole)，通过该感应偶极子与电磁场的相互作用，向聚光点方向引起引力。其结果是，能将微粒拉至聚光点附近。
[0005]在任意情况下，均能将微粒拉至聚光点附近，即能保持。若利用此现象，能保持微粒，此外，例如通过改变聚光点的位置，能使微粒移动。如此使用光的操作不仅能不与作为对象物的微粒接触，此外，还能用作非侵入地处理微粒的镊子。这样的光学镊子例如可以用于蛋白质、DNA等微小物体的操作、移动等。这样的光学镊子能在光的聚光点附近在分散介质中捕捉微粒。因此，通过使聚光点移动，能使几十μm以下的尺寸的微小物体(通常0.1μm～50μm)移动。然而，期望使更大的物体，具体而言使毫米级的物体移动。此外，利用光学镊子的物体的捕捉、移动，需要使用高倍率的凸透镜，在该情况下通常需要将透镜至物体的距离设为1mm以下，这大幅限制操作的自由度。
[0006]现有技术文献
[0007]非专利文献
[0008]非专利文献1：增原宏/中岛信昭“带来了革新的光技术的
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光学镊子
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和
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高强度超短脉冲激光
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《化学》Vol.73No.12(2018年12月发行)
[0009]非专利文献2：西山雅洋，岡本宪二“光学镊子”《低温物质科学研究中心杂志》第七号(2005年11月发行)

技术实现思路

[0010]专利技术所要解决的问题
[0011]若使用光学镊子，则能非接触且非侵入地对作为对象物的各微粒进行操作，但若
考虑其实用性，则期望能对更大的(例如大于几百μm的)对象物进行操作。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]为了解决上述问题，专利技术人等反复进行了深入研究，结果发现，通过如下方式能解决上述问题，即，利用激光对高效地吸收激光的能量的、含分散了的微粒的液体的表面的特定的区域(以下，也称为液体的“特定表面区域”)进行照射，在特定表面区域分散的微粒吸收照射的激光而使特定表面区域相对于其周边的其他表面区域成为相对高温，从而在液体的表面区域中形成温度梯度，由此，形成表面张力梯度而在液体的表面区域中形成液体的流动(即，液体流)，此外，通过激光的照射方向和/或照射位置来对流动进行控制。
[0014]因此，在第一主旨中，本专利技术提供一种在液体的表面区域中形成液体流的方法，该方法的特征在于，对含分散微粒的液体的特定表面区域照射激光，使液体的特定表面区域的温度比其周边的其他表面区域相对高，从而在液体的双方表面区域之间形成温度梯度。如此，当在液体的表面形成温度梯度时，与其对应地形成了表面张力梯度，其结果是，液体从相对高温的特定表面区域向相对低温的周边的其他表面区域流动，即，形成了液体流。换言之，由形成温度梯度而产生的表面张力梯度成为动力源，来形成了液体流。需要说明的是，通常，表面张力具有温度依存性，温度越高，表面张力越小(因此，特定表面区域的表面张力相对变小)。需要说明的是，液体的“特定表面区域”为照射激光的区域，“周边”这一术语是指，与照射的“特定表面区域”邻接并存在于“特定表面区域”周围(因此，未照射激光)。
[0015]在本专利技术中，为了在液体的表面区域中形成如上所述的温度梯度，需要对特定表面区域进行加热使其相对高温。因此，以高效地吸收向特定表面区域照射的激光的能量的方式构成液体的表面区域。具体而言，使用高效地吸收激光的、含分散了的微粒的液体，优选使微粒实质上均匀分散于液体中。
[0016]需要说明的是，在本专利技术的流体流的形成方法中，在一个方案中，对于含微粒的液体，作为能容纳该液体的容器，只要是需要在容纳的液体的表面区域中形成液体流的、能制作液体的表面区域与气相邻接的状态，就可以在任意适当容器内保持。这样的容器例如可以为各种形态的容器、各种管、各种形态的流路或通道等。构成容器的材料优选激光能透射的材料，例如透明的玻璃、塑料等。在特别优选的方案中，容器为所谓透明的玻璃容器、微流路等。
[0017]在一个优选的方案中，容器为透明玻璃容器、透明塑料容器等，液体在其流路中以与气相邻接的状态被保持。在这样的容器中，与液体的表面区域邻接的气相相对于周边环境可以为开放状态(即，可以为打开)，或者也可以为封闭状态(即，也可以为关闭)。更具体而言，容器可以不具有作为盖而发挥功能的部分(即，盖部分)，或者也可以具有盖部分。盖部分在隔着该盖向特定表面区域照射激光的情况下，需要对于激光为透射性。
[0018]在另一优选的方案中，盖部分也可以以与液体邻接的气相实质上不存在的方式将液体实质上封入容器内。例如，这样的容器可以为各种微芯片，详而言可以为微芯片的微流路、微混合器(具有混合功能的微小部分)等规定微小空间部的各种容器的一部分。更具体而言，容器例如可以为生物芯片(例如用于免疫测定(immunoassay)的抗体检测芯片)、组织芯片(Organ on a Chip)、离体人体模型(BOC(Body on a Chip：芯片上的人体))等微芯片的微小空间部分(例如微流路部分、微混合器部分等)。
[0019]以下，将在如上所述的打开的玻璃容器中容纳有液体的情况为例子，对本专利技术进
一步进行说明。在本说明书中，玻璃容器是指，流路具有例如矩形的剖面，流路的剖面的宽度和深度具有几毫米级的尺寸的玻璃制的容器，更具体而言，可举例示出宽度为8mm，深度为13mm的容器。流路的长度没有特别限定，例如可以为毫米级的长度，具体而言为30mm～200mm的长度，在另一方案中，例如可以为微米级的长度，具体而言为1μm～1000μm的长度。在该玻璃容器中，液体具有与气相(例如空气)的气液界面作为表面。需要说明的是，也可以为具有其他剖面形状的玻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种液体流的形成方法，其特征在于，是在液体的表面区域中形成液体流的方法，对含分散微粒的液体的特定表面区域照射激光，使液体的特定表面区域的温度比其周边的其他表面区域相对高，从而在液体的双方表面区域之间形成温度梯度。2.根据权利要求1所述的液体流的形成方法，其特征在于，对含分散微粒的液体的特定表面区域直接照射激光。3.根据权利要求1所述的液体流的形成方法，其特征在于，隔着加入有含分散微粒的液体的容器的壁材，对液体的特定表面区域间接照射激光。4.根据权利要求3所述的液体流的形成方法，其特征在于，以激光在液体的特定表面区域的气液界面发生全反射的方式照射激光。5.根据权利要求1～4中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，微粒为金纳米粒子。6.根据权利要求1～5中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，微粒的长度基准的平均粒径为1nm～100nm。7.根据权利要求1～6中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，含分散微粒的液体在使用的激光的波长
±
40nm的范围内具有最大吸光系数。8.根据权利要求1～7中任一项所述的液体流的形成方法，其特征在于，液体以0.5
×
10
－8
质量％～10.0

【专利技术属性】
技术研发人员：剑持贵弘，吉川研一，鹰取慧，庄野真由，
申请(专利权)人：学校法人同志社，
类型：发明
国别省市：