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特許7008984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
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-14
(45)【発行日】2022-02-10
(54)【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
(51)【国際特許分類】
B01J 19/12 20060101AFI20220203BHJP
B82B 3/00 20060101ALI20220203BHJP
C01B 32/28 20170101ALI20220203BHJP
C12M 1/42 20060101ALI20220203BHJP
G02B 21/36 20060101ALN20220203BHJP
G02B 27/00 20060101ALN20220203BHJP
【ＦＩ】
B01J19/12 B
B82B3/00
C01B32/28
C12M1/42
G02B21/36
G02B27/00 S
【請求項の数】
24
(21)【出願番号】P 2019503080
(86)(22)【出願日】2018-02-28
(86)【国際出願番号】 JP2018007608
(87)【国際公開番号】W WO2018159706
(87)【国際公開日】2018-09-07
【審査請求日】2021-01-20
(31)【優先権主張番号】P 2017037316
(32)【優先日】2017-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】519135633
【氏名又は名称】公立大学法人大阪
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】飯田 琢也
(72)【発明者】
【氏名】床波 志保
(72)【発明者】
【氏名】山本 靖之
【審査官】中村 泰三
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１５／１５０７５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－０６２６０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５４９４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２２５３３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２８１７９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｊ １９／００－１２
Ｂ８２Ｂ ３／００
Ｃ０１Ｂ ３２／２８
Ｃ１２Ｍ １／００－４２
Ｇ０１Ｎ １／００
Ｇ０２Ｂ ２１／００－３６、２７／００
(57)【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。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１５／１７０７５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
液体中に分散した複数の微小物体を集積する技術では、より短時間に微小物体を集積すること、あるいは、より多くの微小物体を集積すること、言い換えると、より高効率に微小物体を集積することが要望される。
【0006】
本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、液体中に分散した複数の微小物体を高効率に集積可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
（１）本開示のある局面に従う微小物体の集積装置は、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は、光を発する光源と、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る。容器は、底面と、内側面とを有する。底面には、光源からの光を熱に変換する光熱変換部材が形成される。内側面では、分散液と接触した場合に分散液により浸漬ぬれが生じる。光熱変換部材は、分散液を加熱することによって分散液中に熱対流を生じさせる。内側面は、分散液と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。
【0008】
（２）好ましくは、分散液は、水性の液体である。内側面は、親水性を示す。容器は、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分散液を保持する。
【0009】
（３）より好ましくは、微小物体の集積装置は、液量調整機構と、制御装置とをさらに備える。液量調整機構は、容器に保持される分散液の量を調整可能に構成される。制御装置は、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液量調整機構を制御する。
【0010】
（４）好ましくは、底面は、略円形形状を有する。光熱変換部材は、底面の中心領域に形成される。
【0011】
（５）より好ましくは、容器は、上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。
【0012】
（６）好ましくは、容器は、底面上に固定され、かつ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む。光熱変換部材は、断熱スペーサ上に形成される。光源は、光熱変換部材の吸収波長域であり、かつ断熱スペーサの吸収波長域でない光を光熱変換部材に照射する。
【0013】
（７）好ましくは、光熱変換部材は、第１および第２の光熱変換層を含む。第１の光熱変換層は、底面上に形成される。容器は、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む。第２の光熱変換層は、断熱スペーサ上に形成される。断熱スペーサの熱伝導率は、第１および第２の光熱変換層の熱伝導率よりも低い。光源は、第１および第２の光熱変換層の吸収波長域であり、かつ断熱スペーサの吸収波長域でない光を第１および第２の光熱変換層に照射する。
【0014】
（８）好ましくは、上記容器は、断熱スペーサを固定するための接着部材をさらに含む。
【0015】
（９）好ましくは、微小物体の集積装置は、光源からの光を集光する対物レンズをさらに備える。断熱スペーサのサイズは、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。
【0016】
（１０）より好ましくは、微小物体の集積装置は、位置調整機構をさらに備える。位置調整機構は、対物レンズにより集光された光の焦点が断熱スペーサの光熱変換部材上での固定位置近傍に位置するように、光熱変換部材と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る。
【0017】
（１１）本開示の他の局面に従う微小物体の集積容器は、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。集積容器は、光を熱に変換する光熱変換部材が形成された底面と、複数の微小物体が分散した分散液と接触した場合に分散液により浸漬ぬれが生じる内側面とを有する。光熱変換部材は、集積容器内に分散液が保持された状態で光熱変換部材の吸収波長域の光が照射された場合に、分散液を加熱することによって分散液中に熱対流を生じさせる。内側面は、分散液と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。
【0018】
（１２）好ましくは、分散液は、水性の液体である。内側面は、親水性を示す。集積容器は、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分散液を保持する。
【0019】
（１３）好ましくは、底面と内側面とがなす角度は、４５°以上かつ１３５°以下である。
【0020】
（１４）好ましくは、底面は、略円形形状を有する。光熱変換部材は、底面の中心領域に形成される。
【0021】
（１５）好ましくは、集積容器は、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。
【0022】
（１６）好ましくは、集積容器は、底面上に固定され、かつ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む。光熱変換部材は、断熱スペーサ上に形成される。光熱変換部材には、光熱変換部材の吸収波長域であり、かつ断熱スペーサの吸収波長域でない光が照射される。
【0023】
（１７）好ましくは、光熱変換部材は、第１および第２の光熱変換層を含む。第１の光熱変換層は、底面上に形成される。集積容器は、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む。第２の光熱変換層は、断熱スペーサ上に形成される。断熱スペーサの熱伝導率は、第１および第２の光熱変換層の熱伝導率よりも低い。光熱変換部材には、第１および第２の光熱変換層の吸収波長域であり、かつ断熱スペーサの吸収波長域でない光が照射される。
【0024】
（１８）より好ましくは、微小物体の集積容器は、断熱スペーサを固定するための接着部材をさらに含む。
【0025】
（１９）本開示のさらに他の局面に従う微小物体の集積方法は、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は、第１～第３のステップを含む。第１のステップは、内側面を有する容器に分散液を保持させるステップである。内側面では、分散液と接触した場合に分散液により浸漬ぬれが生じる。第２のステップは、第１のステップの後に、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光熱変換部材に照射することによって分散液を加熱するステップである。第３のステップは、分散液を加熱することで分散液中に熱対流を生じさせるとともに、分散液と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である。
【0026】
（２０）好ましくは、微小物体の集積方法は、第２のステップに先立ち、両親媒性物質を分散液に分散させる第４のステップをさらに含む。
【0027】
（２１）好ましくは、微小物体の集積方法は、第２のステップに先立ち、気液界面からの分散液の蒸発を抑制するための界面活性剤を分散液に導入するステップをさらに含む。
【0028】
（２２）好ましくは、上記導入するステップは、界面活性剤の濃度が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、界面活性剤を分散液に導入するステップを含む。
【0029】
（２３）好ましくは、微小物体の集積方法は、第５および第６のステップをさらに含む。第５のステップは、分散液を加熱することで容器の底面上にマイクロバブルを発生させるステップである。第６のステップは、マイクロバブルと容器の底面との間に集積された複数の微小物体の総体積と、複数の微小物体の各々の体積と、分散液を加熱する加熱時間とに基づいて、分散液中の複数の微小物体の濃度を推定するステップである。
【0030】
（２４）好ましくは、複数の微小物体の各々は、ナノダイヤモンドである。
【発明の効果】
【0031】
本開示によれば、液体中に分散した複数の微小物体を集積する集積装置および集積方法において、微小物体を高効率に集積することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】実施の形態１に係る細菌の集積装置の構成を概略的に示す図である。
【図2】比較例における集積キットの構成を模式的に示す図である。
【図3】実施の形態１における集積キットの構成を模式的に示す図である。
【図4】実施の形態１における細菌の集積方法を示すフローチャートである。
【図5】比較例における細菌の集積メカニズムを説明するための図である。
【図6】実施の形態１における細菌の集積メカニズムを説明するための図である。
【図7】細菌（より詳細には黄色ブドウ球菌）の集積結果の一例を示す連続画像である。
【図8】細菌の蛍光染色手法を説明するための図である。
【図9】集積された細菌（より詳細には黄色ブドウ球菌）の蛍光観察像である。
【図10】ビーズの集合面積の時間変化の一例を示す図である。
【図11】ビーズの粒子径の影響を説明するための図である。
【図12】細菌の濃度推定精度の検証結果を説明するための図である。
【図13】超音波処理の非実施時におけるビーズの集積の様子を示す連続画像である。
【図14】超音波処理の実施時におけるビーズの集積の様子を示す連続画像である。
【図15】超音波処理による集積促進メカニズムを説明するための図である。
【図16】実施の形態１の変形例における集積キットの周辺構成を模式的に示す図である。
【図17】実施の形態２における集積キットの構成を模式的に示す図である。
【図19】ビームウエストの高さ依存性を説明するための図である。
【図20】ビームウエストの高さｈ＝０μｍの場合のビーズの集積の様子を示す連続画像である。
【図21】ビームウエストの高さｈ＝１０μｍの場合のビーズの集積の様子を示す連続画像である。
【図22】実施の形態２における大腸菌の集積結果を示す図である。
【図23】実施の形態２における黄色ブドウ球菌の集積結果を示す図である。
【図24】実施の形態２における界面活性剤の影響を説明するための図である。
【図25】界面活性剤の濃度の影響を説明するための図である。
【図26】界面活性剤の濃度がビーズの集合面積に及ぼす影響を説明するための図である。
【図27】ビーズの濃度がビーズの集積に及ぼす影響を説明するための図である。
【図28】光照射開始時から３００秒経過後におけるビーズの集積結果の一例を示す画像である。
【図30】ビーズの濃度と集合レートとの関係を示す図である。
【図31】実施の形態２の変形例１における集積キットの構成を模式的に示す図である。
【図32】実施の形態２の変形例２における集積キットの構成を模式的に示す図である。
【図33】実施の形態２の変形例３における集積キットの構成を模式的に示す図である。
【図34】実施の形態２の変形例３において界面活性剤を導入した場合のビーズの集積結果の一例を示す連続画像である。
【図35】実施の形態３における集積キットの構成を模式的に示す図である。
【図37】実施の形態３におけるビーズの集積の様子を示す画像である。
【図38】実施の形態３においてレーザ出力が０．１Ｗの場合の大腸菌の集積結果を示す図である。
【図39】実施の形態３においてレーザ出力が０．２Ｗの場合の大腸菌の集積結果を示す図である。
【図40】実施の形態３の変形例における集積キットの構成を模式的に示す図である。
【図41】第１０のサンプルにおけるナノダイヤモンドの集積結果を説明するための図である。
【図42】第１１のサンプルにおけるナノダイヤモンドの集積結果を説明するための図である。
【図43】第１２のサンプルにおけるナノダイヤモンドの集積結果を説明するための図である。
【図44】第１３のサンプルにおいて、ある箇所に光照射を行なった場合のナノダイヤモンドの集積結果を説明するための図である。
【図45】第１３のサンプルにおいて、他の箇所に光照射を行なった場合のナノダイヤモンドの集積結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【0034】
本開示において、「微小物体」との用語は、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物体を意味する。微小物体の形状は特に限定されず、たとえば球形、楕円球形、ロッド形状等である。微小物体が楕円球形の場合、楕円球の短軸方向および長軸方向の長さの少なくとも一方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範囲内であればよい。微小物体がロッド形状の場合、ロッドの幅および長さの少なくとも一方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範囲内であればよい。
【0035】
微小物体の例としては、金属ナノ粒子、金属ナノ粒子集合体、金属ナノ粒子集積構造体、半導体ナノ粒子、有機ナノ粒子、樹脂ビーズ、ＰＭ（Particulate Matter）、ナノダイヤモンドなどが挙げられる。「金属ナノ粒子」とは、ナノメートルオーダーのサイズを有する金属粒子である。「金属ナノ粒子集合体」とは、複数の金属ナノ粒子が凝集することによって形成された集合体である。「金属ナノ粒子集積構造体」とは、たとえば複数の金属ナノ粒子が相互作用部位を介してビーズの表面に固定され、互いに隙間を設けて、金属ナノ粒子の直径以下の間隔で配置された構造体である。「半導体ナノ粒子」とは、ナノメートルオーダーのサイズを有する半導体粒子である。「有機ナノ粒子」とは、ナノメートルオーダーのサイズを有する有機化合物からなる粒子である。「樹脂ビーズ」とは、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範囲のサイズを有する樹脂からなる粒子である。「ＰＭ」とは、マイクロメートルオーダーのサイズを有する粒子状物質である。ＰＭの例としては、ＰＭ２．５、ＳＰＭ（Suspended Particulate Matter）が挙げられる。「ナノダイヤモンド」とは、ダイヤモンドの結晶構造を有する、ナノメートルオーダーの粒子である。
【0036】
また、微小物体は生体由来の物質（生体物質）であってもよい。より具体的には、微小物体は、細胞、微生物（細菌、真菌等）、生体高分子（タンパク質、核酸、脂質、多糖類等）、抗原（アレルゲン等）およびウイルスを含み得る。
【0037】
本開示において、「ナノメートルオーダー」には、１ｎｍから１０００ｎｍ（＝１μｍ）までの範囲が含まれる。「マイクロメートルオーダー」には、１μｍから１０００μｍ（＝１ｍｍ）までの範囲が含まれる。したがって、「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」との用語は、１ｎｍから１０００μｍまでの範囲を示すが、典型的には数十ｎｍ～数百μｍの範囲を示し、好ましくは１００ｎｍ～１００μｍの範囲を示し、より好ましくは１μｍ～数十μｍの範囲を示し得る。
【0038】
本開示において、「浸漬ぬれ」とは、液体と固体（より詳細には水平方向の固体面）とが接触した場合に、液体と固体とが静止した状態においてなす接触角（液体の内部にある角）θが０°よりも大きく、かつ９０°未満となる状態、言い換えれば、液体の拡がりが０°＜θ＜９０°のいずれかの接触角θで安定となる状態を意味する。浸漬ぬれは、液体が水性であり、かつ固体表面が親水性である場合に生じ得る。また、浸漬ぬれは、液体が有機溶媒であり、かつ固体表面が親溶媒性である場合にも生じ得る。
【0039】
本開示において、「両親媒性物質」とは、親水基および疎水基（あるいは親油基および疎油基）の両方を持つ物質を意味する。両親媒性物質は、界面活性剤、乳化剤、生体高分子（リン脂質、膜タンパクなど）を含む。
【0040】
本開示において、「界面活性剤」とは、系の少なくとも一相に溶解し、他相との界面で、ある配向をもって吸着して単分子膜を形成する物質を意味する。
【0041】
本開示において、「吸収波長域である光」とは、照射対象（たとえば後述する光熱変換部材）に照射した場合の光熱変換効率が規定値以上となる波長域の光を意味する。一方、「吸収波長域でない光」とは、照射対象に照射した場合の光熱変換効率が規定値未満（たとえば略０％）となる波長域の光を意味する。
【0042】
本開示において、「マイクロバブル」とは、マイクロメートルオーダーのサイズを有する気泡である。
【0043】
［実施の形態１］
実施の形態１では、本開示に係る「微小物体」の一例として、主に黄色ブドウ球菌（単に「細菌」と記載する）を集積する構成を例に説明する。
実施の形態１では、本開示に係る「微小物体」の一例として、主に黄色ブドウ球菌（単に「細菌」と記載する）を集積する構成を例に説明する。
【0044】
以下の説明では、ｘ方向およびｙ方向は水平方向を表す。ｘ方向とｙ方向とは互いに直交する。ｚ方向は鉛直方向を表す。重力の向きはｚ方向下方である。ｚ方向上方を「上方」と略し、ｚ方向下方を「下方」と略す。
【0045】
＜集積装置の全体構成＞
図１は、実施の形態１に係る細菌の集積装置１の構成を概略的に示す図である。集積装置１は、集積キット１０と、ＸＹＺ軸ステージ２と、調整機構３と、サンプル供給部４と、レーザ光源５と、光学部品６と、対物レンズ７と、照明光源８と、撮影機器９と、制御部１００とを備える。
図１は、実施の形態１に係る細菌の集積装置１の構成を概略的に示す図である。集積装置１は、集積キット１０と、ＸＹＺ軸ステージ２と、調整機構３と、サンプル供給部４と、レーザ光源５と、光学部品６と、対物レンズ７と、照明光源８と、撮影機器９と、制御部１００とを備える。
【0046】
集積キット１０は、サンプルを保持する。本実施の形態において、サンプルは、細菌が分散した液体（分散液）である。集積キット１０の詳細な構成については図３にて説明する。集積キット１０は、ＸＹＺ軸ステージ２上に載置される。なお、集積キット１０は、本開示に係る「集積容器」に相当する。
【0047】
調整機構３は、制御部１００からの指令に応じて、ＸＹＺ軸ステージ２と対物レンズ７との相対的な位置関係を調整する。本実施の形態では、対物レンズ７の位置が固定されている。そのため、ＸＹＺ軸ステージ２のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の位置調整により、ＸＹＺ軸ステージ２と対物レンズ７との相対的な位置関係が調整される。なお、調整機構３としては、たとえば、顕微鏡に付属のサーボモータおよび焦準ハンドルなどの駆動機構（図示せず）を用いることができるが、調整機構３の具体的な構成は特に限定されない。調整機構３は、対物レンズ７の位置を調整できるように構成されていてもよい。調整機構３は、本開示に係る「位置調整機構」に相当する。
【0048】
サンプル供給部４は、制御部１００からの指令に応じて、集積キット１０上に分散液を供給する。サンプル供給部４としては、たとえばディスペンサを用いることができる。サンプル供給部４は、本開示に係る「液量調整機構」に相当する。
【0049】
レーザ光源５は、制御部１００からの指令に応じて、たとえば近赤外（たとえば波長１０６４ｎｍ）のレーザ光Ｌ１を発する。ただし、レーザ光Ｌ１の波長は、後述する薄膜１２（図３参照）の材料の吸収波長域に含まれる波長であれば、これに限定されるものではない。なお、レーザ光源５は、本開示に係る「光源」に相当する。
【0050】
光学部品６は、たとえば、ミラー、ダイクロイックミラーまたはプリズムを含んで構成される。集積装置１の光学系は、レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１が光学部品６により対物レンズ７へと導かれるように調整される。
【0051】
対物レンズ７は、レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１を集光する。対物レンズ７により集光された光は集積キット１０に照射される。ここで、「照射する」とは、レーザ光Ｌ１が集積キット１０を通過する場合を含む。すなわち、対物レンズ７により集光された光のビームウエストが集積キット１０内に位置する場合に限定されない。なお、光学部品６および対物レンズ７は、たとえば倒立型顕微鏡本体または正立型顕微鏡本体（図示せず）に組み込むことができる。
【0052】
照明光源８は、制御部１００からの指令に応じて、集積キット１０内の分散液を照らすための白色光Ｌ２を発する。１つの実施例として、ハロゲンランプを照明光源８として用いることができる。対物レンズ７は、集積キット１０に照射された白色光Ｌ２を取り込むためにも用いられる。対物レンズ７により取り込まれた白色光Ｌ２は、光学部品６により撮影機器９へと導かれる。
【0053】
撮影機器９は、制御部１００からの指令に応じて、白色光Ｌ２が照射された集積キット１０内の分散液を撮影し、撮影された画像（動画または静止画）を制御部１００に出力する。撮影機器９には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを含むビデオカメラが用いられる。
【0054】
制御部（制御装置）１００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力ポートとを含んで構成されるマイクロコンピュータである。制御部１００は、集積装置１内の各機器（サンプル供給部４、調整機構３、レーザ光源５、照明光源８および撮影機器９）を制御する。また、制御部１００は、撮影機器９により撮影された画像に所定の画像処理を施すことも可能である。
【0055】
なお、集積装置１の光学系は、レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１を集積キット１０に照射することが可能であるととともに、集積キット１０に照射された白色光Ｌ２を撮影機器９に取り込むことが可能であれば、図１に示した構成に限定されない。たとえば、集積装置１の光学系は、光ファイバ等を含んで構成されてもよい。また、集積装置１において、調整機構３、サンプル供給部４、照明光源８および撮影機器９は必須の構成要素ではない。
【0056】
＜集積キットの構成＞
実施の形態１に係る細菌の集積装置１は、集積キット１０の構成に特徴を有する。この特徴の理解を容易にするために、以下では、比較例における集積キット９０の構成と対比しながら集積キット１０の構成について説明する。比較例に係る集積装置の集積キット９０以外の構成は、実施の形態１に係る集積装置１の対応する構成と基本的に同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
実施の形態１に係る細菌の集積装置１は、集積キット１０の構成に特徴を有する。この特徴の理解を容易にするために、以下では、比較例における集積キット９０の構成と対比しながら集積キット１０の構成について説明する。比較例に係る集積装置の集積キット９０以外の構成は、実施の形態１に係る集積装置１の対応する構成と基本的に同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
【0057】
図２は、比較例における集積キット９０の構成を模式的に示す図である。図２（Ａ）は、集積キット９０の斜視図を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＢ－ＩＩＢ線に沿う集積キット９０の断面図を示す。図３は、実施の形態１における集積キット１０の構成を模式的に示す図である。図３（Ａ）は、集積キット１０の斜視図を示す。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線に沿う集積キット１０の断面図を示す。なお、図２および図３では、ＸＹＺ軸ステージ２の図示を省略している。
【0058】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、集積キット９０は、基板９１と、薄膜９２とを含む。基板９１は、薄膜９２によるレーザ光Ｌ１の光熱変換（後述）に影響を与えず、かつ白色光Ｌ２に対して透明な材料により形成される。そのような材料としては石英、シリコンなどが挙げられる。比較例では、基板９１として、ガラス基板（カバーガラス）が用いられる。
【0059】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、集積キット１０は、容器１１と、薄膜１２とを含む。容器１１は、底面１１１と、内側面１１２とを有する。容器１１の底面１１１には、基板９１と同様に、薄膜１２によるレーザ光Ｌ１の光熱変換に影響を与えず、かつ白色光Ｌ２に対して透明な材料が用いられる。容器１１の内側面１１２には、親水性を示す材料が用いられる。
【0060】
実施の形態１では、容器１１として、分散液Ｄを保持する内部空間（ウエル）が円柱形状のガラスボトムディッシュが用いられる。この場合、容器１１の底面１１１および内側面１１２の材料であるガラスは、通常は親水性を示す。しかし、底面１１１上に薄膜１２を形成すると、底面１１１は、疎水性を示すようになる。つまり、容器１１の内側面１１２は、底面１１１と比べて、高い親水性を示す。
【0061】
なお、ガラスは通常は親水性を示す材料であるものの、ガラスが置かれた状況（保存状態等）によっては親水性の程度が弱くなる（あるいは疎水性になる）場合がある。そのため、容器１１の内側面１１２には親水化処理を施すことが望ましい。具体的には、容器１１の内側面１１２をアセトンで洗浄したり、容器１１の内面にプラズマエッチングを行なったりすることができる。
【0062】
一方、容器１１の外側面の材料は特に限定されず、親水性／撥水性のいずれを示すものであってもよい。また、容器１１の外側面は、レーザ光Ｌ１を吸収するものであってもよいし、白色光Ｌ２を透過しないものであってもよい。
【0063】
薄膜１２と薄膜９２とは基本的に同等であるため、以下では薄膜１２について代表的に説明する。薄膜１２は、レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１を吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換する。薄膜１２の材料は、レーザ光Ｌ１の波長域（本実施の形態では近赤外域）における光熱変換効率が高い材料であることが好ましい。実施の形態１では、厚み（膜厚）がナノメートルオーダーの金薄膜が薄膜１２として形成される。金薄膜は、スパッタまたは無電解メッキなどの公知の手法を用いて形成することができる。
【0064】
薄膜１２が金薄膜の場合、金薄膜表面の自由電子は表面プラズモンを形成し、レーザ光Ｌ１によって振動する。これにより分極が生じる。この分極のエネルギーは、自由電子と原子核との間のクーロン相互作用により格子振動のエネルギーに変換される。その結果、金薄膜は熱を発生させる。以下では、この効果を「光発熱効果」とも称する。
【0065】
実施の形態１では、波長１０６４ｎｍの近赤外光を用いて光発熱効果を生じさせるが、金薄膜の表面プラズモン共鳴波長（空気中または水中では４００ｎｍ～８００ｎｍの可視光の波長域に存在する波長）に近い波長の光を用いてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１の強度（以下「レーザ出力」とも記載する）が同じでも、より多くの熱を発生させることができる。
【0066】
また、薄膜１２の材料は金に限定されるものではなく、光発熱効果を生じ得る金以外の金属元素（たとえば銀）または金属ナノ粒子集積構造体（たとえば金ナノ粒子もしくは銀ナノ粒子を用いた構造体）などであってもよい。あるいは、薄膜１２の材料は、レーザ光Ｌ１の波長域の光吸収率が高い金属以外の材料であってもよい。そのような材料としては、黒体に近い材料（たとえばカーボンナノチューブ黒体）が挙げられる。薄膜１２の厚みは、レーザ出力ならびに薄膜１２の材料の吸収波長域および光熱変換効率を考慮して、設計的または実験的に決定される。なお、薄膜１２は、本開示に係る「光熱変換部材」に相当する。
【0067】
実施の形態１において容器１１内に保持される液体、および、比較例において基板９１上に滴下される液体は、いずれも水性の分散媒（たとえば超純水）中に細菌Ｂが分散した分散液Ｄである。この場合、基板９１上に滴下された分散液Ｄは、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、半楕円球状になる。これに対し、容器１１内に保持された分散液では、容器１１の内側面１１２が親水性を示す。このため、内側面１１２では分散液Ｄにより浸漬ぬれが生じ、内側面１１２では図３（Ｂ）に示すように、分散液Ｄと周囲の気体との気液界面に対して凹型のメニスカスが形成される。内側面１１２が鉛直方向に延在する場合、分散液Ｄと内側面１１２とのなす動的接触角θｄが、図３（Ｂ）に示す例では０°よりも大きく、かつ９０°未満となる。ただし、本開示における「接触角」は、上述のように、液体と水平方向の固体面とが接触した場合に液体と固体とが静止した状態において測定される値であって、動的接触角θｄとは必ずしも一致しないことを確認的に記載する。
【0068】
対物レンズ７は、たとえば容器１１の底面１１１の下方に配置され、下方からのレーザ光Ｌ１を集光する。集光された光は、対物レンズ７の上方の分散液Ｄに照射される。レーザ光Ｌ１の照射位置（レーザスポット）は、たとえば、分散液Ｄの円形の底面１１１の中心領域Ｃとすることが好ましい。また、レーザ光Ｌ１の焦点（ビームウエスト）の鉛直方向の位置は、分散液Ｄと容器１１の底面１１１との固液界面近傍とすることが好ましい。後述する測定結果では、レーザスポットの様子が撮影機器９により上方から下方に向けて撮影されている。ここでは実施の形態１における容器１１について説明したが、比較例における基板９１についても同様である。
【0069】
以下では、容器１１の底面１１１の中心領域Ｃ（すなわちレーザスポットの位置）における気液界面の高さをＨと記載し、容器１１の直径（内径）をφと記載する。なお、図３（Ｂ）では、底面１１１全体に薄膜１２が形成された例を示すが、底面１１１の中心領域Ｃに薄膜１２を部分的に形成してもよい。
【0070】
また、図３（Ｂ）に示した例では、底面１１１に対して内側面１１２が直角であるが、底面１１１と内側面１１２とのなす角度Ψ（すなわち、底面１１１の中心領域Ｃと内側面１１２とのなす角度Ψ）は鋭角であってもよいし鈍角であってもよい。角度Ψは、内側面１１２に形成されるメニスカスの形状に応じて選択することができる。ただし、角度Ψが大き過ぎると、内側面１１２に凹型のメニスカスが生じにくくなる。このことは、角度Ψを増加させていくと、極限的には容器１１が平面（すなわち比較例と同様の基板９１）となることから理解される。角度Ψは、典型的には３０°～１５０°の範囲内であり、好ましくは４５°～１３５°の範囲内である。
【0071】
＜集積フロー＞
図４は、実施の形態１における細菌Ｂの集積方法を示すフローチャートである。このフローチャートに含まれる各ステップは、基本的には制御部１００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部が制御部１００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。なお、比較例における細菌Ｂの集積方法では、後述する集積処理（ステップＳ８０の処理）以外の処理は、図４に示した細菌Ｂの集積方法と共通である。
図４は、実施の形態１における細菌Ｂの集積方法を示すフローチャートである。このフローチャートに含まれる各ステップは、基本的には制御部１００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部が制御部１００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。なお、比較例における細菌Ｂの集積方法では、後述する集積処理（ステップＳ８０の処理）以外の処理は、図４に示した細菌Ｂの集積方法と共通である。
【0072】
【0073】
ステップＳ２０において、ステップＳ１０にて準備された分散液Ｄに界面活性剤が導入される。ただし、この処理は必須ではなく、本明細書に開示された測定例では、実施の形態２の変形例２にて実施される（図２４および図２５参照）。この処理の詳細についても後述する。ステップＳ１０，Ｓ２０にて準備された分散液Ｄは、サンプル供給部４内に蓄えられる。
【0074】
ステップＳ３０において、制御部１００は、集積キット１０（容器１１）をＸＹＺ軸ステージ２上に設置する。この処理は、たとえば容器１１の送り機構（図示せず）により実現することができる。
【0075】
ステップＳ４０において、制御部１００は、サンプル供給部４を制御することによって、適量の分散液Ｄが容器１１内に保持されるように分散液Ｄを滴下させる。分散液Ｄの滴下量は、たとえば数十μＬ～数百μＬ程度の微量であってもよいし、より多量であってもよいが、実施の形態１においては、図３（Ｂ）に示したような凹型のメニスカスが形成されるように定められる。サンプル供給部４からの分散液Ｄの滴下量の調整は、気液界面の高さＨおよび気液界面の形状（メニスカスの形状）を調整することに相当するが、このことの技術的意義については後述する。
【0076】
ステップＳ５０において、制御部１００は、容器１１内の分散液Ｄに照射するための白色光Ｌ２を発するように照明光源８を制御するとともに、分散液Ｄの撮影を開始するように撮影機器９を制御する。
【0077】
ステップＳ６０において、制御部１００は、レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１が容器１１の適切な位置に照射されるように、調整機構３を制御することによってＸＹＺ軸ステージ２の水平方向の位置を調整する。この位置調整は、たとえば、撮影機器９により撮影された画像から、パターン認識の画像処理技術を用いて容器１１の外形パターンを抽出することによって実現することができる。また、ビームウエストの上下方向の位置（後述する高さｈ）は、レーザ光Ｌ１の波長および対物レンズ７の仕様（倍率等）から既知である。よって、ＸＹＺ軸ステージ２の上下方向の位置を調整することで、容器１１内の狙った高さにビームウエストを位置させることができる。
【0078】
ステップＳ７０において、制御部１００は、レーザ光Ｌ１の照射（以下「光照射」とも略す）を開始するようにレーザ光源５を制御する。レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１は対物レンズ７により集光され、集光された光が容器１１の底面１１１の少なくとも中心領域Ｃに形成された薄膜１２に照射される。
【0079】
ステップＳ８０において、細菌Ｂを集積するための「集積処理」が実現される。この処理の詳細については後述する。
【0080】
ステップＳ９０において、制御部１００は、レーザ光源５を制御して容器１１への光照射を停止させる。これにより、一連の処理が終了する。
【0081】
なお、ステップＳ５０の処理は、分散液Ｄを観察するための処理であって、細菌Ｂを集積するために必須の処理ではない。したがって、ステップＳ５０の処理を含まないフローチャートを実行した場合でも細菌Ｂを集積することができる。
【0082】
＜集積メカニズム＞
次に、ステップＳ８０の集積処理における細菌Ｂの集積メカニズムについて、比較例および実施の形態１の順に説明する。
次に、ステップＳ８０の集積処理における細菌Ｂの集積メカニズムについて、比較例および実施の形態１の順に説明する。
【0083】
図５は、比較例における細菌Ｂの集積メカニズムを説明するための図である。図５（Ａ）に示すように、光照射を開始すると、レーザスポットでの薄膜９２の光発熱効果により、レーザスポット近傍が局所的に加熱される。その結果、レーザスポット近傍の分散液Ｄが沸騰してレーザスポットにマイクロバブルＭＢが発生する（図５（Ｂ）参照）。マイクロバブルＭＢは、時間の経過とともに成長する。
【0084】
レーザスポットに近いほど分散液Ｄの温度は高い。つまり、光照射により分散液Ｄ中に温度勾配が生じる。この温度勾配に起因して、分散液Ｄ中に規則的な熱対流（浮力対流）が定常的に発生する（図５（Ｃ）参照）。熱対流の方向は、ＨＣで示すように、一旦マイクロバブルＭＢに向かい、その後、マイクロバブルＭＢから遠ざかる方向である。
【0085】
このように熱対流が生じる理由は以下のように説明することができる。すなわち、マイクロバブルＭＢが生じた領域の上方に存在する分散液Ｄが、加熱により相対的に希薄となり浮力によって上昇する。それとともに、マイクロバブルＭＢの水平方向に存在する相対的に低温の液体がマイクロバブルＭＢに向けて流入する。
【0086】
細菌Ｂが熱対流に乗ってマイクロバブルＭＢに向けて運ばれることによって、細菌Ｂがレーザスポット近傍に集積される。より詳細には、マイクロバブルＭＢと薄膜９２の上面との間には、熱対流の流速がほぼゼロとなる領域（以下「淀み領域」と称する）ＳＲが生じるところ、熱対流に乗って運ばれてきた細菌Ｂは、淀み領域ＳＲに滞留して集積される（図５（Ｄ）参照）。その後、光照射を停止すると熱対流は弱まり、やがて止まる。
【0087】
図６は、実施の形態１における細菌Ｂの集積メカニズムを説明するための図である。光照射を開始すると、比較例と同様に、レーザスポットでの薄膜１２の光発熱効果により、レーザスポット近傍が局所的に加熱される（図６（Ａ）参照）。加熱に伴い、レーザスポット近傍の分散液Ｄが沸騰し、レーザスポットにマイクロバブルＭＢが発生して時間の経過とともに成長する（図６（Ｂ）参照）。
【0088】
光照射により生じた分散液Ｄ中の温度勾配に起因して、分散液Ｄ中に熱対流（ＨＣで示す）が発生する（図６（Ｃ）参照）。
【0089】
また、実施の形態１では、凹型の気液界面が形成されるので、レーザスポットと、その上方における気液界面との距離が比較的近い。そのため、レーザスポットの上方における気液界面の温度が、気液界面の他の領域の温度よりも高くなりやすい。よって、レーザスポットの上方では、気液界面からの分散媒の蒸発量が相対的に大きくなる。この蒸発した分散媒を補うための分散液Ｄの流れ（図示せず）が、主として、マイクロバブルＭＢから気液界面に向けて（すなわち上方に向けて）生じる。この流れにより、上述の熱対流が加速される。
【0090】
さらに、実施の形態１においては、気液界面における界面張力の勾配に起因して、気液界面にマランゴニ対流（ＭＣで示す）が発生する。より詳細に説明すると、実施の形態１では、内側面１１２に凹型のメニスカスが形成されている。このような場合、ラプラスの法則（ヤング－ラプラスの式）によれば、内側面１１２近傍の気液界面における界面張力は、底面１１１の中心領域Ｃ上方の気液界面における界面張力よりも大きい。よって、界面張力が相対的に小さい中心領域Ｃ上方の分散液Ｄは、界面張力が相対的に大きい内側面１１２近傍へと引っ張られる。これにより、マランゴニ対流が生じる。
【0091】
上述のように、熱対流は、気液界面ではマイクロバブルＭＢから遠ざかる方向に生じる。そのため、気液界面においては、熱対流の方向とマランゴニ対流の方向とが、いずれも中心領域Ｃ上方から容器１１の内側面１１２へと向かう方向であって同一である。したがって、気液界面では熱対流とマランゴニ対流とが強め合うことで、比較例と比べて、分散液Ｄの流速が上昇する。分散液Ｄは容器１１内を循環しているため、気液界面における分散液Ｄの流速上昇に伴い、分散液Ｄの内部における流速（マイクロバブルＭＢに向かう流れの流速）も上昇する。したがって、細菌Ｂの移動速度が速くなり、より短時間に細菌Ｂを集積することが可能になる。あるいは、一定時間内での細菌Ｂの集積量（集積数）を増加させることが可能になる。言い換えると、細菌Ｂを高効率に集積することができる（図６（Ｄ）参照）。
【0092】
なお、図示しないが、マイクロバブルＭＢの近傍においても、光照射による温度勾配に起因するマランゴニ対流が生じ得る。より詳細に説明すると、一般に、界面温度が高いほど界面張力は小さくなる。そのため、マイクロバブルＭＢの表面（気液界面）のうちレーザスポット近傍の領域では、レーザスポットからある程度離れた領域と比べて、界面張力が小さくなる。したがって、マイクロバブルＭＢの表面近傍では、レーザスポットから遠ざかる方向にマランゴニ対流が生じ得る。このマランゴニ対流は、比較例の構成においても生じ得る。
【0093】
また、気液界面の高さＨ（図３（Ｂ）参照）が低いほど（すなわち水深が浅いほど）、熱対流の影響が小さくなる一方で、マランゴニ対流の影響が大きくなる。逆に、気液界面の高さＨが高いほど、マランゴニ対流の影響が小さくなる一方で、熱対流の影響が大きくなる。また、容器１１の直径φが過度に大きい場合には、メニスカスによる界面張力の勾配が緩やかになり、マランゴニ対流の影響が小さくなる。したがって、気液界面の高さＨおよび容器１１の直径φは、集積対象とする微小物体の性質（サイズ、形状、質量、密度等）、分散媒の性質（表面張力、密度、粘性等）、および、分散媒に対する容器１１の内側面１１２の濡れやすさ（親水性／疎水性の程度等）に応じて、実験またはシミュレーションにより適宜定められる。
【0094】
また、容器１１内の分散液Ｄを保持する空間、言い換えると内側面１１２により規定される空間が円柱形状を有することが好ましい。内側面１１２により規定される空間が円柱形状を有する場合、熱対流と気液界面でのマランゴニ対流とが円柱の中心軸に関して軸対称に発生する。これにより、熱対流およびマランゴニ対流の規則性が高くなり、その結果、細菌Ｂの集積効率が高くなる。内側面１１２により規定される空間の形状が円錐形状、円錐台形状、半球状または紡錘形状である場合にも同様である。ただし、内側面１１２により規定される空間の形状は軸対称の形状に限定されず、たとえば角柱形状、角錐形状、角錐台形状などであってもよい。なお、容器１１の外部形状には、容器１１の内部形状（内側面１１２により規定される空間の形状）に影響を与えない範囲で任意の形状を採用することができる。
【0095】
＜細菌の集積結果＞
まず、細菌Ｂの詳細な集積条件について説明する。実施の形態１において、容器１１の底面１１１の直径φは、１２ｍｍであった。容器１１の内側面１１２の高さは、１．５ｍｍ（＝１５００μｍ）であった。この容器１１に金スパッタを行ない、厚み１０ｎｍの薄膜１２を形成した。その後、容器１１の内面が汚染されないように、図示しない保管装置内に容器１１を２４時間保管した。
まず、細菌Ｂの詳細な集積条件について説明する。実施の形態１において、容器１１の底面１１１の直径φは、１２ｍｍであった。容器１１の内側面１１２の高さは、１．５ｍｍ（＝１５００μｍ）であった。この容器１１に金スパッタを行ない、厚み１０ｎｍの薄膜１２を形成した。その後、容器１１の内面が汚染されないように、図示しない保管装置内に容器１１を２４時間保管した。
【0096】
また、細菌Ｂ（詳細には黄色ブドウ球菌）の分散液を調製した。分散液における細菌Ｂの濃度は、２．０×１０８（個／ｍＬ）であった。この分散液に対して、２３ｋＨｚで１０分間、超音波処理を行なった（超音波処理の効果については後述する）。そして、分散液を１００μＬだけ容器１１の底面１１１に滴下した。容器１１の中心での気液界面の高さＨは、分散液Ｄの分散媒である水の屈折率（１．３３）を考慮して補正すると、５６０μｍ（測定に用いた顕微鏡に設けられたＸＹＺ軸ステージの上下方向（ｚ方向）の目盛で４２０目盛）であった。一方、内側面１１２では水の屈折率を考慮した補正は行なわなくてよく、内側面１１２における気液界面の高さは、６００μｍ～８００μｍの範囲内（上記目盛で６００目盛）であった。なお、水の屈折率を考慮しない場合、１目盛＝１μｍとの関係がおおよそ成り立つ。
【0097】
集積装置１の光学系は以下のように設定した。倍率４０倍の対物レンズ７を用いた。レーザスポット径は約２．５μｍであった。対物レンズ７を通過後のレーザ出力は、レーザ光源５から出射直後のレーザ出力の約３５％となる。容器１１の底面１１１および薄膜１２を通過後のレーザ出力は、約１００ｍＷであった。
【0098】
比較例における基板９１上の薄膜９２は、容器１１の底面１１１上の薄膜１２と同等である。また、比較例における細菌Ｂの分散液および集積装置の光学系は、実施の形態１のものと共通である。
【0099】
図７は、細菌Ｂの集積結果の一例を示す連続画像である。図７（Ａ）は比較例における細菌Ｂの集積の様子を示し、図７（Ｂ）は実施の形態１における細菌Ｂの集積の様子を示す。図７（Ａ）および図７（Ｂ）では、光照射開始から１秒、１０秒、３０秒および６０秒経過後の画像を示す。なお、各画像の焦点（フォーカス位置）は、容器１１の底面１１１の上面、あるいは基板９１の上面に設定した。
【0100】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）では、マイクロバブルＭＢの直径（「赤道」の位置における径）の位置をＭＢで示している。実施の形態１におけるマイクロバブルＭＢの直径は、比較例におけるマイクロバブルＭＢの直径よりも大きかった。具体的には、比較例におけるマイクロバブルＭＢの直径（複数の測定結果の平均値であり、以下の数値についても同様である）が６６．０μｍであったのに対し、実施の形態１におけるマイクロバブルＭＢの直径は１０９μｍであった。すなわち、実施の形態１によれば、マイクロバブルＭＢの直径が１．７倍になった。
【0101】
また、細菌Ｂが集積された領域の面積（以下「集合面積」とも称する）Ａは、比較例では１．７５×１０３μｍ２であったのに対し、実施の形態１においては３．７４×１０３μｍ２であった。すなわち、実施の形態１によれば、集合面積Ａが２．１倍になった。
【0102】
さらに、連続画像のなかから特定の細菌Ｂを追跡して、その移動速度（レーザスポットから約２００μｍ離れた位置での移動速度）を算出したところ、細菌Ｂの移動速度は、比較例では５．５８μｍ／ｓであったのに対し、実施の形態１においては１７５μｍ／ｓであった。すなわち、実施の形態１によれば、細菌Ｂの移動速度が３１倍にも上昇することが確認された。
【0103】
＜細菌の生死判定＞
光照射により分散液Ｄの温度が過度に上昇すると、集積された細菌Ｂが熱による損傷を受け、死滅してしまう場合がある。以下では、集積された細菌Ｂの生死を蛍光染色により判定した結果について説明する。
光照射により分散液Ｄの温度が過度に上昇すると、集積された細菌Ｂが熱による損傷を受け、死滅してしまう場合がある。以下では、集積された細菌Ｂの生死を蛍光染色により判定した結果について説明する。
【0104】
図８は、細菌Ｂの蛍光染色手法を説明するための図である。一般に、細菌を染色するための蛍光色素として、ＳＹＴＯ９（登録商標）とＰＩ（Propidium Iodide）とが知られている。ＳＹＴＯ９は、膜透過性を有するＤＮＡ染色試薬であり、細菌の細胞膜に損傷が生じているか否かにかわらずＤＮＡを染色する。つまり、生存している細菌（生菌）と、死滅した細菌（死菌）との両方がＳＹＴＯ９により染色される。ＳＹＴＯ９を含む細菌にＳＹＴＯ９の励起波長の光を照射すると、緑色の蛍光を発する。一方、ＰＩは膜透過性を有さない。そのため、細胞膜に損傷が生じている細菌（すなわち死菌）のみがＰＩにより染色される。ＰＩを外部から励起すると、赤色の蛍光を発する。
【0105】
図９は、集積された細菌Ｂの蛍光観察像である。図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、比較例における、ＳＹＴＯ９の励起波長による蛍光観察像（以下「ＳＹＴＯ９画像」とも記載する）と、ＰＩの励起波長による蛍光観察像（以下「ＰＩ画像」とも記載する）とをそれぞれ示す。図９（Ｃ）および図９（Ｄ）は、実施の形態１における、ＳＹＴＯ９画像およびＰＩ画像をそれぞれ示す。
【0106】
図９（Ａ）および図９（Ｃ）のＳＹＴＯ９画像を対比すると、実施の形態１では、比較例と比べて、より多くの細菌Ｂが集積されたことが分かる。また、図９（Ｂ）および図９（Ｄ）のＰＩ画像に示すように、比較例および実施の形態１のいずれにおいてもレーザスポット近傍に死菌が観察される。ＳＹＴＯ９画像とＰＩ画像とを比較した場合に、その差分が生菌量に相当する。比較例および実施の形態１のいずれにおいても、細菌Ｂを生きたまま集積できていることが分かる。
【0107】
＜ビーズの集積結果＞
次に、ビーズの集積結果の一例について説明する。集積対象とするビーズには、直径１．０μｍのポリスチレンビーズ（Micromod社製）を用いた。また、この測定においても、倍率４０倍の対物レンズ７を用いた。対物レンズ７通過後のレーザ出力は、約１００ｍＷであった。
次に、ビーズの集積結果の一例について説明する。集積対象とするビーズには、直径１．０μｍのポリスチレンビーズ（Micromod社製）を用いた。また、この測定においても、倍率４０倍の対物レンズ７を用いた。対物レンズ７通過後のレーザ出力は、約１００ｍＷであった。
【0108】
図１０は、ビーズの集合面積Ａの時間変化の一例を示す図である。図１０（Ａ）は比較例におけるビーズの集積の様子を示し、図１０（Ｂ）は実施の形態１におけるビーズの集積の様子を示す。横軸は、光照射開始時からの経過時間を示し、縦軸は、ビーズの集合面積Ａを示す。エラーバーは、５回の測定結果から求められたものである。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）より、実施の形態１におけるビーズの集合面積Ａの方が、比較例におけるビーズの集合面積Ａよりも数倍大きいことが分かる。
【0109】
＜粒子径の影響＞
ビーズの粒子径がビーズの集積に及ぼす影響について説明する。以下に説明する例では、粒子径（直径）が互いに異なる５種類のポリスチレンビーズを準備した。ビーズの粒子径は、小さいものから順に、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍであった。粒子径が１μｍのビーズはPolysciene社製であり、残りのビーズはMicromod社製であった。分散液Ｄのビーズの濃度は、粒子径５０ｎｍのビーズについては８．１×１０１１（個／ｍＬ）に設定し、粒子径１００ｎｍのビーズについては１．０×１０１１（個／ｍＬ）に設定し、粒子径２００ｎｍのビーズについては１．３×１０１０（個／ｍＬ）に設定し、粒子径５００ｎｍのビーズについては８．１×１０８（個／ｍＬ）に設定し、粒子径１μｍのビーズについては１．０×１０１１（個／ｍＬ）に設定した。また、超純水を溶媒とする分散液Ｄに界面活性剤であるTween２０（登録商標）を導入した。界面活性剤の濃度（体積パーセント濃度）は１０－３（ｖｏｌ％）であった。
ビーズの粒子径がビーズの集積に及ぼす影響について説明する。以下に説明する例では、粒子径（直径）が互いに異なる５種類のポリスチレンビーズを準備した。ビーズの粒子径は、小さいものから順に、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍであった。粒子径が１μｍのビーズはPolysciene社製であり、残りのビーズはMicromod社製であった。分散液Ｄのビーズの濃度は、粒子径５０ｎｍのビーズについては８．１×１０１１（個／ｍＬ）に設定し、粒子径１００ｎｍのビーズについては１．０×１０１１（個／ｍＬ）に設定し、粒子径２００ｎｍのビーズについては１．３×１０１０（個／ｍＬ）に設定し、粒子径５００ｎｍのビーズについては８．１×１０８（個／ｍＬ）に設定し、粒子径１μｍのビーズについては１．０×１０１１（個／ｍＬ）に設定した。また、超純水を溶媒とする分散液Ｄに界面活性剤であるTween２０（登録商標）を導入した。界面活性剤の濃度（体積パーセント濃度）は１０－３（ｖｏｌ％）であった。
【0110】
図１１は、ビーズの粒子径の影響を説明するための図である。なお、光照射時間は、粒子径にかかわらず３００秒で共通とした。図１１において、横軸はビーズの粒子径を示す。縦軸は、単位時間当たりのビーズの集積数である「集合レート」（Assembly Rate）α（個／ｓ）を対数目盛りで示す。
【0111】
ビーズの集合レートαは、下記式（１）に従って算出することができる。式（１）では、集合面積Ａ（たとえば図７（Ａ）および図７（Ｂ）参照）で示した領域内に集積されたビーズの総体積をＶ（Ａ）で表し、各ビーズの体積をｖｐで表し、光照射時間（加熱時間）をｔで表している。
【0112】
Ｖ（Ａ）－ｖｐ×α×ｔ＝０ ・・・（１）
ビーズの総体積Ｖ（Ａ）は、ビーズが集積された領域（ビーズの集合面積Ａに対応する領域）において、球に近似可能であるマイクロバブルＭＢと、薄膜１２との間に挟まれた空間の体積として算出することができる。また、ビーズの体積ｖｐはビーズの粒子径から既知であり、光照射時間ｔも時間計測により既知である。よって、これらのパラメータを式（１）に代入することにより、ビーズの集合レートαを算出することができる。
ビーズの総体積Ｖ（Ａ）は、ビーズが集積された領域（ビーズの集合面積Ａに対応する領域）において、球に近似可能であるマイクロバブルＭＢと、薄膜１２との間に挟まれた空間の体積として算出することができる。また、ビーズの体積ｖｐはビーズの粒子径から既知であり、光照射時間ｔも時間計測により既知である。よって、これらのパラメータを式（１）に代入することにより、ビーズの集合レートαを算出することができる。
【0113】
図１１に示すように、ビーズの粒子径が大きくなるに従って集合レートαが低下するものの、５０ｎｍ～１μｍの広範囲に亘ってビーズを集積可能であることが確認された。
【0114】
＜微小物体の濃度推定精度＞
分散液Ｄ中に分散した微小物体の濃度（分散液Ｄの体積が既知あるいは測定可能であれば、分散液Ｄ中の微小物体の個数と言い換えてもよい）を推定することが求められる場合がある。そのような微小物体の濃度推定を光照射による集積メカニズムを利用して行なった場合の濃度推定精度の検証結果について以下に説明する。この検証では、直径１μｍの黄色ブドウ球菌（以下、細菌Ｂと記載する）を微小物体として用いた。光照射時間は３００秒とした。
分散液Ｄ中に分散した微小物体の濃度（分散液Ｄの体積が既知あるいは測定可能であれば、分散液Ｄ中の微小物体の個数と言い換えてもよい）を推定することが求められる場合がある。そのような微小物体の濃度推定を光照射による集積メカニズムを利用して行なった場合の濃度推定精度の検証結果について以下に説明する。この検証では、直径１μｍの黄色ブドウ球菌（以下、細菌Ｂと記載する）を微小物体として用いた。光照射時間は３００秒とした。
【0115】
図１２は、細菌Ｂの濃度推定精度の検証結果を説明するための図である。図１２の縦軸が細菌Ｂの濃度を示す。図１２には、濃度が異なるサンプルを用いた５回の検証結果が示されている。実施の形態１における集積装置１により集積された細菌Ｂの濃度推定精度を濃い棒グラフ（２本並んだ棒グラフのうちの左側のグラフ）で示す。
【0116】
分散液Ｄ中の細菌Ｂの濃度Ｃと、細菌Ｂの集合レートαとの間には相関関係が存在する。より詳細に説明すると、後に図３０に示すように、直径１μｍのビーズにおいて、集合レートαと濃度Ｃとの間には、係数βおよび指数ｋを用いてα＝βＣkと表される相関関係が存在する。係数βおよび指数ｋは、微小物体のサイズが同程度であれば、微小物体の種類がビーズと細菌とで異なっていても共通である（この例では、レーザ照射時間３００秒のとき、β＝６．３×１０－８、ｋ＝１．１８）。このような知見に基づき、濃度Ｃが既知であるビーズの分散液Ｄを複数準備し、各分散液Ｄについて上記式（１）に従ってビーズの集合レートαを算出することにより、ビーズの濃度Ｃと集合レートαとの相関関係（α＝βＣk）を求めることができる。そして、この相関関係を参照することによって、細菌Ｂについても集合レートαから濃度Ｃを推定することが可能である。
【0117】
図１２では、比較のため、従来、広く用いられている細菌Ｂの培養法による濃度推定結果を薄い棒グラフ（右側のグラフ）で示す。５回のいずれの検証結果においても、実施の形態１により推定された細菌Ｂの濃度が、培養法により推定された細菌Ｂの濃度とよく一致していることが確認された。
【0118】
＜超音波処理の影響＞
続いて、超音波処理の実施時と非実施時との集積結果を対比することで、超音波処理の効果について詳細に説明する。この測定では、集積対象にビーズを用いた。しかし、以下の説明では、ビーズを細菌Ｂ（あるいは他の微小物体）に適宜読み替えることができる。
続いて、超音波処理の実施時と非実施時との集積結果を対比することで、超音波処理の効果について詳細に説明する。この測定では、集積対象にビーズを用いた。しかし、以下の説明では、ビーズを細菌Ｂ（あるいは他の微小物体）に適宜読み替えることができる。
【0119】
超音波処理においては、たとえば、ビーズの分散液が超音波処理用の別の容器（図示しないマイクロチューブなど）に移され、所定周波数（たとえば２３ｋＨｚ）の超音波が所定時間（たとえば１０分間）だけ照射される。このマイクロチューブの内面には、微量の両親媒性物質１９（図１５（Ｂ）参照）を予め付着させることができる。このようなマイクロチューブにビーズの分散液を加えて超音波処理を実施すると、両親媒性物質がマイクロチューブの内面から剥がれ、分散液Ｄ中に分散する。その結果、ビーズの分散液をマイクロチューブから容器１１に移し替える際に、両親媒性物質１９も容器１１に移されることになる。
【0120】
図１３は、超音波処理の非実施時におけるビーズの集積の様子を示す連続画像である。図１４は、超音波処理の実施時におけるビーズの集積の様子を示す連続画像である。いずれの連続画像においても両親媒性物質を内面に付着させたマイクロチューブを用いた結果が示されている。図中の数値は、光照射開始時からの経過時間を示す。
【0121】
図１３および図１４に示す連続画像において、たとえば、光照射開始から２．１６秒経過後の画像同士を比較すると、超音波処理の実施時にはビーズが淀み領域ＳＲに高密度に集積しているのに対し、超音波処理の非実施時には淀み領域ＳＲにおけるビーズの集積密度が相対的に低い。これらの結果から、超音波処理によってビーズの集積を促進可能であることが分かる。
【0122】
図１５は、超音波処理による集積促進メカニズムを説明するための図である。図１５（Ａ）に示すように、熱対流によって、たとえば細菌ＢがマイクロバブルＭＢの側面付近に到達した場合、細菌Ｂには、外力ＦＨと外力ＦＩとが作用する。
【0123】
外力ＦＨは、熱対流に起因する力である。マイクロバブルＭＢの下方が光照射により加熱されているため、マイクロバブルＭＢの下方の温度の方が、マイクロバブルＭＢの上方の温度よりも高い。そのため、熱対流は下方から上方に生じる。したがって、熱対流に起因する外力ＦＨは、下方から上方に向けて細菌Ｂに作用する。
【0124】
マイクロバブルＭＢの表面においても、マイクロバブルＭＢの表面に沿う方向（上下方向）の温度差に起因する界面張力の勾配により、マイクロバブルＭＢの表面に沿ってマランゴニ対流が発生する。外力ＦＩは、分散液ＤとマイクロバブルＭＢとの間の界面張力である。温度が高いほど界面張力は小さくなるので、マイクロバブルＭＢの下方の界面張力の方が、マイクロバブルＭＢの上方の界面張力よりも小さい。一方、分散液ＤとマイクロバブルＭＢとの間の界面張力の作用方向は、分散液Ｄの性質（より具体的には、分散液Ｄに含まれる物質およびその濃度分布ならびに分散液Ｄの温度分布）に応じて定まる。
【0125】
両親媒性物質１９は、分散液Ｄ中を浮遊（分散）した状態を維持するよりも、疎水基をマイクロバブルＭＢに向けてマイクロバブルＭＢの表面（一種の気液界面）に吸着した状態となる方がエネルギー的に安定である。そのため、両親媒性物質１９は、マイクロバブルＭＢの表面に吸着しやすい。光照射に伴う加熱によりマイクロバブルＭＢが成長する際、マイクロバブルＭＢの上方領域の方が、マイクロバブルＭＢの下方領域と比べて、分散液Ｄ中の両親媒性物質１９との接触確率（衝突確率）が高い。したがって、マイクロバブルＭＢの上面に吸着した両親媒性物質１９の濃度が、マイクロバブルＭＢの下方に吸着した両親媒性物質１９の濃度よりも高くなりやすい。液体中では、両親媒性物質の濃度が高いほど界面張力（界面自由エネルギー）が低くなる。よって、超音波処理を実施した場合には、両親媒性物質１９の上下方向の濃度差によっては外力ＦＩが上方から下方へと作用し得る。
【0126】
図１５（Ｂ）に示すように、外力ＦＩが上方から下方へと作用することで、細菌ＢがマイクロバブルＭＢの上方へと上昇しにくくなり、それにより細菌Ｂが淀み領域ＳＲに滞留しやすくなる。つまり、細菌Ｂが淀み領域ＳＲに集積されやすくなる。界面活性剤を分散液Ｄ中に分散させるための超音波処理を実施すると、このようなメカニズムにより細菌Ｂの集積効率を一層高めることができる。図７および図９に示した集積結果は、すべて超音波処理を実施したものである。
【0127】
なお、ここでは両親媒性物質１９をマイクロチューブ内面に付着させた例を説明したが、両親媒性物質１９を容器１１の内面に付着させ、容器１１に超音波処理を実施してもよい。また、両親媒性物質１９を分散液Ｄ中に直接加えてもよい。
【0128】
以上のように、実施の形態１によれば、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分散液Ｄが容器１１に保持される。これにより、薄膜１２への光照射に伴う光発熱効果によって分散液Ｄ中に温度勾配を生じせ、それにより分散液Ｄ中に熱対流を発生させるとともに、気液界面にマランゴニ対流を発生させることができる。熱対流とマランゴニ対流とが同一方向に流れ、互いに強め合うことで、細菌Ｂの移動速度が上昇する。その結果、淀み領域ＳＲへの細菌Ｂの集積量を増加させることができる。このように、実施の形態１によれば、分散液Ｄ中に分散した細菌Ｂを高効率かつ高密度に集積することができる。
【0129】
［実施の形態１の変形例］
図１６は、実施の形態１の変形例における集積キット２０の周辺構成を模式的に示す図である。図１６に示すように、集積キット２０には、マイクロウェルアレイ２０Ａが形成されている。マイクロウェルアレイ２０Ａは、アレイ状に配列された複数のマイクロウェル２１を含む。
図１６は、実施の形態１の変形例における集積キット２０の周辺構成を模式的に示す図である。図１６に示すように、集積キット２０には、マイクロウェルアレイ２０Ａが形成されている。マイクロウェルアレイ２０Ａは、アレイ状に配列された複数のマイクロウェル２１を含む。
【0130】
各マイクロウェル２１の内部構成は、実施の形態１にて説明した容器１１の内部構成（図３参照）と基本的に同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。なお、図１６では、図面が煩雑になるのを防ぐため、４つのマイクロウェル２１が形成された例を示すが、マイクロウェル２１の個数は複数であれば特に限定されず、たとえば数百個～数千個程度であってもよい。
【0131】
さらに、実施の形態１の変形例に係る集積装置は、対物レンズ７に代えて、マイクロレンズアレイ７Ａを備える。マイクロレンズアレイ７Ａでは、集積キット２０に形成された各マイクロウェル２１と１対１に対応するようにレンズが配列されている。マイクロレンズアレイ７Ａは、レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１を分岐するとともに集光して、複数のマイクロウェル２１の各々に照射する。実施の形態１の変形例に係る集積装置の上記以外の構成は、実施の形態１に係る集積装置１の対応する構成（図１参照）と同等である。
【0132】
以上のように、実施の形態１の変形例によれば、マイクロウェルアレイ２０Ａとマイクロレンズアレイ７Ａとが設けられる。これにより、１つのレーザ光源５からのレーザ光Ｌ１で多数の集積作用を同時に生じさせることが可能になる。また、マイクロウェル２１毎に異なる種類の微小物体を含む分散液Ｄを滴下した場合には、一回の集積処理で複数種類の微小物体を集積することができる。
【0133】
［実施の形態２］
実施の形態１では、レーザスポット近傍に細菌Ｂを高密度かつ高効率に集積可能であることを説明した。ただし、集積条件（薄膜１２の厚みまたはレーザ出力など）の設定によってはレーザスポット近傍の温度が過度に上昇し、細菌を損傷させてしまう可能性がある。実施の形態２においては、熱による損傷を抑制しつつ細菌等の微小物体を集積可能な技術について説明する。
実施の形態１では、レーザスポット近傍に細菌Ｂを高密度かつ高効率に集積可能であることを説明した。ただし、集積条件（薄膜１２の厚みまたはレーザ出力など）の設定によってはレーザスポット近傍の温度が過度に上昇し、細菌を損傷させてしまう可能性がある。実施の形態２においては、熱による損傷を抑制しつつ細菌等の微小物体を集積可能な技術について説明する。
【0134】
実施の形態２においても、細菌（より詳細には大腸菌および黄色ブドウ球菌）を集積する構成を例に説明する。しかし、集積対象とする微小物体は、熱による損傷を抑制することが望ましいものであれば特に限定されるものではなく、たとえば他の生体物質であってもよい。なお、実施の形態２に係る集積装置の全体構成は、実施の形態１における集積装置１の構成（図１参照）と同等であるため、説明は繰り返さない。
【0135】
＜集積キットの構成＞
図１７は、実施の形態２における集積キット３０の構成を模式的に示す図である。図１７には、集積キット３０の断面図が示されている。集積キット３０は、基板３１と、薄膜３２と、断熱スペーサ（以下「スペーサ」と略す）３３とを含む。
図１７は、実施の形態２における集積キット３０の構成を模式的に示す図である。図１７には、集積キット３０の断面図が示されている。集積キット３０は、基板３１と、薄膜３２と、断熱スペーサ（以下「スペーサ」と略す）３３とを含む。
【0136】
基板３１は、薄膜３２による光発熱効果に影響を与えない材料により形成され、比較例（図２参照）と同様に、たとえばガラス基板である。
【0137】
スペーサ３３は、熱伝導を抑制するための空間を確保することを目的に、基板３１上に形成される。そのため、スペーサ３３には、レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１を吸収せず、かつ熱伝導率が低い材料が用いられる。スペーサ３３は、たとえば、マイクロメートルオーダーのサイズを有する樹脂ビーズである。実施の形態２では、直径１００μｍのポリスチレンビーズがスペーサ３３として用いられる。
【0138】
基板３１上のスペーサ３３は以下のように準備される。まず、スペーサ３３の分散液を所定量（たとえば数μＬ）だけ基板３１上に滴下する。その後、基板３１を自然乾燥または真空乾燥させることより、分散媒を蒸発させる。このようにすることで、スペーサ３３を基板３１上に固定することができる。
【0139】
スペーサ３３の形状は特に限定されるものではなく、たとえば、直方体形状であってもよいし、円柱形状であってもよいし、より複雑な形状であってもよい。また、スペーサ３３の材料もポリスチレンに限定されず、アクリル、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の他の樹脂であってもよいし、たとえばシリカであってもよい。また、基板３１とスペーサ３３とが同じ材料により一体的に形成されていてもよい。
【0140】
集積キット３０では、基板３１上に固定されたスペーサ３３のさらに上に薄膜３２が形成される。薄膜３２は、比較例および実施の形態１と同様に、たとえば、厚みがナノメートルオーダーの金属薄膜である。実施の形態２では、スパッタにより厚み１０ｎｍの金薄膜を形成した。薄膜３２の形成手法は特に限定されず、無電解メッキであってもよい。
【0141】
図１８は、図１７に示したスペーサ３３の周辺構成を、より詳細に説明するための図である。なお、図１８（Ａ）には対比のため、比較例におけるレーザスポットの周囲の様子が示されている。また、図１８および後述する図３１では、分散液Ｄ中の細菌等の微小物体の図示を省略している。
【0142】
比較例では、図１８（Ａ）に示すように、レーザスポットの位置で薄膜９２による光発熱効果が生じる。その後、図５にて説明したように、マイクロバブルＭＢが成長するとともに熱対流が生じ、それにより細菌Ｂが淀み領域ＳＲに集積する。
【0143】
淀み領域ＳＲの分散液Ｄには、マイクロバブルＭＢが比較的大きな接触面積で接触している。マイクロバブルＭＢは、分散媒（この例では水）が薄膜９２の光発熱効果により局所的に沸騰して気化することにより生成する。よって、マイクロバブルＭＢは高温である。このことは、淀み領域ＳＲの近傍に、いわば「熱源」が設けられた状況と言うことができる。したがって、図１８（Ａ）に示した構成では、淀み領域ＳＲと熱源とが接触することになるので、淀み領域ＳＲの温度が上昇しやすい。その結果、淀み領域ＳＲに集積された細菌Ｂが熱による損傷を受ける可能性がある。
【0144】
これに対し、実施の形態２においては、基板３１上にスペーサ３３が設けられる（図１８（Ｂ）参照）。これにより、以下に説明する主に３点の理由により、細菌Ｂの集積領域の過度の温度上昇を防止することができる。
【0145】
第１に、薄膜３２を形成するためのスパッタは、基板３１上へのスペーサ３３の固定後に行なわれる。そのため、基板３１とスペーサ３３との間には、薄膜３２が形成されていない（つまり、スパッタされた金ナノ粒子が付着していない）下方領域ＬＲが存在する。このため、レーザ光Ｌ１を照射した場合、下方領域ＬＲでは光発熱効果が起こらず、スペーサ３３の上方領域ＵＲに形成された薄膜３２の光発熱効果により熱が発生する。したがって、比較例（図１８（Ａ）参照）と比べて、細菌Ｂの集積領域と加熱領域（上方領域ＵＲ）との間の距離を確保することができる。
【0146】
第２に、スペーサ３３の熱伝導率は、薄膜３２の熱伝導率よりも著しく低い。より詳細には、金の熱伝導率は、金の形状（たとえば金薄膜の膜厚）に依存するが、一般的には、８０～３２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）の範囲内である。これに対し、スペーサ３３の材料であるポリスチレンの熱伝導率は０．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。つまり、スペーサ３３の熱伝導率は、金の熱伝導率と比べて３桁小さい。なお、水の熱伝導率は、０．６（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、ガラスの熱伝導率は１（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。このようにスペーサ３３の熱伝導率が低いため、薄膜３２にて発生した熱は、スペーサ３３の内部には伝導しにくい。したがって、必然的に高温となるマイクロバブルＭＢと異なり、スペーサ３３の温度は上昇しにくい。
【0147】
第３に、薄膜３２（より詳細には上方領域ＵＲ）にて発生した熱は、スペーサ３３の表面に形成された薄膜３２を伝導する。薄膜３２の熱容量は小さい。その一方で、薄膜３２の表面積、すなわち周囲の分散液Ｄとの接触面積は大きい。したがって、薄膜３２は、対流している分散液Ｄとの熱交換により冷却されやすい。
【0148】
以上の主に３点の理由により、実施の形態２によれば、スペーサ３３を設けることで細菌Ｂの集積領域の過度の温度上昇を防止することができる。その結果、集積された細菌Ｂへの熱による損傷を抑制することができる。
【0149】
なお、実施の形態２では、スペーサ３３の上方領域ＵＲにて発生した熱によって分散液Ｄが加熱される。そのため、熱対流は、主にスペーサ３３の上方に発生し、比較例における淀み領域ＳＲに相当する領域（図１８（Ａ）参照）での流れは相対的に弱い。
【0150】
＜ビーズの集積結果＞
以下では、基板３１の上面を基準としたレーザ光Ｌ１のビームウエストの高さ（基板３１の上面とビームウエストとの間の距離）をｈと表す（図１８（Ｃ）参照）。まず、ビームウエストの高さｈが微小物体の集積に与え得る影響について調べた。ここでは、細菌Ｂの分散液に代えて、直径１μｍのポリスチレンビーズ（以下「ビーズ」と略す）の分散液を用いた。
以下では、基板３１の上面を基準としたレーザ光Ｌ１のビームウエストの高さ（基板３１の上面とビームウエストとの間の距離）をｈと表す（図１８（Ｃ）参照）。まず、ビームウエストの高さｈが微小物体の集積に与え得る影響について調べた。ここでは、細菌Ｂの分散液に代えて、直径１μｍのポリスチレンビーズ（以下「ビーズ」と略す）の分散液を用いた。
【0151】
図１９は、ビームウエストの高さ依存性を説明するための図である。ビームウエストの高さｈは、上から順に０μｍ、１０μｍおよび２０μｍである。図中に示された多数の微小な黒点がビーズである。
【0152】
ビームウエストの高さｈが０μｍまたは１０μｍであった場合、ビーズは、光照射によりスペーサ３３の付近に集積した。一方で、ビームウエストの高さｈが２０μｍであった場合、ビーズを適切に集積できず、ビーズがスペーサ３３から遠ざかる方向に移動してしまう様子が確認された。したがって、以下ではビームウエストの高さｈが０μｍまたは１０μｍであった場合について、より詳細に測定を行なった。
【0153】
図２０は、ビームウエストの高さｈ＝０μｍの場合のビーズの集積の様子を示す連続画像である。図２１は、ビームウエストの高さｈ＝１０μｍの場合のビーズの集積の様子を示す連続画像である。各図の中心（縦線と横線との交点）がレーザスポットの位置である。図中の数値は、光照射開始時からの経過時間を示す。
【0154】
図２０を参照して、ビームウエストの高さｈ＝０μｍの場合、光照射開始後、数十秒程度でスペーサ３３の周囲にビーズが高密度に集積されることが確認された。ただし、ビーズは、スペーサ３３からある程度の距離範囲内（図２０に示す例では数十μｍの範囲内）には集積されにくいことが分かる。このことは以下のように説明される。
【0155】
スペーサ３３の材料として樹脂（ポリスチレン等）またはシリカを用いた場合、各スペーサ３３は負に帯電しているため、スペーサ３３の周囲には電気二重層が形成されている。一方、ビーズも負に帯電している（より詳細には、ビーズがポリスチレンの場合にはゼータ電位が－３０ｍＶ程度である）。したがって、ビーズとスペーサ３３との間には電気的反発力（斥力）が働く。ビームウエストの高さｈ＝０μｍの場合、熱対流が比較的緩やかである。このため、スペーサ３３の近傍では、ビーズに作用する電気的反発力の方が熱対流による外力よりも強い。その結果、スペーサ３３との間にある程度の距離を隔てた状態でビーズが集積されると考えられる。
【0156】
一方、図２１を参照して、ビームウエストの高さｈ＝１０μｍの場合、ビームウエストの高さｈ＝０μｍの場合と比べて熱対流が激しい。そのため、光照射開始時からのビーズの集積速度が速いことが確認された。また、スペーサ３３の直近までビーズを集積可能であることが分かる。
【0157】
＜細菌の集積および生死判定＞
続いて、細菌Ｂの集積結果および生死判定結果の一例を説明する。実施の形態２では、細菌Ｂとして、大腸菌および黄色ブドウ球菌を用いた。大腸菌は棹菌であり、その長軸長さは数μｍである。一方、黄色ブドウ球菌は球菌であり、その直径は約１μｍである。しかし、大腸菌と黄色ブドウ球菌とを区別しない場合には単に細菌Ｂと記載する。
続いて、細菌Ｂの集積結果および生死判定結果の一例を説明する。実施の形態２では、細菌Ｂとして、大腸菌および黄色ブドウ球菌を用いた。大腸菌は棹菌であり、その長軸長さは数μｍである。一方、黄色ブドウ球菌は球菌であり、その直径は約１μｍである。しかし、大腸菌と黄色ブドウ球菌とを区別しない場合には単に細菌Ｂと記載する。
【0158】
以下では、レーザ光Ｌ１のビームウエストの高さｈを０μｍに設定するとともに、対物レンズ７および基板３１を通過後のレーザ出力を１．０Ｗに設定した。また、レーザ光Ｌ１の照射時間は１分間に設定した。各透過像は、光照射開始から１分間が経過した時刻のものである。さらに、光照射の終了直後に蛍光観察像を取得した。
【0159】
図２２は、実施の形態２における大腸菌の集積結果を示す図である。図２３は、実施の形態２における黄色ブドウ球菌の集積結果を示す図である。図２２（Ａ）および図２３（Ａ）は透過像を示し、図２２（Ｂ）および図２３（Ｂ）は蛍光観察像を示す（上部にＳＹＴＯ９画像を示し、下部にＰＩ画像を示す）。
【0160】
図２２（Ａ）および図２３（Ａ）の透過像に示すように、細菌Ｂの形状にかかわらず、光照射により細菌Ｂを集積できることが分かる。さらに、図２２（Ｂ）および図２３（Ｂ）のＰＩ画像から、集積された細菌Ｂには死菌がほとんど発生しておらず、高い割合で細菌Ｂを生きたまま集積可能であることが分かる。
【0161】
以上のように、実施の形態２によれば、薄膜３２の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有し、薄膜３２からの熱伝導を妨げるスペーサ３３を基板３１上に設けることによって、薄膜３２の光発熱効果により発生した熱が細菌Ｂの集積領域に伝わりにくくなる。これにより、細菌Ｂの集積領域の過度の温度上昇を防止し、熱による細菌Ｂの損傷を抑制することができる。その結果、高い生存率（集積された全細菌数に対する生菌数の割合）を実現することができる。
【0162】
＜界面活性剤の影響＞
細菌Ｂまたはビーズ等の微小物体の集積メカニズム（図５および図６参照）に関し、微小物体の集積に寄与する作用として、熱対流と、気液界面でのマランゴニ対流とを説明するとともに、気液界面からの分散媒の蒸発により熱対流が加速されることを説明した。このような作用を利用した集積過程では、集積条件（たとえば、レーザ光源５からのレーザ出力または薄膜５２の厚み）によっては、熱対流が過度に激しく生じ、微小物体がスペーサ３３（あるいはマイクロバブルＭＢ）近傍に適切に集積されない場合がある。その場合には、界面活性剤を分散液Ｄに導入することができる。実施の形態２では、分散液Ｄに界面活性剤を導入した場合の界面活性剤の作用についても説明する。
細菌Ｂまたはビーズ等の微小物体の集積メカニズム（図５および図６参照）に関し、微小物体の集積に寄与する作用として、熱対流と、気液界面でのマランゴニ対流とを説明するとともに、気液界面からの分散媒の蒸発により熱対流が加速されることを説明した。このような作用を利用した集積過程では、集積条件（たとえば、レーザ光源５からのレーザ出力または薄膜５２の厚み）によっては、熱対流が過度に激しく生じ、微小物体がスペーサ３３（あるいはマイクロバブルＭＢ）近傍に適切に集積されない場合がある。その場合には、界面活性剤を分散液Ｄに導入することができる。実施の形態２では、分散液Ｄに界面活性剤を導入した場合の界面活性剤の作用についても説明する。
【0163】
実施の形態２および後述する実施の形態２の変形例２においても、界面活性剤としてTween２０（登録商標）を用いた。界面活性剤の濃度には、淀み領域ＳＲへの微小物体（以下の例ではMicromod社製のビーズ）の集積に適した濃度が存在するところ、事前の評価試験の結果、界面活性剤の濃度（体積パーセント濃度）を１０－１（ｖｏｌ％）に設定した。また、対物レンズ７の倍率を４０倍とし、対物レンズ７通過後のレーザ出力を０．０５Ｗに設定した。
【0164】
図２４は、実施の形態２における界面活性剤の影響を説明するための図である。図２４（Ａ）は、界面活性剤を導入しなかった場合のスペーサ３３近傍の様子を示し、図２４（Ｂ）は、界面活性剤を導入した場合のスペーサ２３近傍の様子を示す。図中の数値は、光照射開始時からの経過時間を示す。
【0165】
界面活性剤を導入しなかった場合、激しい熱対流が確認された。そのため、ビーズは、スペーサ３３の近傍に集積されなかった（図２４（Ａ）参照）。これに対し、界面活性剤を導入した場合には、熱対流が緩やかになり、ビーズがスペーサ５３近傍に集積される様子が確認された（図２４（Ｂ）参照）。これは、分散液Ｄとその周囲の気体との気液界面に界面活性剤が吸着して単分子膜を形成することで分散媒が蒸発しにくくなり、それにより熱対流の加速が抑制されたためと考えられる。このように、熱対流を加速する作用に限らず、熱対流の加速を抑制する作用もビーズの集積に寄与する作用である。したがって、熱対流の加速を抑制する作用を生じさせることも、分散液Ｄ中の流速を集積に最適な速度に調整する点において、液体中に分散した微小物体の高効率集積に含まれ得る。
【0166】
図２５は、界面活性剤の濃度の影響を説明するための図である。図２５に示す例では、界面活性剤の濃度が異なる４種類の分散液Ｄ（第１～第４のサンプル）を準備した。第１のサンプルには界面活性剤が含まれない。第２～第４のサンプルに含まれる界面活性剤の濃度は、それぞれ、１．０×１０－３，１．０×１０－２，１．０×１０－１（ｖｏｌ％）であった。
【0167】
Tween２０の臨界ミセル濃度は、６．７×１０－３（ｖｏｌ％）である。そのため、第３および第４のサンプルに含まれる界面活性剤の濃度は臨界ミセル濃度以上であり、第２のサンプルに含まれる界面活性剤の濃度は臨界ミセル濃度未満である。レーザスポットの直径を２．５μｍに設定するとともに、対物レンズ７通過後のレーザ出力を０．１Ｗに設定した。
【0168】
第２～第４のサンプルでは、第１のサンプル比べて、図１５にて説明したメカニズムに従い、ビーズの集積数が増加することが分かる。ビーズの集積数を増加させる観点からは、特に第３または第４のサンプルのように、界面活性剤の濃度が臨界ミセル濃度以上であることが望ましい。ただし、第２のサンプルのように、界面活性剤の濃度は、臨界ミセル濃度を大きく下回らないのであれば（たとえばオーダーが１桁または２桁小さい程度であれば）、臨界ミセル濃度未満（この例では数分の１）であってもよい。逆に、界面活性剤の濃度が臨界ミセル濃度よりも過度に高い（たとえばオーダーが３桁高い）ことは好ましくない。つまり、界面活性剤の濃度は、臨界ミセル濃度と同程度であることが好ましい。このことは、界面活性剤の濃度は臨界ミセル濃度を含む所定範囲内（たとえば、臨界ミセル濃度よりもオーダーが２桁低い濃度以上であり、かつ、臨界ミセル濃度よりもオーダーが２桁高い濃度以下である、実験的に定めることが可能な範囲内）であることが好ましいと言い換えることができる。なお、図２５より、界面活性剤の濃度が高くなるに従ってマイクロバブルＭＢの大きさが小さくなることも分かる。
【0169】
【0170】
図２６より、界面活性剤の濃度が臨界ミセル濃度以上である場合（第３および第４のサンプル）には、界面活性剤の濃度が臨界ミセル濃度未満である場合（第１および第２のサンプル）と比べて、ビーズの集合面積Ａが大きいことが分かる。特に、界面活性剤の濃度が臨界ミセル濃度に最も近い第３のサンプルにおいて、ビーズの集合面積Ａが最大となる。
【0171】
＜ビーズの濃度の影響＞
図２７は、ビーズの濃度がビーズの集積に及ぼす影響を説明するための図である。図２７において、横軸は光照射時間を示し、縦軸はビーズの集合面積Ａを対数目盛りで示す。図２８は、光照射開始時から３００秒経過後におけるビーズの集積結果の一例を示す画像である。
図２７は、ビーズの濃度がビーズの集積に及ぼす影響を説明するための図である。図２７において、横軸は光照射時間を示し、縦軸はビーズの集合面積Ａを対数目盛りで示す。図２８は、光照射開始時から３００秒経過後におけるビーズの集積結果の一例を示す画像である。
【0172】
この例では、ビーズの濃度が互いに異なる５種類の分散液Ｄ（第５～第９のサンプル）を準備した。第５～第９のサンプルに含まれるビーズの濃度は、この順に高く、それぞれ、４．５５×１０８，４．５５×１０７，４．５５×１０６，４．５５×１０５，４．５５×１０４（個／ｍＬ）であった。なお、界面活性剤の濃度は、１．０×１０－２（ｖｏｌ％）で共通にした。図２７に示すように、ビーズの濃度が高いほど集合面積Ａが大きい。このことは図２８の比較画像に顕著に示されている。
【0173】
【0174】
図３０は、ビーズの濃度と集合レートαとの関係を示す図である。図３０においては、横軸にビーズの濃度が示され、縦軸に集合レートαが示されている。図３０に示すように、ビーズの濃度が高いほど集合レートαが高いとの相関関係の存在が確認された。
【0175】
［実施の形態２の変形例１］
実施の形態２では、比較例と同様に、基板３１上に滴下され半楕円球状となった分散液Ｄ中にスペーサ３３を設ける構成について説明した（図１７参照）。しかし、スペーサは、実施の形態１にて説明したように、容器の内側面に凹型のメニスカスが形成された状態の分散液内に設けてもよい。
実施の形態２では、比較例と同様に、基板３１上に滴下され半楕円球状となった分散液Ｄ中にスペーサ３３を設ける構成について説明した（図１７参照）。しかし、スペーサは、実施の形態１にて説明したように、容器の内側面に凹型のメニスカスが形成された状態の分散液内に設けてもよい。
【0176】
図３１は、実施の形態２の変形例１における集積キット４０の構成を模式的に示す図である。図３１を参照して、集積キット４０は、容器４１と、薄膜４２と、スペーサ４３とを含む。容器４１は、底面４１１と、内側面４１２とを有する。容器４１の底面４１１および内側面４１２は、実施の形態１における容器１１の底面１１１および内側面１１２（図３参照）とそれぞれ同等である。また、薄膜４２およびスペーサ４３は、実施の形態２における薄膜３２およびスペーサ３３（図１７参照）とそれぞれ同等である。したがって、集積キット４０の構成についての詳細な説明は繰り返さない。
【0177】
［実施の形態２の変形例２］
基板上へのスペーサの固定手法として、スペーサが分散した分散液を基板上に滴下し、その基板を乾燥させて分散媒を蒸発させる手法を説明した。この手法は簡易ではあるものの、スペーサの固定度合いが比較的弱く、スペーサが対流により基板から剥離してしまう場合がある。そこで、実施の形態２の変形例２においては、スペーサの、より強固な固定手法が採用される。
基板上へのスペーサの固定手法として、スペーサが分散した分散液を基板上に滴下し、その基板を乾燥させて分散媒を蒸発させる手法を説明した。この手法は簡易ではあるものの、スペーサの固定度合いが比較的弱く、スペーサが対流により基板から剥離してしまう場合がある。そこで、実施の形態２の変形例２においては、スペーサの、より強固な固定手法が採用される。
【0178】
図３２は、実施の形態２の変形例２における集積キット５０の構成を模式的に示す図である。図３２を参照して、集積キット５０は、容器５１と、薄膜５２と、スペーサ５３と、接着部材５４とを含む。容器５１は、底面５１１と、内側面５１２とを有する。容器５１の底面５１１および内側面５１２は、実施の形態２の変形例１における容器４１の底面４１１および内側面４１２（図３１参照）とそれぞれ同等である。
【0179】
接着部材５４は、容器５１の底面５１１とスペーサ５３との間に設けられ、底面５１１とスペーサ５３とを接着する。接着部材５４には、レーザ光源５からのレーザ光Ｌ１を吸収しない材料が用いられる。そのような材料としては、たとえば、少なくともレーザ光Ｌ１の波長域（近赤外域）において透明の両面テープが挙げられる。両面テープの厚みは、たとえば１００μｍ程度である。このように、接着部材５４を用いることで、スペーサ５３を底面５１１上に強固に固定することができる。接着部材５４を介してスペーサ５３を底面５１１上に固定した後に、たとえばスパッタにより薄膜５２が形成される。薄膜５２は、実施の形態２における薄膜４２と同等である。
【0180】
以上のように、実施の形態２の変形例２によれば、接着部材５４を用いることでスペーサ５３を底面５１１上に強固に固定することができる。これにより、熱対流によるスペーサ５３の剥離を防止することができる。
【0181】
なお、実施の形態２の変形例２においても実施の形態２と同様に、分散液Ｄ中に界面活性剤を導入してもよい。これにより、ビーズがスペーサ５３近傍に集積しやすくなるように熱対流の強さを調整する（熱対流を緩やかにする）ことができる。気液界面に対して凹となるメニスカスが形成されている場合には、気液界面に対して凹となるメニスカスが形成されていない場合（図１７参照）と比べて、レーザスポットと、その上方の気液界面との間の距離が近くなりやすいので、レーザスポット上方の気液界面の温度が上昇しやすい。その結果、気液界面からの分散媒の蒸発の影響、すなわち分散媒の蒸発による熱対流の加速作用が大きくなりやすくなる。したがって、気液界面に対して凹となるメニスカスが形成されている場合には、気液界面への界面活性剤の吸着により分散媒の蒸発を抑制する作用を利用することが特に重要となる。
【0182】
［実施の形態２の変形例３］
図３３は、実施の形態２の変形例３における集積キット６０の構成を模式的に示す図である。図３３（Ａ）は、集積キット６０の断面を模式的に示し、図３３（Ｂ）は、集積キット６０の上方からの写真を示す。集積キット６０の構成は、実施の形態２の変形例２における集積キット５０の構成（図３２参照）と基本的に同等である。ただし、集積キット６０は、気液界面が内側面６１２の上端よりも高くなるように分散液Ｄが容器６１に保持されている点において、集積キット５０と異なる。
図３３は、実施の形態２の変形例３における集積キット６０の構成を模式的に示す図である。図３３（Ａ）は、集積キット６０の断面を模式的に示し、図３３（Ｂ）は、集積キット６０の上方からの写真を示す。集積キット６０の構成は、実施の形態２の変形例２における集積キット５０の構成（図３２参照）と基本的に同等である。ただし、集積キット６０は、気液界面が内側面６１２の上端よりも高くなるように分散液Ｄが容器６１に保持されている点において、集積キット５０と異なる。
【0183】
このように、分散液Ｄにより浸漬ぬれが生じる内側面６１２を用いた場合であっても、分散液Ｄの滴下量（保持量）によっては気液界面が内側面６１２の上端よりも高くなる。このように、分散液Ｄにより内側面６１２に浸漬ぬれが生じた状態とは、気液界面に対して凹となるメニスカスが形成される状態に限定されず、気液界面に対して凸となるメニスカスが形成される状態をも含み得る。ただし、実施の形態２の変形例３によれば、内側面６１２を有する容器６１を用いることにより、比較例のように基板９１を用いた構成と異なり、気液界面の高さおよび気液界面の形状（メニスカスの形状）を調整することが可能になる。
【0184】
図３４は、実施の形態２の変形例３において界面活性剤を導入した場合のビーズの集積結果の一例を示す連続画像である。図中の数値は、光照射開始時からの経過時間を示す。容器６１の中心（レーザスポット上方）での気液界面の高さＨは、分散媒である水の屈折率を考慮して補正すると、２５４０μｍ（上記目盛りで１９１０目盛り）であった。内側面６１２での気液界面の高さについては、水の屈折率を考慮した補正は必要なく、内側面６１２の高さと同程度の１５００μｍ～１７２０μｍの範囲内（上記目盛りで１７２４目盛り）であった。
【0185】
実施の形態２（図２４参照）と同様に、界面活性剤を導入することで熱対流が緩やかになり、ビーズがスペーサ３３近傍に集積しやすくなった。
【0186】
以上のように、実施の形態２の変形例３によれば、気液界面が内側面６１２の上端よりも高くなるように分散液Ｄが容器６１に保持されている。この状態においても、適度な濃度の界面活性剤を分散液Ｄ中に導入することで、分散媒の蒸発量を低減し、過度に激しい熱対流を抑制することが可能になる。その結果、適切な強度の熱対流を発生させ、ビーズ等の微小物体をスペーサ５３の近傍に集積することができる。
【0187】
［実施の形態３］
実施の形態３においては、熱による細菌Ｂの損傷を抑制可能な集積キットの他の構成について説明する。実施の形態３に係る集積装置の全体構成は、実施の形態１における集積装置１の構成（図１参照）と同等である。
実施の形態３においては、熱による細菌Ｂの損傷を抑制可能な集積キットの他の構成について説明する。実施の形態３に係る集積装置の全体構成は、実施の形態１における集積装置１の構成（図１参照）と同等である。
【0188】
図３５は、実施の形態３における集積キット７０の構成を模式的に示す図である。図３５を参照して、集積キット７０は、２層の薄膜７２，７５を含む点において、実施の形態２における集積キット３０（図１７参照）と異なる。集積キット７０の基板７１およびスペーサ７３は、集積キット３０の基板３１およびスペーサ３３とそれぞれ同等である。
【0189】
図３６は、図３５に示したスペーサ７３の周辺構成を、より詳細に説明するための図である。図３６（Ａ）に示す構成は、たとえば以下のように準備することができる。すなわち、まず、たとえばスパッタにより基板７１上に薄膜７２が形成される。その後、薄膜７２上にスペーサ７３が固定（形成）される。スペーサ７３の固定手法は、スペーサ３３の上述の固定手法と同等である。そして、スペーサ７３が固定された状態の基板７１のさらに上に、たとえばスパッタにより薄膜７５が形成される。
【0190】
薄膜７２，７５の各々は、たとえば、厚みがナノメートルオーダーの金属薄膜である。実施の形態３では、各薄膜７２，７５を金薄膜とし、その厚みを１０ｎｍとした。しかし、薄膜７２の材料と薄膜７５の材料とが異なってもよいし、薄膜７２の厚みと薄膜７５の厚みとが異なってもよい。
【0191】
図３６（Ｂ）を参照して、光照射を行なうと、レーザ光Ｌ１の一部が薄膜７２（下方領域ＬＲ）により熱に変換され、他の一部が薄膜７５（上方領域ＵＲ）により熱に変換される。薄膜７２により発生する熱量と薄膜７５により発生する熱量との割合は、主に各薄膜７２，７５の厚みに応じて定まる。上記のように同じ厚みの場合には、薄膜７２により発生する熱量の方が薄膜７５により発生する熱量よりも大きくなる。なお、薄膜７２および薄膜７５は、本開示に係る「第１の光熱変換層」および「第２の光熱変換層」にそれぞれ相当する。
【0192】
実施の形態３においては、スペーサ７３が設けられる。スペーサ７３の熱伝導率は、薄膜７２，７５の熱伝導率よりも著しく低いため、薄膜７２，７５にて発生した熱は、スペーサ７３の内部には伝導しにくい。したがって、スペーサ７３の温度は上昇しにくい。また、薄膜７５の上方領域ＵＲにて発生した熱は、スペーサ７３の表面（表面上の薄膜６５）を伝導して広がる。薄膜７５の熱容量は小さく、かつ、薄膜７５と周囲の分散液Ｄとの接触面積は大きい。よって、薄膜７５と分散液Ｄとの熱交換により、薄膜７５が効果的に冷却される。
【0193】
このように、実施の形態３においても実施の形態２と同様に、スペーサ７３を設けることで細菌Ｂの集積領域の過度の温度上昇を防止することができる。したがって、集積された細菌Ｂへの熱による損傷を抑制することができる。さらに、実施の形態３によれば、実施の形態２と比べて、薄膜の形成量が多い分だけ発熱量も大きくなる。そのため、より低いレーザ出力で細菌Ｂを集積することができる。
【0194】
＜ビーズの集積結果＞
図３７は、実施の形態３におけるビーズの集積の様子を示す画像である。図３７に示した例では、ビームウエストの高さｈを０μｍ，１０μｍ，２０μｍのいずれかに設定した。実施の形態３では、いずれの高さｈにおいてもビーズの集積が確認された。
図３７は、実施の形態３におけるビーズの集積の様子を示す画像である。図３７に示した例では、ビームウエストの高さｈを０μｍ，１０μｍ，２０μｍのいずれかに設定した。実施の形態３では、いずれの高さｈにおいてもビーズの集積が確認された。
【0195】
＜細菌の生死判定＞
実施の形態３では、レーザ光Ｌ１のビームウエストの高さｈを０μｍに設定した。また、比較例ではレーザ出力を１．０Ｗに設定したのに対し、大腸菌集積時のレーザ出力を０．１Ｗまたは０．２Ｗに設定した。レーザ光Ｌ１の照射時間は１分間に設定した。
実施の形態３では、レーザ光Ｌ１のビームウエストの高さｈを０μｍに設定した。また、比較例ではレーザ出力を１．０Ｗに設定したのに対し、大腸菌集積時のレーザ出力を０．１Ｗまたは０．２Ｗに設定した。レーザ光Ｌ１の照射時間は１分間に設定した。
【0196】
図３８は、実施の形態３においてレーザ出力が０．１Ｗの場合の大腸菌の集積結果を示す図である。図３９は、実施の形態３においてレーザ出力が０．２Ｗの場合の大腸菌の集積結果を示す図である。各画像の並び方は、図２２または図２３における画像の並び方と同等である。
【0197】
図３８（Ａ）および図３９（Ａ）の透過像から、レーザ出力が０．１Ｗ程度の低出力であっても細菌Ｂを集積できることが分かる。また、図３８（Ｂ）および図３９（Ｂ）のＰＩ画像から、集積された細菌Ｂには死菌がほとんど発生してないことが分かる。
【0198】
以上のように、実施の形態３によれば、実施の形態２と同様に熱伝導率が低いスペーサ７３を設けることにより、薄膜７２，７５の光発熱効果により発生した熱が細菌Ｂの集積領域に伝わりにくくなる。これにより、細菌Ｂの集積領域の過度の温度上昇を防止し、熱による細菌Ｂの損傷を抑制することができる。さらに、２層の薄膜７２，７５を用いることにより、実施の形態２の構成と比べて、発熱量が大きくなるので、より低いレーザ出力で細菌Ｂを集積することができる。
【0199】
［実施の形態３の変形例］
実施の形態２の比較例と同様に、実施の形態３におけるスペーサ７３の周辺構成を、容器の内側面に凹型のメニスカスが形成される分散液内に適用してもよい。
実施の形態２の比較例と同様に、実施の形態３におけるスペーサ７３の周辺構成を、容器の内側面に凹型のメニスカスが形成される分散液内に適用してもよい。
【0200】
図４０は、実施の形態３の変形例における集積キット８０の構成を模式的に示す図である。集積キット８０は、容器８１と、薄膜８２と、スペーサ８３と、薄膜８５とを含む。容器８１は、底面８１１と、内側面８１２とを有する。容器８１の底面８１１および内側面８１２は、実施の形態１における容器１１の底面１１１および内側面１１２（図３参照）とそれぞれ同等である。また、薄膜８２，８５およびスペーサ８３は、実施の形態３における薄膜７２，７５およびスペーサ７３（図３５参照）とそれぞれ同等である。したがって、集積キット８０の構成についての詳細な説明は繰り返さない。
【0201】
以上で説明した実施の形態２（およびその変形例１～３）の構成と、実施の形態３（およびその変形例）の構成とは、集積対象とする微小物体の量あるいは耐熱性などに応じて、適宜使い分けることができる。たとえば、比較的熱に弱い細菌等を少量集積することを目的とする場合には、実施の形態２（またはその変形例１～３）の構成を採用することができる。一方、ある程度高温に耐えられる細菌等を多量に集積することが求められる場合には、実施の形態３（またはその変形例）の構成を採用することができる。
【0202】
また、実施の形態１の変形例で説明したマイクロウェルアレイ２０Ａおよびマイクロレンズアレイ７Ａの構成（図１６参照）を、実施の形態２（およびその変形例１～３）ならびに実施の形態３（およびその変形例）の構成と組み合わせてもよい。また、接着部材５４（図３２参照）および界面活性剤（図３４参照）についても、他の実施の形態および変形例と適宜組み合わせることができる。
【0203】
なお、実施の形態１～３およびその変形例では、分散液Ｄが水性の液体であり、容器１１の内側面１１２が親水性を示す例について説明した。これにより、容器１１は、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分散液Ｄを保持することになる。しかし、分散液Ｄは有機溶媒であってもよい。この場合には、内側面１１２が親溶媒性（たとえば親油性または疎水性）を示す容器１１が用いられる。そうすることにより、分散液Ｄが水性の液体である場合と同様に、容器１１は、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分散液Ｄを保持することになる。
【0204】
［他の実施例］
ナノダイヤモンドは、近年、注目を集めているナノ物質であり、生体適合性を示すことから生物分野（医療分野など）への応用が期待されている。一例として、結晶構造中に窒素原子（Ｎ）と空孔中心（Ｖ）とからなる複合欠陥（ＮＶ）を含むナノダイヤモンドは蛍光を発することから、生体分子のダイナミクス（動きおよび構造変化）を観察するための蛍光標識剤としての利用が検討されている。この実施例では、ナノダイヤモンドの集積結果について説明する。なお、集積装置の全体構成は、実施の形態１における集積装置１の構成（図１参照）と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。以下の図４１～図４５に示される各画像では、画像中央が光照射位置（レーザスポット）である。
ナノダイヤモンドは、近年、注目を集めているナノ物質であり、生体適合性を示すことから生物分野（医療分野など）への応用が期待されている。一例として、結晶構造中に窒素原子（Ｎ）と空孔中心（Ｖ）とからなる複合欠陥（ＮＶ）を含むナノダイヤモンドは蛍光を発することから、生体分子のダイナミクス（動きおよび構造変化）を観察するための蛍光標識剤としての利用が検討されている。この実施例では、ナノダイヤモンドの集積結果について説明する。なお、集積装置の全体構成は、実施の形態１における集積装置１の構成（図１参照）と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。以下の図４１～図４５に示される各画像では、画像中央が光照射位置（レーザスポット）である。
【0205】
＜ナノダイヤモンドの集積結果＞
実施例では、光照射によりナノダイヤモンドを集積した結果について説明する。以下の図４１～図４３には、第１０～第１２のサンプルにおけるナノダイヤモンドＮＤの集積結果が示されている。第１０～第１２のサンプルにおいて、ナノダイヤモンドＮＤの粒子径は、それぞれ、１０ｎｍ，４０ｎｍ，１００ｎｍであった。なお、粒子径１０ｎｍのナノダイヤモンドＮＤの発光波長は、約６４０ｎｍである。粒子径４０ｎｍのナノダイヤモンドＮＤの発光波長は、約６６０～６８０ｎｍである。粒子径１００ｎｍのナノダイヤモンドＮＤの発光波長は、約６８０～７００ｎｍである。
実施例では、光照射によりナノダイヤモンドを集積した結果について説明する。以下の図４１～図４３には、第１０～第１２のサンプルにおけるナノダイヤモンドＮＤの集積結果が示されている。第１０～第１２のサンプルにおいて、ナノダイヤモンドＮＤの粒子径は、それぞれ、１０ｎｍ，４０ｎｍ，１００ｎｍであった。なお、粒子径１０ｎｍのナノダイヤモンドＮＤの発光波長は、約６４０ｎｍである。粒子径４０ｎｍのナノダイヤモンドＮＤの発光波長は、約６６０～６８０ｎｍである。粒子径１００ｎｍのナノダイヤモンドＮＤの発光波長は、約６８０～７００ｎｍである。
【0206】
図４１は、第１０のサンプルにおけるナノダイヤモンドＮＤの集積結果を説明するための図である。図４２は、第１１のサンプルにおけるナノダイヤモンドＮＤの集積結果を説明するための図である。図４３は、第１２のサンプルにおけるナノダイヤモンドＮＤの集積結果を説明するための図である。図４１～図４３の各図では、上から順に、光照射開始時の透過像と、光照射終了後（光照射開始から６０秒後）の透過像と、光照射終了後の蛍光観察像とが示されている。
【0207】
図４１（Ｂ）、図４２（Ｂ）および図４３（Ｂ）に示す透過像より、ナノダイヤモンドＮＤがレーザスポット（図の中心）の周囲に発生したマイクロバブルＭＢと基板３１との間に集積されていることが分かった。また、図４１（Ｃ）、図４２（Ｃ）および図４３（Ｃ）に示す蛍光観察像より、ナノダイヤモンドＮＤ由来の発光が確認された。
【0208】
＜ナノダイヤモンドの細胞への集積結果＞
続いて、ナノダイヤモンドと生体試料との両方を含む第１３のサンプルを準備し、光照射を行なった集積結果について説明する。第１３のサンプルは、粒子径１０ｎｍのナノダイヤモンドＮＤと、ヒト急性リンパ芽球性白血病細胞株（CCRF-CEM）とを含むサンプルである。以下では、ＣＣＲＦ－ＣＥＭを簡単のため「細胞」と記載する。
続いて、ナノダイヤモンドと生体試料との両方を含む第１３のサンプルを準備し、光照射を行なった集積結果について説明する。第１３のサンプルは、粒子径１０ｎｍのナノダイヤモンドＮＤと、ヒト急性リンパ芽球性白血病細胞株（CCRF-CEM）とを含むサンプルである。以下では、ＣＣＲＦ－ＣＥＭを簡単のため「細胞」と記載する。
【0209】
図４４は、第１３のサンプルにおいて、ある箇所に光照射を行なった場合のナノダイヤモンドＮＤの集積結果を説明するための図である。図４５は、第１３のサンプルにおいて、他の箇所に光照射を行なった場合のナノダイヤモンドＮＤの集積結果を説明するための図である。図４４では、光照射開始時の透過像と、光照射終了後（レーザ照射開始から６０秒後）の透過像と、光照射終了後の蛍光観察像（図４４（Ｃ）および図４４（Ｄ））とが示されている。図４４（Ｃ）と図４４（Ｄ）とは、露光時間およびアナログゲインが互いに異なる（図４４（Ｃ）では露光時間３０秒でアナログゲイン２２．５であり、図４４（Ｄ）では露光時間１００秒でアナログゲイン１３．６である）。図４５の撮像条件は、レーザ照射時間が１２０秒である点以外は図４４の撮像条件と共通である。
【0210】
図４４および図４５より、ナノダイヤモンドＮＤを細胞表面に集積可能であることが示された。特に、図４４の集積結果と比べて、光照射時間が長い図４５の集積結果の方が、マイクロバブルＭＢと基板３１との間だけでなく、マイクロバブルＭＢの近傍の細胞が多く明るく光っている。このため、集積されたナノダイヤモンドＮＤの数が多い様子が分かる。このことから、レーザ照射時間が長い方が、より多くのナノダイヤモンドＮＤを細胞に集積できることが示された。
【0211】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【0212】
本開示は、人類にとって有用な生体物質等の微小物体を集積する集積装置として利用することができる。たとえば、バイオマーカーとしてのナノダイヤモンドや蛍光色素を細胞に集積化してバイオイメージングの高効率化に利用することができる。また、新薬開発において、微量の薬物を光照射位置に集積して高濃度にし、光照射位置の周囲の細胞または生体組織への影響を評価するなど、医療分野に利用することができる。
【符号の説明】
【0213】
１ 集積装置、２ ＸＹＺ軸ステージ、３ 調整機構、４ サンプル供給部、５ レーザ光源、６ 光学部品、７ 対物レンズ、７Ａ マイクロレンズアレイ、８ 照明光源、９ 撮影機器、１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０ 集積キット、１１，４１，５１，７１，８１ 容器、２０Ａ マイクロウェルアレイ、２１ マイクロウェル、１１１，２１１，４１１，５１１，６１１，７１１，８１１ 底面、１１２，２１２，４１２，５１２，６１２，７１２，８１２ 側面、１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，７５，８２，８５，９２ 薄膜、３１，６１，９１ 基板、３３，４３，５３，６３，７３，８３ 断熱スペーサ、５４ 接着部材、１９ 両親媒性物質、１００ 制御部、Ｂ 細菌、Ｄ 分散液。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
