特許 7383271 微小物体の検出装置、検出システムおよび検出方法

(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】2023-11-10

(45)【発行日】2023-11-20

(54)【発明の名称】微小物体の検出装置、検出システムおよび検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/59 20060101AFI20231113BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20231113BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20231113BHJP

   G01N 1/04 20060101ALI20231113BHJP

【ＦＩ】

G01N21/59 Z

G01N21/27 A

G01N21/64 Z

G01N1/04 M

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022519629

(86)(22)【出願日】2021-05-07

(86)【国際出願番号】 JP2021017454

(87)【国際公開番号】W WO2021225157

(87)【国際公開日】2021-11-11

【審査請求日】2022-10-07

(31)【優先権主張番号】P 2020082483

(32)【優先日】2020-05-08

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士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】石川 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】山崎 力

(72)【発明者】

【氏名】鷲田 浩人

【審査官】比嘉 翔一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１３７４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６２６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１６４８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１５９７０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／１９２９３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０７７７５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１７０７５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１９５８７２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ２１／００－Ｇ０１Ｎ２１／７４

Ｇ０１Ｎ２５／００

Ｇ０２Ｂ２１／００

Ｂ０１Ｊ１９／００

Ｃ１２Ｍ １／００

Ｃ１２Ｍ １／０２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍ３）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体試料に分散した複数の微小物体を集積キットを用いて集積することで、前記液体試料中の前記複数の微小物体を検出する、微小物体の検出装置であって、
前記集積キットは、光を熱に変換する光熱変換領域を有し、前記光熱変換領域上に前記液体試料を保持可能に構成され、
前記検出装置は、
前記集積キットに照射するための光を発する光源部と、
前記集積キットに保持された前記液体試料からの光を検出し、その検出信号を出力する受光器と、
前記検出信号の時間変化に基づいて、前記液体試料中における前記複数の微小物体の集積量を算出する演算部とを備える、微小物体の検出装置。

【請求項2】

前記検出装置は、前記光熱変換領域への光照射により前記液体試料を加熱することで、光照射位置にバブルを発生させるとともに前記液体試料中に対流を生じさせ、それにより前記バブルの近傍に前記複数の微小物体を集積する、請求項１に記載の微小物体の検出装置。

【請求項3】

前記演算部は、前記光熱変換領域への光照射開始後の所定期間における前記検出信号の回帰により得られる近似直線の傾きに基づいて、前記液体試料中における前記複数の微小物体の集積量を算出する、請求項１または２に記載の微小物体の検出装置。

【請求項4】

前記演算部は、前記光熱変換領域への光照射に伴って取得される２回の前記検出信号の強度比に基づいて、前記液体試料中における前記複数の微小物体の集積量を算出する、請求項１または２に記載の微小物体の検出装置。

【請求項5】

前記複数の微小物体は、励起されると蛍光を発するように構成され、
前記光源部は、
前記集積キットに照射するためのレーザ光を発するレーザ光源と、
前記複数の微小物体を励起するための光を発する蛍光光源とを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の微小物体の検出装置。

【請求項6】

前記レーザ光源と前記蛍光光源とは、一体的に形成されている、請求項５に記載の微小物体の検出装置。

【請求項7】

前記受光器は、前記複数の微小物体から発せられた蛍光のうち前記受光器への取り込みが不要な光をカットするマスクを含む、請求項５または６に記載の微小物体の検出装置。

【請求項8】

前記光源部は、複数の発光領域を有し、前記複数の発光領域から複数のレーザ光線をそれぞれ発するように構成され、
前記検出装置は、
前記集積キットを保持するように構成されたホルダと、
前記複数のレーザ光線を同一の集光点に集光する集光レンズと、
前記ホルダと前記集光レンズとの間の相対的な位置関係を調整する調整機構と、
前記調整機構を制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、単一照射モードと多点照射モードとの切り替えが可能に構成され、
前記単一照射モードは、前記集光点が前記光熱変換領域に一致するように前記調整機構を制御することによって単一のレーザ光線を前記光熱変換領域に照射するモードであり、
前記多点照射モードは、前記集光点が前記光熱変換領域から外れるように前記調整機構を制御することによって２以上のレーザ光線を前記光熱変換領域に照射するモードである、請求項１～７のいずれか１項に記載の微小物体の検出装置。

【請求項9】

前記光源部は、垂直共振面発光レーザを含む、請求項８に記載の微小物体の検出装置。

【請求項10】

前記集光レンズは、グレーデッド・インデックス型の光ファイバと、平凸レンズとを含み、
前記光ファイバは、前記複数の発光領域を覆う一方端と、前記平凸レンズの平面側に接合された他方端とを有する、請求項８または９に記載の微小物体の検出装置。

【請求項11】

前記受光器は、シングルピクセル型の光検出器である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の微小物体の検出装置。

【請求項12】

微小物体の検出システムであって、
光を熱に変換する光熱変換領域を有し、前記光熱変換領域上に液体試料を保持可能に構成された集積キットと、
前記液体試料に分散した複数の微小物体を前記集積キットを用いて集積することで、前記液体試料中の前記複数の微小物体を検出する検出装置とを備え、
前記検出装置は、
前記集積キットに照射するための光を発する光源部と、
前記集積キットに保持された前記液体試料からの光を検出し、その検出信号を出力する受光器と、
前記検出信号の時間変化に基づいて、前記液体試料中における前記複数の微小物体の集積量を算出する演算部とを含む、微小物体の検出システム。

【請求項13】

前記集積キットは、
前記光熱変換領域が配置された第１面と、
前記第１面との間に前記液体試料を挟み込む第２面と、
前記第１面と前記第２面との間の距離を固定するためのスペーサとをさらに含む、請求項１２に記載の微小物体の検出システム。

【請求項14】

液体試料に分散した複数の微小物体を集積キットを用いて集積することで、前記液体試料中の前記複数の微小物体を検出する、微小物体の検出方法であって、
前記集積キットは、光を熱に変換する光熱変換領域を有し、前記光熱変換領域上に前記液体試料を保持可能に構成され、
前記検出方法は、
前記集積キットに光を照射するステップと、
前記集積キットに保持された前記液体試料からの光を受光器により検出するステップと、
前記受光器からの検出信号の時間変化に基づいて、前記液体試料中における前記複数の微小物体の集積量を算出するステップとを含む、微小物体の検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、微小物体の検出装置、検出システムおよび検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

液体に分散した複数の微小物体（微粒子、細胞または微生物など）を集積するための技術が提案されている。たとえば国際公開第２０１７／１９５８７２号（特許文献１）および国際公開第２０１８／１５９７０６号（特許文献２）は、液体に分散した複数の微小物体を光照射により集積する技術を開示する。光を熱に変換する光熱変換領域に光を照射すると、光照射位置の近傍の液体が局所的に加熱される。これにより、マイクロバブルが発生するとともに液体中に対流が生じる。そうすると、複数の微小物体が対流に乗ってマイクロバブルに向けて運ばれて光照射位置の近傍に集積される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／１９５８７２号

【文献】国際公開第２０１８／１５９７０６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

液体に分散した複数の微小物体を光照射により集積するに留まらず、複数の微小物体が集積したかどうかを検出することが望ましい。特に、複数の微小物体がどの程度集積されたかを定量的に求めることが望ましい。

【0005】

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、液体に分散した複数の微小物体を集積し、その集積量を求めることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示のある局面に従う微小物体の検出装置は、液体試料に分散した複数の微小物体を集積キットを用いて集積することで、液体試料中の複数の微小物体を検出する。集積キットは、光を熱に変換する光熱変換領域を有し、光熱変換領域上に液体試料を保持可能に構成されている。検出装置は、光源部と、受光器と、演算部とを備える。光源部は、集積キットに照射するための光を発する。受光器は、集積キットに保持された液体試料からの光を検出し、その検出信号を出力する。演算部は、検出信号の時間変化に基づいて、液体試料中における複数の微小物体の集積量を算出する。

【0007】

（２）検出装置は、光熱変換領域への光照射により液体試料を加熱することで、光照射位置にバブルを発生させるとともに液体試料中に対流を生じさせ、それによりバブルの近傍に複数の微小物体を集積する。

【0008】

（３）演算部は、光熱変換領域への光照射開始後の所定期間における検出信号の回帰により得られる近似直線の傾きに基づいて、液体試料中における複数の微小物体の集積量を算出する。

【0009】

（４）演算部は、光熱変換領域への光照射に伴って取得される２回の検出信号の強度比に基づいて、液体試料中における複数の微小物体の集積量を算出する。

【0010】

（５）複数の微小物体は、励起されると蛍光を発するように構成されている。光源部は、集積キットに照射するためのレーザ光を発するレーザ光源と、複数の微小物体を励起するための光を発する蛍光光源とを含む。

【0011】

（６）レーザ光源と蛍光光源とは、一体的に形成されている。
（７）受光器は、複数の微小物体から発せられた蛍光のうち受光器への取り込みが不要な光をカットするマスクを含む。

【0012】

（８）レーザ光源は、複数の発光領域を有し、複数の発光領域から複数のレーザ光線をそれぞれ発するように構成されている。検出装置は、集積キットを保持するように構成されたホルダと、複数のレーザ光線を同一の集光点に集光する集光レンズと、ホルダと集光レンズとの間の相対的な位置関係を調整する調整機構と、調整機構を制御する制御部とをさらに備える。制御部は、各々が複数のレーザ光線のうちの少なくとも一部を光熱変換領域に照射するモードである単一照射モードと多点照射モードとの切り替えが可能に構成されている。単一照射モードは、集光点が光熱変換領域に一致するように調整機構を制御するモードである。多点照射モードは、集光点が光熱変換領域から外れるように調整機構を制御するモードである。

【0013】

（９）レーザ光源は、垂直共振面発光レーザを含む。
（１０）集光レンズは、グレーデッド・インデックス型の光ファイバと、平凸レンズとを含む。光ファイバは、複数の発光領域を覆う一方端と、平凸レンズの平面側に接合された他方端とを有する。

【0014】

（１１）受光器は、シングルピクセル型の光検出器である。
（１２）本開示のある局面に従う微小物体の検出システムは、集積キットと、検出装置とを備える。集積キットは、光を熱に変換する光熱変換領域を有し、光熱変換領域上に液体試料を保持可能に構成されている。検出装置は、液体試料に分散した複数の微小物体を集積キットを用いて集積することで、液体試料中の複数の微小物体を検出する。検出装置は、光源部と、受光器と、演算部とを含む。光源部は、集積キットに照射するための光を発する。受光器は、集積キットに保持された液体試料からの光を検出し、その検出信号を出力する。演算部は、検出信号の時間変化に基づいて、液体試料中における複数の微小物体の集積量を算出する。

【0015】

（１３）集積キットは、光熱変換領域が配置された第１面と、第１面との間に液体試料を挟み込む第２面と、第１面と第２面との間の距離を固定するためのスペーサとをさらに含む。

【0016】

（１４）本開示のさらに他の局面に従う検出方法は、液体に分散した複数の微小物体を集積キットを用いて集積することで、液体中の複数の微小物体を検出する。集積キットは、光を熱に変換する光熱変換領域を有し、光熱変換領域上に液体を滴下可能に構成されている。検出方法は、第１～第３のステップを含む。第１のステップは、集積キットに光を照射するステップである。第２のステップは、集積キットに保持された液体試料からの光を受光器により検出するステップである。第３のステップは、受光器からの検出信号の時間変化に基づいて、液体試料中における複数の微小物体の集積量を算出するステップとを含む。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、液体に分散した複数の微小物体を集積し、その集積量を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施の形態１に係る微小物体の検出システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。

【図2】レーザモジュールの構成を概略的に示す図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿うレーザモジュールの断面図である。

【図4】図２のＩＶ－ＩＶ線に沿うレーザモジュールの断面図である。

【図5】集積キットの斜視図である。

【図6】ハニカム基板の構成を模式的に示す図である。

【図7】図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿うハニカム基板の断面図である。

【図8】単一照射モードと多点照射モードとの切替手法を説明するための図である。

【図9】単一照射モードにおける微小物体の集積メカニズムを説明するための図である。

【図10】多点照射モードにおける微小物体の集積メカニズムを説明するための図である。

【図11】実施の形態１における微小物体の集積方法を示すフローチャートである。

【図12】受光器からの検出信号の時間変化の一例を示す図である。

【図13】レーザ光線の照射停止時におけるサンプルの透過像である。

【図14】３種類のサンプルを用いた場合の受光器８からの検出信号を比較するための図である。

【図15】３種類のサンプルにおける樹脂ビーズの集積結果を示す画像である。

【図16】樹脂ビーズの個数と検出信号の減衰率との間の関係を示す図である。

【図17】実施の形態１の変形例における微小物体の集積方法を示すフローチャートである。

【図18】実施の形態２に係る微小物体の検出システムの構成の特徴を説明するための図である。

【図19】レーザ光線の照射停止時における各サンプルの蛍光像を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本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。

【0020】

＜用語の定義＞
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の範囲」には、１ｎｍから１０００μｍまでの範囲が含まれる。「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」は、典型的には数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。

【0021】

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範囲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（棹形）である。微小物体が楕円球形の場合、楕円球の長軸方向の長さおよび短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。

【0022】

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）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基材（樹脂ビーズ等）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）などが挙げられる。

【0023】

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。

【0024】

本開示において、「ハニカム状」との用語は、複数の正六角形が２次元方向に六方格子状（ハチの巣状）に配列された形状を意味する。複数の正六角形の各々には細孔が形成される。複数の細孔がハニカム状に配列された構造を有する構造体を「ハニカム構造体」と称する。各細孔は、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開口を有する孔である。細孔は、貫通孔であってもよく非貫通孔であってもよい。また、細孔の形状は特に限定されず、円柱形、角柱形、真球形を除く球形（たとえば半球形または半楕円球形）等の任意の形状を含み得る。

【0025】

本開示において、「マイクロバブル」との用語は、マイクロメートルオーダーの気泡を意味する。

【0026】

本開示において、「光を透過する」あるいは「光透過性を有する」とは、物質に吸収されずに物質を通過する光の強度がゼロより大きい現象または性質を意味する。光の透過は光の散乱（前方散乱）を含む。光の波長領域は、紫外領域、可視領域、および近赤外領域のいずれかの領域、これら３つの領域のうちの２つの領域にまたがる領域、３つの領域のすべての領域にまたがる領域のいずれもよい。光の透過率の範囲の下限はゼロよりも大きければよく、特に限定されない。なお、透過率の範囲の上限は１００％である。

【0027】

以下では、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。なお、ｚ方向上方を上方と略し、ｚ方向下方を下方と略す場合がある。

【0028】

［実施の形態１］
＜検出システムの全体構成＞
図１は、実施の形態１に係る微小物体の検出システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。検出システム１００は、検出装置１と、集積キット１０とを備える。検出装置１は、液体に分散した複数の微小物体を集積キット１０を用いて集積することで、液体中の複数の微小物体を検出する。図１では集積キット１０が１つだけ図示されているが、必要に応じて複数の集積キット１０が準備され、検出装置１に順に取り付けられる。

【0029】

検出装置１は、光源ステージ２と、調整機構３と、レーザモジュール４と、ドライバ５と、サンプルホルダ６と、フィルタ７と、受光器８と、コントローラ９とを備える。

【0030】

光源ステージ２にはレーザモジュール４が設置されている。光源ステージ２は、たとえばＸＹＺ軸ステージであって、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向に移動可能に構成されている。

【0031】

調整機構３は、コントローラ９からの指令に応じて、光源ステージ２のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の位置を調整することが可能に構成されている。以下に説明する例では、光源ステージ２の高さ（ｚ方向の位置）を調整することにより、光源ステージ２上に設置されたレーザモジュール４と、集積キット１０との間の相対的な位置関係が調整される。ただし、調整機構３の構成は、レーザモジュール４と集積キット１０との間の相対的な位置関係を調整可能であれば特に限定されるものではない。調整機構３は、固定されたレーザモジュール４に対して集積キット１０の位置を調整してもよいし、集積キット１０およびレーザモジュール４の両方の位置を調整してもよい。

【0032】

レーザモジュール４は、たとえば半導体レーザモジュールである。本実施の形態においてレーザモジュール４から発せられるレーザ光線Ｌの波長は、近赤外域に含まれ、たとえば８５０ｎｍである。レーザモジュール４の構成については図２～図４にて詳細に説明する。図示しないが、レーザモジュール４には、レーザモジュール４を冷却するための冷却装置（ペルチェ素子など）が設けられていてもよい。なお、レーザモジュール４は、本開示に係る「レーザ光源」の一例である。

【0033】

ドライバ５は、コントローラ９からの指令に従って、レーザモジュール４を駆動するための電流を供給する。

【0034】

サンプルホルダ６は集積キット１０を保持する。前述のように、サンプルホルダ６も光源ステージ２と同様にＸＹＺ軸ステージであってもよい。集積キット１０はサンプルＳＰを含有する。集積キット１０の構成については図５～図７にて説明する。

【0035】

フィルタ７は、たとえばＮＤ（Neutral Density）フィルタである。フィルタ７は、レーザモジュール４からサンプルＳＰに照射され、サンプルＳＰを透過したレーザ光線Ｌの強度を低下させる。フィルタ７は、レーザ光線Ｌの出力（レーザ出力）に応じて適宜設けられる。レーザ出力によってはフィルタ７は省略され得る。

【0036】

受光器８は、フィルタ７により強度を低下させたレーザ光線Ｌを検出し、その検出信号をコントローラ９に出力する。本実施の形態において、受光器８は、シングルピクセル型の光検出器（シングルチャネル検出器）である。具体的には、受光器８は、ＰＩＮフォトダイオードまたはＡＰＤ（Avalanche photodiode）などのフォトダイオードである。ただし、フォトダイオードに代えて、たとえば光電管または光電子増倍管を用いてもよい。

【0037】

また、受光器８がシングルピクセル型であることは必須ではない。受光器８は、マルチピクセル型の光検出器（マルチチャネル検出器）であってもよい。具体的には、受光器８は、ＣＣＤ(Charged-Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサなどであってもよい。

【0038】

コントローラ９は、たとえばマイクロコンピュータである。コントローラ９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリと、入出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。コントローラ９は、検出システム１００を構成する各機器（調整機構３およびドライバ５）を制御する。また、コントローラ９は、受光器８からの検出信号に基づいて、サンプルＳＰにおける微小物体の集積量を算出する。この算出手法については後述する。

【0039】

＜レーザモジュールの構成＞
図２は、レーザモジュール４の構成を概略的に示す図である。レーザモジュール４は、光源ステージ２上に設置されるとともに、サンプルホルダ６の下方に配置されている。サンプルホルダ６には集積キット１０が設置されている。レーザモジュール４から上方に向けて発せられたレーザ光線Ｌは、サンプルホルダ６上の集積キット１０に照射される。

【0040】

図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿うレーザモジュール４の断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿うレーザモジュール４の断面図である。図３および図４を参照して、レーザモジュール４は、基板４１と、面発光素子４２と、接合部材４３と、光導波路４４と、レンズ４５とを含む。

【0041】

基板４１は、絶縁材料からなる平板であって、たとえばプリント配線基板またはセラミック基板である。基板４１の表面には面発光素子４２が実装されている。基板４１の裏面には電極４１１の一部が形成されている。電極４１１は、たとえばワイヤボンディングにより面発光素子４２に電気的に接続されている。面発光素子４２には、ドライバ５（図１参照）から電極４１１を介して駆動電流が供給される。

【0042】

面発光素子４２はアレイ型垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）である。図４に示すように、面発光素子４２は、複数（この例では３０個）の発光領域４２１と、電極パッド４２２とを有する。複数の発光領域４２１はアレイ状に配列されている。すべての発光領域４２１は同時に発光し、各々がレーザ光線Ｌを発する。発せられた複数のレーザ光線Ｌは、面発光素子４２の表面に垂直な方向（ｚ方向）に出射される。なお、図４中の数値は各構成要素の寸法（単位：μｍ）を表している。

【0043】

接合部材４３は、たとえば接着剤であって、面発光素子４２上に光導波路４４を接合する。接合部材４３は、面発光素子４２から発せられる光（この例では近赤外光）に対して透明な材料からなる。

【0044】

光導波路４４は、面発光素子４２から発せられた複数のレーザ光線Ｌを集光する。光導波路４４の材料は、面発光素子４２から発せられる光に対して透明な材料であり、たとえば樹脂またはガラスである。光導波路４４は、コア４４１と、クラッド４４２とを含む。

【0045】

コア４４１は円柱形状を有する。コア４４１の入射端（本開示に係る「一方端」に相当）は、面発光素子４２から発せられたすべてのレーザ光線Ｌが入射されるように、すべての発光領域４２１を覆うように形成されている。クラッド４４２は円筒形状を有する。クラッド４４２は、コア４４１の側面を覆うように形成されている。

【0046】

レンズ４５は、平凸レンズであって、平面および凸面を有する。レンズ４５の平面は、光導波路４４の出射端（本開示に係る「他方端」に相当）に接合されている。レンズ４５の凸面は、レーザモジュール４のレーザ出射部位からの光の出射方向に突出している。

【0047】

以上のように構成されたレーザモジュール４におけるレーザ光線Ｌの伝搬経路について説明する。光導波路４４は、グレーデッド・インデックス（ＧＩ：Graded Index）型の光ファイバである。そのため、光導波路４４のコア４４１の屈折率は、コア４４１の径方向中心で最も高く、径方向外側に向かうに従って滑らかに低くなる。コア４４１の内部を伝搬するレーザ光線Ｌには、伝搬距離が互いに異なる複数のモードが存在する。低次モードの光はコア中心を進み、高次モードの光はコア中心から外れて進む。低次モードの光の伝搬距離は短いものの、低次モードの光の伝搬速度はコア中心の屈折率の高さに起因して相対的に遅い。それとは逆に、高次モードの光では、伝搬距離が長い一方で伝搬速度が相対的に速い。コア４４１の屈折率分布は、モード間の伝搬時間の差が十分に短くなるように設計されている。

【0048】

このような屈折率分布を有するコア４４１の内部を伝搬する複数のレーザ光線Ｌは、節Ｐと腹Ｑとを形成する。なお、レーザ光線Ｌの波長に応じて節Ｐおよび腹Ｑの位置は変化し得る。レーザ光線Ｌの進行方向に関し、光導波路４４の長さは、光導波路４４の出射端が節Ｐから腹Ｑまでの途中に位置しないように（言い換えると、図３に示すように、光導波路４４の出射端が腹Ｑから節Ｐまでの途中に位置するか、あるいは光導波路４４の出射端が腹Ｑと一致するように）定められている。その結果、光導波路４４を伝搬した複数のレーザ光線Ｌは、光導波路４４の出射端から集光傾向で出射される。出射された複数のレーザ光線Ｌは、さらにレンズ４５により集光されて同一の集光点Ｆを形成する。

【0049】

＜集積キットの構成＞
図５は、集積キット１０の斜視図である。集積キット１０は、ハニカム基板１０１と、カバー基板１０２と、スペーサ１０３とを含む。

【0050】

ハニカム基板１０１は、レーザ光線Ｌの照射により熱を発生させるように構成されている。また、ハニカム基板１０１は、光透過性を有する材料により形成されている。ハニカム基板１０１の構成については図６および図７にて説明する。

【0051】

ハニカム基板１０１の上面にはサンプルＳＰが保持（滴下）されている。サンプルＳＰは、微小物体が分散した液体である。この液体（分散媒）の種類は特に限定されるものではないが、この例では超純水である。

【0052】

カバー基板１０２は、サンプルＳＰの上方に配置されている。つまり、ハニカム基板１０１とカバー基板１０２とは、サンプルＳＰを上下から挟み込むように設けられている。カバー基板１０２は、ハニカム基板１０１と同様に、光透過性を有する材料（たとえばガラス、透明樹脂）により形成されている。本実施の形態ではカバーガラスがカバー基板１０２として用いられる。なお、ハニカム基板（の上面）が本開示に係る「第１面」に相当する。カバー基板１０２（の下面）が本開示に係る「第２面」に相当する。

【0053】

スペーサ１０３は、ハニカム基板１０１上に設けられ、カバー基板１０２を支持する。スペーサ１０３は、ハニカム基板１０１とカバー基板１０２との間の距離を規定値に固定するために設けられる。そのため、スペーサ１０３には厚みが管理された材料（たとえば両面テープ）を用いることが望ましい。複数の集積キット１０を準備した場合に、スペーサ１０３を設けることで、レーザ光線ＬがサンプルＳＰ内を通過する距離（光路長）が共通の値となる。これにより、サンプルＳＰを透過したレーザ光線Ｌの強度ばらつきを低減する（言い換えると、すべての集積キット１０の測定条件を揃える）ことが可能になる。

【0054】

なお、スペーサ１０３は、ハニカム基板１０１およびカバー基板１０２のうちの一方と一体形成されていてもよい。また、ハニカム基板１０１およびカバー基板１０２の形状は、平板形状に限定されるものではない。ハニカム基板１０１およびカバー基板１０２は、サンプルＳＰを保持するための内部空間が形成された容器の一部であってもよい。

【0055】

図６は、ハニカム基板１０１の構成を模式的に示す図である。図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿うハニカム基板１０１の断面図である。図６および図７ではサンプルＳＰの図示を省略している。図６を参照して、ハニカム基板１０１は、基板１０４と、ハニカム高分子膜１０５と、薄膜１０６とを含む。

【0056】

基板１０４は、薄膜１０６によるレーザ光線Ｌの光熱変換（後述）に影響を与えない材料により形成されている。そのような材料としては透明樹脂、ガラスなどが挙げられる。本実施の形態では透明樹脂が基板１０４として用いられる。

【0057】

ハニカム高分子膜１０５は、ハニカム構造体が基板１０４上に配置された高分子膜である。ハニカム高分子膜１０５の材料には、有機溶媒（疎水性溶媒）に溶解可能な高分子が用いられる。本実施の形態ではポリスチレンがハニカム高分子膜１０５の基質として用いられる。この基質には、親水基および疎水基の両方を有する微量の両親媒性ポリマーが添加されている。

【0058】

薄膜１０６は、ハニカム高分子膜１０５上に形成されている。薄膜１０６は、レーザモジュール４からのレーザ光線Ｌを吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換する。薄膜１０６の材料は、レーザ光線Ｌの波長域（この例では近赤外域）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。本実施の形態では、膜厚がナノメートルオーダー（具体的には、たとえば４０ｎｍ～５０ｎｍ）の金薄膜が薄膜１０６として形成されている。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できる。なお、薄膜１０６は、基板１０４全面に形成されていなくてもよく、基板１０４の少なくとも一部に形成されていればよい。

【0059】

薄膜１０６が金薄膜である場合、金薄膜表面の自由電子は表面プラズモンを形成し、レーザ光線Ｌ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、金薄膜は熱を発生する。以下では、この効果を「光発熱効果」とも称する。

【0060】

薄膜１０６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１０６の材料は、レーザ光線Ｌ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１０６の厚みは、レーザ出力ならびに薄膜１０６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。薄膜１０６が形成された領域は、本開示に係る「光熱変換領域」に相当する。

【0061】

薄膜１０６は、ハニカム高分子膜１０５の構造を反映してハニカム構造を有する。そのため、図７に示すように、薄膜１０６には、複数の微小物体が捕捉される複数の細孔１０７と、各々が複数の細孔１０７のうちの隣接する細孔間を互いに隔てる複数の隔壁１０８とが形成されている（ハニカム基板１０１の詳細な構成については特許文献２参照）。薄膜１０６は、複数の細孔１０７と、複数の隔壁１０８の上部とのうちの少なくとも一部を覆うように設けられている。

【0062】

＜単一照射モードと多点照射モード＞
図２および図３を再び参照して、以下では、レーザ光線Ｌの出射方向（ｚ方向）に沿ってレーザモジュール４の先端（レンズ４５の凸面）から集積キット１０の上面までの距離を「照射距離Ｄ」と呼ぶ。図１にて説明したように、調整機構３は、光源ステージ２のｚ方向の位置をコントローラ９からの指令に応じて調整可能に構成されている。したがって、コントローラ９は、調整機構３を制御することによって照射距離Ｄを任意の値に設定できる。

【0063】

実施の形態１に係る検出システム１００は、照射距離Ｄの設定により、「単一照射モード」と「多点照射モード」との切り替えが可能に構成されている。単一照射モードとは、単一のレーザ光線ＬをサンプルＳＰに照射する制御モードである。多点照射モードとは、多数（２以上）のレーザ光線ＬをサンプルＳＰに照射する制御モードである。

【0064】

図８は、単一照射モードと多点照射モードとの切替手法を説明するための図である。図２および図８を参照して、レーザモジュール４の先端から上方に出射された複数のレーザ光線Ｌは、レンズ４５近傍では別々であるが、それよりも上方で互いに交わって集光点Ｆを形成する。そして、複数のレーザ光線Ｌは、集光点Ｆよりもさらに上方では再び別々に分かれる。

【0065】

集光点Ｆの位置が集積キット１０の上面と一致するようにコントローラ９が照射距離Ｄを設定すると、集積キット１０には単一のレーザ光線Ｌが照射されることとなる。すなわち、集積キット１０への単一照射が実現される（単一照射モード）。

【0066】

これに対し、集光点Ｆの位置が集積キット１０の上面よりも下方になるようにコントローラ９が照射距離Ｄを設定すると、集積キット１０には複数のレーザ光線Ｌが照射されることとなる。すなわち、集積キット１０への多点照射が実現される（多点照射モード）。なお、この例では図示しないが、集光点Ｆの位置が集積キット１０の上面よりも上方になるようにコントローラ９が照射距離Ｄを設定することで多点照射を実現してもよい。

【0067】

また、多点照射モードにおいて、集積キット１０の上面の位置での複数のレーザ光線Ｌ間の間隔を「スポット間隔」と呼ぶ。スポット間隔は、集積キット１０の上面の位置が集光点Ｆよりも上方に向かうに従って広くなる。したがって、コントローラ９は、調整機構３の制御により照射距離Ｄを調整することで、スポット間隔を所望の値に設定することも可能である。

【0068】

＜集積メカニズム＞
図９は、単一照射モードにおける微小物体の集積メカニズムを説明するための図である。レーザ光線Ｌの照射を開始すると、レーザスポットでの薄膜１０６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サンプルＳＰの分散媒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。マイクロバブルＭＢは時間の経過とともに成長する。

【0069】

レーザスポットに近いほど分散媒の温度は高くなる。つまり、光照射により分散媒中に温度勾配が生じる。この温度勾配に起因して、分散媒中に規則的な熱対流（浮力対流）が定常的に発生する。単一照射時に発生する熱対流の方向は、参照符号ＨＣを付して示すように、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。

【0070】

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。マイクロバブルＭＢが生じた領域の上方に存在する分散媒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分散媒がマイクロバブルＭＢに向けて流入する。

【0071】

微小物体Ｘは、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１０６との間には、対流の流速がほぼゼロとなる領域（よどみ領域）が生じるところ、熱対流に乗って運ばれてきた微小物体Ｘは、よどみ領域に滞留して集積される。その後、レーザ光線Ｌの照射を停止すると、熱対流は弱まり、やがて止まる。

【0072】

図１０は、多点照射モードにおける微小物体Ｘの集積メカニズムを説明するための図である。ただし、図１０では紙面が煩雑になるのを避けるため、２本のレーザ光線Ｌのみが図示されている。

【0073】

多点照射モードにおいては、多数のレーザスポットの各々の近傍にマイクロバブルＭＢが発生する。ただし、スポット間隔によっては、隣接するマイクロバブルＭＢ同士が成長の過程で融合し得る。そのため、多点照射モードでは、最大でレーザスポットの数と同数のマイクロバブルＭＢが残る。多点照射モードにおいても単一照射モードと同様に微小物体Ｘが熱対流により運ばれ、各マイクロバブルＭＢのよどみ領域に滞留して集積される。

【0074】

本発明者らが得た知見によれば、多点照射モードでは、隣接するマイクロバブルＭＢの間隙に向けて速い対流が生じる。この対流の影響により、隣接するマイクロバブルＭＢの間に生じるよどみ領域に多くの微小物体Ｘが集積される。その結果、単一照射モードと多点照射モードとの間でレーザ出力などの光照射条件を揃えた場合、多点照射モードの方が微小物体Ｘの集積量が多くなり得る。

【0075】

＜集積フロー＞
図１１は、実施の形態１における微小物体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おけるステップＳ１０４以降の各ステップは、基本的にはコントローラ９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コントローラ９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、コントローラ９は、本開示に係る「演算部」および「制御部」の両方に相当する。ただし、本開示に係る「演算部」と「制御部」とは別々の機器であってもよい。

【0076】

ステップＳ１０１において、微小物体が分散した液体であるサンプルＳＰが準備される。準備されたサンプルＳＰは集積キット１０に導入される（ステップＳ１０２）。より具体的には、所定量のサンプルＳＰがハニカム基板１０１上に滴下される。そして、そのサンプルＳＰの上からカバー基板１０２が設置される。このようにして測定準備が整えられた集積キット１０はサンプルホルダ６上に設置される（ステップＳ１０３）。

【0077】

ステップＳ１０４において、コントローラ９は、ユーザ操作に基づき、単一照射モードおよび多点照射モードのうちのいずれか一方の制御モードを選択する。多点照射モードが選択された場合、スポット間隔についてもユーザが設定可能とすることができる。

【0078】

適切な光源ステージ２の位置および高さ（照射距離Ｄ）が制御モード（単一照射モードまたは多点照射モード）毎に予め決められている。コントローラ９は、選択された制御モードに応じて調整機構３を制御することで光源ステージ２の位置を調整する（ステップＳ１０５）。なお、すべてのレーザ光線Ｌが集光する集光点Ｆの鉛直方向の位置は、レーザモジュール４の仕様（レーザ光線Ｌの波長、ならびに、光導波路４４およびレンズ４５の形状等）から既知である。よって、コントローラ９は、光源ステージ２の高さを初期高さから適宜調整することで、照射距離Ｄを所望の値に設定できる。

【0079】

ステップＳ１０６において、コントローラ９は、レーザ光線Ｌの照射を開始するようにドライバ５を制御する。コントローラ９は、集積キット１０へのレーザ光線Ｌの照射を規定時間だけ継続する（ステップＳ１０７）。規定時間は、典型的には数十秒～数分程度であり、ユーザが設定できる。この光照射に伴って微小物体が集積される。規定時間の光照射後に、コントローラ９は、集積キット１０へのレーザ光線Ｌの照射を停止するようにドライバ５を制御する（ステップＳ１０８）。

【0080】

ステップＳ１０６～Ｓ１０８の実行中、コントローラ９は、レーザ光線Ｌの検出信号を受光器８から連続的または断続的に取得する。ステップＳ１０９において、コントローラ９は、検出信号の時間変化に基づいて、レーザ光線Ｌの照射により集積された微小物体の量（集積量）を算出する。この算出手法については後述する。これにより、一連の処理が終了する。

【0081】

＜集積量算出＞
続いて、微小物体を集積し、その集積量を算出した結果について、実際の測定結果を基に説明する。ここでは微小物体の例示的形態として樹脂ビーズが採用される。樹脂ビーズの材料はポリスチレンである。ただし、樹脂ビーズの材料はこれに限定されるものではなく、アクリル、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等であってもよい。

【0082】

図１２は、受光器８からの検出信号の時間変化の一例を示す図である。図１２および後述する図１４において、横軸は経過時間を表す。縦軸は、受光器８からの検出信号の強度を表す。

【0083】

図１２に示す測定例では、サンプルＳＰにおける樹脂ビーズの濃度は１．０１×１０^８［particles／ｍＬ］であった。樹脂ビーズの直径は１．０μｍであった。なお、この樹脂ビーズには蛍光色素は含まれていない。サンプルＳＰの液量は２０μＬであった。サンプルＳＰに照射されるレーザ光線Ｌの出力（レーザ出力）は１８０ｍＷであった。レーザ光線Ｌの照射時間を１８０秒とした。

【0084】

図１２を参照して、レーザ出力が安定するのにレーザ光線Ｌの照射を開始してから３０秒間程度の時間を要した。レーザ出力の安定化後、検出信号の強度は時間の経過とともに次第に減少した。１８０秒間の照射時点では、検出信号の強度は略一定であった。

【0085】

図１３は、レーザ光線Ｌの照射停止時におけるサンプルＳＰの透過像である。この画像は、図示しない撮影機器（イメージセンサ）を用いてサンプルＳＰを下方から撮影することで取得したものである。図１３に示すように、レーザ光線Ｌの照射箇所（レーザスポット）の周囲に微小物体Ｘ（樹脂ビーズ）の集積が確認された。

【0086】

図１４は、３種類のサンプルＳＰを用いた場合の受光器８からの検出信号を比較するための図である。この例では、樹脂ビーズを含まない超純水のみのサンプルと、樹脂ビーズの濃度が１．０１×１０^８［particles／ｍＬ］のサンプルと、樹脂ビーズの濃度が１．０１×１０^９［particles／ｍＬ］のサンプルとを準備した。これらのサンプルを順に、「超純水サンプル」、「低濃度サンプル」および「高濃度サンプル」と呼ぶ。いずれのサンプルにおいても液量は２０μＬであった。レーザ光線Ｌの出力（レーザ出力）は１８０ｍＷであった。レーザ光線Ｌの照射時間を１８０秒とした。

【0087】

図１４を参照して、超純水サンプルでは、検出信号の強度は、ほぼ一定値であった。低濃度サンプルでは、検出信号の強度が時間の経過とともにわずかに低下した。高濃度サンプルでは、低濃度サンプルと比べて、時間経過に伴い検出信号の強度が、より顕著に低下した。

【0088】

レーザ光線Ｌの照射開始時刻を基準として５０秒から１５０秒までの期間について、各サンプルの検出信号の時間関数（検出信号の減少レート）を最小二乗法により線形回帰し、近似直線の傾きを算出した。その結果、超純水サンプルにおける近似直線の傾きは、－１．６８であった。低濃度サンプルにおける近似直線の傾きは、－２．１８であった。高濃度サンプルにおける近似直線の傾きは、－１１．０４であった。なお、これらの値は、サンプル毎に３回実施した測定結果の平均値である。

【0089】

このように、受光器８から取得される検出信号の減衰の様子を追跡することにより、サンプルＳＰに含有される樹脂ビーズの濃度を定量的に算出できる。具体的には、樹脂ビーズの濃度と近似直線の傾きとの間の相関関係を事前に実験的に求める。そして、その相関関係をテーブルまたはマップ等としてまとめ、コントローラ９のメモリに格納しておく。これにより、受光器８からの検出信号から近似直線の傾きを算出し、近似直線の傾きから樹脂ビーズの濃度を算出することが可能になる。

【0090】

図１５は、３種類のサンプルＳＰにおける樹脂ビーズの集積結果を示す画像である。図１５において、低濃度サンプルでは、マイクロバブルＭＢの中央部分に生じるよどみ領域に樹脂ビーズ（微小物体Ｘ）が集積している様子を確認できた。高濃度サンプルでは、よどみ領域に加えて、マイクロバブルＭＢの周囲にも多数の樹脂ビーズが集積している様子を確認できた。マイクロバブルＭＢの周囲への樹脂ビーズの集積が、検出信号が大きく減衰した要因であると考えられる。

【0091】

以上のように、実施の形態１においては、微小物体が分散したサンプルＳＰへのレーザ光線Ｌの照射により微小物体が集積される。この集積中に、サンプルＳＰを透過したレーザ光線Ｌの検出信号（透過量）の推移が受光器８を用いて取得される。実施の形態１では、レーザ光線Ｌの検出信号の減少レート（近似直線の傾き）と微小物体の集積量との間の相関関係が予め求められている。したがって、実施の形態１によれば、レーザ光線Ｌを液体中の微小物体を集積するのに用いつつ、レーザ光線Ｌの検出信号の減少レートを算出することで、微小物体の集積量を求めることができる。

【0092】

レーザ光線Ｌの検出信号の絶対値は、必ずしも微小物体の集積量を表さない。このことは図１４に示した測定結果において、たとえば低濃度サンプルにおけるレーザ光線Ｌの強度が超純水サンプルにおけるレーザ光線Ｌの強度よりも大きいことから理解されるであろう。これは、レーザ光線Ｌの強度の絶対値には、光照射により生成されるマイクロバブルＭＢのサイズの違いなど、様々な要因が影響し得るためと考えられる。実施の形態１によれば、検出信号の絶対値ではなく検出信号の減少レート（すなわち検出信号の時間変化）を用いることにより、微小物体の集積量を定量的に評価することが可能になる。

【0093】

［実施の形態１の変形例］
図１５にて説明した例ではレーザ光線Ｌの検出信号の減少レートを使用したが、微小物体の集積量の算出に使用可能なパラメータはこれに限定されない。以下では、レーザ光線Ｌの照射前および照射後における検出信号の強度比（より具体的には減衰率）を使用する例について説明する。

【0094】

図１６は、樹脂ビーズの個数と検出信号の減衰率との間の関係を示す図である。図１６において、横軸は樹脂ビーズの個数を対数目盛で表す。縦軸は、受光器８からの検出信号の減衰率を表す。

【0095】

検出信号の減衰率は下記式（１）に従って算出され得る。式（１）では、レーザ光線Ｌの照射開始時（時刻０秒）における検出信号の強度をＲＸ１と記載し、レーザ光線Ｌの照射終了時（時刻１８０秒）における検出信号の強度をＲＸ２と記載している。式（１）から理解されるように、検出信号の減衰率は、レーザ光の照射開始後に取得された２回の検出信号の強度比の一例（より広義には検出信号の時間変化の一例）である。

【0096】

減衰率＝１００×（１－ＲＸ２／ＲＸ１） ・・・（１）
図１６より、樹脂ビーズの個数（濃度であってもよい）と検出信号の減衰率との間の相関関係を片対数グラフ上にプロットした場合、高い直線性を示すことが分かる。このような直線性を有する相関関係を事前に求め、コントローラ９のメモリに格納しておく。これにより、検出信号の減衰率から樹脂ビーズの個数を算出できる。

【0097】

図１７は、実施の形態１の変形例における微小物体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おけるステップＳ２０１～Ｓ２０５の処理は、実施の形態１における対応する処理（図１１参照）と同様であるため、説明は繰り返さない。

【0098】

コントローラ９は、Ｓ２０４にて選択された制御モードに応じて、光源ステージ２の位置を調整するように調整機構３を制御する（ステップＳ２０５）。そして、Ｓ２０６において、コントローラ９は、微小物体の集積前における透過光の強度を測定するための微弱なレーザ光線ＬをサンプルＳＰに照射するように、ドライバ５を制御する。すなわち、コントローラ９は、検出信号の強度ＲＸ１を取得する。このときのレーザ出力は、微小物体の集積用のレーザ出力と比べて、たとえば１～２桁程度（あるいはそれ以上）小さな値に設定できる。一例として、微小物体の集積用のレーザ出力が１８０ｍＷであるのに対し、透過光の強度測定用のレーザ出力は３ｍＷに設定できる。

【0099】

続くステップＳ２０７～Ｓ２０９において、コントローラ９は、微小物体を集積するためのレーザ光線ＬをサンプルＳＰに照射するように、ドライバ５を制御する。これらの処理は、実施の形態１におけるＳ１０６～Ｓ１０８の処理と同様である。

【0100】

Ｓ２１０において、コントローラ９は、微小物体の集積後における透過光の強度を測定するための微弱なレーザ光線ＬをサンプルＳＰに照射するように、ドライバ５を制御する。すなわち、コントローラ９は、検出信号の強度ＲＸ２を取得する。微小物体の集積後における透過光の強度測定用のレーザ出力は、微小物体の集積前における透過光の強度測定用のレーザ出力と等しい値に設定することが望ましい。これにより、一連の処理が終了する。

【0101】

このフローチャートでは、微小物体を集積するためのレーザ光線Ｌと、透過光の強度を測定するためのレーザ光線Ｌとが別々である例について説明した。しかし、透過光の強度を測定するためのレーザ光線Ｌの照射を省略し、微小物体を集積するためのレーザ光線Ｌの透過光の強度を微小物体の集積前と集積後とに測定してもよい。

【0102】

以上のように、本変形例においては、サンプルＳＰを透過したレーザ光線Ｌの検出信号について、微小物体の集積開始前の強度ＲＸ１と集積終了後の強度ＲＸ２との強度比（減衰率）が取得される。本変形例では、レーザ光線Ｌの検出信号の減衰率（式（１）参照）と微小物体の集積量との間の相関関係が予め求められている。したがって、本変形例によれば、レーザ光線Ｌを液体中の微小物体を集積するのに用いつつ、レーザ光線Ｌの検出信号の減衰率を算出することで、微小物体の集積量を求めることができる。

【0103】

なお、２回の検出信号の取得タイミング（透過光の強度の測定タイミング）は、微小物体の集積前および集積後に限定されず、微小物体の集積中であってもよい。たとえば、１回目を微小物体の集積前に測定し、２回目を微小物体の集積中（たとえば終了直前）に測定してもよい。また、１回目も２回目も微小物体の集積中（たとえば開始直後および終了直前）に測定してもよい。あるいは、１回目を微小物体の集積中（たとえば開始直後）に測定し、２回目を微小物体の集積後に測定してもよい。このように、光照射に伴って任意のタイミングで取得される２回の検出信号の強度比を算出すればよい。

【0104】

［実施の形態２］
一般に、微生物等の生体試料を観察する際には蛍光イメージング法が広く用いられている。実施の形態２においては、実施の形態１（または、その変形例）にて説明したような微小物体の集積量の定量評価手法を蛍光イメージング法と組み合わせる例について説明する。この測定例では、蛍光ビーズを微小物体として用いた。この蛍光ビーズは、ＹＧ（Yellow Green）の蛍光色素を含む。蛍光ビーズの材料はポリスチレンであった。蛍光ビーズの直径は１．０μｍであった。なお、微小物体は、蛍光色素により染色された微生物（細菌等）であってもよい。

【0105】

図１８は、実施の形態２に係る微小物体の検出システムの構成の特徴を説明するための図である。実施の形態２に係る微小物体の検出装置は、レーザモジュール４に加えて蛍光光源４９をさらに備える点、および、マスク８１をさらに備える点において、実施の形態１に係る微小物体の検出装置１の構成（図１～図４参照）と異なる。この場合、レーザモジュール４および蛍光光源４９が本開示に係る「光源部」に相当する。実施の形態２に係る微小物体の検出装置のそれ以外の構成は、検出装置１の対応する構成と同等であるため、説明は繰り返さない。

【0106】

蛍光光源４９は、レーザモジュール４とともに光源ステージ２上に設置されている。蛍光光源４９は、蛍光ビーズ内の蛍光色素を励起するための励起光Ｌ０（たとえば青色の波長の光）を発する。励起光Ｌ０の照射により蛍光ビーズから蛍光（たとえば緑色の波長の光）が発せられる。この測定で使用した蛍光ビーズに関しては、励起光Ｌ０の極大波長は４４１ｎｍであり、蛍光の極大波長は４８６ｎｍであった。この例では、蛍光光源４９はＬＥＤ（Light Emitting Diode）であるが、水銀ランプなどの他の種類の光源であってもよい。

【0107】

なお、レーザモジュール４と蛍光光源４９とが一体的に形成されていてもよい。より具体的には、レーザモジュール４が、蛍光ビーズを集積するための光源と、蛍光色素を励起するための光源とを兼ねていてもよい。つまり、レーザモジュール４が、蛍光色素の励起光Ｌ０（たとえば、近赤外光に代えて青色光）を発するとともに、その励起光Ｌ０により薄膜１０６の光発熱効果を生じさせてもよい。そうすることで、レーザモジュール４からの光を、液体中の微小物体の集積と、検出信号の時間変化に基づく微小物体の集積量の算出と、蛍光像の撮影とに共通して用いることができる。

【0108】

マスク８１は、受光器８の下面に設けられている。マスク８１は、蛍光ビーズから発せられた蛍光のうち受光器８への取り込みが不要な光（迷光）をカットする。これにより、蛍光に対する受光器８の感度が向上する。

【0109】

なお、この例では蛍光像を撮影するため、受光器８はマルチピクセル型の光検出器（ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサなど）である。しかし、蛍光像は、蛍光ビーズの集積の様子を確認するために用いられ、蛍光ビーズの集積量の算出には用いられない。したがって、実施の形態２においてもシングルピクセル型の受光器８（フォトダイオードなど）を採用可能である。

【0110】

この測定例でも３種類のサンプルＳＰを準備した。第１のサンプルは、蛍光ビーズの個数が２．０２×１０^４個のサンプルであった。第２のサンプルは、蛍光ビーズの個数が２．０２×１０^５個のサンプルであった。第３のサンプルは、蛍光ビーズの個数が２．０２×１０^６個のサンプルであった。以下、これらの第１～第３のサンプルを順に「基準サンプル」、「濃度１０倍サンプル」および「濃度１００倍サンプル」と呼ぶ。いずれのサンプルにおいても液量は２０μＬであった。レーザ光線Ｌの出力（レーザ出力）は１８０ｍＷであった。レーザ光線Ｌの照射時間を１８０秒とした。

【0111】

図１９は、レーザ光線Ｌの照射停止時における各サンプルの蛍光像を示す図である。図中、破線で示す正方形領域が受光器８による測光領域（マスク８１が設けられていない領域）である。中央に実線で示す円形領域がレーザ光線Ｌの照射領域（レーザスポット）である。

【0112】

図１９より、蛍光ビーズの濃度が高くなるに従って、蛍光ビーズの集積を表す輝点の数（集積された蛍光ビーズの面積）が増加することが分かる。そのため、蛍光ビーズの濃度が高くなるに従って検出信号の強度が増強される。よって、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、検出信号の変化（検出信号の増加レート）から近似直線の傾きを算出し、近似直線の傾きから蛍光ビーズの濃度を算出できる。また、実施の形態１の変形例と同様に、検出信号の変化に伴う検出信号の強度比（減衰率など）から蛍光ビーズの濃度を算出することも可能である。

【0113】

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。本開示の範囲は、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。

【符号の説明】

【0114】

１ 検出装置、２ 光源ステージ、３ 調整機構、４ レーザモジュール、５ ドライバ、６ サンプルホルダ、７ フィルタ、８ 受光器、８１ マスク、９ コントローラ、１０ 集積キット、１００ 検出システム、１０１ ハニカム基板、１０２ カバー基板、１０３ スペーサ、１０４ 基板、１０５ ハニカム高分子膜、１０６ 薄膜、１０７ 細孔、１０８ 隔壁、４１ 基板、４１１ 電極、４２ 面発光素子、４２１ 発光領域、４２２ 電極パッド、４４１ コア、４４２ クラッド、４３ 接合部材、４４ 光導波路、４５ レンズ、４９ 蛍光光源、Ｘ 微小物体、ＳＰ サンプル。

【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】