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特表2024-527323流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する方法および装置、ならびにコンピュータプログラム製品およびコンピュータ可読記憶媒体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-24
(54)【発明の名称】流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する方法および装置、ならびにコンピュータプログラム製品およびコンピュータ可読記憶媒体
(51)【国際特許分類】
G01N 15/10 20240101AFI20240717BHJP
【ＦＩ】
G01N15/10 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023580711
(86)(22)【出願日】2021-07-30
(85)【翻訳文提出日】2024-02-16
(86)【国際出願番号】 EP2021071392
(87)【国際公開番号】W WO2023274565
(87)【国際公開日】2023-01-05
(31)【優先権主張番号】21182612.8
(32)【優先日】2021-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】301033396
【氏名又は名称】マックス－プランク－ゲゼルシャフト ツール フォーデルング デル ヴィッセンシャフテン エー．ヴェー．
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ストエフ イリヤ
(72)【発明者】
【氏名】マジェッリ ニコラ
(72)【発明者】
【氏名】クレイシング モーリッツ
(57)【要約】
本発明は、流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する方法に関し、特異動的局所加熱イベントにより流体内で流体力学的な流れの不均一場が生成され、流体力学的な流れにより、粒子が空間的に操作され、流体内の粒子（１または複数）の空間的構成が撮影され、粒子（１または複数）の撮影された空間的構成を評価することで、粒子（１または複数）に掛かる少なくとも１つの力が決定される。本発明はさらに、流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する装置、コンピュータプログラム製品、およびコンピュータ可読記憶媒体に関する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する方法であって、特異動的局所加熱イベントにより流体（１２）内で流体力学的な流れの不均一場
【数1】
前記流体力学的な流れにより、前記粒子（ｐ）が空間的に操作されることと、
前記流体（１２）内の前記粒子（１または複数）（ｐ）の空間的構成を撮影することと、
前記粒子（１または複数）（ｐ）の前記撮影された空間的構成を評価することで、前記粒子（１または複数）（ｐ）に掛かる少なくとも１つの力（Ｆ）を決定することと、を含む方法。
【請求項2】
前記流体力学的な流れ場【数2】
【数3】
【請求項3】
前記流体（１２）は、水である、または水を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
操作される前記粒子（１または複数）（ｐ）は、生物学的粒子、細胞、ウイルス、組織片、金属粒子、複合材料粒子、ポリマー粒子、ナノ粒子、球体ビード、磁気ビード、テザー型分子、細胞小器官、自身がたんぱく質、ＲＮＡ、またはその他生体分子を含有する分相液滴、テザー型分子の内の少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記流体（１２）の前記動的局所加熱は、レーザまたは赤外線レーザ、あるいは少なくとも１つの赤外線発光ダイオードにより実現されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記流体（１２）内の経路に沿って、前記レーザの焦点ボリュームを繰り返し走査することで、前記流体（１２）の前記動的局所加熱イベントが生じることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記流体（１２）に適用される特異動的局所加熱イベントの決定は、以下・前記流体内の２次元走査経路、
・前記流体内の３次元走査経路、
・レーザ強度、
・レーザ走査速度、
・前記レーザの走査周波数、
・前記走査経路の走査回数、
の内の少なくとも１つの決定を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
操作される前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）に加熱照射が当たらないように、前記レーザが走査される前記経路が選択されることを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
連続した走査間で、前記試料内の温度場が緩和され得るように、前記繰り返し走査の走査速度が選択されることを特徴とする、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項10】
前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）を空間的に操作することは、・前記流体（１２）内の指定目標位置（Ｓ、Ｔ１、Ｔ２）に向けて、指定粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）を押す、または動かすことと、
・前記流体（１２）内の指定経路に沿って、指定粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）を動かすことと、
・指定粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）を、前記流体（１２）内の指定目標位置（Ｓ、Ｔ１、Ｔ２）に留めることと、
・指定粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）を、前記流体（１２）内の指定目標配向（Ｓ、Ｔ１、Ｔ２）に留めることと、
・前記流体（１２）内の指定目標配向（１または複数）（Ｓ、Ｔ１、Ｔ２）に向けて、指定粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）を押す、または動かすことと、
の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項11】
前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の前記実際の空間的構成を撮影することは、以下・前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の１次元位置、
・前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の２次元位置、
・前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の３次元位置、
・平面内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の配向測定、
・空間内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の３次元配向測定、
の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
前記流体力学的な流れの不均一場【数4】
【請求項13】
前記よどみ点（Ｓ）からの前記少なくとも１つの粒子（ｐ）の実際の位置のずれ（δｒ）が観測され、前記ずれ（δｒ）に応じて、前記粒子（ｐ）に掛かる力が決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
少なくとも１つのよどみ点（Ｓ）を含む前記流体力学的な流れの不均一場は、前記よどみ点（Ｓ）に向かって反対方向の少なくとも２つの流体力学的な流れ（ｆ）により生成されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項15】
前記反対方向の少なくとも２つの流体力学的な流れ（ｆ）は、前記よどみ点（Ｓ）周りに平面内で回転させられることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記反対方向の少なくとも２つの流体力学的な流れ（ｆ）が印加される方位角方向は、前記粒子（ｐ）の撮影された空間的構成に応じて、特に、前記よどみ点（Ｓ）に関して、測定された前記粒子（１または複数）（ｐ）の方位角および動径座標の内の少なくとも１つに応じて選択されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
少なくとも１つの外力（Ｆｅｘｔ）が前記粒子（ｐ）に印加されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項18】
前記外力（Ｆｅｘｔ）は、・磁力、
・静電力、
・重力、
・特に光ピンセットである光トラップにより生成される力、
・例えばテザー型ポリマーである、テザー型分子により掛かる力、
の内の少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記外力（Ｆｅｘｔ）は、少なくとも指定期間において、時間に依存するか一定であることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項20】
前記粒子（ｐ）に掛かる前記力は、前記外力（Ｆｅｘｔ）との比較により較正されることを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項21】
前記粒子（ｐ）に掛かる前記力（Ｆ）は、例えば、よどみ点近傍の前記粒子（ｐ）の横方向位置と、前記流体（１２）の温度との統計的分布の評価により決定されることを特徴とする、請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項22】
少なくとも２つの粒子（ｐ１、ｐ２）が同時に空間的に操作され、および／または、少なくとも２つの粒子に掛かる力が同時に決定されることを特徴とする、請求項１から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項23】
少なくとも１つの粒子（ｐ）について、各粒子（ｐ）に掛かるトルクが決定されることを特徴とする、請求項１から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項24】
前記流体（１２）は、粒子、例えば、前記流体力学的な流れ場を撮影可能とする蛍光粒子を含むことを特徴とする、請求項１から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項25】
前記特異局所加熱イベントは、前記粒子（１または複数）の最近撮影された空間的構成と、
最近撮影された流体力学的な流れ場と、
の内の少なくとも１つに応じて決定されることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記流体（１２）内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の少なくとも１つの目標空間的構成（Ｔ１、Ｔ２）が定義され、以下ａ）前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の実際の空間的構成を撮影することと、
ｂ）前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成と、前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の目標構成（Ｔ１、Ｔ２）に応じて、前記流体（１２）に適用される特異動的局所加熱イベントを決定することと、
ｃ）ステップｂ）で決定された前記特異動的局所加熱イベントを前記流体（１２）に少なくとも一度適用することと、
ｄ）ステップａ）からｃ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返すことと、
というさらなるステップが実施されることを特徴とする、請求項１から２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項27】
前記流体（１２）内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の前記目標空間的構成は、・前記流体（１２）内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の指定目標位置（１または複数）（Ｔ１、Ｔ２）、特によどみ点、
・前記流体（１２）内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の１または複数の指定目標速度（Ｔ１、Ｔ２）、
・前記流体（１２）内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の指定目標配向（１または複数）（Ｔ１、Ｔ２）、
・前記流体（１２）内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の指定目標回転速度（１または複数）（Ｔ１、Ｔ２）、
の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記流体（１２）内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の前記目標空間的構成は、・前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の１次元位置測定、
・前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の２次元位置測定、または
・前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の３次元位置測定
であることを特徴とする、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項29】
前記粒子（ｐ、ｐ１、ｐ２）の最近の実際の空間的構成と、前記粒子（ｐ、ｐ１、ｐ２）の目標構成（Ｔ１、Ｔ２）とに基づいて、費用関数が計算され（Ｓ０５、Ｓ１２）、特に、ステップｂ）で決定される前記特異動的局所加熱イベントは、前記費用関数に応じて決定されることを特徴とする、請求項２６から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項30】
データベース内に、以下のデータ・前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の前の実際の空間的構成、
・少なくとも各実際の空間的構成および目標構成（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて決定された、前記流体（１２）に適用された、前の動的局所加熱イベント、
・前記流体（１２）に適用された各動的局所加熱イベントにより生じた、前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の前記実際の空間的構成の変化、
が記憶され、
前記流体（１２）に適用される未来の動的局所加熱イベントは、前記データベースに記憶された前記データの少なくとも一部を使用して計算されることを特徴とする、請求項２６から２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項31】
前記流体（１２）に適用される未来の動的局所加熱イベントは、機械学習を使用して計算されることを特徴とする、請求項１から３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項32】
操作および分析される前記粒子はテザー型分子であり、前記流体（１２）内で少なくとも２つのよどみ点を有する流れ場が生成され、
前記テザー型分子の少なくとも２つの部位、例えば、前記テザー型分子の末端粒子（ｐ１、ｐ２）は、前記流体力学的な流体により前記よどみ点（Ｓ１、Ｓ２）内に保持されることを特徴とする、請求項１から３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項33】
流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する装置であって、前記流体（１２）および前記粒子（ｐ）を収容する容器（１０）と、
特異動的局所加熱イベント（１２）により、前記流体（１２）内に流体力学的な流れの不均一場を生成する加熱デバイス（２０）と、
前記容器（１０）内で前記粒子（１または複数）（ｐ）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するデバイス（４０）と、
制御部（６０）であって、
・前記加熱デバイス（２０）および前記粒子（１または複数）（ｐ）の空間的構成の少なくとも一部を撮影する前記デバイス（４０）を制御し、
・前記粒子（１または複数）（ｐ）の空間的構成の少なくとも一部を撮影する前記デバイス（４０）からのデータ（５２）を評価し、
・前記粒子の前記空間的構成を評価することで、前記粒子（ｐ）に掛かる少なくとも１つの力を決定する
制御部（６０）と、
を備える、装置。
【請求項34】
前記粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影する前記デバイスは、・撮像デバイス、
・レンズのないカメラ、
・象限フォトダイオード、
の内の少なくとも１つであることを特徴とする、請求項３３に記載の装置。
【請求項35】
請求項１から３１のいずれか１項に記載の方法を実行するように設計される、請求項３３または３４に記載の装置。
【請求項36】
前記容器（１０）は、前記流体（１２）の温度を制御する手段を有することを特徴とする、請求項３３から３５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項37】
前記加熱デバイス（２０）は、前記動的局所加熱用のエネルギーを提供するレーザ（２２）と、前記流体内の可変である位置に加熱レーザ照射を中継する、スキャナ（２６）を含む光学的手段と、を有することを特徴とする、請求項３３から３６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項38】
前記撮像デバイス（４０）は顕微鏡であることを特徴とする、請求項３３から３７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項39】
前記顕微鏡は、以下の技術、すなわち、蛍光顕微鏡検査、多光子蛍光顕微鏡検査、広視野顕微鏡検査、走査型顕微鏡検査、暗視野顕微鏡検査、共焦点顕微鏡検査、ライトシート顕微鏡検査、局在化顕微鏡検査、構造化照明顕微鏡検査、光活性局在化顕微鏡検査（ＦＰＡＬＭ）、確率的光学再構成顕微鏡検査（ＳＴＯＲＭ）、誘導放出抑制顕微鏡検査（ＳＴＥＤ）、基底状態除去顕微鏡検査（ＧＳＤ）、飽和パターン励起顕微鏡検査、飽和構造照明顕微鏡検査（ＳＳＩＭ）、ライトフィールド顕微鏡検査（ＬＦＭ）、フーリエライトフィールド顕微鏡検査（ＦＬＦＭ）、斜平面顕微鏡検査（ＯＰＭ）の内の少なくとも１つを実施するように設計されたことを特徴とする、請求項３８に記載の装置。
【請求項40】
前記制御部（６０）は、Ａ）前記容器（１０）内の前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の実際の空間的構成を撮影するために、前記粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するための前記デバイス、特に前記撮像デバイス（４０）を作動し、
Ｂ）前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の少なくとも１つの最近の空間的構成と、前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の事前に定義された目標構成（Ｔ１、Ｔ２）に応じて、前記流体（１２）に適用される特異動的局所加熱イベントに適した前記加熱デバイス（２０）に対する、制御信号を決定し、
Ｃ）ステップＢ）で決定された前記特異動的局所加熱イベントを前記流体（１２）に少なくとも一度適用するために、前記加熱デバイス（２０）を作動し、
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す
ように設計されることを特徴とする、請求項３３から３９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項41】
指示を含むコンピュータプログラム製品であって、前記指示は、前記プログラムが前記制御部（６０）により実行されると、前記制御部（６０）に、
Ａ）前記容器（１０）内の前記粒子（ｐ、ｐ１、ｐ２）の実際の空間的構成を撮影するために、前記粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するための前記デバイス、特に前記撮像デバイス（４０）を作動するステップと、
Ｂ）前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の少なくとも１つの最近の空間的構成と、前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の事前に定義された目標構成（Ｓ、Ｔ１、Ｔ２）に応じて、前記流体（１２）に適用される特異動的局所加熱イベントに適した前記加熱デバイス（２０）に対する、制御信号を決定するステップと、
Ｃ）ステップＢ）で決定された前記特異動的局所加熱イベントを前記流体（１２）に少なくとも一度適用するために、前記加熱デバイス（２０）を作動するステップと、
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返すステップと、
Ｅ）前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の撮影された空間的構成に応じて、粒子（ｐ、ｐ１、ｐ２）に掛かる力を決定するステップと、
を含む方法、特に請求項１から３２のいずれか１項に記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム製品。
【請求項42】
指示を含むコンピュータ可読記憶媒体であって、前記指示は、前記制御部（６０）により実行されると、前記制御部（６０）に、Ａ）前記容器（１０）内の前記粒子（ｐ、ｐ１、ｐ２）の実際の空間的構成を撮影するために、前記粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するための前記デバイス、特に前記撮像デバイス（４０）を作動するステップと、
Ｂ）前記粒子（ｐ、ｐ１、ｐ２）の少なくとも１つの最近の空間的構成と、前記粒子（ｐ、ｐ１、ｐ２）の事前に定義された目標構成（Ｓ、Ｔ１、Ｔ２）に応じて、前記流体（１２）に適用される特異動的局所加熱イベントに適した前記加熱デバイス（２０）に対する、制御信号を決定するステップと、
Ｃ）ステップＢ）で決定された前記特異動的局所加熱イベントを前記流体（１２）に少なくとも一度適用するために、前記加熱デバイス（２０）を作動するステップと、
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返すステップと、
Ｅ）前記粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の撮影された空間的構成に応じて、粒子（ｐ、ｐ１、ｐ２）に掛かる力を決定するステップと、
を含む方法、特に請求項１から３２のいずれか１項に記載の方法を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は主に、流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する方法および装置に関する。さらなる態様において、本発明は、流体内の少なくとも１つの粒子に対する力の測定を支援する、コンピュータプログラム製品およびコンピュータ可読記憶媒体を提供する。
【背景技術】
【0002】
メゾスコピック粒子に掛かる力の測定に光ピンセットを使用することは、材料科学から細胞生物学まで、分野の革新を起こした（非特許文献１～９）。しかし、この技術の適用には、プローブの屈折率に関する所定の前提条件を伴う（非特許文献１０）。さらに、生命過程に対する影響の懸念から、生物学的システムにおけるその利用は限定され得る（非特許文献１１、１２）。
【0003】
粒子の配置に熱粘性流が利用され得る。熱粘性流は、移動温度場に応じた、水性媒体の方向付けられた運動であると説明されており（非特許文献１３）、不均一な粘度場における流体の熱膨張によって引き起こされる突発的な物理現象である。具体的に、熱粘性流は、光学的に定義された経路に沿ってトレーサ粒子または分子によって視覚化された水溶液を運ぶのに使用されている（非特許文献１３、１４）。近年、上述の流れは細胞や発育中の胚でも生成され得、細胞質に浸ったコロイドの配置を制御する能力は限られているものの、細胞質の流れを引き起こすことが示された（非特許文献１５～１７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２００８／０７７６３０号
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Ｇｏｍｅｚ，Ｇ．Ａ．，ＭｃＬａｃｈｌａｎ，Ｒ．Ｗ．＆Ｙａｐ，Ａ．Ｓ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｔｅｎｓｉｏｎ：ｆｏｒｃｅ－ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ ｈｏｍｅｏｓｔａｓｉｓ ｏｆ ｃｅｌｌ－ｃｅｌｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｒｅｎｄｓ Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌ．２１，４９９－５０５（２０１１）．
【非特許文献2】Ｐｅｔｒｉｄｏｕ，Ｎ．Ｉ．，Ｓｐｉｒo，Ｚ．＆Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ，Ｃ．－Ｐ．Ｍｕｌｔｉｓｃａｌｅ ｆｏｒｃｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｎａｔ．Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌ．１９，５８１－５８８（２０１７）．
【非特許文献3】Ｂｅｅｃｈ Ｄａｖｉｄ Ｊ．＆Ｋａｌｌｉ Ａｎｔｒｅａｓ Ｃ．Ｆｏｒｃｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｂｙ Ｐｉｅｚｏ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｎ Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ Ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ Ｄｉｓｅａｓｅ．Ａｒｔｅｒｉｏｓｃｌｅｒ．Ｔｈｒｏｍｂ．Ｖａｓｃ．Ｂｉｏｌ．３９，２２２８－２２３９（２０１９）．
【非特許文献4】Ｇａｒｄｅｌ，Ｍ．Ｌ．，Ｋａｓｚａ，Ｋ．Ｅ．，Ｂｒａｎｇｗｙｎｎｅ，Ｃ．Ｐ．，Ｌｉｕ，Ｊ．＆Ｗｅｉｔｚ，Ｄ．Ａ．Ｃｈａｐｔｅｒ １９ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｃｙｔｏｓｋｅｌｅｔａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ．ｉｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ ｖｏｌ．８９ ４８７－５１９（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，２００８）．
【非特許文献5】Ａｓｈｋｉｎ，Ａ．，Ｄｚｉｅｄｚｉｃ，Ｊ．Ｍ．，Ｂｊｏｒｋｈｏｌｍ，Ｊ．Ｅ．＆Ｃｈｕ，Ｓ．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｂｅａｍ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｆｏｒｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｐ ｆｏｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．１１，２８８－２９０（１９８６）．
【非特許文献6】Ｃａｐｉｔａｎｉｏ，Ｍ．，Ｃｉｃｃｈｉ，Ｒ．＆Ｐａｖｏｎｅ，Ｆ．Ｓ．Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｅｕｒ．Ｐｈｙｓ．Ｊ．Ｂ－Ｃｏｎｄｅｎｓ．Ｍａｔｔｅｒ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｓｙｓｔ．４６，１－８（２００５）．
【非特許文献7】Ｋｏｔｓｉｆａｋｉ，Ｄ．Ｇ．＆Ｃｈｏｒｍａｉｃ，Ｓ．Ｎ．Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，ａｄｖａｎｃｅｓ，ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．Ｎａｎｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ８，１２２７－１２４５（２０１９）．
【非特許文献8】Ｓｔｏｅｖ，Ｉ．Ｄ．，Ｃａｃｉａｇｌｉ，Ａ．，Ｘｉｎｇ，Ｚ．＆Ｅｉｓｅｒ，Ｅ．Ｕｓｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ－ｂｅａｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｍｉｃｒｏｒｈｅｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｌｕｉｄｓ．ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ＸＶ ｖｏｌ．１０７２３ １０７２３２Ｄ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１８）．
【非特許文献9】Ｂｒｏｕｈａｒｄ，Ｇ．Ｊ．，Ｓｃｈｅｋ，Ｈ．Ｔ．＆Ｈｕｎｔ，Ａ．Ｊ．Ａｄｖａｎｃｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｅｌｌｕｌａｒ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．５０，１２１－１２５（２００３）．
【非特許文献10】Ｓｈａｎ，Ｘ．ｅｔ ａｌ．Ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｂｅｙｏｎｄ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｍｉｓｍａｔｃｈ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈｌｙ ｄｏｐｅｄ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｎａｔ．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌ．１６，５３１－５３７（２０２１）．
【非特許文献11】Ｔａｓｓｉｅｒｉ，Ｍ．Ｌｉｎｅａｒ ｍｉｃｒｏｒｈｅｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｏｆ ｌｉｖｉｎｇ ｃｅｌｌｓ ‘ｉｓ ｎｏｔ ａｎ ｏｐｔｉｏｎ’！ Ｓｏｆｔ Ｍａｔｔｅｒ １１，５７９２－５７９８（２０１５）．
【非特許文献12】Ｔａｓｓｉｅｒｉ，Ｍ．Ｍｉｃｒｏｒｈｅｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｏｆ ｇｅｌ－ｌｉｋｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ “ｉｓ ｎｏｔ ａｎ ｏｐｔｉｏｎ”！ ｉｎ Ｏｐｔｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（２０１５），ｐａｐｅｒ ＯｔＭ４Ｅ．１ ＯｔＭ４Ｅ．１（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２０１５）．
【非特許文献13】Ｆ．Ｍ．Ｗｅｉｎｅｒｔ，Ｊ．Ａ．Ｋｒａｕｓ，Ｔ．Ｆｒａｎｏｓｃｈ ａｎｄ Ｄ．Ｂｒａｕｎ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，２００８，１００，１６４５０１．
【非特許文献14】Ｆ．Ｍ．Ｗｅｉｎｅｒｔ ａｎｄ Ｄ．Ｂｒａｕｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００８，１０４，１０４７０１．
【非特許文献15】Ｍ．Ｍｉｔｔａｓｃｈ，Ｐ．Ｇｒｏｓｓ，Ｍ．Ｎｅｓｔｌｅｒ，Ａ．Ｗ．Ｆｒｉｔｓｃｈ，Ｃ．Ｉｓｅｒｍａｎ，Ｍ．Ｋａｒ，Ｍ．Ｍｕｎｄｅｒ，Ａ．Ｖｏｉｇｔ，Ｓ．Ａｌｂｅｒｔｉ，Ｓ．Ｗ．Ｇｒｉｌｌ ａｎｄ Ｍ．Ｋｒｅｙｓｉｎｇ，Ｎａｔ Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌ，２０１８，２０，３４４－３５１．
【非特許文献16】Ｍ．Ｍｉｔｔａｓｃｈ，Ｖ．Ｍ．Ｔｒａｎ，Ｍ．Ｕ．Ｒｉｏｓ，Ａ．Ｗ．Ｆｒｉｔｓｃｈ，Ｓ．Ｊ．Ｅｎｏｓ，Ｂ．Ｆｅｒｒｅｉｒａ Ｇｏｍｅｓ，Ａ．Ｂｏｎｄ，Ｍ．Ｋｒｅｙｓｉｎｇ ａｎｄ Ｊ．Ｂ．Ｗｏｏｄｒｕｆｆ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ，ＤＯＩ：１０．１０８３／ｊｃｂ．２０１９１２０３６．
【非特許文献17】Ｎ．Ｔ．Ｃｈａｒｔｉｅｒ，Ａ．Ｍｕｋｈｅｒｊｅｅ，Ｊ．Ｐｆａｎｚｅｌｔｅｒ，Ｓ．Ｆuｒｔｈａｕｅｒ，Ｂ．Ｔ．Ｌａｒｓｏｎ，Ａ．Ｗ．Ｆｒｉｔｓｃｈ，Ｍ．Ｋｒｅｙｓｉｎｇ，Ｆ．Ｊuｌｉｃｈｅｒ ａｎｄ Ｓ．Ｗ．Ｇｒｉｌｌ，ｂｉｏＲｘｉｖ，２０２０，２０２０．０５．３０．１２５８６４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
流体力学的な流れにより流体内の粒子を空間的に操作する装置は、例えば、特許文献１から公知である。
【0007】
流体内の粒子に対する力を測定するための新規方法および新規装置を提供することが、本発明の課題と捉えられ得る。本発明のさらなる目的は、流体内の粒子に対する力の測定を支援する適切なソフトウェア手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
課題は、請求項１の特徴を有する方法と、請求項３３の特徴を有する装置とにより解決される。ソフトウェア手段については、本発明の課題は、請求項４１に記載のコンピュータプログラム製品と、請求項４２に記載のコンピュータ可読記憶媒体により解決される。
【0009】
本発明に係る流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する方法（請求項１）において、特異動的局所加熱イベントにより流体内で流体力学的な流れの不均一場が生成され、流体力学的な流れにより、粒子が空間的に操作され、流体内の粒子（１または複数）の空間的構成が撮影され、粒子（１または複数）の撮影された空間的構成を評価することで、粒子（１または複数）に掛かる少なくとも１つの力が決定される。
【0010】
本発明に係る流体内の少なくとも１つの粒子に対する力を測定する装置（請求項３２）は、以下の特徴を有する。流体および粒子を収容する容器と、特異動的局所加熱イベントにより、流体内に流体力学的な流れの不均一場を生成する加熱デバイスと、容器内で粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するデバイスと、加熱デバイスおよび粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するデバイスを制御し、粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するデバイスからのデータを評価し、粒子の空間的構成を評価することで、粒子に掛かる少なくとも１つの力を決定する制御部。
【0011】
本発明に係るコンピュータプログラム製品（請求項４０）および本発明に係るコンピュータ可読記憶媒体（請求項４１）は、いずれの場合も、指示を含み、指示は、プログラムが制御部により実行されると、制御部に、以下のステップを含む本発明に係る方法を実行させる。
Ａ）容器内の粒子の実際の空間的構成を撮影するために、粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するためのデバイス、特に撮像デバイスを作動する。
Ｂ）粒子（１または複数）の少なくとも１つの最近の空間的構成と、粒子（１または複数）の事前に定義された目標構成に応じて、流体に適用される特異動的局所加熱イベントに適した加熱デバイスに対する、制御信号を決定する。
Ｃ）ステップＢ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体に少なくとも一度適用するために、加熱デバイスを作動する。
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
Ｅ）粒子（１または複数）の撮影された空間的構成に応じて、粒子に掛かる力を決定する。
Ａ）容器内の粒子の実際の空間的構成を撮影するために、粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するためのデバイス、特に撮像デバイスを作動する。
Ｂ）粒子（１または複数）の少なくとも１つの最近の空間的構成と、粒子（１または複数）の事前に定義された目標構成に応じて、流体に適用される特異動的局所加熱イベントに適した加熱デバイスに対する、制御信号を決定する。
Ｃ）ステップＢ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体に少なくとも一度適用するために、加熱デバイスを作動する。
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
Ｅ）粒子（１または複数）の撮影された空間的構成に応じて、粒子に掛かる力を決定する。
【0012】
本発明に係る方法の有利な変形例と、本発明に係る装置の好ましい実施形態を以下に具体的に、従属請求項と、添付の図面に関して説明する。
【0013】
本発明に係る装置は、本発明に係る方法を実行するように設計可能である。
【0014】
コンピュータプログラム製品および／またはコンピュータ可読記憶媒体の指示は具体的に、請求項１から３２のいずれか１項に記載の方法を実行するように、制御部を作動する目的に供することができる。
【0015】
本発明の基本概念は、流体内の流体力学的な流れの不均一場を生成するために、流体内の粒子を空間的に操作するのに特異動的局所加熱イベントを利用することである。これにより、不均一な流れ場における少なくとも１つの粒子の位置を観察または撮影し、観察された粒子の構成を評価することで、少なくとも１つの粒子に掛かる力を導出する。
【0016】
特異動的局所加熱イベントは、いずれの場合も、粒子（１または複数）の目標構成と、流体内の粒子（１または複数）の最近撮影された実際の構成とに応じて、決定されてもよい。特異動的局所加熱イベントは、流体内で、流体力学的な流れのシーケンスを生成する目的に供される。粒子の空間的操作は、閉鎖系制御内で実行されてもよい。その場合、実際の撮影された粒子構成は、次に適用される特異動的局所加熱イベントの決定に対するフィードバックとなってもよい。
【0017】
概して、「目標」という用語が使用されたとしても、必ずしも操作、および／または分析される粒子が例えば目標位置に確実に到達するとは限らないことを理解されたい。典型的な状況において、目標位置は、所要の特異局所加熱イベントを計算する目的に供される。粒子は例えば、掛かる外力に抗して、目標位置の方向に特異局所加熱イベントにより押され続ける。
【0018】
また、概して、最近の空間的構成という用語は、操作および／または分析される粒子（１または複数）の完全な座標が既知であることを必ずしも示すものではないことが理解されたい。むしろ、ここでの空間的構成とは、操作および／または分析される粒子（１または複数）を特徴づける、少なくとも１つのパラメータまたは座標で実現され得る。
【0019】
本発明の極めて重要な利点として、この方法が、光誘起された流体力学的な流れに基づく非接触トラップ方法であるため、方法が敏感な粒子に適用され得るということが挙げられる。発明者らは、力と伸張との線形関係を示すことができ、熱限界感度近くで、フェムトニュートン単位で力を検出できた。本発明に係る技術によると、粒子にレーザが触れる必要がなくなり、原則として、分析され得る粒子に材料的制限がなくなる。さらに、特殊なチャンバを要さず、一般的な光学顕微鏡で方法が実施され得る。したがって、より複雑な材料内で局地的な力を調査可能となる。したがって、光誘起された流体力学的な流れは、試料の性質に対する制限を低くして、高感度、非侵襲的力測定をしやすくする。
【0020】
流体内の粒子の空間的操作という用語は概して、例えば容器が固定された参照フレームと比べ、粒子が一点から他点に、および／または一配向から別配向へと移動するように、容器内の粒子／流体系が影響されることを意味する。ただし、空間的操作とは、粒子が、その他の挙動、例えば、粒子に掛かる外力に抗して、特定の位置に留められることも意味し得る。
【0021】
本発明に係る方法の好ましい実施形態において、粒子（１または複数）を空間的に操作することは以下の少なくとも１つを含む。流体内の指定目標位置に向けて、指定粒子（１または複数）を押す、または動かす。流体内の指定経路に沿って、指定粒子（１または複数）を動かす。指定粒子（１または複数）を、流体内の指定目標位置に留める。指定粒子（１または複数）を、流体内の指定目標配向に留める。流体内の指定目標配向（１または複数）に向けて、指定粒子（１または複数）を押す、または動かす。
【0022】
本発明に係る方法の好ましい実施形態において、流体力学的な流れ場は、分析される粒子が存在する領域で、少なくとも部分的に、場の方向に沿って減少する。少なくともそのような状態で、分析される粒子（１または複数）が定常状態に達し得ることが確認された。
【0023】
概して、本発明に係る方法および装置は、流体の動的局所加熱により流体力学的な流れが生成可能な、任意の種類の流体に対して使用され得る。本発明に係る方法の好ましい実施形態において、流体は液体であり、具体的には、水を含むか、水である。
【0024】
概して、本発明に係る方法および装置は、流体内で少なくとも部分的に自由移動可能な、流体における任意の懸濁粒子の操作に使用され得る。本発明に係る方法の好ましい変形例において、操作される粒子（１または複数）は、生物学的粒子、細胞、ウイルス、組織片、金属粒子、複合材料粒子、ポリマー粒子、ナノ粒子、球体ビード、磁気ビード、細胞小器官、自身がたんぱく質、ＲＮＡ、またはその他生体分子を含有する分相液滴、テザー型分子の内の少なくとも１つである。
【0025】
本発明によると、流体の動的局所加熱により、流体内で、流体力学的な流れが生成され、生成された流体力学的な流れにより粒子が運ばれることで、粒子の操作が実現される。
【0026】
原則としてさらに、負の符号の特異動的局所加熱イベントでも流体力学的な流れが生成可能となる。すなわち、流体の動的局所冷却により流体内に流体力学的な流れが導入されるイベントである。ここでも、生成された流体力学的な流れにより粒子が運ばれることで、粒子の操作が実現される。
【0027】
粒子の特定の種類、およびこれら粒子を囲う特定の液体に強く依存する熱泳動運動という現象に対して、本発明が基づくメカニズムの全体的概念は、粒子の特定の性質に依存しない。熱泳動運動の場合、一般的に、異なる粒子は異なる移動をする。例えば、速度が異なり、方向が異なることもある。本発明で利用される流体力学的な流れの場合、粒子は根本的に、流体力学という物理的性質に応じて移動する。本発明のメカニズムは根本的に、例えば水である、利用される流体の熱力学的特性のみに基づく。例えばレーザのような電磁照射が試料の加熱に使用される場合、流体の光学的特性も重要となる。流体の動的局所加熱により生成される流体力学的な流れは、熱粘性流とも称する。
【0028】
原則として、流体の動的局所加熱は、所望の熱粘性流を生じる、流体内での任意のエネルギー蓄積により実現され得る。例えば、熱伝導接続を介して容器に取り付けられ、選択的に加熱される、特定の加熱デバイスにより、動的局所加熱が導入され得る。本発明に係る方法の好ましい実施形態において、流体の動的局所加熱は、レーザまたは赤外線レーザにより実現される。
【0029】
本発明に係る方法の別の好ましい実施形態において、流体の動的局所加熱は、発光ダイオード、例えば、赤外線発光ダイオードにより実現される。
【0030】
したがって、本発明に係る装置の好ましい実施形態において、加熱デバイスは、動的局所加熱用のエネルギーを提供するレーザと、スキャナ、ガルバノスキャナ、準静的スキャナ、空間光変調器、音響光学スキャナなどの光学的手段、または流体の可変である、制御された位置に加熱レーザ照射を中継し、試料にわたって加熱レーザビームの動的走査を可能とするその他任意の適切なデバイスとを有する。
【0031】
特許文献１に記載されたような、光学的アセンブリが、流体の動的局所加熱に使用され得る。このため、本開示は、特許文献１の各内容を包含する。
【0032】
本発明に係る方法の好ましい実施形態において、試料内の特別に選択された経路または軌道に沿って、レーザの焦点ボリュームを繰り返し走査することで、流体の動的局所加熱イベントが生じる。
【0033】
より具体的に、流体に対して決定される、特異動的局所加熱イベントの決定は、以下の少なくとも１つを決定することを含み得る。流体内の２次元走査経路、流体内の３次元走査経路、レーザ強度、レーザ走査速度、レーザの走査周波数、走査経路の走査回数。
【0034】
特異動的局所加熱イベントは、レーザ走査経路の一度のみの走査、または同一レーザ走査経路の多数の、例えば１００回の走査を含み得る。
【0035】
決定された特異動的局所加熱の適用は、決定された動的加熱パターンが流体に適用されることを意味する。これは一度のみ、または順次複数回実行され得る。この場合、制御部はこれに合わせて、本発明に係る装置の加熱デバイスを作動する。
【0036】
概して、走査経路は容器内の任意の箇所にあればよく、必ずしも連続していなくてもよい、１または複数の直線または任意の形状、任意の長さのセグメントから成り得る。走査経路は、粒子の目的地と実際の位置との間の接続ベクトルに平行であり得る。走査経路は、例えば、粒子を中心としてもよく、その直前で途切れてもよく、またはその直後から始まってもよい。これに関して他の多くの変形例が可能である。レーザ走査は、例えば典型的には１から３ｋＨｚという走査速度で経路に沿って適用され得る。これは、連続した走査期間の間で、温度場が緩和可能となるのに十分なほど低速である。走査経路に沿って、走査速度は可変であり得る。
【0037】
本発明に係る方法のさらなる好ましい実施形態において、操作され、分析される粒子（１または複数）に加熱照射が当たらないように、レーザが走査される経路が選択され得る。すなわち、粒子（１または複数）は、実質的に加熱レーザ照射により接触されることなく、空間的に操作される。したがって、そのような粒子、または容器、例えば加熱照射により影響されるまたは危害を受ける生体細胞または胚の危険性は、最低限に抑えられる。
【0038】
本発明に係る方法のさらなる好ましい実施形態において、連続した走査間で、試料内の温度場が緩和され得るように、繰り返し走査の走査速度が選択される。したがって、試料の全体的加熱が避けられ得る。
【0039】
流体に適用される特異動的局所加熱イベントは、さらに、流体内の粒子（１または複数）の可動性にも応じて決定されることで、さらに個別化され得る。これにより、操作、特に配置の精度がさらに向上し得る。操作される粒子の可動性は、観測データから導出され得る。
【0040】
流体と、操作される粒子を収容する容器については、当該技術で公知のコンポーネントが使用され得る。容器が流体に特異動的局所加熱を導入可能とすることが重要である。例えば、特許文献１に記載の容器を、本発明の実施に利用可能である。このため、本開示は、特許文献１の各内容を包含する。
【0041】
本発明の好ましい実施形態において、容器は、流体の基本温度を制御する手段を有する。
【0042】
加熱デバイスおよび撮像デバイスを制御し、撮像デバイスからの画像データを評価する制御部は、典型的には、当該技術で公知の周辺部品を有する、ＰＣまたは同等のデバイスであり得る。
【0043】
粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するデバイスは、粒子の空間的構成の少なくとも一部を符号化する信号を取得可能な任意のデバイスであり得る。このデバイスは、具体的に光学的デバイスであり得、例えば、撮像デバイス、レンズのないカメラ、象限フォトダイオードの内の少なくとも１つであり得る。
【0044】
撮像デバイスは、流体内の、操作される粒子の実際の構成を撮影する目的に供される。操作される粒子を含む容器の少なくとも一部が、撮影または撮像可能な、任意の、特に光学的デバイスであり得る。本発明の好ましい実施形態において、撮像デバイスは顕微鏡である。顕微鏡は、コンピュータ制御式顕微鏡であり得、試料の視覚的観察を可能としなくてもよい。好ましくは、画像取得は少なくとも部分的に自動化され、撮影された粒子の構成の評価に画像アルゴリズムが利用される。
【0045】
例えば、顕微鏡は以下の技術の内の少なくとも１つを実施するように設計され得る。蛍光顕微鏡検査、多光子蛍光顕微鏡検査、広視野顕微鏡検査、走査型顕微鏡検査、暗視野顕微鏡検査、共焦点顕微鏡検査、ライトシート顕微鏡検査、局在化顕微鏡検査、構造化照明顕微鏡検査、光活性局在化顕微鏡検査（ＦＰＡＬＭ）、確率的光学再構成顕微鏡検査（ＳＴＯＲＭ）、誘導放出抑制顕微鏡検査（ＳＴＥＤ）、基底状態除去顕微鏡検査（ＧＳＤ）、飽和パターン励起顕微鏡検査、飽和構造照明顕微鏡検査（ＳＳＩＭ）、ライトフィールド顕微鏡検査（ＬＦＭ）、フーリエライトフィールド顕微鏡検査（ＦＬＦＭ）、斜平面顕微鏡検査（ＯＰＭ）。
【0046】
顕微鏡は、試料上および試料内へと、例えば蛍光照射である撮像照射を中継し得、試料内に加熱照射を導入するのにも使用されたのと同じ顕微鏡対物レンズを介して、撮像照射に応じて試料から放射された逆照射を中継し得る。
【0047】
粒子（１または複数）の実際の空間的構成を撮影することは、以下の内の少なくとも１つを含み得る。粒子（１または複数）の１次元位置、粒子（１または複数）の２次元位置、粒子（１または複数）の３次元位置、平面内の粒子（１または複数）の配向測定、空間内の粒子（１または複数）の３次元配向測定。
【0048】
特に、本発明に係る方法の好ましい実施形態において、操作および分析される粒子の空間的構成は、経時的に評価される。
【0049】
本発明の実施に当たって、流体力学的な流れ場が不均一であることが求められる。したがって、同様の表現として、流体力学的な流れ場の少なくとも１つのベクトルコンポーネントの勾配がゼロではない、あるいは単純に、操作および分析される粒子（１または複数）が位置する、試料の少なくとも所定の体積内で、流体力学的な流れ場が一定ではないとも言える。ただし、特に好ましい実施形態において、流体力学的な流れの不均一場は、少なくとも１つのよどみ点を有する。これにより、操作および分析される粒子（１または複数）が、よどみ点の近傍において、少なくとも一時的にトラップされ得る。このような状態で、流体力学的な流れは、粒子（１または複数）に掛かる力を決定可能とする準ポテンシャルを生成する。
【0050】
よどみ点を有する流体力学的場の場合、操作および分析される粒子の構成を撮影することは、少なくとも１つの粒子の実際の位置の、よどみ点からのずれを観察することであり得る。
【0051】
したがって、粒子に掛かる力は、観察されたずれに応じて決定され得る。
【0052】
例えば、少なくとも１つのよどみ点を有する流体力学的な流れの不均一場は、よどみ点に向かって反対方向の少なくとも２つの流体力学的な流れにより生成され得る。準安定状態を得るための試みとして、反対方向の少なくとも２つの流体力学的な流れは、よどみ点周りに平面内で回転させられ得る。
【0053】
本発明に係る方法の他の好ましい実施形態において、よどみ点は、１つの流体力学的な流れのみで生成され得る。これは特に、流体に例えば重力のような外力が掛かっている場合、または例えば平面に対するトラップのように、物理的なバリアがすでに粒子を一方向に制限している場合である。
【0054】
より具体的に、粒子の撮影された空間的構成に応じて、特に、よどみ点に関する、粒子（１または複数）の測定された方位角および動径座標の内の少なくとも１つに応じて、反対方向の少なくとも２つの流体力学的な流れが適用される方位角方向が選択され得る。これにより、操作および分析される粒子（１または複数）に対する２次元準ポテンシャルが生成され得る。
【0055】
本発明に係る方法のさらなる好ましい実施形態において、少なくとも１つの外力が粒子に印加される。外力は、磁力、静電力、重力、システム内の追加の流れによる摩擦力、特に分子テザーであるテザーにより粒子に掛かる力、特に光ピンセットである光トラップにより生成される力、例えばテザー型ポリマーである、テザー型分子により掛かる力の内の少なくとも１つであり得る。外力は、粒子に掛かる力を定量的に決定可能とする。本発明の好ましい変形例において、外力は、少なくとも指定期間において、時間に依存するか一定である。システム流体／粒子の機械的パラメータを決定可能とする、変動外力を含むことも可能である。
【0056】
測定された力の較正のため、操作および分析される粒子を含む流体に、既知の大きさの、例えば静電力または磁力のような外力を掛けることが有用であり得る。その後、粒子の位置の、例えばよどみ点である、有効ポテンシャルにおける平衡位置からのずれが、外力の大きさに応じて測定され得る。したがって、流体力学的な流れを通じて粒子に掛かる力の大きさが決定され得る。
【0057】
本発明に係る方法のさらに好ましい実施形態において、操作および分析される粒子はテザー型分子であり、流体内で少なくとも２つのよどみ点を有する流れ場が生成され、テザー型分子の少なくとも２つの部位、例えば、テザー型分子の末端粒子は、流体力学的な流れによりよどみ点内に保持される。
【0058】
その後、テザー型分子内、特に末端粒子間に掛かる力を、特にテザー型分子の延長に応じて測定可能となる。
【0059】
それに加えて、またはそれに代えて、変動する移動、特に有効ポテンシャルにおける粒子の平衡位置からの平均距離を観測することで、測定された力の較正も実現され得る。各自由度のエネルギーの平均量が、ｋＢＴ（ｋＢ＝ボルツマン定数、Ｔ＝温度）であるものと仮定して、粒子に掛かる力が決定できる。これに関して、本発明に係る方法の好ましい実施形態は、例えば、よどみ点近傍の粒子の横方向位置と、流体の温度との統計的分布の評価により、粒子に掛かる力が決定されることを特徴とする。
【0060】
本発明は特に、外力がなく、流体力学的な流れ場のよどみ点に戻るように粒子が移動する際の、トラップされた粒子の速度および動力学を研究可能とする。
【0061】
１つの粒子に掛かる１つの力を決定する際に、本発明の方法が実施される。例えば、周囲の流体力学的な流れ場に対する、粒子の配向のような、粒子の実際の空間的構成を評価することで、各粒子に掛かるトルクを決定することも可能である。
【0062】
これに関して、例えば、流体力学的な流れ場を撮影可能とする、トレーサ粒子などの蛍光粒子のような粒子を流体が含むことが有用であり得る。
【0063】
特異局所加熱イベントは、粒子（１または複数）の最近撮影された空間的構成と、最近撮影された流体力学的な流れ場と、の内の少なくとも１つに応じて決定され得る。
【0064】
分析される粒子（１または複数）の空間的操作に関して、流体に適用される特異動的局所加熱イベントは、フィードバックループにおいて決定され得る。より具体的に、本発明に係る方法の好ましい実施形態において、流体内の粒子（１または複数）の少なくとも１つの目標空間的構成が定義され、以下のさらなるステップが実施される。
ａ）粒子（１または複数）の実際の空間的構成を撮影する。
ｂ）粒子（１または複数）の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成と、粒子（１または複数）の目標構成に応じて、流体に適用される特異動的局所加熱イベントを決定する。
ｃ）ステップｂ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体に少なくとも一度適用する。
ｄ）ステップａ）からｃ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
ａ）粒子（１または複数）の実際の空間的構成を撮影する。
ｂ）粒子（１または複数）の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成と、粒子（１または複数）の目標構成に応じて、流体に適用される特異動的局所加熱イベントを決定する。
ｃ）ステップｂ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体に少なくとも一度適用する。
ｄ）ステップａ）からｃ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
【0065】
特定の操作タスクに対して、請求項１のステップａ）からｃ）の少なくとも一部または全てを含むループの、繰り返し回数または繰り返し率を変化させる、および／または適用することが可能である。
【0066】
したがって、本発明に係る装置の好ましい実施形態は、制御部が以下のように設計されることを特徴とする。
Ａ）容器内の粒子（１または複数）の実際の空間的構成を撮影するために、粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するためのデバイス、特に撮像デバイスを作動する。
Ｂ）粒子（１または複数）の少なくとも１つの最近の空間的構成と、粒子（１または複数）の事前に定義された目標構成に応じて、流体に適用される特異動的局所加熱イベントに適した加熱デバイスに対する、制御信号を決定する。
Ｃ）ステップＢ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体に少なくとも一度適用するために、加熱デバイスを作動する。
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
Ａ）容器内の粒子（１または複数）の実際の空間的構成を撮影するために、粒子（１または複数）の空間的構成の少なくとも一部を撮影するためのデバイス、特に撮像デバイスを作動する。
Ｂ）粒子（１または複数）の少なくとも１つの最近の空間的構成と、粒子（１または複数）の事前に定義された目標構成に応じて、流体に適用される特異動的局所加熱イベントに適した加熱デバイスに対する、制御信号を決定する。
Ｃ）ステップＢ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体に少なくとも一度適用するために、加熱デバイスを作動する。
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
【0067】
目標空間的構成の定義は、１または複数の粒子が内部で操作される所定の構成が定義されることを意味する。これは、例えば、粒子の測定された実際の構成または実際の画像に基づいて、コンピュータ画面上で、ユーザにより実行され得る。目標構成の定義は、例えば、測定された画像データにおける所定の構造を認識する、画像評価ソフトウェアにより支援され得る。流体内の粒子（１または複数）の目標空間的構成は、以下の内の少なくとも１つを含み得る。流体内の粒子（１または複数）の指定目標位置（１または複数）、特によどみ点、流体内の粒子（１または複数）の１または複数の指定目標速度、流体内の粒子（１または複数）の指定目標配向（１または複数）、流体内の粒子（１または複数）の指定目標回転速度（１または複数）。
【0068】
流体内の粒子（１または複数）の目標空間的構成はさらに、粒子（１または複数）の１次元位置測定、粒子（１または複数）の２次元位置測定、または粒子（１または複数）の３次元位置測定であり得る。
【0069】
力測定のために、特に目標位置は、流れ場におけるよどみ点により実現され得る。
【0070】
それに加えて、またはそれに代えて、目標構成は、以下の要件の内の少なくとも１つをさらに含むことができる。指定粒子（１または複数）が指定位置にないこと、指定粒子（１または複数）が、指定位置（１または複数）から可能な限り離間すること、指定粒子（１または複数）が、指定位置（１または複数）から少なくとも指定距離（１または複数）にあること、指定粒子が互いに可能な限り近くにあること、指定粒子が互いに接してはならないこと、異なる種類の粒子は扱いが異なること。
【0071】
本発明の主要な特徴は、ステップｂ）において、粒子（１または複数）の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成と、粒子（１または複数）の目標構成に応じて、流体に適用される特異動的局所加熱イベントを決定することに関する。これに関して、粒子の最近の、特に直近の、実際の空間的構成と、粒子の目標構成とに基づいて、費用関数が計算され得る。したがって、特異動的局所加熱イベントは、費用関数に応じて決定され得る。費用関数は、粒子（１または複数）の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成と、粒子（１または複数）の目標構成のスカラー関数、および／または所望の目標構成の説明であり得る。目標構成の説明とは、例えば、効果的なソートを可能とするために、第１種類の粒子の全てが左に動かされるべきであり、第２種類の粒子の全てが右に動かされるべきであることであり得る。
【0072】
例えば、ステップｃ）における特異動的局所加熱イベントの適用、または各適用後、実際の構成が撮影され得、その後、新たな構成用に費用関数が計算され得、費用関数が直近の値から減少している場合、同じ特異動的局所加熱イベントでステップｃ）が繰り返され得、または費用関数が直近の値から増加している場合、ステップｂ）が新たに実行され得る。
【0073】
本発明の方法は、１つの粒子に掛かる力が決定されると実現される。ただし、少なくとも２つの粒子が同時に空間的に操作されること、および／または少なくとも２つの粒子に掛かる力が同時に決定されることも可能である。これは、複数の粒子の実際の構成が撮影されることを意味する。したがって、両方の（またはそれ以上の）粒子が移動または操作され、実質的には一度に１つの粒子のみが操作または移動されるように、特異動的局所加熱イベントが決定され得る。これに関連して同時にとは、複数の粒子に掛かる力が、粒子の１つおよび同一の観察された空間的構成から決定されたことを意味する。
【0074】
原則として、操作される各粒子は、個別に検討され得る。例えば、各粒子は、所定の位置または所定の配向に個別に移動され得る。ただし、所定の用途に関して、所定の種類の粒子を検討することが有用であり得る。すなわち、空間的に操作される複数の粒子は、等価または同一の粒子の少なくとも１つのサブセットを含み得る。したがって、費用関数は、等価または同一の粒子の交換に関して不変であり得る。この場合、根本的な数学的タスクの複雑さが低減され得る。
【0075】
例えば、少なくとも２つの粒子が操作される構成において、いずれの場合も、次のステップで主に操作される粒子は、各粒子に対応付けられる目標位置および目標配向の少なくとも一方から最も離れた粒子であり得る。
【0076】
さらに具体的には、費用関数は、以下の引数の内の少なくとも１つを含み得る。特定の粒子の当該粒子の特定の目標位置への距離、特定の粒子の指定位置に対する往復距離、指定種類の粒子の、各種類の粒子の特定の目標位置への距離、指定種類の粒子の、各種類の粒子に指定された指定位置に対する往復距離、各粒子、または各種類の粒子の、実際の粒子配向と、目標配向との間の角度、各粒子、または各種類の粒子の、実際の粒子速度と、目標速度との間の差。
【0077】
本発明に係る方法のさらなる好ましい実施形態において、ステップａ）とｂ）の間に、次のさらなるステップが実行され得る。すなわち、操作される粒子（１または複数）が、目標位置および目標配向の少なくとも一方に対応付けられる。粒子が特定の目標位置に対応付けられることは、各粒子に、目標位置が結び付けられることを意味する。
【0078】
本発明に係る方法のさらなる好ましい実施形態において、粒子（１または複数）の追跡が、直近の実際の構成における粒子を含む撮影された新たな実際の構成に存在する粒子を特定することで実行され得る。したがって、個別粒子の軌道は、実際の構成のシーケンスから導出され得る。
【0079】
本発明に係る方法のさらなる好ましい実施形態において、粒子の追跡後、目標構成が再評価され得、目標構成が新たな目標構成に変更された場合、その後、いずれの場合も、新たな目標位置および新たな目標配向の少なくとも一方に、粒子が対応付けられ得る。したがって、システムは、目標構成の変化に動的に反応でき、早急に、粒子の特定の目標構成への結び付きを変えることができる。
【0080】
本発明に係る方法のさらなる好ましい実施形態において、データベース内に、以下のデータの少なくとも一部が記憶され得る。粒子（１または複数）の前の実際の空間的構成、少なくとも各実際の空間的構成および目標構成に基づいて決定された、流体に適用された、前の動的局所加熱イベント、ならびに流体に適用された各動的局所加熱イベントにより生じた、粒子（１または複数）の実際の空間的構成の変化。
【0081】
流体に適用される未来の動的局所加熱イベントは、データベースに記憶されたデータの少なくとも一部を使用して計算され得る。特に、機械学習／人工知能が利用される。
【0082】
本発明のさらなる特徴および利点が、以下の添付の図面を参照して、以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0083】
【図1】本発明の測定原理を示す概略図である。
【図2】本発明に係る装置の概略図である。
【図3】本発明に係る方法における空間的操作の態様を示す概略図である。
【図4】本発明に係る方法における空間的操作の態様をさらに示すフローチャートである。
【図5】２つの粒子を操作する単純例を示す図である。
【図6】よどみ点を有する流体力学的な流れ場の例である。
【図8】流体力学的トラップが周期的にＯＮ、ＯＦＦされる状態での、よどみ点からの粒子の経時的な径方向変位を示す図である。
【図9】トラップされた粒子が動き回る位相空間のヒストグラムである。
【図10】プローブ粒子の生位置データから得られた、粒子のパワースペクトル密度関数、または平均二乗変位を示す図である。
【図11】分析される粒子が磁気球形ビードであり、外部磁力が印加された例において撮像された画像である。
【図12】印加される外部磁力の大きさを変えた場合の、よどみ点から離間するプローブ粒子ビードの経時的な変位を示す図である。
【図14】本発明を実施するための、さらなる好ましい実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0084】
同じおよび同等のコンポーネントは、図において基本的に同じ数字が付される。
【0085】
本発明が基づく原理を、図１を参照して説明する。
【0086】
図１は、局所加熱イベントにより、流体力学的な流れの不均一場
が生成された容器（不図示）内の流体１２の一部を示す。より具体的に、局所加熱イベントは、熱粘性流を生成する。この過程は、文献に記載および言及がある。図１に示す概略例では、流体力学的な流れは、ｘ方向の成分を有し、流れの大きさはｘの増加に伴い減少する。実際には、水のような非圧縮性流体の場合、流体力学的な流れが一方向のみに成分を有するという状態は不可能であり、ｘ方向に垂直な成分が確実に存在することは明らかである。図１の例では、２つの粒子ｐ１およびｐ２が、流体力学的な流れの不均一場
内で、位置ｘ１およびｘ２に配置される。ここで問題となるのは、それぞれの位置に粒子ｐ１およびｐ２をそれぞれ留めるのに、どのような力が必要であるかであり得る。詳細には、この力は、例えば水である流体１２の性質、特に、その温度依存粘度に依存し、さらに例えば、断面、幾何学的形状、および表面特性である粒子の性質に依存する。
【数1】
【数2】
【0087】
均一構成で、滑らかな表面と層流を有する球形不干渉粒子の場合、粒子に掛かる摩擦力は、ストークスの式で与えられる。具体的には以下のとおりである。
式中、
は、流体と粒子との間の界面に掛かる摩擦力である。
ηは、例えば水である流体の動的粘度である。
Ｒは、球形粒子の半径である。
は、粒子に対する流速である。
【数3】
【数4】
ηは、例えば水である流体の動的粘度である。
Ｒは、球形粒子の半径である。
【数5】
【0088】
ここで図１に戻ると、同一の粒子ｐ１およびｐ２に関して、粒子ｐ２を位置ｘ２に留める力Ｆ２は、粒子ｐ１を位置ｘ１に留める力Ｆ１よりも小さい。より一般的には、図１に示す例において、それぞれの力は、ｘの値の増加に伴い減少する。
【0089】
本発明の本質は、流体に適用された一連の特異局所加熱イベントを利用して、さらに粒子に掛かる力の測定に位置／力関係を利用することで、流体内に流体力学的な流れの適切な不均一場を生成することにある。
【0090】
本発明に係る装置１００の実施形態を、図２を参照して以下に説明する。図２に示す装置１００は、本発明に係る方法を実施するように設計される。以下に、流体内の粒子の空間的操作の詳細を、図３から５を参照して説明する。その後、本発明に係る方法の実施形態を図６から１３を参照して説明する。
【0091】
主要コンポーネントとして、図２に示す装置１００は、流体１２および操作される粒子ｐ１、ｐ２を収容する容器１０と、流体１２の動的局所加熱により流体１２内に流体力学的な流れを生成する加熱デバイス２０と、容器１０の少なくとも一部を撮像する撮像デバイス４０と、加熱デバイス２０および撮像デバイス４０を制御し、撮像デバイス４０からの画像データ５２を評価する制御部６０とを有する。
【0092】
動的局所加熱は、流体力学的な流れにより、容器１０内の粒子ｐ１、ｐ２の空間的操作を実現するように設計される。流体１２と、その内部に含まれる粒子ｐ１、ｐ２とは、試料とも称する。
【0093】
より具体的に、図２に示す例において、加熱デバイス２０は、加熱照射２４を提供するための、例えば、赤外線レーザのようなレーザ２２を有する。加熱照射２４は、操作および分析される試料、すなわち流体１２および粒子ｐ１、ｐ２を含む容器１０内へと、光経路を通じて誘導される。図２に示す例において、光経路は、スキャナ２６、ビームシャッター２８、ビームスプリッタ３０、および顕微鏡対物レンズ４８を含む。スキャナ２６により、加熱照射２４は容器１０内の異なる位置に誘導され得る。ビームシャッター２８は、容器１０に加熱照射２４が到達することを防止する目的に供される。ビームスプリッタ３０は、例えば、加熱照射を顕微鏡対物レンズ４８の方向に向ける、ダイクロイックミラーであり得る。図２に示す例において、スキャナ２６およびビームシャッター２８は、制御部にステータス情報を送り返し得、制御部６０により制御され得る。
【0094】
図２が概略図であり、実際、光ビーム経路が、図２に不図示の複数のさらなるコンポーネントを有し得ることは明らかである。より具体的に、光学的構成は、特許文献１に記載のとおりであり得る。図２の光学的アセンブリは倒立顕微鏡の光学的構成である。当然、他の形状も可能である。この倒立顕微鏡の倒立構成と、レーザを利用した加熱のために、容器１０は、加熱照射および撮像照射４４を試料に入射可能にする窓を有する必要があることは明らかである。より一般的には、そのような窓を要さない、局所ヒータ付きの装置または容器、および／または正立顕微鏡も可能である。図２の容器１０は、例えばシャーレであり得る。容器１０は、流体１２の温度を制御する手段を有し得るが、これも図２では不図示である。特許文献１には、流体の温度を制御する当該手段も記載されており、これに関して、同文献が参照される。
【0095】
図２の例における撮像手段４０は、例えば、広視野蛍光顕微鏡のような顕微鏡により実現される。上述のように、その他多くの撮像および顕微鏡技術が可能である。同様にあくまで概略的に示される顕微鏡は、光源４２と、ビームスプリッタ４６と、顕微鏡対物レンズ４８とを備える。例えば、レーザのような光源４２が提供する撮像照射４４は、例えば、ダイクロイックビームスプリッタのようなビームスプリッタ４６により、顕微鏡対物レンズ４８の方向に導かれる。撮像照射は、ビームスプリッタ３０を通過し、顕微鏡対物レンズ４８に入射し、顕微鏡対物レンズにより、試料内、すなわち、概略例では操作される粒子ｐ１、ｐ２を含む流体１２内へと集光される。
【0096】
例えば操作される粒子が作成される、例えば染料である試料から反射する蛍光照射、または、自発蛍光が、顕微鏡対物レンズ４８、ビームスプリッタ３０、およびビームスプリッタ４６を通じて戻り、光検出器５０に到達して、そこで検出される。光検出器５０は、光ビーム経路により伝搬する、視野の画像を記録可能なカメラであり得る。すなわち、カメラは、容器１０内の粒子ｐ１、ｐ２の実際の空間的構成を撮影可能である。光源４２と、光検出器５０との両方が、制御部６０により制御され、いずれの場合も、制御部６０にステータスデータを送り返すことができる。
【0097】
図２の概略例において、図２の容器１０内に、目標位置Ｔ１、Ｔ２が概略的に示される。目標位置Ｔ１、Ｔ２は、粒子ｐ１およびｐ２がそれぞれ空間的に操作される目標となる位置を表し得る。すなわち、この例での空間的操作タスクは、粒子ｐ１を位置Ｔ１の方向に押すまたは動かすことと、粒子ｐ２をＴ２の方向に動かすこととから成る。
【0098】
本発明によると、制御部６０は以下のように設計される。
・加熱デバイス２０および撮像デバイス４０を制御する。
・少なくとも粒子ｐの空間的構成に関して、撮像デバイス４０からの画像データ５２を評価する。
・粒子ｐの空間的構成を評価することで、粒子ｐに掛かる少なくとも１つの力を決定する。
・加熱デバイス２０および撮像デバイス４０を制御する。
・少なくとも粒子ｐの空間的構成に関して、撮像デバイス４０からの画像データ５２を評価する。
・粒子ｐの空間的構成を評価することで、粒子ｐに掛かる少なくとも１つの力を決定する。
【0099】
制御部６０はさらに以下のように設計され得る。
Ａ）容器１０内の粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の実際の空間的構成を撮影するために、撮像デバイス４０を作動する。
Ｂ）粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の少なくとも１つの最近の空間的構成と、粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の事前に定義された目標構成Ｔ１、Ｔ２に応じて、流体１２に適用される特異動的局所加熱イベントに適した加熱デバイス２０に対する、制御信号を決定する。
Ｃ）ステップＢ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体１２に少なくとも一度適用するために、加熱デバイス２０を作動する。
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
Ａ）容器１０内の粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の実際の空間的構成を撮影するために、撮像デバイス４０を作動する。
Ｂ）粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の少なくとも１つの最近の空間的構成と、粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の事前に定義された目標構成Ｔ１、Ｔ２に応じて、流体１２に適用される特異動的局所加熱イベントに適した加熱デバイス２０に対する、制御信号を決定する。
Ｃ）ステップＢ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体１２に少なくとも一度適用するために、加熱デバイス２０を作動する。
Ｄ）ステップＡ）からＣ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
【0100】
例えば、さらなるレーザのような、具体的には空間的に操作される粒子ｐ１、ｐ２である試料を操作するさらなるデバイスが、図２の装置１００内に存在し得る。
【0101】
制御部６０は、当該技術で公知の周辺部品を有する、ＰＣまたは同等のコンピューティングデバイスであり得る。制御部６０は、本発明に係るコンピュータプログラム製品とコンピュータ可読記憶媒体の両方を有し得る。
【0102】
図３から図５を参照して、撮影された空間的構成からのフィードバックを使用した空間的操作に係る本発明の態様を以下に説明する。ただし、重要事項として、撮影された実際の空間的構成からのフィードバックが、力測定に関する本発明の必須特徴ではないことを付言する。
【0103】
次に、本発明の実施形態を図６から図１３を参照して説明する。流体１２内における粒子ｐ１、ｐ２の空間的操作の主要な特徴を、以下に説明する。まずは図３に関連してより全体的に説明し、次に図４を参照してより詳細に説明する。より具体的に、図３および図４を参照して、本発明に係る方法の実施形態の粒子の空間的操作に関する態様を以下に説明する。ここで、流体１２内の粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の少なくとも１つの目標空間的構成Ｔ１、Ｔ２が定義され、以下のさらなるステップが実施される。
ａ）粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の実際の空間的構成を撮影する。
ｂ）粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成と、粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の目標構成Ｔ１、Ｔ２に応じて、流体１２に適用される特異動的局所加熱イベントを決定する。
ｃ）ステップｂ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体１２に少なくとも一度適用する。
ｄ）ステップａ）からｃ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
ａ）粒子（１または複数）（ｐ、ｐ１、ｐ２）の実際の空間的構成を撮影する。
ｂ）粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成と、粒子（１または複数）ｐ１、ｐ２の目標構成Ｔ１、Ｔ２に応じて、流体１２に適用される特異動的局所加熱イベントを決定する。
ｃ）ステップｂ）で決定された特異動的局所加熱イベントを流体１２に少なくとも一度適用する。
ｄ）ステップａ）からｃ）の少なくとも１つまたは全てを繰り返す。
【0104】
図３の上部は、図１のように、空間的に操作される、すなわちそれぞれ実際の位置から目標位置Ｔ１およびＴ２に動かされる、またはＴ１およびＴ２の方向に押される粒子ｐ１、ｐ２を収容する容器１０の３つの概略図ａ１、ａ２、およびａ３を示す。図ａ１は、粒子ｐ１およびｐ２が、その移動先である目標位置Ｔ１およびＴ２から大きく離間した初期構成を示す。図ａ２は、点線矢印で示される、流体１２内に生成される、流体力学的な流れまたは熱粘性流を概略的に示す。図ａ３は、特異動的局所加熱イベント適用後の状態を示す。図ａ３に示すように、粒子ｐ１を、対応する目標位置Ｔ１に動かせており、粒子ｐ２と、その目標位置Ｔ２との距離は、図ａ１の初期状態と比較して、少なくとも低減されている。
【0105】
図３の下部は、流体１２内の粒子ｐ１、ｐ２の空間的操作の主要なステップを示す。
【0106】
まず（図ｂ１）、粒子ｐ１、ｐ２の実際の空間的構成が撮影される（ステップａ））。例えば、画像は、図１の顕微鏡４０のカメラ５０で記録される。
【0107】
次に、図３示す例において、操作される粒子の位置が特定される。すなわち、各粒子ｐ１、ｐ２の座標が特定される（図ｂ２）。
【0108】
粒子ｐ１、ｐ２の目標空間的構成の定義後、すなわち図３の例において、目標位置Ｔ１、Ｔ２の定義後、粒子ｐ１とｐ２の両方が、それぞれの目標位置Ｔ１、Ｔ２に到達するための経路が計算される（図ｂ３）。
【0109】
本発明に係る方法の変形例のステップｂ）によると、その後、流体１２に適用される特異動的局所加熱イベントが、粒子ｐ１、ｐ２の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成、例えば少なくともステップａ）（図ｂ１）で記録された画像と、粒子ｐ１、ｐ２の目標位置Ｔ１、Ｔ２とに応じて決定される。
【0110】
本変形例のステップｃ）によると、ステップｂ）で決定された特異動的局所加熱イベントが、少なくとも一度、流体１２に適用される。図３に示す例では、例えば図１のスキャナ２６で、試料を通じて加熱照射２４を適切に走査することで、流体１２に特異動的局所加熱イベントが適用される（図ｂ４）。
【0111】
したがって、流体１２の動的局所加熱により、流体１２内で生成された流体力学的な流れにより、流体１２内で粒子ｐ１、ｐ２が空間的に操作される。
【0112】
ステップｄ）によると、ステップａ）からｃ）の少なくとも１つまたは全てが繰り返される。図３に示す例では、ステップａ）からｃ）のサイクルが、例えば３０Ｈｚで繰り返される。
【0113】
図４を参照して、粒子を空間的に操作する方法のより詳しい例を説明する。ステップＳ０１「目標初期化」において、流体内で操作される粒子（１または複数）の少なくとも１つの目標空間的構成が定義される。次に、ステップＳ０２において、試料の画像が取得される。これは、操作される粒子（１または複数）の実際の空間的構成を撮影するステップａ）に対応する。これは例えば、顕微鏡画像を取得することで実現され得る。図１の記載を参照されたい。図４の例において、その後粒子はステップＳ０３で追跡される。すなわち、ステップＳ０２で撮影された実際の構成に存在する粒子が、直近の実際の構成における粒子で特定される。ステップＳ０４において、いずれの場合も、操作される粒子が、目標位置と対応付けられる。ステップＳ０５「誤差計算」において、例えばステップＳ０２で取得された画像のような、粒子ｐ１、ｐ２の最近の実際の空間的構成と、例えばステップＳ０１で定義された目標構成または位置のような、粒子ｐ１、ｐ２の目標構成Ｔ１、Ｔ２とに応じて、費用関数が計算される。
【0114】
上記方法のステップｂ）によると、その後、例えば、ステップＳ０５で計算された費用関数に応じて、ステップＳ０６「新ＦＬＵＣＳベクトル計算」で、流体１２に適用される特異動的局所加熱イベントが決定される。したがって、特異動的局所加熱イベントは、粒子の少なくとも１つの最近の実際の空間的構成と、粒子の目標構成に応じる。ただし、流体１２に適用される特異動的局所加熱イベントを、費用関数値とは無関係に決定することも可能である。その場合、例えば、最も遠い粒子を選択し、それを目標に向けて押すことで実現される。
【0115】
ステップＳ０７「ＦＬＵＣＳベクトル適用」において、ステップＳ０６で決定された特異動的局所加熱イベントが試料、すなわち操作される粒子を含む流体に適用される。これは、上記方法のステップｃ）に対応する。
【0116】
方法のステップｄ）によると、ステップａ）からｃ）の少なくとも一部が繰り返される。図４に示すフローチャートでは、ステップＳ０８で新しい画像が取得される。すなわち、方法のステップａ）が繰り返される。その後、ステップＳ０９において粒子がさらに追跡される。すなわち、ステップＳ０８で撮影された実際の構成内に存在する粒子で、ステップＳ０８で撮影された実際の構成内に存在する粒子が特定される。すなわち、各粒子の経路が得られる。
【0117】
ステップＳ１０で、目標構成が更新されるか問い合わせられる。好ましい実施形態において、ソフトウェアが、目標構成が更新されるか判定する。
【0118】
目標構成を変えないままの場合、問い合わせＳ１０の次にステップＳ１１が実行され、ここでは、ステップＳ０４のように、いずれの場合も、操作される粒子が目標位置に対応付けられる。ステップＳ１０の問い合わせに応じて、目標構成が更新される場合、新しい目標構成、例えば新しい目標位置がステップＳ１４「新目標定義」で定義され、プログラムはステップＳ１１に続く。
【0119】
ステップＳ１１の次のステップＳ１２において、ステップＳ０５のように、ステップＳ０８で撮影された粒子の新しい実際の構成に対して、また該当する場合は、ステップＳ１４で定義された新しい目標構成に対して、費用関数が新たに計算される。
【0120】
ステップＳ１３において、誤差、すなわち、費用関数が、ステップＳ０５で決定された値と比べて減少しているか判定される。
【0121】
実際、ステップＳ０５で決定された値から費用関数が減少している場合、ステップＳ０７による、図４の例において実現されるステップｃ）が、ステップＳ０６で決定されたのと同じ特異動的局所加熱イベントで繰り返される。
【0122】
一方、ステップＳ０５で決定された値から費用関数が増加している場合、方法のステップｂ）が新たに実行される。すなわち、ステップＳ０６「新ＦＬＵＣＳベクトル計算」において、ステップＳ１２で計算された費用関数に応じて、流体１２に適用される新たな特異動的局所加熱イベントが決定される。
【0123】
したがって、閉フィードバックループ制御、および流体内の粒子の自動空間的操作が実現される。
【0124】
図５の概略図１から３に、熱粘性流を利用して、２つの粒子ｐ１およびｐ２が互いに接近させられる様子を示す。図１は初期状態を示す。粒子ｐ２を中心の近くに移動させる、第１特異動的局所加熱イベントが決定および適用される。次に、図２に示すように、粒子ｐ１を中心の近く、および粒子ｐ２に隣接した位置に動かす、第２特異動的局所加熱イベントが決定および適用される。図３は、粒子ｐ１およびｐ２の最終構成を示す。
【0125】
【0126】
光誘起された流体力学的トラップを実現するため、リレーレーザの走査線を２つの反対方向経路に分けることで、２つの反対方向の熱粘性流が生成された。図６は、生成された、流体力学的な流れの不均一場ｕ（ｘ）を概略的に示す。この手法によると、交差するミクロ経路は不要である。レーザ走査の方向は、誘起された流れの方向を決め、よどみ点Ｓが任意に選択されたレーザ走査経路（図６の横方向矢印がよどみ点Ｓに向けられる）間に形成され、そこで微粒子がトラップ可能である。
【0127】
この場合の閉じ込めは、弱く準安定的なものである。これは、トラップの復元性質が、圧縮軸すなわち図６における横方向にのみ確認され、したがって、垂直軸（図６における縦矢印）に沿ったあらゆる位置変動が、粒子放出につながるためである。
【0128】
そのような放出を避けるため、アクティブフィードバック制御が利用される。これは、逆方向流の動的回転と、２つの面内軸の早急な再調整を可能とする（図７）。
【0129】
請求項の用語に関して、図６に示す流体力学的な流れの不均一場
は、よどみ点Ｓを含み、このよどみ点Ｓの近傍において、粒子ｐは、少なくとも一時的にトラップ可能である。図６の流体力学的な流れの不均一場
は、よどみ点Ｓに向かって、反対方向に向けられた２つの流体力学的な流れｆによって生成される。反対方向に向けられた２つの流体力学的な流れｆは、よどみ点Ｓ周りに平面内で動的に回転させられる（図７ａに二方向矢印で示す）。より具体的に、反対方向に向けられた２つの流体力学的な流れｆが適用される方位角方向は、撮影された粒子ｐの空間的構成に応じて選択される。例えば、方位角方向は、よどみ点Ｓに関して、測定された粒子ｐの方位角および動径座標の内の少なくとも１つに応じて選択され得る。よどみ点Ｓは、目標位置の実施形態と捉えられ得る。
【数6】
【数7】
【0130】
図７ａ）は、粒子ｐの実際の位置の、よどみ点Ｓからのずれδｒを示す。このずれδｒは観測可能で、粒子ｐに掛かる力は、このずれδｒに応じて決定され得る。図７ｂ）、７ｃ）、および７ｄ）は、いずれの場合も、適用される熱粘性流の異なる方向と、粒子ｐの位置と、よどみ点Ｓとを示す。図７ｂ）および７ｄ）では、粒子ｐはよどみ点Ｓに極めて近い一方、図７ｃ）の状態では、粒子ｐはよどみ点Ｓから大きく離れている。
【0131】
トラップの頑丈さは、走査レーザの強度、走査の周波数、および走査経路の更新頻度、ならびにその他多数のユーザ指定パラメータに依存するため、調整可能である。
【0132】
トラップのさらなる特性は、トラップのＯＮ、ＯＦＦを間欠的に切り替えることで評価可能である。当該測定の結果を、図８の図内に示す。これは、よどみ点Ｓからの粒子の、経時的な径方向変位を示す。
【0133】
レーザがＯＮになるとすぐに、よどみ点Ｓに向かって、粒子ｐが引きずられる。これは図８の図内における実線に対応する。一方、レーザがＯＦＦになると、ブラウン運動形式で、粒子ｐが再度拡散する。これは図８の図内における点線に対応する。
【0134】
図９は、トラップ形状の外形を間接的に成形する、水内のトラップされた粒子が動き回る位相空間のヒストグラムを示す。当該ヒストグラムは、ヒートマップとも称する。ヒストグラムは、よどみ点Ｓから所定の距離（横軸）で粒子が確認された回数（数、縦軸）を示す。
【0135】
図９のヒストグラムは、トラップポテンシャルのプロファイルに対応する。ポテンシャルは対称性を呈する。これは、レーザ走査経路の動的回転により実現される復元力（図７参照）が、よどみ点からの粒子の変位の方向に無関係であることを示す。これは、実質的に、疑似的な１次元トラップ状態を実現する。ここで粒子は常に、圧縮軸に沿ってずれるようになる。
【0136】
これは、図１０に示す粒子ｐの平均二乗変位（ＭＳＤ）の分析で確認され得る。図１０は、粒子ｐの生位置データから得られる、粒子ｐの平均二乗変位の、パワースペクトル密度関数を示す図である。光ピンセットと同様、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）ロールオフ解析を使用して、フーリエ変換された流れトラップデータに対するＬｏｒｅｎｔｚｉａｎ当てはめを得ることができる。したがって、各横座標に沿った、トラップの頑丈さが正確に推定され得る。図１０は、ｘ座標のデータを示す。計算された不確定性内で重なるｋｘで示されるｘ座標による２つの面内トラップの頑丈さの一致から、トラップの対称性は明らかである。ｙ座標についてのデータは不図示である。
【0137】
短期拡散と長期拡散の間の遷移は、折点周波数ｆｃによるＰＳＤプロットでマーキングされる。したがって、以下を介して、各直交軸に沿ったトラップの頑丈さｋが正確に推定可能となる。
この手法を使って、ｘ軸に沿った３５±５ｆＮ／μｍ（フェムトニュートン／マイクロメートル）のトラップ頑丈さが得られる。これは、少なくとも典型的な光ピンセットで得られる程度の感度である。したがって、光誘起された熱粘性流は、レーザへの直接曝露を介さず、あくまで中程度の加熱により、高感度のトラップを生成可能であると考えられる。
【数8】
【0138】
高感度の力測定を行うには、粒子に掛かる力の計測値として、トラップ点からの変位が使用可能であることが必須となる。したがって、光誘起された流体力学的トラップによって示された、力と伸張の関係を調べることができる。速度と距離の関係を決定するのに、ストークス抵抗較正を利用可能である。すなわち、光ピンセットにより生成された、略高周波トラップポテンシャルの検証にも使用された手法である。
【0139】
よどみ点からトラップされた粒子をずらし、その緩和挙動を追跡することもできる。発明者らが、粒子のよどみ点への指数関数的手法を観察したところ、速度と変位の関係について、線形関係が示唆された。すなわち、よりトラップからずれている粒子が、より速くよどみ点に向かって引きずられるのである。これはフック的なスプリングを想起させる。光ピンセット実験におけるトラップ所要時間は以下により導き出せる。
これは、トラップの頑丈さの第２推定を得るのに使用され得る。この推定による値は、３３±３ｆＮ／μｍと低く、したがって従前のＰＳＤロールオフ推定にかなり近接したものとなった。力と変位が線形の関係であることから、これらの結果は、本発明の、光誘起された流体力学的トラップの手法が、フェムトニュートン単位で力を測定するために使用可能であることを示唆する。
【数9】
【0140】
外力を使用して、さらにトラップの特性が確認され得、さらに較正目的にも供され得る。これを図１１から図１３を参照して説明する。図１１から図１３のデータの基となる実験に関して、力のバランスを取り、逆方向に流れるトラップ力を定量化するのに、外部特注電磁針Ｍと、磁気粒子ｐが使用された。磁力は、電磁石に印加される電流の着実な変更によって調整可能である。一切流れがないと、粒子ｐの動的磁気駆動は、予期されたとおりに、好適な引き寄せ効果を呈した。これは、長い時間差での、弾道運動（不図示）により検証され得る。
【0141】
電流を大きくすることで、同じ取得時間で、粒子が空間のより大きな領域を動き回ることができるようになる。これは、磁気引力向上を反映したものである。いずれの場合も粒子の長期（定常状態）速度を抽出することで、以下の式から、公知のストークス抵抗力による力のバランスを通じて、磁力を較正可能となる。
次に、発明者らは、外力を利用して粒子を引いた場合に、外力がない状態での粒子動力学で示される見かけばね定数が確認され得るか確認した。これを、図１１を参照して説明する。図１１ａ）は、トラップが起動されて、すなわち反対方向の流れが生じており、外力が一切ない状態での磁気粒子の位置の写真である。粒子はここでも、２つの走査経路の間に形成されたよどみ点近傍で、極めて狭い範囲で動き回っていることが確認された。粒子は、図１１ａ）における黒い球形構造に対応する。これは実質的に、白丸で示されたよどみ点の位置にある。
【数10】
【0142】
駆動電流を電磁石Ｍに印加し、その後誘起される磁場により、粒子はよどみ点から離れるように引かれる。これを図１１ｂ）に示す。ここでもトラップは作動しており、電磁石Ｍで実現される電磁外力ＦｅｘｔがＯＮとなっている。図示のとおり、粒子ｐは引きずられて、よどみ点Ｓからδｒだけ離間している。したがって、粒子に対するポテンシャルエネルギーの極小値は、磁場源の方向にシフトしている。
【0143】
ずれの大きさは、磁力の強さに依存する。電流が大きいほど、よどみ点からの変位が大きくなる。
【0144】
【0145】
計算される磁力に、印加電流を対応付けることで、力と伸張との線形関係が当てはめられ得る。したがって、逆流トラップの頑丈さについて、さらに別の推定が得られる。これを図１３に示す。同図は、計算される磁力に対してプロットされる外力の影響下での粒子のずれδｒを示す。ここで得られたトラップの頑丈さは、先立つ２つの推定の大きさの程度に極めて近く、その差はせいぜい２つの標準偏差分であった。重要なのは、十分に制御された磁力の印加により決定された逆流力は、構成における、あらゆるその他未知の、外から印加される力を定量化するのに使用可能であることである。
【0146】
外力を明確に印加することで、位置が乱れた後の緩和力学を正確に示すのに、平衡熱力学が実際に使用可能であることが確認される。さらに、逆流が磁力に対して正確に平衡となる、その定常状態位置回りの磁気粒子の変動を反映するヒストグラムにより、測定が熱限界に近いことが示される。より小さい力の検出は、より広範のポテンシャルを伴う。これは、典型的には焦点が回析により制限される、多くの点トラップ光ピンセット構成で現在実現可能なものよりも大きな位相空間にわたるトラップを可能とする。さらに、本発明の、光により生成された流体力学的トラップは、調整性が高い。したがって、レーザ強度増加、走査経路距離増加、または逆流更新頻度低減により、さらなる最適化を可能とする。
【0147】
【0148】
より具体的に、矢印ｓ１およびｓ２の方向にレーザビームを走査することで、矢印ｆ１からｆ４の方向に、流体力学的な流れが生成される。流れｆ１およびｆ４が互いにぶつかる位置に、第１よどみ点Ｓ１が生成される。
【0149】
さらに矢印ｓ３およびｓ４の方向にレーザビームを走査することで、矢印ｆ５からｆ８の方向に、流体力学的な流れが生成される。流れｆ５およびｆ８が合流する位置に、第２よどみ点Ｓ２が生成される。
【0150】
この例における操作および分析対象は、２つの末端粒子ｐ１およびｐ２と、ｐ１およびｐ２を繋ぐ概略的に図示された分子鎖Ｃとを有するテザー型分子である。上述のように、粒子ｐ１は、よどみ点Ｓ１近傍にトラップされている。粒子ｐ２は、よどみ点Ｓ２近傍にトラップされている。分子鎖により力が印加されていない状態で、粒子ｐ１およびｐ２をそれぞれよどみ点Ｓ１およびＳ２に引き戻す力は、上述のように測定され得る。この目的のために、よどみ点Ｓ１を生成する流れｆ１からｆ４、またはよどみ点Ｓ２を生成する流れｆ５からｆ８のいずれかが作動される。
【0151】
分子鎖Ｃが粒子ｐ１およびｐ２に掛ける力Ｆ１およびＦ２はその後、よどみ点Ｓ１からよどみ点Ｓ２までの距離を変え、Ｓ１からＳ２までの距離に応じて、よどみ点Ｓ１およびＳ２からの粒子ｐ１およびｐ２それぞれのずれを観測することで測定され得る。
【0152】
図１４の構成の具体的利点は、領域Ｒの全体でレーザからの加熱照射が流体１２に当たらず、それによって、調査対象のテザー型分子ｐ１－Ｃ－ｐ２に、レーザからの加熱照射が当たらないことである。
【0153】
全体として、発明者らは、光誘起された、２つの反対方向の熱粘性流で生成された高感度、調整可能、非接触トラップを開示する。この新規手法は、体内システムにおける光学的トラップの適用およびミクロ流体型トラップの幾何学的制限による、加熱効果および光傷害の可能性に関して生じている懸念に対処することに極めて関連性が高くなり得る。任意で定義された走査経路と、その結果としてのよどみ点は、この手法の局地性および柔軟性を高くする。レーザ走査による加熱の誘導レベルは、中程度であり、体内システムで容易に許容される。したがって、本発明の手法は、生命科学において、細胞生物学から胚発育まで、多様な用途を取り得る。材料科学という面に関して、方法は複合流体の粘弾性特性の決定に極めて都合がよい。最後に、逆流トラップの、マイクロメートル単位のフェムトニュートン力を検知可能とする能力は、分化と増殖など、主要な細胞プロセスを促す、局地機械的指標の検出のための機械生物学の分野で特に有利となり得る。
【0154】
本開示において、発明者らは、光誘起された流体力学的な流れに基づく、新規の非接触トラップ方法を提示する。発明者らは、熱限界感度近くで、フェムトニュートン単位の力を検出可能な、力と伸張との線形関係を示す。提示された技術によると、粒子にレーザが触れる必要がなくなり、分析対象とし得る粒子に材料的制限がなくなる。さらに、方法は、特殊なチャンバを要さない、一般的な光学顕微鏡で実施できるため、より複雑な材料内での局地的力を検査可能となる。したがって、光誘起された流体力学的な流れは、多様な試料内での高感度、非侵襲的力測定に寄与する。
【符号の説明】
【0155】
１０ 容器、試料チャンバ、１２ 流体、例えば水、２０ 加熱デバイス、２２ 照射源、例えば、赤外線レーザ、２４ 加熱照射、２６ スキャナ、２８ ビームシャッター、３０ 光ビームの結合手段、例えば、ダイクロイックミラー、４０ 顕微鏡、例えば、蛍光顕微鏡、４２ 撮像光源、４４ 撮像照射、４６ 例えば、励起、ダイクロイック、吸収フィルターから成るフィルターキューブ、４８ 対物レンズ、５０ 撮像照射用検出器、例えば、カメラ、５２ 画像データ、６０ 制御部、例えば、ＰＣ、１００ 本発明に係る装置、Ｃ 分子鎖、ｐ、ｐ１からｐ６ 操作および／または配置される粒子、ｆ、ｆ１からｆ８ 流体力学的な流れの方向、Ｆ 粒子に掛かる力、Ｆ１ 粒子ｐ１に掛かる力、Ｆ２ 粒子ｐ２に掛かる力、Ｆｅｘｔ 粒子に掛かる外力、ＦＬＵＣＳ 集束光による細胞質流動、Ｒ 加熱照射が流体に入射しない領域、Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ よどみ点、目標位置、Ｔ１からＴ３ 目標位置、u,u(x),u(x,y) 流体力学的な流れの不均一場、δｒ 粒子の実際の位置のよどみ点からのずれ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11a)】
【図11b)】
【図12】
【図13】
【図14】
【国際調査報告】