試料操作素子の表面処理方法及び表面処理装置
【課題】 基板とシート部材とによって構成される試料操作素子に対し、その操作構造での所望の領域を選択的に親水化処理することが可能な試料操作素子の表面処理方法、及び処理装置を提供する。
【解決手段】 下部基板１２と、上部シート部材１４とを有する試料操作素子１０を載置するステージ２０と、素子１０にレーザ光Ｌを供給するレーザ光源３０と、素子１０に対し、シート部材１４側からまたは基板１２側から所定の照射光軸Ａｘに沿って、シート部材と基板との間に形成された操作構造内にビームウエストが位置する集光条件でレーザ光Ｌを照射する集光光学系３５とによって表面処理装置１Ａを構成する。そして、試料操作素子１０の操作構造内において、レーザ発生プラズマにより、シート部材１４で操作構造を構成している凹状構造部の内側表面を親水化処理する。
【解決手段】 下部基板１２と、上部シート部材１４とを有する試料操作素子１０を載置するステージ２０と、素子１０にレーザ光Ｌを供給するレーザ光源３０と、素子１０に対し、シート部材１４側からまたは基板１２側から所定の照射光軸Ａｘに沿って、シート部材と基板との間に形成された操作構造内にビームウエストが位置する集光条件でレーザ光Ｌを照射する集光光学系３５とによって表面処理装置１Ａを構成する。そして、試料操作素子１０の操作構造内において、レーザ発生プラズマにより、シート部材１４で操作構造を構成している凹状構造部の内側表面を親水化処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作対象となる試料の微小空間内での封止操作、または微小流路内での移動操作などを行うための試料操作素子について、試料操作素子を構成するシート部材の表面を処理する表面処理方法、及び表面処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な微量液体の簡便な取扱い、あるいは、その反応プロセスの計測等を目的として、微量液体試料の操作を行うための微小成形加工された操作素子が提案されている。そのような素子の１つとして、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）と呼ばれるシリコーンゴムを材料としたシート部材を用い、凹状または溝状などの構造が下面側に形成されたシート部材を基板に密着させることで試料に対する微小な封止構造、流路構造等を構成する素子がある（試料操作素子については、特許文献１〜３、非特許文献１〜７等を参照）。
【０００３】
このような素子では、例えば、試料を操作するための微小な操作構造に対応するパターンが形成されたマスク等によって型を作製し、この型を用いてＰＤＭＳのシート部材を作製する方法を用いることができる。この方法では、一度、型を作ってしまえば、簡単な操作で同じ素子を繰り返し作製して、試料の操作に利用することができる。また、ＰＤＭＳのシート部材は、ガラス基板などの基板に対する吸着性が高く、基板及びシート部材を密着させることによる微小構造の作成に適している。また、このような素子は、ＰＤＭＳ以外の材料によるシート部材を用いても同様に構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３９１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９４０５号公報
【特許文献３】特開２００５−１５６２７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】W. Tan and S. Takeuchi, "Atrap-and-release integrated microfluidic system for dynamic microarrayapplications", PNAS Vol.104 (2007) pp.1146-1151
【非特許文献２】S. Jo and K. Park,"Surface modification using silanated poly(ethylene glycol)s",Biomaterials 21 (2000) pp.605-616
【非特許文献３】A. Papra et al.,"Microfluidic Networks Made of Poly(dimethylsiloxane), Si, and Au Coatedwith Polyethylene Glycol for Patterning Proteins onto Surfaces", Langmuir17 (2001) pp.4090-4095
【非特許文献４】P. Holgerson et al.,"Patterning and modification of PDMS surface through laser micromachiningof silicon masters and molding", Appl. Phys. A 81 (2005) pp.51-56
【非特許文献５】工藤寛之 他、「微細モールドを用いたソフトリソグラフィ技術の開発」、東京都立産業技術研究所研究報告 第７号（２００４） ｐｐ．８５−８６
【非特許文献６】石束真典 他、「マイクロ流体素子を目的とした金属電極埋め込みＰＤＭＳ三次元構造体組み立て技術」、電気学会論文誌Ｅ １２５巻９号（２００５） ｐｐ．３９３−３９７
【非特許文献７】田中正人 他、「ＰＯＣＴ診断用チップ開発とレーザ微細加工」、第７３回レーザ加工学会講演論文集（２０１０） ｐｐ．１４３−１４６
【非特許文献８】H. Itoh et al., "Mechanically driven ATP synthesis by F1-ATPase",Nature 427 (2004) pp.465-468
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した試料操作素子では、ＭＥＭＳ（Micro ElectroMechanical Systems）技術を利用して、ＰＤＭＳにフェムトリットル（ｆＬ）からピコリットル（ｐＬ）オーダの微小なチャンバや、マイクロメートル（μｍ）オーダのパターンが作製されている。このような微小操作構造は、例えば、微小チャンバ内部で分子機械と呼ばれる酵素群の計測、操作を行い、あるいは、微小流路を用いて分子機械や細胞を弁別し、計測しやすい配置を行うなど、様々な試料の操作に用いられる。
【０００７】
一方、水溶液系の生物試料にＰＤＭＳ製の微小チャンバ、微小流路を用いる場合、ＰＤＭＳの表面が疎水性であることが問題となる。例えば、試料操作素子の構造が微細になってくると、未処理のＰＤＭＳ構造には水溶液が入り込まない場合もある。これに対して、ＰＤＭＳによる微細構造について、その表面を親水化処理することが試みられている。そのような処理として、例えば、界面活性剤などの両親媒性物質の水溶液を用いる方法が考えられる。ただし、このような方法では、タンパク質の機能が阻害される場合がある。
【０００８】
また、ＰＤＭＳの表面の親水化処理として、様々な性質を持ったタンパク質そのものの水溶液をあらかじめ流し、あるいは微小流路の内壁に塗布する方法がある。牛の血清アルブミン（ＢＳＡ）やα−カゼインの高濃度水溶液などがその候補である。また、物理的な処理方法としては、真空紫外光による方法、大気圧プラズマを用いる方法などがある。また、オゾン等の暴露によるＰＤＭＳの表面の改質は分光学的に確認されており、さらに、その反応性を利用した応用例も報告されている（非特許文献２、３参照）。
【０００９】
紫外光照射処理、プラズマ処理等によるＰＤＭＳの親水化は、ＰＤＭＳの表面にシラノール基が露出するためと考えられている。また、さらに、このように改質したＰＤＭＳの表面に対して、シランカップリング剤により官能基を配置、あるいは反応させて、機能を持った反応性チャンバや反応流路として用いようとする報告がある。しかしながら、これらの表面処理方法は、基本的にＰＤＭＳによるシート部材の全領域に影響を及ぼすものであり、例えば微小チャンバ、流路等による操作構造での特定の領域を選択的に親水性、機能性に改変する方法については、これまでに充分な検討がなされていない。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、基板とシート部材とによって構成される試料操作素子に対し、その操作構造における所望の領域について選択的に親水化処理を行うことが可能な試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明による試料操作素子の表面処理方法は、試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に、その下面が下部基板の載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、上部シート部材の下面に設けられた凹状構造部によって、上部シート部材と下部基板との間に試料の操作を行うための操作構造が形成された試料操作素子に対する表面処理方法であって、（１）下部基板と、下部基板上に配置された上部シート部材とを有する試料操作素子を準備して処理ステージ上に載置する素子準備ステップと、（２）処理ステージ上の試料操作素子に対し、上部シート部材側からまたは下部基板側から所定の照射光軸に沿って、上部シート部材と下部基板との間に形成された操作構造内にビームウエストが位置する集光条件でレーザ光を照射し、レーザ光の集光によって生成されたプラズマにより、上部シート部材における凹状構造部の内側表面を親水化処理する表面処理ステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による試料操作素子の表面処理装置は、試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に、その下面が下部基板の載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、上部シート部材の下面に設けられた凹状構造部によって、上部シート部材と下部基板との間に試料の操作を行うための操作構造が形成された試料操作素子に対する表面処理装置であって、（ａ）下部基板と、下部基板上に配置された上部シート部材とを有する試料操作素子を載置する処理ステージと、（ｂ）処理ステージ上の試料操作素子に対し、その表面処理に用いられるレーザ光を供給するレーザ光源と、（ｃ）試料操作素子に対し、上部シート部材側からまたは下部基板側から所定の照射光軸に沿って、上部シート部材と下部基板との間に形成された操作構造内にビームウエストが位置する集光条件でレーザ光源からのレーザ光を照射する集光光学系とを備え、（ｄ）操作構造内において、レーザ光の集光によって生成されたプラズマにより、上部シート部材における凹状構造部の内側表面を親水化処理することを特徴とする。
【００１３】
上記した試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置においては、ＰＤＭＳなどの所定の材料からなる上部シート部材を下部基板の載置面と密着するように配置して構成された試料操作素子を準備し、処理ステージ上に載置する。そして、処理ステージ上の試料操作素子に対して、レーザ光源及び集光光学系を設け、上部シート部材と下部基板との間に形成された操作構造の空間内にビームウエストが位置する集光条件で、上部シート部材側からまたは下部基板側から所定の照射光軸に沿ってレーザ光を照射する。
【００１４】
このとき、試料操作素子の操作構造内にあるレーザ光の集光領域においてプラズマが発生し、このレーザ発生プラズマによって、上部シート部材における凹状構造部の内側表面を親水化処理することができる。特に、このように集光領域におけるレーザ発生プラズマを用いる表面処理では、レーザ光の水平面内での照射位置、及び垂直方向での集光位置を適切に設定することにより、基板とシート部材とが密着した状態の試料操作素子に対し、その操作構造の所望の領域におけるシート部材の内側表面について、選択的に親水化処理を行うことが可能となる。
【００１５】
ここで、試料操作素子の表面処理に用いるレーザ光については、表面処理方法は、表面処理ステップにおいて、レーザ光として、パルスレーザ光を用いることが好ましい。同様に、表面処理装置は、レーザ光源が、レーザ光として、パルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源であることが好ましい。このように、試料操作素子に対してパルスレーザ光を照射することにより、シート部材の親水化処理を好適に実現することができる。
【００１６】
また、表面処理方法は、表面処理ステップにおいて、試料操作素子に対する照射光軸に直交する面内でのレーザ光の照射位置を調整することで、上部シート部材に対する親水化処理の処理位置を設定する構成を用いても良い。同様に、表面処理装置は、試料操作素子に対する照射光軸に直交する面内でのレーザ光の照射位置を調整することで、上部シート部材に対する親水化処理の処理位置を設定するための照射位置調整手段を備える構成を用いても良い。これにより、試料操作素子に対するレーザ光の水平面内での照射位置を、親水化処理をしようとする所望の領域に応じて適切に設定し、上部シート部材に対して所望パターンで親水化処理を行うことができる。
【００１７】
また、表面処理方法は、表面処理ステップにおいて、試料操作素子に対する照射光軸に沿ったレーザ光の集光位置を調整することで、上部シート部材に対する親水化処理の処理条件を設定する構成を用いても良い。同様に、表面処理装置は、試料操作素子に対する照射光軸に沿ったレーザ光の集光位置を調整することで、上部シート部材に対する親水化処理の処理条件を設定するための集光位置調整手段を備える構成を用いても良い。これにより、試料操作素子に対するレーザ光の垂直方向での集光位置を、親水化処理の状況等に応じて適切に設定することができる。
【００１８】
基板の載置面に密着して素子の上部を構成するシート部材の材料については、上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることが好ましい。特に、上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることが好ましい。このような材料を用いることにより、基板とシート部材との間の密着性を充分に確保して、微小操作構造を有する試料操作素子を好適に構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の試料操作素子の表面処理方法及び処理装置によれば、シート部材を基板の載置面と密着するように配置した試料操作素子を処理ステージ上に載置し、ステージ上の試料操作素子に対して、シート部材と基板との間の操作構造内にビームウエストが位置する集光条件で、シート部材側からまたは基板側からレーザ光を照射し、レーザ発生プラズマによって、シート部材の内側表面を親水化処理することにより、試料操作素子の操作構造における所望の領域について選択的に親水化処理を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】基板及びシート部材からなる試料操作素子の基本構成を示す図である。
【図２】試料操作素子の表面処理方法の第１実施形態について示す模式図である。
【図３】試料操作素子の表面処理装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図４】試料操作素子の表面処理方法の第２実施形態について示す模式図である。
【図５】試料操作素子の表面処理装置の第２実施形態の構成を示す図である。
【図６】試料操作素子の表面処理装置による親水化処理を評価するための実験構成について示す図である。
【図７】試料操作素子の表面処理装置による親水化処理の評価結果を示す図である。
【図８】試料操作素子の具体的な構成の一例を示す図である。
【図９】図８の試料操作素子における試料のトラップについて示す図である。
【図１０】図８の試料操作素子に対する表面処理の一例について示す図である。
【図１１】図８の試料操作素子における試料のトラップ状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面とともに、本発明による試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
本発明における表面処理の対象となる試料操作素子は、試料に対する微小な封止構造、流路構造等の操作構造を有する素子であり、操作対象の試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に配置される上部シート部材とによって構成される。また、シート部材の下面には、凹状または溝状などの微小構造が形成され、このシート部材の下面と基板の載置面とが密着することで、それらの間で試料の操作構造が構成される。最初に、このような試料操作素子について、その基本的な構成、使用形態について説明する。
【００２３】
ここで、以下においては、素子上部のシート部材を構成する材料については、主にＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane、ポリジメチルシロキサン）を用いる場合を例として説明する。ＭＥＭＳ技術等を利用したＰＤＭＳの微細構造（マイクロ流路等）は、試料が微量ですむこと、他のデバイスと組み合わせて小型化できること、廉価であることなどにより、工業的な発展が期待されており、既に実用化されているものもある。
【００２４】
ＰＤＭＳは、モールディングによりサブミクロンの構造までが転写できること、自己吸着性があるので基板に貼り付けるだけでシールが可能であること、光学顕微鏡等を用いて生物試料等を観測する場合に無色透明であること、自家蛍光もほとんど見られないこと、生体試料に対して悪影響を及ぼさないこと、毒性がないこと等の利点を有する。ＰＤＭＳを用いた試料操作素子については、バイオ・化学分野では、マイクロ流路そのものに機能を持たせて発展を図ろうという試みもある。微小なポンプを組み込んだ立体的な流路の配置、部分的な酵素の添加による高機能化等がその例である。
【００２５】
図１は、本発明による表面処理方法及び表面処理装置において処理対象となる、下部基板、及び上部シート部材からなる試料操作素子の基本構成を模式的に示す図である。ここで、図１（ａ）は、下部基板に上部シート部材を密着させる前における試料操作素子の状態を示し、図１（ｂ）は、下部基板に上部シート部材を密着させて、それらの間に操作構造が形成された試料操作素子とした状態を示している。
【００２６】
試料操作素子１０は、図１に示すように、試料が載置面１３上に載置される下部基板１２と、下部基板１２上に配置される上部シート部材１４とによって構成されている。上部シート部材１４には、下部基板１２の載置面１３と密着する下面１５に、凹状構造部１６が設けられている。これにより、シート部材１４と基板１２との間に、試料の操作を行うための操作構造１７が形成される。シート部材１４は、上記したように、例えばＰＤＭＳシートからなる。また、基板１２は、例えばスライドガラス、ガラス基板からなる。
【００２７】
図１（ｂ）では、試料操作素子１０に設けられる操作構造１７として、試料に対して微小空間内で封止操作を行う封止構造（試料を封止する微小チャンバ）を用いた例を示している。ここでは、シート部材１４と基板１２との間で凹状構造部１６によって構成された封止構造１７の空間内に、例えば分子機械などの目標物質Ｓ２を含む試料溶液Ｓ１が封止されている。また、操作構造１７としては、上記した封止構造以外にも、例えば、試料に対して微小流路内で移動操作を行う流路構造（試料を流す微小流路）など、様々な構造を用いることができる。
【００２８】
図２は、試料操作素子の表面処理方法の第１実施形態について示す模式図である。本実施形態による表面処理方法では、まず、下部基板１２と上部シート部材１４とを有する試料操作素子１０を準備して、処理ステージ（後述）上に載置する（素子準備ステップ）。そして、ステージ上の試料操作素子１０に対し、基板１２側から所定の照射光軸Ａｘに沿って、シート部材１４と基板１２との間の操作構造１７内にビームウエスト１８が位置する集光条件でレーザ光Ｌを照射する。このとき、操作構造１７内において、レーザ光Ｌの集光によってプラズマが生成され、このレーザ発生プラズマによって、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面が親水化処理される（表面処理ステップ）。
【００２９】
ここで、以下においては、図２に示すように、基板１２の載置面（シート部材１４の下面）に直交する方向（垂直方向）をｚ軸方向とし、ｚ軸に直交し基板１２の載置面に沿った方向（水平方向）をｘ軸方向、ｙ軸方向とする。レーザ光Ｌの照射光軸Ａｘは、ｚ軸方向と略一致するように設定されている。
【００３０】
図３は、試料操作素子の表面処理装置の第１実施形態の構成を示す図である。本実施形態による試料操作素子１０の表面処理装置１Ａの構成は、図２に示した表面処理方法に対応している。図３に示す表面処理装置１Ａは、処理ステージ２０と、レーザ光源３０と、集光光学系３５とを備え、倒立型光学顕微鏡として構成されている。
【００３１】
処理ステージ２０は、下部基板１２と、基板１２上に配置された上部シート部材１４とを有する試料操作素子１０を載置する。本実施形態におけるステージ２０は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に移動可能なＸＹＺ可動ステージによって構成されている。これにより、ステージ２０は、試料操作素子１０に対する照射光軸Ａｘに直交する面（ｘｙ面）内でのレーザ光Ｌの照射位置を調整することで、シート部材１４に対する親水化処理の処理位置を設定するための照射位置調整手段の機能を有する。
【００３２】
また、ステージ２０は、試料操作素子１０に対する照射光軸Ａｘ（ｚ軸）に沿ったレーザ光Ｌの集光位置を調整することで、シート部材１４に対する親水化処理の処理条件を設定するための集光位置調整手段の機能を有する。具体的には、ステージ２０は、試料操作素子１０の操作構造１７内における、レーザ光Ｌのビームウエスト１８のｚ軸方向での位置（図２参照）を調整することで、シート部材１４の内側表面の親水化処理に用いられる操作構造１７内でのレーザ発生プラズマの発生位置を調整、設定する。
【００３３】
レーザ光源３０は、ステージ２０上の試料操作素子１０に対し、その表面処理に用いられるレーザ光Ｌを供給する。このレーザ光源３０としては、好ましくは、パルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源が用いられる。また、レーザ光Ｌについては、操作構造１７内に集光させることが可能なように、基板１２及びシート部材１４を透過する波長のレーザ光が用いられる。このようなレーザ光Ｌとしては、例えば、Ｑ−スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ光源からの倍波で、波長５３２ｎｍの光（可視光）を用いることができる。
【００３４】
レーザ光源３０と、ステージ２０との間には、メカニカルシャッタ３１と、集光光学系３５とが設けられている。メカニカルシャッタ３１は、ステージ２０上の試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、集光光学系３５は、試料操作素子１０に対し、基板１２側から照射光軸Ａｘに沿って、シート部材１４と基板１２との間に形成された操作構造１７内にビームウエスト１８が位置する集光条件でレーザ光源３０からのレーザ光Ｌを集光、照射する。
【００３５】
図３に示す構成例では、集光光学系３５は、レーザ光源３０及びシャッタ３１側から順に、レンズ３６、レンズ３７、ダイクロイックミラー３９、及び集光レンズ３８によって構成されている。ダイクロイックミラー３９は、シャッタ３１、及びレンズ３６、３７を介してレーザ光源３０から供給された所定波長のパルスレーザ光Ｌ（例えば、上記した波長５３２ｎｍの可視光）を反射する。
【００３６】
また、集光レンズ３８は、ダイクロイックミラー３９で反射されたレーザ光Ｌを集光して、ステージ２０上の試料操作素子１０へと照射する。これにより、試料操作素子１０の操作構造１７内において、レーザ発生プラズマにより、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面が親水化処理される。ダイクロイックミラー３９としては、例えば、レーザ光Ｌを含む可視光を反射するとともに、近赤外光を透過するものが用いられる。
【００３７】
また、本実施形態による表面処理装置１Ａでは、レーザ光源３０に加えて、試料操作素子１０の透過像を観測するための光（５４０ｎｍ以上、近赤外光を含む）を供給する観測光源４０が設けられている。観測光源４０は、コリメートレンズ４１、近赤外光透過フィルタ４２、及びコンデンサレンズ４３を介し、シート部材１４側から照射光軸Ａｘに沿って、試料操作素子１０に対して赤外観測光（破線）を照射する。そして、素子１０を透過した観測光は、ダイクロイックミラー３９を透過し、反射ミラー４４、及びレンズ４５を介してＣＣＤカメラ４８へと到達し、このカメラ４８によって、試料操作素子１０の透過像が取得される。
【００３８】
表面処理装置１Ａにおいては、処理ステージ２０、レーザ光源３０、及び集光光学系３５等に対し、それらの装置各部の動作を制御する表面処理制御部５０が設けられている。制御部５０は、ステージ制御部５２を介して、処理ステージ２０の移動動作を制御する。これにより、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌのｘｙ面内での照射位置、ｚ軸方向での集光位置が制御される。また、制御部５０は、レーザ照射制御部５３を介して、レーザ光源３０のレーザ光供給動作、及びメカニカルシャッタ３１の開閉動作を制御する。プラズマ発生時のパルスレーザ光Ｌ照射時には、観測系（ＣＣＤカメラ４８）の保護のため、反射ミラー４４とレンズ４５との間に設置したメカニカルシャッタ３２を閉じる。これにより、表面処理用のレーザ発生プラズマの発生タイミング、発生条件、及び観測条件が制御される。
【００３９】
このような表面処理制御部５０は、例えば、コンピュータによって構成することができる。また、この制御部５０に対して、表示装置５６及び入力装置５７が接続されている。表示装置５６は、試料操作素子１０の表面処理に関する情報の表示に用いられる。また、入力装置５７は、試料操作素子１０に対する表面処理の条件、あるいは表面処理の開始、終了等に関する指示の入力に用いられる。
【００４０】
本実施形態による試料操作素子１０の表面処理方法、及び表面処理装置１Ａの効果について説明する。
【００４１】
上記した試料操作素子１０の表面処理方法、及び表面処理装置１Ａにおいては、ＰＤＭＳなどの所定の材料からなるシート部材１４を基板１２の載置面と密着するように配置して構成された試料操作素子１０を準備し、処理ステージ２０上に載置する。そして、ステージ２０上の素子１０に対してレーザ光源３０及び集光光学系３５を設け、シート部材１４と基板１２との間にある操作構造１７の空間内にビームウエスト１８が位置する集光条件（図２参照）で、基板１２側から照射光軸Ａｘに沿ってレーザ光Ｌを照射する。
【００４２】
このとき、操作構造１７内にあるレーザ光Ｌの集光領域においてプラズマが発生し、このレーザ発生プラズマによって、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面を親水化処理することができる。特に、このように集光領域におけるレーザ発生プラズマを用いる表面処理方法では、レーザ光Ｌの水平面内での照射位置、及び垂直方向での集光位置を適切に設定することにより、図２に示したように、基板１２とシート部材１４とが密着した状態の試料操作素子１０に対し、その操作構造１７の所望の領域におけるシート部材１４の内側表面について、選択的に親水化処理を行うことが可能である。
【００４３】
実際に、強力なナノ秒程度のパルス幅を持つパルスレーザ光を集光することにより発生するプラズマにＰＤＭＳシート部材のパターンを暴露したところ、市販のプラズマ処理装置と同等の親水性、あるいはシランカップリング剤への反応性の効果が得られた。また、この親水化（シラノール化）の効果は、表面処理された領域を水中に浸漬しておくと持続するが、大気中におくことにより消失することがわかった。このことは、上記した表面処理の効果が、物理的な構造変化による表面性質の改変ではなく、化学的な変化によるものであることを示唆している。
【００４４】
ここで、試料操作素子１０の表面処理に用いるレーザ光Ｌについては、レーザ光源３０として、上述したように、パルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源を用いることが好ましい。このように、試料操作素子１０に対してパルスレーザ光を照射することにより、シート部材１４と基板１２との間にある操作構造１７の空間内に形成されるビームウエスト１８において、レーザ光Ｌの集光によるプラズマを好適に発生させて、レーザ発生プラズマによるシート部材１４の親水化処理を好適に実現することができる。
【００４５】
表面処理に用いられるプラズマ、すなわちイオンと電子の拡散によるＰＤＭＳの表面の親水化効果を考えると、マイクロメートルオーダのパターン形成であれば、ナノ秒オーダのパルスレーザでカバーできる範囲であると考えられる。酸素の大気中での拡散速度は、１０−６ｃｍ２／ｓ程度と見積もられる。ただし、実際には、プラズマ発生時の衝撃波により、プラズマが、素子表面に向かって加速している可能性もある。
【００４６】
さらに、広範囲でのＰＤＭＳの表面の改変が必要であれば、レーザ光Ｌによる走査を行えば良く、また、強力なパルスレーザであれば、ピコ秒からフェムト秒のパルスレーザ光を利用することができるので、微細な親水化パターンの形成が可能である。また、空間光変調器（ＳＬＭ）のような多点レーザ操作システムが強力なパルスレーザ光の使用に耐えるようになれば、ＰＤＭＳの表面の２次元的な同時改質も可能になると考えられる。
【００４７】
また、上記実施形態では、照射位置調整手段として機能するステージ２０によって、試料操作素子１０に対する照射光軸Ａｘに直交する面（ｘｙ面）内でのレーザ光Ｌの照射位置を調整し、それによって、上部シート部材１４に対する親水化処理の処理位置を設定している。これにより、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの水平面内での照射位置を、親水化処理をしようとする所望の領域に応じて適切に設定、あるいは走査し、シート部材１４に対して所望かつ任意のパターンで親水化処理を行うことができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、集光位置調整手段として機能するステージ２０によって、試料操作素子１０に対する照射光軸Ａｘ（ｚ軸）に沿ったレーザ光Ｌの集光位置を調整し、それによって、上部シート部材１４に対する親水化処理の処理条件を設定している。これにより、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの垂直方向での集光位置を、親水化処理の状況等に応じて適切に設定することができる。
【００４９】
なお、これらの照射位置調整手段及び集光位置調整手段については、上記実施形態ではＸＹＺ可動ステージ２０によって実現しているが、このような構成に限られるものではない。例えば、ステージ２０を固定ステージとし、集光光学系３５を移動可能または調整可能に構成することで、照射位置調整手段及び集光位置調整手段を実現しても良い。また、ステージ２０及び光学系３５の両者を可動に構成しても良い。また、これらの照射位置調整手段、集光位置調整手段については、不要であれば設けない構成としても良い。
【００５０】
基板１２の載置面に密着して試料操作素子１０の上部を構成するシート部材１４の材料については、シリコーン（シリコーン樹脂、シリコーンゴム）を用いることが好ましい。特に、シート部材１４の材料としては、基板１２に対する密着性に優れる、上述したＰＤＭＳを用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、基板１２とシート部材１４との間の密着性を充分に確保して、操作構造１７を有する試料操作素子１０を好適に構成することができる。
【００５１】
また、上部シート部材１４の材料については、上記したシリコーン、ＰＤＭＳ等に限らず、下部基板１２に密着して微小操作構造１７を形成可能なものであれば、様々な材料を用いて良い。そのような材料としては、例えば、ポリジエン系ポリマー、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリハロゲン化ビニリデン、ポリエチレン等の合成樹脂、あるいは天然ゴム等が挙げられる。
【００５２】
また、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの照射については、図２、図３に示した実施形態では、下部基板１２側（下方側）からレーザ光Ｌを照射する構成を示したが、上部シート部材１４側（上方側）からレーザ光Ｌを照射する構成としても良い。
【００５３】
図４は、試料操作素子の表面処理方法の第２実施形態について示す模式図である。本実施形態による表面処理方法では、処理ステージ上の試料操作素子１０に対し、シート部材１４側から照射光軸Ａｘに沿って、シート部材１４と基板１２との間の操作構造１７内にビームウエスト１８が位置する集光条件でレーザ光Ｌを照射する。このとき、図２の構成と同様に、操作構造１７内において、レーザ光Ｌの集光によってプラズマが生成され、このレーザ発生プラズマによって、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面が親水化処理される。
【００５４】
図５は、試料操作素子の表面処理装置の第２実施形態の構成を示す図である。本実施形態による試料操作素子１０の表面処理装置１Ｂの構成は、図４に示した表面処理方法に対応している。図５に示す表面処理装置１Ｂは、図３に示した表面処理装置１Ａと同様に、処理ステージ２０と、レーザ光源３０と、集光光学系３５と、観測光源４０と、表面処理制御部５０とを備え、正立型光学顕微鏡として構成されている。
【００５５】
レーザ光源３０と、ステージ２０との間には、メカニカルシャッタ３１と、集光光学系３５とが設けられている。メカニカルシャッタ３１は、ステージ２０上の試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、集光光学系３５は、試料操作素子１０に対し、シート部材１４側から照射光軸Ａｘに沿って、シート部材１４と基板１２との間に形成された操作構造１７内にビームウエスト１８が位置する集光条件でレーザ光源３０からのレーザ光Ｌを集光、照射する。
【００５６】
図５に示す構成例では、集光光学系３５は、レーザ光源３０及びシャッタ３１側から順に、レンズ３６、レンズ３７、ダイクロイックミラー３９、及び集光レンズ３８によって構成されている。ダイクロイックミラー３９は、シャッタ３１、及びレンズ３６、３７を介してレーザ光源３０から供給されたパルスレーザ光Ｌを反射する。また、集光レンズ３８は、レーザ光Ｌを集光して、ステージ２０上の試料操作素子１０へと照射する。これにより、試料操作素子１０の操作構造１７内において、レーザ発生プラズマにより、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面が親水化処理される。
【００５７】
また、観測光源４０は、コリメートレンズ４１、近赤外光透過フィルタ４２、反射ミラー４６、及びコンデンサレンズ４３を介し、基板１２側から照射光軸Ａｘに沿って、試料操作素子１０に対して赤外観測光を照射する。そして、素子１０を透過した観察光は、ダイクロイックミラー３９を透過し、反射ミラー４４、及びレンズ４５を介してＣＣＤカメラ４８へと到達し、このカメラ４８によって、試料操作素子１０の透過像が取得される。なお、パルスレーザ光Ｌ照射時には、観測系（ＣＣＤカメラ４８）の保護のため、反射ミラー４４とレンズ４５との間に設置したメカニカルシャッタ３２を閉じる。
【００５８】
次に、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの照射条件等について検討する。上記した試料操作素子１０の表面処理方法は、素子１０を構成するＰＤＭＳ等を用いた上部シート部材１４の内側表面を親水化処理するものであるが、図２、図４に示したように、レーザ光Ｌのビームウエスト１８は、操作構造１７の空間内に形成されており、ビームウエスト１８の位置（集光位置）と、シート部材１４に対して表面処理が行われる位置とは異なっている。このため、上記方法では、ビームウエスト１８でのプラズマの発生、拡散条件を考慮し、シート部材１４に対するレーザ光Ｌの集光位置を適切に設定する必要がある。
【００５９】
このようなレーザ光Ｌの照射条件を評価するため、図６に示す構成を用いて、試料操作素子の表面処理装置による親水化処理を評価するための実験を行った。ここでは、シート部材１４として厚さ５ｍｍのＰＤＭＳシートを用いるとともに、親水化処理の対象となるシート部材１４の表面と、レーザ光Ｌの集光位置（ビームウエストの位置）との位置関係（特に、それらの間の距離）を評価するため、シート部材の内側表面ではなく、その上面を処理対象としてレーザ光Ｌの照射による親水化処理の実験を行った。
【００６０】
この実験では、図６（ａ）に示すように、正立型顕微鏡の構成を用い、レーザ光源３０からのパルスレーザ光Ｌを、レンズ６１、６２、ダイクロイックミラー６３、及び対物レンズ６４を介して、シート部材１４の上面に照射する構成とした。また、観測光源４０については、観測光源４０からの赤外観測光を、レンズ６５、ミラー６６、及び対物レンズ６４を介して、シート部材１４を含む試料操作素子１０に照射し、素子１０からの反射像を、レンズ６４、ミラー６６、及びレンズ６７を介して、カメラ６０によって取得する構成とした。
【００６１】
レーザ光源３０としては、スペクトラフィジックス社製で、最大平均出力が６００ｍＪ（１０Ｈｚ）のＧＣＲ−４（Ｑ−スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ）を用い、その波長５３２ｎｍの倍波を表面処理用のパルスレーザ光Ｌとして用いた。また、シート部材１４に対する表面処理の際に照射するレーザ光Ｌの出力は、例えば１０ｍＪに設定した。
【００６２】
また、シート部材１４に対するレーザ光Ｌの集光条件の評価については、図６（ｂ）に示すように、ステージ２０をｘ軸方向及びｚ軸方向に所定距離ずつ移動してパルスレーザ光Ｌの照射を繰り返して行うことで、その評価を行った。具体的な手順としては、まず、プラズマが発生するレーザ光Ｌの焦点位置（集光位置）Ｆについて、ステージ２０のｚ軸方向の位置の調整により、シート部材１４の上面に焦点位置Ｆを合わせる。そして、図６（ｂ）に示すように、ステージ２０のｘ軸方向、ｚ軸方向の位置の調整により、シート部材１４の上面から５０μｍ上方に対物レンズ６４による焦点位置Ｆをセットし、この状態で、１０Ｈｚ、１秒間の条件でレーザ光Ｌの照射による表面処理を行う。
【００６３】
次に、ステージ２０をｘ軸方向に５０μｍ、ｚ軸方向でシート部材１４が焦点位置Ｆに近づく上方に１０μｍ移動し、この状態で上記と同様の条件でレーザ光Ｌの照射を行う。さらに、このようなステージ２０の移動、及びシート部材１４へのレーザ光Ｌの照射を繰り返して行う。これにより、シート部材１４の上面には、測定点１、２、３と順に、ｘ軸方向に５０μｍ間隔で、焦点位置Ｆがシート部材１４に向けて１０μｍずつ移動する表面処理済みの面部分が形成される。
【００６４】
このように、焦点位置Ｆが異なる処理済みの面部分がステージの移動方向に配列されたシート部材１４に対し、ピペットによってＰＤＭＳの表面に水を滴下し、低倍率対物レンズによってＰＤＭＳのシート部材１４の表面を観測することで、その親水化処理の状態の評価を行った。図７は、試料操作素子の表面処理装置による親水化処理の評価結果を示す図である。ＰＤＭＳの表面に水を滴下した後、その側方より濾紙を近付けて水を吸い取ると、図７（ａ）に示すように、処理済みの面部分の配列方向に沿って水滴が残る。
【００６５】
さらに、比較的長時間（１分程度）が経過した後に、ＰＤＭＳの表面を観測すると、図７（ｂ）に示すように、図中に測定点の番号とともに示した表面処理済みの面部分のｘ軸方向の位置、すなわち、シート部材１４の上面と焦点位置Ｆとの距離によって、ＰＤＭＳの表面上に残る水滴の量が異なった状態となる。これは、各表面処理済みの面部分での親水化処理の程度を示すものであり、このような結果を参照して、シート部材１４に対するレーザ光Ｌの集光位置Ｆの好適な設定についての評価を行うことができる。
【００６６】
また、ステージ２０のｚ軸方向への走査により、レーザ光Ｌの焦点位置ＦがＰＤＭＳの表面に近づくと、ＰＤＭＳの変形や付着物が現れる場合がある。親水化処理の対象であるシート部材１４に対するレーザ光Ｌの集光位置（ビームウエストの位置）については、親水化条件に加えてこのような条件をも考慮して、試料操作素子の操作構造内においてＰＤＭＳの表面から適切な距離となるように設定することが好ましい。
【００６７】
続いて、試料操作素子に対する表面処理の具体的な実施例について説明する。図８は、試料操作素子１０の具体的な構成の一例を示す図である。図８においては、シート部材１４の下面における凹状構造部１６、及びそれによる試料操作素子１０での操作構造１７のｘｙ面内での平面構造パターンを示している。本実施例では、試料の操作構造１７をトラップ型の構成とした場合の試料操作素子１０を表面処理の対象としている。ここで、トラップ型の試料操作素子は、ビーズあるいは細胞などの目標物質を観察視野の特定部位に固定するための工夫を施した微小流路素子である（非特許文献１参照）。
【００６８】
図８に示す構成例では、試料の操作構造１７は、試料溶液の入力口８１と出力口８２との間に設けられたトラップ流路部８３によって構成されている。トラップ流路部８３は、入力口８１側にある第１トラップ流路部８４と、出力口８２側にある第２トラップ流路部８５との２段階の流路部によって構成されている。第１トラップ流路部８４は、入力口８１からの試料溶液を上下に蛇行させつつ右から左へと流すように構成されている。また、第２トラップ流路部８５は、第１トラップ流路部８４からの試料溶液を上下に蛇行させつつ左から右へと流して出力口８２に出力するように構成されている。
【００６９】
トラップ流路部８３には、その上下に蛇行する主流路に加えて、隣り合う主流路の間をショートカットする複数のショートカット流路８６が設けられている。ショートカット流路８６は、それぞれ、主流路と同一の流路幅の上流側流路部分８７と、主流路よりも細い流路幅の下流側流路部分８８とによる段差構造を有して構成されている。
【００７０】
このような流路構成の試料操作素子１０において、入力口８１から出力口８２へと順方向に試料溶液Ｓ６を流すと、図９（ａ）、（ｂ）に模式的に示すように、ショートカット流路８６の段差部分において、溶液Ｓ６中の目標物質（例えばビーズ）Ｓ７がトラップされる。また、この状態で出力口８２から入力口８１へと逆方向に試料溶液Ｓ６を流すと、図９（ｃ）に示すように、ショートカット流路８６にトラップされていた目標物質Ｓ７が解放される。例えば、流路８６において、上流側流路部分８７の幅を６μｍ、下流側流路部分８８の幅を２μｍとすれば、２μｍ以上の大きさを持つビーズなどの目標物質Ｓ７を段差部分にトラップすることができる。
【００７１】
このようなトラップ流路部８３を有する試料操作素子１０に対し、図１０（ａ）に模式的に示すように、ショートカット流路８６の段差部分を構成する上流側流路部分８７内においてレーザ光Ｌの照射による表面処理を行うと、図１０（ｂ）に破線によって示すように、段差部分におけるＰＤＭＳシート部材の内側表面のみが選択的に親水化される。さらに、図１０（ｃ）に示すように、シランカップリング剤による修飾、マレイミドＮＴＡによる反応、ＮｉＣＬ２によるＮｉ化の処理を行ったところ、Ｈｉｓを表面に修飾したビーズをショートカット流路８６にトラップすることができた。
【００７２】
また、この場合、逆方向に溶液を流しても、ビーズはショートカット流路８６から解放されることはなかった。続いて、高濃度のイミダゾール水溶液（５００ｍＭ）を流路に流し、その後、溶液を逆に流したところ、ビーズは解放された。このことは、レーザ光Ｌの照射によるレーザ発生プラズマによって、ショートカット流路８６の段差部分が確かに、局所的に親水化され、活性化されたことを示すものである。
【００７３】
以下、レーザ発生プラズマによる親水化過程と、その後の化学反応手順について説明する。まず、操作構造パターンを形成したＰＤＭＳシート部材１４と、下部基板１２であるスライドガラスとを用意する。スライドガラスは、あらかじめ、２０ＮＫＯＨに一晩浸漬し、ＭｉｌｌｉＱ水で洗浄し、乾燥させておく。
【００７４】
これらのＰＤＭＳシートと、スライドガラスとの両者に対して、あらかじめ、プラズマクリーナ（（株）真空デバイス社製、プラズマイオンボンバーダＰＩＢ−１０型）を用いて、２分間のプラズマ暴露を行う。そして、処理面を貼り合わせて、ホットプレート上で１００℃、２分間で処理を行うと、両者は強固に結合する。こうしてＰＤＭＳシートとスライドガラスとを貼り合わせた試料操作素子１０では、ＰＤＭＳシートに作成された流路構造の内部は親水的であるため、数時間、大気中に放置する。
【００７５】
次に、ＰＤＭＳシートを貼り付けたスライドガラスを、倒立型顕微鏡（図３参照）のステージ上に設置し、目的とする位置に焦点を合わせた後、パルスレーザ光を数秒間にわたって照射する。ＰＤＭＳパターンの面より数μｍの位置でレーザ光がフォーカスし、プラズマが発生するようにあらかじめ調整してある。ここで、パルスレーザ光Ｌとしては、上述したＱ−スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザからの波長５３２ｎｍの倍波を用いた。このときのレーザ発生プラズマの効果は、プラズマクリーナを用いた場合とほぼ同じで、バルクなＰＤＭＳシートにレーザ光を照射した場合、その直後は親水性をはっきりと確認でき、また、水中であれば親水性が保持されるが、大気中では親水性が１０分程度で失われる。
【００７６】
ここで、具体的な表面処理及び試料操作の例として、レーザ発生プラズマによる親水化（活性化）において、タンパク質の高精度の精製に用いられるＮｉ−ＮＴＡ化表面の構築を試みた。ＨｉｓのＮｉへのキレートは特異的であり、Ｈｉｓ残基の数にほぼ比例して強固になる。また、ここでは操作対象の試料において、遺伝子工学的に３つの各βサブユニットのＮ端に１０×Ｈｉｓ−ＴａｇをのばしてあるＦ１−ＡＴＰａｓｅを用いた。なお、Ｈｉｓ−Ｔａｇ修飾（Ｈｉｓは合計３０個）したＦ１−ＡＴＰａｓｅの精製にＮｉ−ＮＴＡカラムを用いる場合には、５００ｍＭのイミダゾール溶液により溶出させる。また、５００ｍＭＫＣＬでは、Ｆ１−ＡＴＰａｓｅは溶出しないことも確認してある。
【００７７】
ＰＤＭＳシートにおけるトラップ型の流路構造パターンは、流路幅６μｍで作製した。また、ショートカット流路については、上流側流路部分を幅６μｍ、段差を構成する下流側流路部分を幅２μｍとし、直径４μｍ程度のビーズをトラップできるように設計した。
【００７８】
まず、ＰＤＭＳの流路パターンのうちで、ショートカット部分の限られた領域（図１０参照）に、表面処理用のパルスレーザ光を照射した後、すぐにパターンにＭｉｌｌｉＱ水を添加し、流路全体を充填する。そこに、酢酸でｐＨを４．０に調整した１％（Ｗ／Ｗ）γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、シランカップリング剤ＴＳＬ８３８０）を１０倍量、流路に添加する。
【００７９】
操作素子が乾かないように、ウエットチャンバ中で１時間程度静置して、１０倍量の水で流路を洗浄した後、２倍量の１０％ＤＴＴ（ディチオスレイトール）水溶液を添加し、シランカップリング剤中のＳＨ基を還元する。同様に、操作素子を１時間、ウエットチャンバ中に静置し、１０倍量の超純水で洗浄した後、１０ｍｇ／ｍＬのＭａｌｅｉｍｉｄｏ−Ｃ３−ＮＴＡ（ナカライ社製、ｐＨ７．０のバッファに溶解）を２倍量添加して、ウエットチャンバ中で１時間静置する。さらに、１０倍量の超純水で流路を洗浄した後、１０ｍＭＮｉＣＬ２水溶液を２倍量添加し、ウエットチャンバ中に２０分間静置した後、１０倍量の超純水で流路を洗浄して、処理を終了する。処理を終了した試料操作素子は使用するまで、ウエットチャンバ中、もしくは水中で保持する。
【００８０】
上記処理がなされた試料操作素子を光学顕微鏡に設置して、官能基の働きを観測する。試料は、ストレプトアビジンをコートしたポリスチレンビーズに、Ｆ１−ＡＴＰａｓｅを５００：１のモル比で結合したものを用いた。ここで、Ｆ１−ＡＴＰａｓｅについては、３つのβサブユニットのＣ端には、それぞれ、Ｈｉｓが１０残基のばしてある。また、γサブユニットの先端付近にＣｙｓを改変した２つの残基をビオチン化してある（非特許文献８参照）。
【００８１】
試料操作素子に試料を添加する前に、あらかじめ、５〜１０ｍｇ／ｍＬのＢＳＡ水溶液を流路に２倍量添加しておくと、流路途中での、壁面やガラス面へのポリスチレンビーズの非特異的な結合を防ぐことができる。そして、１ｐＭ程度の濃度に調整したＦ１−ＡＴＰａｓｅ付きポリスチレンビーズを流路に添加する。ここで、図１１は、図８に示したトラップ型の試料操作素子における試料のトラップ状態を示す図である。図中、流路内で光って見えるものが目標物質のビーズである。溶液の流速をコントロールすると、図１１に示すように、ショートカット流路の段差部分に次々とビーズがトラップされていく。
【００８２】
水流が入力口から出力口へと流れる状態を１０分程度保持すると、水流を逆転しても、ビーズはショートカット流路から解放されないままであった。また、入力口側から５００ｍＭＫＣＬを１０倍量流しても、ビーズが解放されないことを確認した。これは、出力口側からでも同様であった。
【００８３】
その後、出力口側から、１０倍量の５００ｍＭイミダゾールを流したところ、１０分程度たってビーズがショートカット流路から次々と解放されはじめた。このことは、ビーズがＦ１−ＡＴＰａｓｅのＨｉｓ−Ｔａｇを介して、ＰＤＭＳシートの流路パターンにおけるショートカット流路内に作成されたＮｉと特異的に結合していたことを意味するものである。すなわち、これは、レーザ発生プラズマにより、ＰＤＭＳシートの流路パターンにおいて、ショートカット部分のみが活性化され、ＳＨ−シランカップリング剤、続いてマレイミド−Ｃ３−ＮＴＡが反応し、Ｎｉがキレートできたことを示すものである。
【００８４】
本発明による試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置は、上記実施形態、及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、表面処理の対象となる試料操作素子の構成については、具体的には上記以外にも様々な構成を用いて良い。また、表面処理装置の具体的な構成、例えば、レーザ光源及び集光光学系を含むレーザ光照射用の光学系の構成、試料操作素子を載置する処理ステージの構成等についても、図３、図５に示した構成例以外にも様々な構成を用いて良い。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、基板とシート部材とによって構成される試料操作素子に対し、その操作構造における所望の領域について選択的に親水化処理を行うことが可能な試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１Ａ、１Ｂ…試料操作素子の表面処理装置、１０…試料操作素子、１２…下部基板、１３…載置面、１４…上部シート部材、１５…下面、１６…凹状構造部、１７…操作構造、１８…ビームウエスト、
２０…処理ステージ、３０…レーザ光源、３１…メカニカルシャッタ、３２…メカニカルシャッタ、３５…集光光学系、３６、３７、３８…レンズ、３９…ダイクロイックミラー、４０…観測光源、４１…コリメートレンズ、４２…近赤外光透過フィルタ、４３…コンデンサレンズ、４４、４６…反射ミラー、４５…レンズ、４８…ＣＣＤカメラ、
５０…表面処理制御部、５２…ステージ制御部、５３…レーザ照射制御部、５６…表示装置、５７…入力装置、
８１…入力口、８２…出力口、８３…トラップ流路部、８４…第１トラップ流路部、８５…第２トラップ流路部、８６…ショートカット流路、８７…上流側流路部分、８８…下流側流路部分。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作対象となる試料の微小空間内での封止操作、または微小流路内での移動操作などを行うための試料操作素子について、試料操作素子を構成するシート部材の表面を処理する表面処理方法、及び表面処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な微量液体の簡便な取扱い、あるいは、その反応プロセスの計測等を目的として、微量液体試料の操作を行うための微小成形加工された操作素子が提案されている。そのような素子の１つとして、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）と呼ばれるシリコーンゴムを材料としたシート部材を用い、凹状または溝状などの構造が下面側に形成されたシート部材を基板に密着させることで試料に対する微小な封止構造、流路構造等を構成する素子がある（試料操作素子については、特許文献１〜３、非特許文献１〜７等を参照）。
【０００３】
このような素子では、例えば、試料を操作するための微小な操作構造に対応するパターンが形成されたマスク等によって型を作製し、この型を用いてＰＤＭＳのシート部材を作製する方法を用いることができる。この方法では、一度、型を作ってしまえば、簡単な操作で同じ素子を繰り返し作製して、試料の操作に利用することができる。また、ＰＤＭＳのシート部材は、ガラス基板などの基板に対する吸着性が高く、基板及びシート部材を密着させることによる微小構造の作成に適している。また、このような素子は、ＰＤＭＳ以外の材料によるシート部材を用いても同様に構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３９１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９４０５号公報
【特許文献３】特開２００５−１５６２７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】W. Tan and S. Takeuchi, "Atrap-and-release integrated microfluidic system for dynamic microarrayapplications", PNAS Vol.104 (2007) pp.1146-1151
【非特許文献２】S. Jo and K. Park,"Surface modification using silanated poly(ethylene glycol)s",Biomaterials 21 (2000) pp.605-616
【非特許文献３】A. Papra et al.,"Microfluidic Networks Made of Poly(dimethylsiloxane), Si, and Au Coatedwith Polyethylene Glycol for Patterning Proteins onto Surfaces", Langmuir17 (2001) pp.4090-4095
【非特許文献４】P. Holgerson et al.,"Patterning and modification of PDMS surface through laser micromachiningof silicon masters and molding", Appl. Phys. A 81 (2005) pp.51-56
【非特許文献５】工藤寛之 他、「微細モールドを用いたソフトリソグラフィ技術の開発」、東京都立産業技術研究所研究報告 第７号（２００４） ｐｐ．８５−８６
【非特許文献６】石束真典 他、「マイクロ流体素子を目的とした金属電極埋め込みＰＤＭＳ三次元構造体組み立て技術」、電気学会論文誌Ｅ １２５巻９号（２００５） ｐｐ．３９３−３９７
【非特許文献７】田中正人 他、「ＰＯＣＴ診断用チップ開発とレーザ微細加工」、第７３回レーザ加工学会講演論文集（２０１０） ｐｐ．１４３−１４６
【非特許文献８】H. Itoh et al., "Mechanically driven ATP synthesis by F1-ATPase",Nature 427 (2004) pp.465-468
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した試料操作素子では、ＭＥＭＳ（Micro ElectroMechanical Systems）技術を利用して、ＰＤＭＳにフェムトリットル（ｆＬ）からピコリットル（ｐＬ）オーダの微小なチャンバや、マイクロメートル（μｍ）オーダのパターンが作製されている。このような微小操作構造は、例えば、微小チャンバ内部で分子機械と呼ばれる酵素群の計測、操作を行い、あるいは、微小流路を用いて分子機械や細胞を弁別し、計測しやすい配置を行うなど、様々な試料の操作に用いられる。
【０００７】
一方、水溶液系の生物試料にＰＤＭＳ製の微小チャンバ、微小流路を用いる場合、ＰＤＭＳの表面が疎水性であることが問題となる。例えば、試料操作素子の構造が微細になってくると、未処理のＰＤＭＳ構造には水溶液が入り込まない場合もある。これに対して、ＰＤＭＳによる微細構造について、その表面を親水化処理することが試みられている。そのような処理として、例えば、界面活性剤などの両親媒性物質の水溶液を用いる方法が考えられる。ただし、このような方法では、タンパク質の機能が阻害される場合がある。
【０００８】
また、ＰＤＭＳの表面の親水化処理として、様々な性質を持ったタンパク質そのものの水溶液をあらかじめ流し、あるいは微小流路の内壁に塗布する方法がある。牛の血清アルブミン（ＢＳＡ）やα−カゼインの高濃度水溶液などがその候補である。また、物理的な処理方法としては、真空紫外光による方法、大気圧プラズマを用いる方法などがある。また、オゾン等の暴露によるＰＤＭＳの表面の改質は分光学的に確認されており、さらに、その反応性を利用した応用例も報告されている（非特許文献２、３参照）。
【０００９】
紫外光照射処理、プラズマ処理等によるＰＤＭＳの親水化は、ＰＤＭＳの表面にシラノール基が露出するためと考えられている。また、さらに、このように改質したＰＤＭＳの表面に対して、シランカップリング剤により官能基を配置、あるいは反応させて、機能を持った反応性チャンバや反応流路として用いようとする報告がある。しかしながら、これらの表面処理方法は、基本的にＰＤＭＳによるシート部材の全領域に影響を及ぼすものであり、例えば微小チャンバ、流路等による操作構造での特定の領域を選択的に親水性、機能性に改変する方法については、これまでに充分な検討がなされていない。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、基板とシート部材とによって構成される試料操作素子に対し、その操作構造における所望の領域について選択的に親水化処理を行うことが可能な試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明による試料操作素子の表面処理方法は、試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に、その下面が下部基板の載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、上部シート部材の下面に設けられた凹状構造部によって、上部シート部材と下部基板との間に試料の操作を行うための操作構造が形成された試料操作素子に対する表面処理方法であって、（１）下部基板と、下部基板上に配置された上部シート部材とを有する試料操作素子を準備して処理ステージ上に載置する素子準備ステップと、（２）処理ステージ上の試料操作素子に対し、上部シート部材側からまたは下部基板側から所定の照射光軸に沿って、上部シート部材と下部基板との間に形成された操作構造内にビームウエストが位置する集光条件でレーザ光を照射し、レーザ光の集光によって生成されたプラズマにより、上部シート部材における凹状構造部の内側表面を親水化処理する表面処理ステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による試料操作素子の表面処理装置は、試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に、その下面が下部基板の載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、上部シート部材の下面に設けられた凹状構造部によって、上部シート部材と下部基板との間に試料の操作を行うための操作構造が形成された試料操作素子に対する表面処理装置であって、（ａ）下部基板と、下部基板上に配置された上部シート部材とを有する試料操作素子を載置する処理ステージと、（ｂ）処理ステージ上の試料操作素子に対し、その表面処理に用いられるレーザ光を供給するレーザ光源と、（ｃ）試料操作素子に対し、上部シート部材側からまたは下部基板側から所定の照射光軸に沿って、上部シート部材と下部基板との間に形成された操作構造内にビームウエストが位置する集光条件でレーザ光源からのレーザ光を照射する集光光学系とを備え、（ｄ）操作構造内において、レーザ光の集光によって生成されたプラズマにより、上部シート部材における凹状構造部の内側表面を親水化処理することを特徴とする。
【００１３】
上記した試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置においては、ＰＤＭＳなどの所定の材料からなる上部シート部材を下部基板の載置面と密着するように配置して構成された試料操作素子を準備し、処理ステージ上に載置する。そして、処理ステージ上の試料操作素子に対して、レーザ光源及び集光光学系を設け、上部シート部材と下部基板との間に形成された操作構造の空間内にビームウエストが位置する集光条件で、上部シート部材側からまたは下部基板側から所定の照射光軸に沿ってレーザ光を照射する。
【００１４】
このとき、試料操作素子の操作構造内にあるレーザ光の集光領域においてプラズマが発生し、このレーザ発生プラズマによって、上部シート部材における凹状構造部の内側表面を親水化処理することができる。特に、このように集光領域におけるレーザ発生プラズマを用いる表面処理では、レーザ光の水平面内での照射位置、及び垂直方向での集光位置を適切に設定することにより、基板とシート部材とが密着した状態の試料操作素子に対し、その操作構造の所望の領域におけるシート部材の内側表面について、選択的に親水化処理を行うことが可能となる。
【００１５】
ここで、試料操作素子の表面処理に用いるレーザ光については、表面処理方法は、表面処理ステップにおいて、レーザ光として、パルスレーザ光を用いることが好ましい。同様に、表面処理装置は、レーザ光源が、レーザ光として、パルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源であることが好ましい。このように、試料操作素子に対してパルスレーザ光を照射することにより、シート部材の親水化処理を好適に実現することができる。
【００１６】
また、表面処理方法は、表面処理ステップにおいて、試料操作素子に対する照射光軸に直交する面内でのレーザ光の照射位置を調整することで、上部シート部材に対する親水化処理の処理位置を設定する構成を用いても良い。同様に、表面処理装置は、試料操作素子に対する照射光軸に直交する面内でのレーザ光の照射位置を調整することで、上部シート部材に対する親水化処理の処理位置を設定するための照射位置調整手段を備える構成を用いても良い。これにより、試料操作素子に対するレーザ光の水平面内での照射位置を、親水化処理をしようとする所望の領域に応じて適切に設定し、上部シート部材に対して所望パターンで親水化処理を行うことができる。
【００１７】
また、表面処理方法は、表面処理ステップにおいて、試料操作素子に対する照射光軸に沿ったレーザ光の集光位置を調整することで、上部シート部材に対する親水化処理の処理条件を設定する構成を用いても良い。同様に、表面処理装置は、試料操作素子に対する照射光軸に沿ったレーザ光の集光位置を調整することで、上部シート部材に対する親水化処理の処理条件を設定するための集光位置調整手段を備える構成を用いても良い。これにより、試料操作素子に対するレーザ光の垂直方向での集光位置を、親水化処理の状況等に応じて適切に設定することができる。
【００１８】
基板の載置面に密着して素子の上部を構成するシート部材の材料については、上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることが好ましい。特に、上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることが好ましい。このような材料を用いることにより、基板とシート部材との間の密着性を充分に確保して、微小操作構造を有する試料操作素子を好適に構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の試料操作素子の表面処理方法及び処理装置によれば、シート部材を基板の載置面と密着するように配置した試料操作素子を処理ステージ上に載置し、ステージ上の試料操作素子に対して、シート部材と基板との間の操作構造内にビームウエストが位置する集光条件で、シート部材側からまたは基板側からレーザ光を照射し、レーザ発生プラズマによって、シート部材の内側表面を親水化処理することにより、試料操作素子の操作構造における所望の領域について選択的に親水化処理を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】基板及びシート部材からなる試料操作素子の基本構成を示す図である。
【図２】試料操作素子の表面処理方法の第１実施形態について示す模式図である。
【図３】試料操作素子の表面処理装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図４】試料操作素子の表面処理方法の第２実施形態について示す模式図である。
【図５】試料操作素子の表面処理装置の第２実施形態の構成を示す図である。
【図６】試料操作素子の表面処理装置による親水化処理を評価するための実験構成について示す図である。
【図７】試料操作素子の表面処理装置による親水化処理の評価結果を示す図である。
【図８】試料操作素子の具体的な構成の一例を示す図である。
【図９】図８の試料操作素子における試料のトラップについて示す図である。
【図１０】図８の試料操作素子に対する表面処理の一例について示す図である。
【図１１】図８の試料操作素子における試料のトラップ状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面とともに、本発明による試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
本発明における表面処理の対象となる試料操作素子は、試料に対する微小な封止構造、流路構造等の操作構造を有する素子であり、操作対象の試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に配置される上部シート部材とによって構成される。また、シート部材の下面には、凹状または溝状などの微小構造が形成され、このシート部材の下面と基板の載置面とが密着することで、それらの間で試料の操作構造が構成される。最初に、このような試料操作素子について、その基本的な構成、使用形態について説明する。
【００２３】
ここで、以下においては、素子上部のシート部材を構成する材料については、主にＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane、ポリジメチルシロキサン）を用いる場合を例として説明する。ＭＥＭＳ技術等を利用したＰＤＭＳの微細構造（マイクロ流路等）は、試料が微量ですむこと、他のデバイスと組み合わせて小型化できること、廉価であることなどにより、工業的な発展が期待されており、既に実用化されているものもある。
【００２４】
ＰＤＭＳは、モールディングによりサブミクロンの構造までが転写できること、自己吸着性があるので基板に貼り付けるだけでシールが可能であること、光学顕微鏡等を用いて生物試料等を観測する場合に無色透明であること、自家蛍光もほとんど見られないこと、生体試料に対して悪影響を及ぼさないこと、毒性がないこと等の利点を有する。ＰＤＭＳを用いた試料操作素子については、バイオ・化学分野では、マイクロ流路そのものに機能を持たせて発展を図ろうという試みもある。微小なポンプを組み込んだ立体的な流路の配置、部分的な酵素の添加による高機能化等がその例である。
【００２５】
図１は、本発明による表面処理方法及び表面処理装置において処理対象となる、下部基板、及び上部シート部材からなる試料操作素子の基本構成を模式的に示す図である。ここで、図１（ａ）は、下部基板に上部シート部材を密着させる前における試料操作素子の状態を示し、図１（ｂ）は、下部基板に上部シート部材を密着させて、それらの間に操作構造が形成された試料操作素子とした状態を示している。
【００２６】
試料操作素子１０は、図１に示すように、試料が載置面１３上に載置される下部基板１２と、下部基板１２上に配置される上部シート部材１４とによって構成されている。上部シート部材１４には、下部基板１２の載置面１３と密着する下面１５に、凹状構造部１６が設けられている。これにより、シート部材１４と基板１２との間に、試料の操作を行うための操作構造１７が形成される。シート部材１４は、上記したように、例えばＰＤＭＳシートからなる。また、基板１２は、例えばスライドガラス、ガラス基板からなる。
【００２７】
図１（ｂ）では、試料操作素子１０に設けられる操作構造１７として、試料に対して微小空間内で封止操作を行う封止構造（試料を封止する微小チャンバ）を用いた例を示している。ここでは、シート部材１４と基板１２との間で凹状構造部１６によって構成された封止構造１７の空間内に、例えば分子機械などの目標物質Ｓ２を含む試料溶液Ｓ１が封止されている。また、操作構造１７としては、上記した封止構造以外にも、例えば、試料に対して微小流路内で移動操作を行う流路構造（試料を流す微小流路）など、様々な構造を用いることができる。
【００２８】
図２は、試料操作素子の表面処理方法の第１実施形態について示す模式図である。本実施形態による表面処理方法では、まず、下部基板１２と上部シート部材１４とを有する試料操作素子１０を準備して、処理ステージ（後述）上に載置する（素子準備ステップ）。そして、ステージ上の試料操作素子１０に対し、基板１２側から所定の照射光軸Ａｘに沿って、シート部材１４と基板１２との間の操作構造１７内にビームウエスト１８が位置する集光条件でレーザ光Ｌを照射する。このとき、操作構造１７内において、レーザ光Ｌの集光によってプラズマが生成され、このレーザ発生プラズマによって、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面が親水化処理される（表面処理ステップ）。
【００２９】
ここで、以下においては、図２に示すように、基板１２の載置面（シート部材１４の下面）に直交する方向（垂直方向）をｚ軸方向とし、ｚ軸に直交し基板１２の載置面に沿った方向（水平方向）をｘ軸方向、ｙ軸方向とする。レーザ光Ｌの照射光軸Ａｘは、ｚ軸方向と略一致するように設定されている。
【００３０】
図３は、試料操作素子の表面処理装置の第１実施形態の構成を示す図である。本実施形態による試料操作素子１０の表面処理装置１Ａの構成は、図２に示した表面処理方法に対応している。図３に示す表面処理装置１Ａは、処理ステージ２０と、レーザ光源３０と、集光光学系３５とを備え、倒立型光学顕微鏡として構成されている。
【００３１】
処理ステージ２０は、下部基板１２と、基板１２上に配置された上部シート部材１４とを有する試料操作素子１０を載置する。本実施形態におけるステージ２０は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に移動可能なＸＹＺ可動ステージによって構成されている。これにより、ステージ２０は、試料操作素子１０に対する照射光軸Ａｘに直交する面（ｘｙ面）内でのレーザ光Ｌの照射位置を調整することで、シート部材１４に対する親水化処理の処理位置を設定するための照射位置調整手段の機能を有する。
【００３２】
また、ステージ２０は、試料操作素子１０に対する照射光軸Ａｘ（ｚ軸）に沿ったレーザ光Ｌの集光位置を調整することで、シート部材１４に対する親水化処理の処理条件を設定するための集光位置調整手段の機能を有する。具体的には、ステージ２０は、試料操作素子１０の操作構造１７内における、レーザ光Ｌのビームウエスト１８のｚ軸方向での位置（図２参照）を調整することで、シート部材１４の内側表面の親水化処理に用いられる操作構造１７内でのレーザ発生プラズマの発生位置を調整、設定する。
【００３３】
レーザ光源３０は、ステージ２０上の試料操作素子１０に対し、その表面処理に用いられるレーザ光Ｌを供給する。このレーザ光源３０としては、好ましくは、パルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源が用いられる。また、レーザ光Ｌについては、操作構造１７内に集光させることが可能なように、基板１２及びシート部材１４を透過する波長のレーザ光が用いられる。このようなレーザ光Ｌとしては、例えば、Ｑ−スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ光源からの倍波で、波長５３２ｎｍの光（可視光）を用いることができる。
【００３４】
レーザ光源３０と、ステージ２０との間には、メカニカルシャッタ３１と、集光光学系３５とが設けられている。メカニカルシャッタ３１は、ステージ２０上の試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、集光光学系３５は、試料操作素子１０に対し、基板１２側から照射光軸Ａｘに沿って、シート部材１４と基板１２との間に形成された操作構造１７内にビームウエスト１８が位置する集光条件でレーザ光源３０からのレーザ光Ｌを集光、照射する。
【００３５】
図３に示す構成例では、集光光学系３５は、レーザ光源３０及びシャッタ３１側から順に、レンズ３６、レンズ３７、ダイクロイックミラー３９、及び集光レンズ３８によって構成されている。ダイクロイックミラー３９は、シャッタ３１、及びレンズ３６、３７を介してレーザ光源３０から供給された所定波長のパルスレーザ光Ｌ（例えば、上記した波長５３２ｎｍの可視光）を反射する。
【００３６】
また、集光レンズ３８は、ダイクロイックミラー３９で反射されたレーザ光Ｌを集光して、ステージ２０上の試料操作素子１０へと照射する。これにより、試料操作素子１０の操作構造１７内において、レーザ発生プラズマにより、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面が親水化処理される。ダイクロイックミラー３９としては、例えば、レーザ光Ｌを含む可視光を反射するとともに、近赤外光を透過するものが用いられる。
【００３７】
また、本実施形態による表面処理装置１Ａでは、レーザ光源３０に加えて、試料操作素子１０の透過像を観測するための光（５４０ｎｍ以上、近赤外光を含む）を供給する観測光源４０が設けられている。観測光源４０は、コリメートレンズ４１、近赤外光透過フィルタ４２、及びコンデンサレンズ４３を介し、シート部材１４側から照射光軸Ａｘに沿って、試料操作素子１０に対して赤外観測光（破線）を照射する。そして、素子１０を透過した観測光は、ダイクロイックミラー３９を透過し、反射ミラー４４、及びレンズ４５を介してＣＣＤカメラ４８へと到達し、このカメラ４８によって、試料操作素子１０の透過像が取得される。
【００３８】
表面処理装置１Ａにおいては、処理ステージ２０、レーザ光源３０、及び集光光学系３５等に対し、それらの装置各部の動作を制御する表面処理制御部５０が設けられている。制御部５０は、ステージ制御部５２を介して、処理ステージ２０の移動動作を制御する。これにより、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌのｘｙ面内での照射位置、ｚ軸方向での集光位置が制御される。また、制御部５０は、レーザ照射制御部５３を介して、レーザ光源３０のレーザ光供給動作、及びメカニカルシャッタ３１の開閉動作を制御する。プラズマ発生時のパルスレーザ光Ｌ照射時には、観測系（ＣＣＤカメラ４８）の保護のため、反射ミラー４４とレンズ４５との間に設置したメカニカルシャッタ３２を閉じる。これにより、表面処理用のレーザ発生プラズマの発生タイミング、発生条件、及び観測条件が制御される。
【００３９】
このような表面処理制御部５０は、例えば、コンピュータによって構成することができる。また、この制御部５０に対して、表示装置５６及び入力装置５７が接続されている。表示装置５６は、試料操作素子１０の表面処理に関する情報の表示に用いられる。また、入力装置５７は、試料操作素子１０に対する表面処理の条件、あるいは表面処理の開始、終了等に関する指示の入力に用いられる。
【００４０】
本実施形態による試料操作素子１０の表面処理方法、及び表面処理装置１Ａの効果について説明する。
【００４１】
上記した試料操作素子１０の表面処理方法、及び表面処理装置１Ａにおいては、ＰＤＭＳなどの所定の材料からなるシート部材１４を基板１２の載置面と密着するように配置して構成された試料操作素子１０を準備し、処理ステージ２０上に載置する。そして、ステージ２０上の素子１０に対してレーザ光源３０及び集光光学系３５を設け、シート部材１４と基板１２との間にある操作構造１７の空間内にビームウエスト１８が位置する集光条件（図２参照）で、基板１２側から照射光軸Ａｘに沿ってレーザ光Ｌを照射する。
【００４２】
このとき、操作構造１７内にあるレーザ光Ｌの集光領域においてプラズマが発生し、このレーザ発生プラズマによって、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面を親水化処理することができる。特に、このように集光領域におけるレーザ発生プラズマを用いる表面処理方法では、レーザ光Ｌの水平面内での照射位置、及び垂直方向での集光位置を適切に設定することにより、図２に示したように、基板１２とシート部材１４とが密着した状態の試料操作素子１０に対し、その操作構造１７の所望の領域におけるシート部材１４の内側表面について、選択的に親水化処理を行うことが可能である。
【００４３】
実際に、強力なナノ秒程度のパルス幅を持つパルスレーザ光を集光することにより発生するプラズマにＰＤＭＳシート部材のパターンを暴露したところ、市販のプラズマ処理装置と同等の親水性、あるいはシランカップリング剤への反応性の効果が得られた。また、この親水化（シラノール化）の効果は、表面処理された領域を水中に浸漬しておくと持続するが、大気中におくことにより消失することがわかった。このことは、上記した表面処理の効果が、物理的な構造変化による表面性質の改変ではなく、化学的な変化によるものであることを示唆している。
【００４４】
ここで、試料操作素子１０の表面処理に用いるレーザ光Ｌについては、レーザ光源３０として、上述したように、パルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源を用いることが好ましい。このように、試料操作素子１０に対してパルスレーザ光を照射することにより、シート部材１４と基板１２との間にある操作構造１７の空間内に形成されるビームウエスト１８において、レーザ光Ｌの集光によるプラズマを好適に発生させて、レーザ発生プラズマによるシート部材１４の親水化処理を好適に実現することができる。
【００４５】
表面処理に用いられるプラズマ、すなわちイオンと電子の拡散によるＰＤＭＳの表面の親水化効果を考えると、マイクロメートルオーダのパターン形成であれば、ナノ秒オーダのパルスレーザでカバーできる範囲であると考えられる。酸素の大気中での拡散速度は、１０−６ｃｍ２／ｓ程度と見積もられる。ただし、実際には、プラズマ発生時の衝撃波により、プラズマが、素子表面に向かって加速している可能性もある。
【００４６】
さらに、広範囲でのＰＤＭＳの表面の改変が必要であれば、レーザ光Ｌによる走査を行えば良く、また、強力なパルスレーザであれば、ピコ秒からフェムト秒のパルスレーザ光を利用することができるので、微細な親水化パターンの形成が可能である。また、空間光変調器（ＳＬＭ）のような多点レーザ操作システムが強力なパルスレーザ光の使用に耐えるようになれば、ＰＤＭＳの表面の２次元的な同時改質も可能になると考えられる。
【００４７】
また、上記実施形態では、照射位置調整手段として機能するステージ２０によって、試料操作素子１０に対する照射光軸Ａｘに直交する面（ｘｙ面）内でのレーザ光Ｌの照射位置を調整し、それによって、上部シート部材１４に対する親水化処理の処理位置を設定している。これにより、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの水平面内での照射位置を、親水化処理をしようとする所望の領域に応じて適切に設定、あるいは走査し、シート部材１４に対して所望かつ任意のパターンで親水化処理を行うことができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、集光位置調整手段として機能するステージ２０によって、試料操作素子１０に対する照射光軸Ａｘ（ｚ軸）に沿ったレーザ光Ｌの集光位置を調整し、それによって、上部シート部材１４に対する親水化処理の処理条件を設定している。これにより、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの垂直方向での集光位置を、親水化処理の状況等に応じて適切に設定することができる。
【００４９】
なお、これらの照射位置調整手段及び集光位置調整手段については、上記実施形態ではＸＹＺ可動ステージ２０によって実現しているが、このような構成に限られるものではない。例えば、ステージ２０を固定ステージとし、集光光学系３５を移動可能または調整可能に構成することで、照射位置調整手段及び集光位置調整手段を実現しても良い。また、ステージ２０及び光学系３５の両者を可動に構成しても良い。また、これらの照射位置調整手段、集光位置調整手段については、不要であれば設けない構成としても良い。
【００５０】
基板１２の載置面に密着して試料操作素子１０の上部を構成するシート部材１４の材料については、シリコーン（シリコーン樹脂、シリコーンゴム）を用いることが好ましい。特に、シート部材１４の材料としては、基板１２に対する密着性に優れる、上述したＰＤＭＳを用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、基板１２とシート部材１４との間の密着性を充分に確保して、操作構造１７を有する試料操作素子１０を好適に構成することができる。
【００５１】
また、上部シート部材１４の材料については、上記したシリコーン、ＰＤＭＳ等に限らず、下部基板１２に密着して微小操作構造１７を形成可能なものであれば、様々な材料を用いて良い。そのような材料としては、例えば、ポリジエン系ポリマー、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリハロゲン化ビニリデン、ポリエチレン等の合成樹脂、あるいは天然ゴム等が挙げられる。
【００５２】
また、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの照射については、図２、図３に示した実施形態では、下部基板１２側（下方側）からレーザ光Ｌを照射する構成を示したが、上部シート部材１４側（上方側）からレーザ光Ｌを照射する構成としても良い。
【００５３】
図４は、試料操作素子の表面処理方法の第２実施形態について示す模式図である。本実施形態による表面処理方法では、処理ステージ上の試料操作素子１０に対し、シート部材１４側から照射光軸Ａｘに沿って、シート部材１４と基板１２との間の操作構造１７内にビームウエスト１８が位置する集光条件でレーザ光Ｌを照射する。このとき、図２の構成と同様に、操作構造１７内において、レーザ光Ｌの集光によってプラズマが生成され、このレーザ発生プラズマによって、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面が親水化処理される。
【００５４】
図５は、試料操作素子の表面処理装置の第２実施形態の構成を示す図である。本実施形態による試料操作素子１０の表面処理装置１Ｂの構成は、図４に示した表面処理方法に対応している。図５に示す表面処理装置１Ｂは、図３に示した表面処理装置１Ａと同様に、処理ステージ２０と、レーザ光源３０と、集光光学系３５と、観測光源４０と、表面処理制御部５０とを備え、正立型光学顕微鏡として構成されている。
【００５５】
レーザ光源３０と、ステージ２０との間には、メカニカルシャッタ３１と、集光光学系３５とが設けられている。メカニカルシャッタ３１は、ステージ２０上の試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、集光光学系３５は、試料操作素子１０に対し、シート部材１４側から照射光軸Ａｘに沿って、シート部材１４と基板１２との間に形成された操作構造１７内にビームウエスト１８が位置する集光条件でレーザ光源３０からのレーザ光Ｌを集光、照射する。
【００５６】
図５に示す構成例では、集光光学系３５は、レーザ光源３０及びシャッタ３１側から順に、レンズ３６、レンズ３７、ダイクロイックミラー３９、及び集光レンズ３８によって構成されている。ダイクロイックミラー３９は、シャッタ３１、及びレンズ３６、３７を介してレーザ光源３０から供給されたパルスレーザ光Ｌを反射する。また、集光レンズ３８は、レーザ光Ｌを集光して、ステージ２０上の試料操作素子１０へと照射する。これにより、試料操作素子１０の操作構造１７内において、レーザ発生プラズマにより、シート部材１４における凹状構造部１６の内側表面が親水化処理される。
【００５７】
また、観測光源４０は、コリメートレンズ４１、近赤外光透過フィルタ４２、反射ミラー４６、及びコンデンサレンズ４３を介し、基板１２側から照射光軸Ａｘに沿って、試料操作素子１０に対して赤外観測光を照射する。そして、素子１０を透過した観察光は、ダイクロイックミラー３９を透過し、反射ミラー４４、及びレンズ４５を介してＣＣＤカメラ４８へと到達し、このカメラ４８によって、試料操作素子１０の透過像が取得される。なお、パルスレーザ光Ｌ照射時には、観測系（ＣＣＤカメラ４８）の保護のため、反射ミラー４４とレンズ４５との間に設置したメカニカルシャッタ３２を閉じる。
【００５８】
次に、試料操作素子１０に対するレーザ光Ｌの照射条件等について検討する。上記した試料操作素子１０の表面処理方法は、素子１０を構成するＰＤＭＳ等を用いた上部シート部材１４の内側表面を親水化処理するものであるが、図２、図４に示したように、レーザ光Ｌのビームウエスト１８は、操作構造１７の空間内に形成されており、ビームウエスト１８の位置（集光位置）と、シート部材１４に対して表面処理が行われる位置とは異なっている。このため、上記方法では、ビームウエスト１８でのプラズマの発生、拡散条件を考慮し、シート部材１４に対するレーザ光Ｌの集光位置を適切に設定する必要がある。
【００５９】
このようなレーザ光Ｌの照射条件を評価するため、図６に示す構成を用いて、試料操作素子の表面処理装置による親水化処理を評価するための実験を行った。ここでは、シート部材１４として厚さ５ｍｍのＰＤＭＳシートを用いるとともに、親水化処理の対象となるシート部材１４の表面と、レーザ光Ｌの集光位置（ビームウエストの位置）との位置関係（特に、それらの間の距離）を評価するため、シート部材の内側表面ではなく、その上面を処理対象としてレーザ光Ｌの照射による親水化処理の実験を行った。
【００６０】
この実験では、図６（ａ）に示すように、正立型顕微鏡の構成を用い、レーザ光源３０からのパルスレーザ光Ｌを、レンズ６１、６２、ダイクロイックミラー６３、及び対物レンズ６４を介して、シート部材１４の上面に照射する構成とした。また、観測光源４０については、観測光源４０からの赤外観測光を、レンズ６５、ミラー６６、及び対物レンズ６４を介して、シート部材１４を含む試料操作素子１０に照射し、素子１０からの反射像を、レンズ６４、ミラー６６、及びレンズ６７を介して、カメラ６０によって取得する構成とした。
【００６１】
レーザ光源３０としては、スペクトラフィジックス社製で、最大平均出力が６００ｍＪ（１０Ｈｚ）のＧＣＲ−４（Ｑ−スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ）を用い、その波長５３２ｎｍの倍波を表面処理用のパルスレーザ光Ｌとして用いた。また、シート部材１４に対する表面処理の際に照射するレーザ光Ｌの出力は、例えば１０ｍＪに設定した。
【００６２】
また、シート部材１４に対するレーザ光Ｌの集光条件の評価については、図６（ｂ）に示すように、ステージ２０をｘ軸方向及びｚ軸方向に所定距離ずつ移動してパルスレーザ光Ｌの照射を繰り返して行うことで、その評価を行った。具体的な手順としては、まず、プラズマが発生するレーザ光Ｌの焦点位置（集光位置）Ｆについて、ステージ２０のｚ軸方向の位置の調整により、シート部材１４の上面に焦点位置Ｆを合わせる。そして、図６（ｂ）に示すように、ステージ２０のｘ軸方向、ｚ軸方向の位置の調整により、シート部材１４の上面から５０μｍ上方に対物レンズ６４による焦点位置Ｆをセットし、この状態で、１０Ｈｚ、１秒間の条件でレーザ光Ｌの照射による表面処理を行う。
【００６３】
次に、ステージ２０をｘ軸方向に５０μｍ、ｚ軸方向でシート部材１４が焦点位置Ｆに近づく上方に１０μｍ移動し、この状態で上記と同様の条件でレーザ光Ｌの照射を行う。さらに、このようなステージ２０の移動、及びシート部材１４へのレーザ光Ｌの照射を繰り返して行う。これにより、シート部材１４の上面には、測定点１、２、３と順に、ｘ軸方向に５０μｍ間隔で、焦点位置Ｆがシート部材１４に向けて１０μｍずつ移動する表面処理済みの面部分が形成される。
【００６４】
このように、焦点位置Ｆが異なる処理済みの面部分がステージの移動方向に配列されたシート部材１４に対し、ピペットによってＰＤＭＳの表面に水を滴下し、低倍率対物レンズによってＰＤＭＳのシート部材１４の表面を観測することで、その親水化処理の状態の評価を行った。図７は、試料操作素子の表面処理装置による親水化処理の評価結果を示す図である。ＰＤＭＳの表面に水を滴下した後、その側方より濾紙を近付けて水を吸い取ると、図７（ａ）に示すように、処理済みの面部分の配列方向に沿って水滴が残る。
【００６５】
さらに、比較的長時間（１分程度）が経過した後に、ＰＤＭＳの表面を観測すると、図７（ｂ）に示すように、図中に測定点の番号とともに示した表面処理済みの面部分のｘ軸方向の位置、すなわち、シート部材１４の上面と焦点位置Ｆとの距離によって、ＰＤＭＳの表面上に残る水滴の量が異なった状態となる。これは、各表面処理済みの面部分での親水化処理の程度を示すものであり、このような結果を参照して、シート部材１４に対するレーザ光Ｌの集光位置Ｆの好適な設定についての評価を行うことができる。
【００６６】
また、ステージ２０のｚ軸方向への走査により、レーザ光Ｌの焦点位置ＦがＰＤＭＳの表面に近づくと、ＰＤＭＳの変形や付着物が現れる場合がある。親水化処理の対象であるシート部材１４に対するレーザ光Ｌの集光位置（ビームウエストの位置）については、親水化条件に加えてこのような条件をも考慮して、試料操作素子の操作構造内においてＰＤＭＳの表面から適切な距離となるように設定することが好ましい。
【００６７】
続いて、試料操作素子に対する表面処理の具体的な実施例について説明する。図８は、試料操作素子１０の具体的な構成の一例を示す図である。図８においては、シート部材１４の下面における凹状構造部１６、及びそれによる試料操作素子１０での操作構造１７のｘｙ面内での平面構造パターンを示している。本実施例では、試料の操作構造１７をトラップ型の構成とした場合の試料操作素子１０を表面処理の対象としている。ここで、トラップ型の試料操作素子は、ビーズあるいは細胞などの目標物質を観察視野の特定部位に固定するための工夫を施した微小流路素子である（非特許文献１参照）。
【００６８】
図８に示す構成例では、試料の操作構造１７は、試料溶液の入力口８１と出力口８２との間に設けられたトラップ流路部８３によって構成されている。トラップ流路部８３は、入力口８１側にある第１トラップ流路部８４と、出力口８２側にある第２トラップ流路部８５との２段階の流路部によって構成されている。第１トラップ流路部８４は、入力口８１からの試料溶液を上下に蛇行させつつ右から左へと流すように構成されている。また、第２トラップ流路部８５は、第１トラップ流路部８４からの試料溶液を上下に蛇行させつつ左から右へと流して出力口８２に出力するように構成されている。
【００６９】
トラップ流路部８３には、その上下に蛇行する主流路に加えて、隣り合う主流路の間をショートカットする複数のショートカット流路８６が設けられている。ショートカット流路８６は、それぞれ、主流路と同一の流路幅の上流側流路部分８７と、主流路よりも細い流路幅の下流側流路部分８８とによる段差構造を有して構成されている。
【００７０】
このような流路構成の試料操作素子１０において、入力口８１から出力口８２へと順方向に試料溶液Ｓ６を流すと、図９（ａ）、（ｂ）に模式的に示すように、ショートカット流路８６の段差部分において、溶液Ｓ６中の目標物質（例えばビーズ）Ｓ７がトラップされる。また、この状態で出力口８２から入力口８１へと逆方向に試料溶液Ｓ６を流すと、図９（ｃ）に示すように、ショートカット流路８６にトラップされていた目標物質Ｓ７が解放される。例えば、流路８６において、上流側流路部分８７の幅を６μｍ、下流側流路部分８８の幅を２μｍとすれば、２μｍ以上の大きさを持つビーズなどの目標物質Ｓ７を段差部分にトラップすることができる。
【００７１】
このようなトラップ流路部８３を有する試料操作素子１０に対し、図１０（ａ）に模式的に示すように、ショートカット流路８６の段差部分を構成する上流側流路部分８７内においてレーザ光Ｌの照射による表面処理を行うと、図１０（ｂ）に破線によって示すように、段差部分におけるＰＤＭＳシート部材の内側表面のみが選択的に親水化される。さらに、図１０（ｃ）に示すように、シランカップリング剤による修飾、マレイミドＮＴＡによる反応、ＮｉＣＬ２によるＮｉ化の処理を行ったところ、Ｈｉｓを表面に修飾したビーズをショートカット流路８６にトラップすることができた。
【００７２】
また、この場合、逆方向に溶液を流しても、ビーズはショートカット流路８６から解放されることはなかった。続いて、高濃度のイミダゾール水溶液（５００ｍＭ）を流路に流し、その後、溶液を逆に流したところ、ビーズは解放された。このことは、レーザ光Ｌの照射によるレーザ発生プラズマによって、ショートカット流路８６の段差部分が確かに、局所的に親水化され、活性化されたことを示すものである。
【００７３】
以下、レーザ発生プラズマによる親水化過程と、その後の化学反応手順について説明する。まず、操作構造パターンを形成したＰＤＭＳシート部材１４と、下部基板１２であるスライドガラスとを用意する。スライドガラスは、あらかじめ、２０ＮＫＯＨに一晩浸漬し、ＭｉｌｌｉＱ水で洗浄し、乾燥させておく。
【００７４】
これらのＰＤＭＳシートと、スライドガラスとの両者に対して、あらかじめ、プラズマクリーナ（（株）真空デバイス社製、プラズマイオンボンバーダＰＩＢ−１０型）を用いて、２分間のプラズマ暴露を行う。そして、処理面を貼り合わせて、ホットプレート上で１００℃、２分間で処理を行うと、両者は強固に結合する。こうしてＰＤＭＳシートとスライドガラスとを貼り合わせた試料操作素子１０では、ＰＤＭＳシートに作成された流路構造の内部は親水的であるため、数時間、大気中に放置する。
【００７５】
次に、ＰＤＭＳシートを貼り付けたスライドガラスを、倒立型顕微鏡（図３参照）のステージ上に設置し、目的とする位置に焦点を合わせた後、パルスレーザ光を数秒間にわたって照射する。ＰＤＭＳパターンの面より数μｍの位置でレーザ光がフォーカスし、プラズマが発生するようにあらかじめ調整してある。ここで、パルスレーザ光Ｌとしては、上述したＱ−スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザからの波長５３２ｎｍの倍波を用いた。このときのレーザ発生プラズマの効果は、プラズマクリーナを用いた場合とほぼ同じで、バルクなＰＤＭＳシートにレーザ光を照射した場合、その直後は親水性をはっきりと確認でき、また、水中であれば親水性が保持されるが、大気中では親水性が１０分程度で失われる。
【００７６】
ここで、具体的な表面処理及び試料操作の例として、レーザ発生プラズマによる親水化（活性化）において、タンパク質の高精度の精製に用いられるＮｉ−ＮＴＡ化表面の構築を試みた。ＨｉｓのＮｉへのキレートは特異的であり、Ｈｉｓ残基の数にほぼ比例して強固になる。また、ここでは操作対象の試料において、遺伝子工学的に３つの各βサブユニットのＮ端に１０×Ｈｉｓ−ＴａｇをのばしてあるＦ１−ＡＴＰａｓｅを用いた。なお、Ｈｉｓ−Ｔａｇ修飾（Ｈｉｓは合計３０個）したＦ１−ＡＴＰａｓｅの精製にＮｉ−ＮＴＡカラムを用いる場合には、５００ｍＭのイミダゾール溶液により溶出させる。また、５００ｍＭＫＣＬでは、Ｆ１−ＡＴＰａｓｅは溶出しないことも確認してある。
【００７７】
ＰＤＭＳシートにおけるトラップ型の流路構造パターンは、流路幅６μｍで作製した。また、ショートカット流路については、上流側流路部分を幅６μｍ、段差を構成する下流側流路部分を幅２μｍとし、直径４μｍ程度のビーズをトラップできるように設計した。
【００７８】
まず、ＰＤＭＳの流路パターンのうちで、ショートカット部分の限られた領域（図１０参照）に、表面処理用のパルスレーザ光を照射した後、すぐにパターンにＭｉｌｌｉＱ水を添加し、流路全体を充填する。そこに、酢酸でｐＨを４．０に調整した１％（Ｗ／Ｗ）γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、シランカップリング剤ＴＳＬ８３８０）を１０倍量、流路に添加する。
【００７９】
操作素子が乾かないように、ウエットチャンバ中で１時間程度静置して、１０倍量の水で流路を洗浄した後、２倍量の１０％ＤＴＴ（ディチオスレイトール）水溶液を添加し、シランカップリング剤中のＳＨ基を還元する。同様に、操作素子を１時間、ウエットチャンバ中に静置し、１０倍量の超純水で洗浄した後、１０ｍｇ／ｍＬのＭａｌｅｉｍｉｄｏ−Ｃ３−ＮＴＡ（ナカライ社製、ｐＨ７．０のバッファに溶解）を２倍量添加して、ウエットチャンバ中で１時間静置する。さらに、１０倍量の超純水で流路を洗浄した後、１０ｍＭＮｉＣＬ２水溶液を２倍量添加し、ウエットチャンバ中に２０分間静置した後、１０倍量の超純水で流路を洗浄して、処理を終了する。処理を終了した試料操作素子は使用するまで、ウエットチャンバ中、もしくは水中で保持する。
【００８０】
上記処理がなされた試料操作素子を光学顕微鏡に設置して、官能基の働きを観測する。試料は、ストレプトアビジンをコートしたポリスチレンビーズに、Ｆ１−ＡＴＰａｓｅを５００：１のモル比で結合したものを用いた。ここで、Ｆ１−ＡＴＰａｓｅについては、３つのβサブユニットのＣ端には、それぞれ、Ｈｉｓが１０残基のばしてある。また、γサブユニットの先端付近にＣｙｓを改変した２つの残基をビオチン化してある（非特許文献８参照）。
【００８１】
試料操作素子に試料を添加する前に、あらかじめ、５〜１０ｍｇ／ｍＬのＢＳＡ水溶液を流路に２倍量添加しておくと、流路途中での、壁面やガラス面へのポリスチレンビーズの非特異的な結合を防ぐことができる。そして、１ｐＭ程度の濃度に調整したＦ１−ＡＴＰａｓｅ付きポリスチレンビーズを流路に添加する。ここで、図１１は、図８に示したトラップ型の試料操作素子における試料のトラップ状態を示す図である。図中、流路内で光って見えるものが目標物質のビーズである。溶液の流速をコントロールすると、図１１に示すように、ショートカット流路の段差部分に次々とビーズがトラップされていく。
【００８２】
水流が入力口から出力口へと流れる状態を１０分程度保持すると、水流を逆転しても、ビーズはショートカット流路から解放されないままであった。また、入力口側から５００ｍＭＫＣＬを１０倍量流しても、ビーズが解放されないことを確認した。これは、出力口側からでも同様であった。
【００８３】
その後、出力口側から、１０倍量の５００ｍＭイミダゾールを流したところ、１０分程度たってビーズがショートカット流路から次々と解放されはじめた。このことは、ビーズがＦ１−ＡＴＰａｓｅのＨｉｓ−Ｔａｇを介して、ＰＤＭＳシートの流路パターンにおけるショートカット流路内に作成されたＮｉと特異的に結合していたことを意味するものである。すなわち、これは、レーザ発生プラズマにより、ＰＤＭＳシートの流路パターンにおいて、ショートカット部分のみが活性化され、ＳＨ−シランカップリング剤、続いてマレイミド−Ｃ３−ＮＴＡが反応し、Ｎｉがキレートできたことを示すものである。
【００８４】
本発明による試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置は、上記実施形態、及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、表面処理の対象となる試料操作素子の構成については、具体的には上記以外にも様々な構成を用いて良い。また、表面処理装置の具体的な構成、例えば、レーザ光源及び集光光学系を含むレーザ光照射用の光学系の構成、試料操作素子を載置する処理ステージの構成等についても、図３、図５に示した構成例以外にも様々な構成を用いて良い。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、基板とシート部材とによって構成される試料操作素子に対し、その操作構造における所望の領域について選択的に親水化処理を行うことが可能な試料操作素子の表面処理方法、及び表面処理装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１Ａ、１Ｂ…試料操作素子の表面処理装置、１０…試料操作素子、１２…下部基板、１３…載置面、１４…上部シート部材、１５…下面、１６…凹状構造部、１７…操作構造、１８…ビームウエスト、
２０…処理ステージ、３０…レーザ光源、３１…メカニカルシャッタ、３２…メカニカルシャッタ、３５…集光光学系、３６、３７、３８…レンズ、３９…ダイクロイックミラー、４０…観測光源、４１…コリメートレンズ、４２…近赤外光透過フィルタ、４３…コンデンサレンズ、４４、４６…反射ミラー、４５…レンズ、４８…ＣＣＤカメラ、
５０…表面処理制御部、５２…ステージ制御部、５３…レーザ照射制御部、５６…表示装置、５７…入力装置、
８１…入力口、８２…出力口、８３…トラップ流路部、８４…第１トラップ流路部、８５…第２トラップ流路部、８６…ショートカット流路、８７…上流側流路部分、８８…下流側流路部分。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載置面上に載置される下部基板と、前記下部基板上に、その下面が前記下部基板の前記載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、前記上部シート部材の前記下面に設けられた凹状構造部によって、前記上部シート部材と前記下部基板との間に前記試料の操作を行うための操作構造が形成された試料操作素子に対する表面処理方法であって、
前記下部基板と、前記下部基板上に配置された前記上部シート部材とを有する前記試料操作素子を準備して処理ステージ上に載置する素子準備ステップと、
前記処理ステージ上の前記試料操作素子に対し、前記上部シート部材側からまたは前記下部基板側から所定の照射光軸に沿って、前記上部シート部材と前記下部基板との間に形成された前記操作構造内にビームウエストが位置する集光条件でレーザ光を照射し、前記レーザ光の集光によって生成されたプラズマにより、前記上部シート部材における前記凹状構造部の内側表面を親水化処理する表面処理ステップと
を備えることを特徴とする試料操作素子の表面処理方法。
【請求項２】
前記表面処理ステップにおいて、前記レーザ光として、パルスレーザ光を用いることを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記表面処理ステップにおいて、前記試料操作素子に対する前記照射光軸に直交する面内での前記レーザ光の照射位置を調整することで、前記上部シート部材に対する親水化処理の処理位置を設定することを特徴とする請求項１または２記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記表面処理ステップにおいて、前記試料操作素子に対する前記照射光軸に沿った前記レーザ光の集光位置を調整することで、前記上部シート部材に対する親水化処理の処理条件を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の表面処理方法。
【請求項６】
前記上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることを特徴とする請求項５記載の表面処理方法。
【請求項７】
試料が載置面上に載置される下部基板と、前記下部基板上に、その下面が前記下部基板の前記載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、前記上部シート部材の前記下面に設けられた凹状構造部によって、前記上部シート部材と前記下部基板との間に前記試料の操作を行うための操作構造が形成された試料操作素子に対する表面処理装置であって、
前記下部基板と、前記下部基板上に配置された前記上部シート部材とを有する前記試料操作素子を載置する処理ステージと、
前記処理ステージ上の前記試料操作素子に対し、その表面処理に用いられるレーザ光を供給するレーザ光源と、
前記試料操作素子に対し、前記上部シート部材側からまたは前記下部基板側から所定の照射光軸に沿って、前記上部シート部材と前記下部基板との間に形成された前記操作構造内にビームウエストが位置する集光条件で前記レーザ光源からの前記レーザ光を照射する集光光学系と
を備え、前記操作構造内において、前記レーザ光の集光によって生成されたプラズマにより、前記上部シート部材における前記凹状構造部の内側表面を親水化処理することを特徴とする試料操作素子の表面処理装置。
【請求項８】
前記レーザ光源は、前記レーザ光として、パルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源であることを特徴とする請求項７記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記試料操作素子に対する前記照射光軸に直交する面内での前記レーザ光の照射位置を調整することで、前記上部シート部材に対する親水化処理の処理位置を設定するための照射位置調整手段を備えることを特徴とする請求項７または８記載の表面処理装置。
【請求項１０】
前記試料操作素子に対する前記照射光軸に沿った前記レーザ光の集光位置を調整することで、前記上部シート部材に対する親水化処理の処理条件を設定するための集光位置調整手段を備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項記載の表面処理装置。
【請求項１１】
前記上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項記載の表面処理装置。
【請求項１２】
前記上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【請求項１】
試料が載置面上に載置される下部基板と、前記下部基板上に、その下面が前記下部基板の前記載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、前記上部シート部材の前記下面に設けられた凹状構造部によって、前記上部シート部材と前記下部基板との間に前記試料の操作を行うための操作構造が形成された試料操作素子に対する表面処理方法であって、
前記下部基板と、前記下部基板上に配置された前記上部シート部材とを有する前記試料操作素子を準備して処理ステージ上に載置する素子準備ステップと、
前記処理ステージ上の前記試料操作素子に対し、前記上部シート部材側からまたは前記下部基板側から所定の照射光軸に沿って、前記上部シート部材と前記下部基板との間に形成された前記操作構造内にビームウエストが位置する集光条件でレーザ光を照射し、前記レーザ光の集光によって生成されたプラズマにより、前記上部シート部材における前記凹状構造部の内側表面を親水化処理する表面処理ステップと
を備えることを特徴とする試料操作素子の表面処理方法。
【請求項２】
前記表面処理ステップにおいて、前記レーザ光として、パルスレーザ光を用いることを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記表面処理ステップにおいて、前記試料操作素子に対する前記照射光軸に直交する面内での前記レーザ光の照射位置を調整することで、前記上部シート部材に対する親水化処理の処理位置を設定することを特徴とする請求項１または２記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記表面処理ステップにおいて、前記試料操作素子に対する前記照射光軸に沿った前記レーザ光の集光位置を調整することで、前記上部シート部材に対する親水化処理の処理条件を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の表面処理方法。
【請求項６】
前記上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることを特徴とする請求項５記載の表面処理方法。
【請求項７】
試料が載置面上に載置される下部基板と、前記下部基板上に、その下面が前記下部基板の前記載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、前記上部シート部材の前記下面に設けられた凹状構造部によって、前記上部シート部材と前記下部基板との間に前記試料の操作を行うための操作構造が形成された試料操作素子に対する表面処理装置であって、
前記下部基板と、前記下部基板上に配置された前記上部シート部材とを有する前記試料操作素子を載置する処理ステージと、
前記処理ステージ上の前記試料操作素子に対し、その表面処理に用いられるレーザ光を供給するレーザ光源と、
前記試料操作素子に対し、前記上部シート部材側からまたは前記下部基板側から所定の照射光軸に沿って、前記上部シート部材と前記下部基板との間に形成された前記操作構造内にビームウエストが位置する集光条件で前記レーザ光源からの前記レーザ光を照射する集光光学系と
を備え、前記操作構造内において、前記レーザ光の集光によって生成されたプラズマにより、前記上部シート部材における前記凹状構造部の内側表面を親水化処理することを特徴とする試料操作素子の表面処理装置。
【請求項８】
前記レーザ光源は、前記レーザ光として、パルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源であることを特徴とする請求項７記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記試料操作素子に対する前記照射光軸に直交する面内での前記レーザ光の照射位置を調整することで、前記上部シート部材に対する親水化処理の処理位置を設定するための照射位置調整手段を備えることを特徴とする請求項７または８記載の表面処理装置。
【請求項１０】
前記試料操作素子に対する前記照射光軸に沿った前記レーザ光の集光位置を調整することで、前記上部シート部材に対する親水化処理の処理条件を設定するための集光位置調整手段を備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項記載の表面処理装置。
【請求項１１】
前記上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項記載の表面処理装置。
【請求項１２】
前記上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７２９９４（Ｐ２０１２−１７２９９４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２１２７（Ｐ２０１１−３２１２７）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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