Light-driven actuators based on energy confinement microchips

• Project/Area Number: 17K18849
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Mechanical dynamics, Robotics, and related fields
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: Nishiyama Hiroaki 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (80403153)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 表面プラズモン共鳴 / MEMS / マイクロアクチュエータ / 金属ナノ構造 / プラズモン共鳴 / 光熱変換 / ゲル / ソフトアクチュエータ / 光駆動アクチュエータ

Outline of Final Research Achievements

Near-infrared light-stimulated actuations of microgels were investigated for highly functional microactuators in biological applications. Incident light of 830 nm wavelength was coupled to the plasmonic waves on metallic nanostructures buried inside microgels.The microgels exhibited marked deformation, depending on size, shape and layout of the metallic structures. Such plasmonic photothermal conversion was effective for soft microactuators with high controllability.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属ナノ構造が特異的な光学応答性を持つことは学術的にはよく知られている．この研究はこの現象を材料変形に生かすことを狙ったものである．どのような光集束性を生み出せば，どのくらいの材料変形を生み出せるのか，制御性はどうなのかなどを定量的に明らかにした．
社会的意義としては，生体透過光で複雑変形が可能なマイクロアクチュエータは，応用上は新しい治療法の開発に貢献が出来る．生体内の微小部位に力学的作用を及ぼすことは現在なお容易ではなく，従来の生化学的な治療アプローチでは対応が困難な領域を補うことが期待できる．

Research Products

• [Journal Article] Versatile direct laser writing of non-photosensitive materials using multi-photon reduction-based assembly of nanoparticles (2019)
  • Author(s): H. Nishiyama, K. Umetsu, K. Kaito
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 14310-14310
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50630-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Active Plasmonic Devices (2017)
  • Author(s): 西山 宏昭
  • Journal Title: The Journal of The Institute of Electrical Engineers of Japan Volume: 137 Issue: 6 Pages: 361-364
  • DOI: 10.1541/ieejjournal.137.361
  • NAID: 130005683698
  • ISSN: 1340-5551, 1881-4190
  • Peer Reviewed
• [Presentation] レーザー多光子還元を起点とした光機能性微粒子の集積固化と素子応用 (2020)
  • Author(s): 西山宏昭
  • Organizer: 第40回レーザー学会年次大会
  • Invited
• [Presentation] フェムト秒レーザによるPNIPAMマイクロゲル内へのAgナノ粒子導入と光駆動変形 (2019)
  • Author(s): 阿相克，小田島駿，西山宏昭
  • Organizer: 2019年度応用物理学会東北支部講演会
• [Presentation] フェムト秒レーザによるPNIPAMマイクロゲル内へのAgナノ粒子導入と光駆動変形 (2019)
  • Author(s): 阿相克，小田島駿，西山宏昭
  • Organizer: 2019年度精密工学会東北支部講演会
• [Presentation] Femtosecond laser-reduction based assembly of functional nanomaterials (2019)
  • Author(s): H. Nishiyama
  • Organizer: 3S-LP
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 近赤外応答プラズモニック構造を用いたマイクロゲルファイバーの変形 (2018)
  • Author(s): 阿部晃大，田端航，西山宏昭
  • Organizer: 第79回応用物理学会 秋季学術講演会
• [Presentation] ダイアフラム構造を用いた紫光励起プラズモン面内分布の動的制御 (2018)
  • Author(s): 池田一畝，遅澤伸宏，西山宏昭
  • Organizer: 第79回応用物理学会 秋季学術講演会
• [Presentation] 液中フェムト秒レーザ照射によるSiO2ナノ粒子の集積固化と曲面上パターン形成 (2018)
  • Author(s): 木村開登，梅津寛，西山宏昭
  • Organizer: 第73回応用物理学会東北支部学術講演会
• [Presentation] ダイアフラム構造を用いた紫光励起プラズモン場の動的制御 (2018)
  • Author(s): 池田一畝，遅澤伸宏，西山宏昭
  • Organizer: 第73回応用物理学会東北支部学術講演会
• [Presentation] 液中フェムト秒レーザ照射による機能性ナノ材料の集積とマイクロパターン形成 (2017)
  • Author(s): 梅津寛，西山宏昭
  • Organizer: 第72回応用物理学会東北支部学術講演会
• [Presentation] Auプラズモニック構造を用いた温度応答性ゲルファイバーの生体透過光駆動変形 (2017)
  • Author(s): 田端航，西山宏昭
  • Organizer: 第72回応用物理学会東北支部学術講演会
• [Presentation] 3Dマイクロスプリングへの磁性微粒子の位置選択導入と磁気駆動変形 (2017)
  • Author(s): 鈴木勝大，西山宏昭
  • Organizer: 第72回応用物理学会東北支部学術講演会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 固体微粒子で被覆された金属を含む複合体の製造方法 (2018)
  • Inventor(s): 西山宏昭，梅津寛
  • Industrial Property Rights Holder: 西山宏昭，梅津寛
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-200202
  • Filing Date: 2018
  • Overseas