光の力学作用を用いた極微光化学反応場の構築とマイクロファブリケーション

• Project/Area Number: 18710119
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 伊都 将司 Osaka University, 大学院・基礎工学研究科, 助教 (10372632)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2007: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2006: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 光ピンセット / レーザーマニピュレーション / 光放射圧 / 光重合 / マイクロ光造形 / 放射圧

Research Abstract

集光紫外レーザー光による誘起される局所的な光重合反応に放射圧を作用させると重合反応の空間選択性が格段に向上することを近年見出した。そのメカニズム解明のため放射圧発生用近赤外レーザー光の吸収に伴う樹脂・溶液の温度上昇度の定量的評価法を本研究初年度に確立した。本年度は、蛍光相関分光法(FCS)および計算機シミュレーションを用いて、近赤外光の放射圧が分子の並進拡散に与える影響を定量的に評価した。塩基数(即ち分子量)を変化させた一本鎖DNA数種類に対して水溶液中で近赤外レーザー光の放射圧を作用させ、放射圧ポテンシャル中のDNA分子数、分子が放射圧ポテンシャル中に滞在する平均の時間(平均滞在時間)の変化をFCSにより測定した。その結果、近赤外レーザー光強度の増加と共に平均分子数の上昇か確認され、その上昇度は分子量に依存した。一方、平均滞在時間は近赤外レーザー光強度の増加と共に減少した。この一見相矛盾する結果を理解するため、ブラウン動力学法に基づくプログラムを開発し、放射圧下の蛍光分子に対して得られる蛍光相関波形をシミュレートした。その際、初年度の研究で得られた、水の近赤外光吸収に起因する局所的な温度上昇を考慮しシミュレーションを行ったところ上記の実験結果を再現した。また、シミュレーションと実験結果を比較することで、塩基数数十個程度の一本鎖DNAには0.1〜0.5kT_R(T_R=297K)程度の放射圧ポテンシャルが作用していることを明らかにした。本成果により分子系に働く放射圧の定量的評価が可能となり、初年度の局所温度測定法と合わせ、重合反応に対する放射圧効果を定量的に解析するための有効な手法が確立できた。

Research Products

• [Journal Article] Fluorescence correlation spectroscopic study on water-soluble cadmium telluride nanocrystals: fast blinking dynamics in μs-ms region (2007)
  • Author(s): S Ito, N. Toitani, L. Pan, N. Tamai, H. Miyasaka
  • Journal Title: Journal of Physics: Condensed Matter 19 Pages: 486208-486208
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laser Ablation of Individual Gold Nanoparticles in Solution (2007)
  • Author(s): S. Ito, T. Mizuno, H. Yoshikawa, and H. Masuhara,
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 46 Pages: 241-243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of Fluorescence Correlation Spectroscopy to the Measurement of Local Temperature in Solutions under Optical Trapping Condition (2007)
  • Author(s): S.Ito, T.Sugiyama, G.Katayama, N.Toitani, H.Miyasaka
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B 111号 Pages: 2365-2371
• [Journal Article] Molecular translational diffusion in solution under radiation pressure of near infrared laser light (2006)
  • Author(s): S Ito, T.Sugiyama, N.Toitani, G.Katayama, L.Pan, N.Tamai, H.Miyasaka
  • Journal Title: proceedings of SPIE 6326 Pages: 632605-632605
• [Presentation] Motion of Molecules under Radiation Pressure in Solution Monitored by Fluorescence Correlation Spectroscopy (2007)
  • Author(s): S. Ito, N. Toitani, T. Sugiyama, and H. Miyasaka
  • Organizer: Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience
  • Place of Presentation: 韓国・慶州
  • Year and Date: 2007-11-23
• [Presentation] 光放射圧下の分子の拡散拳動:蛍光相関分光法とブラウン動力学シミュレーションによる検討 (2007)
  • Author(s): 伊都将司、面谷直希、宮坂博
  • Organizer: 第1回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学・川内北キャンパス
  • Year and Date: 2007-09-19
• [Presentation] 蛍光相関分光法により観測されるCdTeナノ粒子の複雑なdark state減衰挙動:計算機シミュレーションによる検討 (2007)
  • Author(s): 間谷直希、伊都将司、PAN Lingyun、玉井尚登、宮坂博
  • Organizer: 第1回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学・川内北キャンパス
  • Year and Date: 2007-09-17
• [Presentation] Local Temperature at the Focus of Near Infrared Laser Beam in Optical Tweezing (2007)
  • Author(s): S. Ito, T. Sugiyama, N. Toitani, and H. Miyasaka
  • Organizer: XXIII International Conference on Photochemistry
  • Place of Presentation: ドイツ・ケルン
  • Year and Date: 2007-07-30
• [Book] Nano Biophotonics, Science and Technology (2007)
  • Author(s): S. Ito, T. Sugiyama, L. Kadowaki, H. Miyasaka (分担執筆, Chapter13)
  • Total Pages: 428
  • Publisher: Elsevier
• [Book] Nano Biophotonics (2007)
  • Author(s): S.Ito, T.Sugiyama, I.Kadowaki, H.Miyasaka(分担執筆)
  • Publisher: Elsevier (In press)
• [Book] 光化学の驚異 (2006)
  • Author(s): 増原 宏, 伊都将司 (編著)
  • Total Pages: 232
  • Publisher: 講談社
• [Book] Frontiers of Basic Science towards New Physics Earth and Space Science Mathematics (2006)
  • Author(s): S.Ito, T.Sugiyama, I.Kadowaki, H.Miyasaka(分担執筆)
  • Total Pages: 435
  • Publisher: Osaka University Press
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光情報記録システムおよびひかり情報記録媒体 (2006)
  • Inventor(s): 内田, 中村, 宮坂, 伊都, 長澤, 松田
  • Industrial Property Rights Holder: (株)三菱化学
  • Industrial Property Number: 2006-174304
  • Filing Date: 2006-06-23