Environmentally induced chiral optical force on nano particles
Publicly Offered Research
| Project Area | Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces |
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| Project/Area Number |
19H04668
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
Sadgrove Mark 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 准教授 (40625000)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | ナノファイバ / ナノ粒子 / 光圧 / キラル光圧 / キラル力 |
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| Outline of Research at the Start |
キラルな力は左右を区別する力である。普段の場合、キラル的な光圧は物質と照射光のキラル性から生まれる。本研究では、力を受ける物質も照射光もキラル性を有せず、
物質の近所にあるナノ構造の方がキラル的な光学特性を有する。そのナノ構造は力を受けるナノ物質の環境だと考えられる。
環境から生まれるキラル的な光圧を測定するため、我々は水中ナノ光ファイバの顕微装置を使い、横から一本のレーザービームを導入する。理論上、そのビームの変更により、ナノ光ファイバ表面上にトラップされた粒子は方向的な光圧を感じて、方向的に動く。
環境から生まれるキラル的な光圧はナノ粒子を操作するための新たな道具になると考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではナノ光ファイバを利用して、ナノ粒子にキラルな光学的な力を与えることを目的とした。研究成果は下記の通りである。
先ず、ナノ粒子の形のよりキラルな散乱光が出るか出ないか確認した。キラルな散乱はキラルな力の原因となるので、この実験は本研究の基礎的な一歩となる。ナノ光ファイバの表面上に金ナノロッド（円筒形）または金ナノ球を導入して、外部から光を照射した。光の偏光状態を任意に操作ができ、各偏光状態でファイバに結合する散乱工の強度を測定した。その結果、ナノロッドの場合散乱光は偏光状態に関わらずファイバの左右伝搬モードへの結合は同じだった。一方、ナノ球の場合、照射光が円偏光と近い状態だと散乱光はほとんど右向きの伝搬モード、または左向きの伝搬モードへ結合した。ナノ球で得た結果はいわゆるキラル結合と呼ばれる。金ナノロッドの場合キラル結合が出ない理由はナノロッドの分極率は必ずロッド軸と平行であること。この研究は2020年度の6月Optics Expressという論文雑誌で公開された。
次に、ナノ粒子のナノファイバ上でのトラップ及び輸送を行った。キラルな力を実現するために、球体の粒子が必要だと上記の研究で把握したが、これから応用で役立つ球体のナノ粒子を選んで実験を行った。そのナノ粒子はリポソームであった。リポソームは細胞と似ているような外部構造（つまり脂質の膜）を持っているが、細胞と違って中身が見ずだけである。リポソームを光で操作できれば医学検査の応用があると考えられる。
我々はリポソームが入っている溶液にナノ光ファイバを導入して、そのナノファイバの周りに存在するエバネッセント光を用いてリポソームのトラップと輸送を実現した。この結果は2020年12月公開された。
上記の研究結果はキラルな光学力により粒子の操作技術の大きな成果だと考えられ、これからの研究生活の重要なベースとなる。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
