Modeling of light scattering, light fluctuation, and particle diffusion in colloidal suspensions
Publicly Offered Research
| Project Area | Comprehensive understanding of scattering and fluctuated fields and science of clairvoyance |
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| Project/Area Number |
21H05577
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤井 宏之 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00632580)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 光強度の時間相関関数 / 粒子拡散 / 拡散相関分光法 / 電磁波理論 / 輻射（ふくしゃ）輸送論 / 電磁波散乱理論 / 輻射(ふく射)輸送論 |
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| Outline of Research at the Start |
生体光技術の一つに拡散相関分光法があり、光の揺らぎを計測することで、血流速を評価することが可能である。この分光法の発展のためには、生体内の光散乱、光の揺らぎ、物質拡散を包括的に理解する必要がある。先行研究では、これら３つの現象は独立にモデル化されてきた。本研究では生体における基礎研究で使用されるコロイド溶液に対して、光散乱、光の揺らぎ、粒子拡散の関係性に着目して、モデル化する。構築した物理モデルによって、光の揺らぎを表す物理量である光強度の時間相関数を数値計算する。計算結果を解析し、光の揺らぎのメカニズムを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、生体ファントムであるコロイド溶液における、光の散乱、光の揺らぎ、コロイド粒子の拡散運動に関するマルチフィジックスモデルを構築し、光の揺らぎのメカニズムを統一的に理解することである。拡散相関分光法は、光強度の揺らぎの時間相関関数を計測することで、媒体深部の拡散係数を評価する。この分光法では、光の散乱、光の揺らぎ、粒子の拡散運動のモデル化が必要であるが、先行研究では別々にモデル化が行われていた。本研究では、３つの物理現象が密接に関係していることに着目する。電磁波散乱理論、輻射(ふく射)輸送論、ブラウン動力学シミュレーションに基づいたマルチフィジックスモデルを構築し、光の時間相関関数などを数値計算した上で一連の物理現象における特性時間や特性長を評価する。特性時間や特性長を無次元解析し、光の散乱と粒子の拡散運動に起因した光の揺らぎのメカニズムについて、普遍性の観点より明らかにする。この目的を達成するため、本年度は散乱特性に着目し、以下の２項目について研究を実施した。
１．分子動力学シミュレーションより、幾つかの粒子間ポテンシャルにおける構造特性を計算し、クラスター解析を実施した。コロイド溶液で適用される変形型のレナード・ジョーンズポテンシャルでは、引力相互作用は体積分率20%程度では限定的であることがわかった。
２．構造特性を電磁波理論の一つである干渉散乱理論に組み込み、光散乱特性を計算した。計算結果を近年代表者が提案したモデル式より解析した。引力相互作用と電場の干渉との関係性を見出した。
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| Research Progress Status |
令和4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4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
(14 results)
