Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
本研究課題では、空間不均一性を有する物質に内在するマイクロ秒～秒オーダーでの濃度揺らぎをサブマイクロメートルスケールで時空間マッピングする新たな測定手法を開発し、ゲル、ゴムや生細胞といった物質に適用することによってその有用性を示す。上述の目的を達成するために、本研究では高分子の揺らぎを散乱光の強度揺らぎを通して観測する手法として知られている動的光散乱法を応用した、白色顕微動的光散乱法を開発する。これは、申請者が持つ独自技術である顕微動的光散乱法に白色パルスレーザーを組み合わせることによって、回折限界の空間分解能でBrown運動を超えた様々なダイナミクスの観測を行う手法である。
本年度は、白色パルス光源を用いた顕微動的光散乱法の開発を行なった。1 MHzの繰り返し周波数を持つ白色レーザーパルスを、対物レンズを通して倒立型顕微鏡上に設置した試料に照射し、後方散乱光を同一の対物レンズによって集光した。そして、得られた後方散乱光を分光器に入れ、波長を分けながらフォトンカウンティング計測を行うことによって、濃厚コロイド溶液から発生する散乱光の時間相関関数の波長依存性を測定した。フォトンカウンティング計測においては、1 MHzで発生するレーザーパルスと同期した電気信号も同時に計測し、時間相関関数の計算においてジッターなどのノイズの影響を受けないようにした。開発した装置を用いて、高濃度（1~50 wt%）コロイド分散液の時間相関関数の波長依存性を測定した。ポリスチレン微粒子分散液については、Brown運動に特徴的な、緩和速度のq^2依存性（q：散乱ベクトルの大きさ）が明確に観測された。これに対し、ある種のコロイド粒子においては緩和速度がq^2からずれるということが示唆された。今後はこの点について、数値解析を含めて多面的に検証していきたいと考えている。また、並行する形で生細胞に対する顕微動的光散乱法の応用についても検証を行った。上皮細胞を用いた実験において、散乱光強度の時間相関関数に緩和成分が表れることを明らかにした。この実験結果は、動的光散乱法による揺らぎ計測が生体機能の解析に有効であることを示唆している。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2023 2022 2021
All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results, Peer Reviewed: 5 results, Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 2 results)
Bulletin of the Chemical Society of Japan
Volume: 96 Issue: 1 Pages: 65-71
10.1246/bcsj.20220309
Advanced Materials Interfaces
Volume: 9 Issue: 22 Pages: 2200497-2200497
10.1002/admi.202200497
Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
Volume: 653 Pages: 130009-130009
10.1016/j.colsurfa.2022.130009
Science Advances
Volume: 8 Issue: 42
10.1126/sciadv.add0226
Analytical Sciences
Volume: 38 Issue: 3 Pages: 607-611
10.1007/s44211-022-00071-0
