液中微粒子のレーザー光泳動における非線形現象の解明と分析化学的応用

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18350042
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 文珠四郎 秀昭 大阪大学, 大学院理学研究科, 講師 (80191071)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡會 仁 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (30091771)
• Keywords: レーザー光泳動 / 光熱変換 / 赤血球 / 非線形現象 / 気泡 / 輻射圧

Research Abstract

ヘプタンやヘキサデカンなどの有機溶媒を満たしたマイクロキャピラリーに532nmまたは1064nmのレーザーを照射すると気泡が発生し、この気泡がレーザー位置にトラップされること、また気泡から離れた位置にレーザーを照射すると気泡はレーザー照射位置に引き寄せられることを発見した。通常、媒体より屈折率の小さな気泡はレーザートラップできないことが知られており、気泡のトラッピングや気泡の吸引はレーザーの輻射圧の考えでは説明できない。この現象を実験的に、また熱伝導シミュレーション計算を用いて詳細に検討した結果、光熱変換によるレーザー照射位置の温度上昇によるキャピラリー内での温度勾配から生じる気液界面のマランゴニ効果によるものと結論付けた。しかし、気泡半径と吸引力の関係についてはマランゴニ効果では説明ができず、媒体の密度変化、キャピラリー内温度分布の時間変化などの効果を考える必要がある。これらの点を明らかにすることにより、液中気泡の新規なマニピュレーション法とのしての発展が期待できる。
532nmのレーザーを用いて液中生体微粒子である血球細胞についてレーザー光泳動挙動を観測し、分離法へと発展させた。レーザー波長に吸収をもつ赤血球では、吸収による光の運動量の授受により血小板や白血球より泳動効率が高い。また、その泳動速度はレーザーの出力に非線形に応答する。この特長を活かし、マイクロ流路を用いて側面からレーザー照射を行い、フロー系で赤血球を他の血球細胞から連続的に分離することができた。また、泳動速度と円盤状の赤血球の配向について詳細な検討を行い、光泳動効率と泳動中の赤血球に対する媒体の抵抗力の。
この他、パルスレーザー照射による液中微粒子の光泳動観測を試みたが、レーザーの平均出力が小さいため、光泳動現象は観察できなかった。今後さらに泳動効率の高い炭素微粒子などを試料として実験を進める必要がある。