Controlling flow fields on a nanometric scale via plasmonic heating of gold nanoparticles

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K13688
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 19010:Fluid engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Setoura Kenji 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (90804089)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 局在プラズモン / 金ナノ粒子 / 熱プラズモニクス / 光熱変換 / 熱対流 / 熱泳動 / 光ピンセット / オプトフルイディクス

Outline of Final Research Achievements

The present study aims to control flow fields on a nanometric scale by creating temperature, pressure, and surface tension gradients via optical heating of gold nanoparticles. The experimental and numerical results demonstrated that the flow field on a sub-micron scale can be controlled with Marangoni convection driven by the surface tension gradient on a nanobubble around the heated gold nanoparticle. Besides, it has been found that thermophoresis, temperature-gradient-induced migration of tiny objects, is one of the most efficient methods for transporting and sorting metal nanoparticles in solution.

Free Research Field

ナノマイクロ科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、レーザー加熱に誘起される「マランゴニ対流」と「熱泳動」が、微小領域の流れ場の制御および物質輸送に有効であることを、実験および数値計算の両面から明らかにした。得られた成果の一部は、その学術的な新規性と重要性が評価され、英国王立化学会が出版している"Nanoscale"誌に掲載され、さらにジャーナルのカバーピクチャーにも選ばれた。
これらの成果は将来的に、ナノ・マイクロサイズの微小流体デバイス中で、分子・タンパク質・細胞などを輸送したり、選別・分析などを行う際に、それらの効率や感度の向上に役立つと期待される。