2020 Fiscal Year Annual Research Report
金イオン添加ハイドロゲルに対する光の角運動量が与える力学的相互作用評価
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19K23584
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
豊田 耕平 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (40740212)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 光の角運動量 / ソフトマテリアル / 光渦 / 非線形光学 / 応用物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体組織内部における捩じり応力など動力学パラメータの評価はこれまで計測困難であった。本研究は、生体組織のシミュレータであるハイドロゲルと周回方向の輻射力を持つ光渦によって実現することを目的とする。Polyethylene Glycol Diacrylate(PEGDA)と呼ばれるハイドロゲルを濃度調整した塩化金(Ⅲ)水溶液に浸すことによって、金イオン添加ハイドロゲルの作成した。光源にはピコ秒短パルスレーザー(波長1.06 um)を用い、非線形光学結晶によって532 nmへ波長変換した。得られたレーザー光を螺旋型位相板によって光渦に変換し実験に用いた。
ゲル内部に高い開口数で集光することで、二光子吸収過程を経た光還元反応が生じ、金ナノ粒子が導波路に沿ってフィラメント上に析出する。レーザー入力強度に対する金析出過程の変化を側面、および透過光の経時変化をCCDカメラによって観測した。入力強度が増すほど金析出が高速化および析出濃度が上昇した。さらに析出する全長も向上した。一方でゲル端面の破損もみられた。これは、局所的な光吸収によって熱上昇が生じた結果と考えられる。
さらに数値計算を行うことによって、らせん状ファイバの形状が、光入力強度、金ナノイオン濃度だけでなく、ゲルの密度などの物理的パラメータによっても変化することを明らかにした。ハイドロゲルの物理的パラメータとらせん状光伝搬の相関性が得られたことで、光渦による金イオン生体組織における動力学パラメータの評価が可能であることがわかった。
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