2020 Fiscal Year Annual Research Report
レーザー誘起バブルを用いた特殊加工基盤の構築および脳回路の機能解析
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20H02646
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
花田 修賢 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (20435671)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 勝也 弘前大学, 医学研究科, 特任教授 (40241666)
山岸 里枝 (田邉里枝) 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (70432101)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | レーザー誘起バブル / ポンプ・プローブ撮影 / 金属粒子 / 蛍光焼結体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、開発を行ったMicroFLIBの加工メカニズム解明を行うための実験装置開発およびそれを用いた予備実験結果の検討を行った。MicroFLIBは、液状の熱硬化性透明材料（例えばPDMSなど）内に汎用レーザー誘起バブルを生成し、バブル同士が連結することで熱硬化性材料の微細加工が可能になる。本手法は、従来レーザー加工に比べ、高効率なレーザー加工を実現し、更に、汎用レーザーでは不可能な透明材料の3次元加工を実現する可能性を秘めている。しかしながら、バブル同士がどのように連結するか、また、バブルが一定の形状を維持する仕組みについてなど、不透明な部分が多く存在する。
よって、バブル同士が如何に連結するかを解明するためのポンプ・プローブ高速撮影が可能な実験装置の開発を行った。現状では、生成された2つのバブルが連結する様子を確認することに成功しており、レーザー照射条件などの検討を行い、MicroFLIBの加工の詳細について考察を行っている。
一方、MicroFLIBは、バブル生成の際に金属板のアブレーションを利用するケースもあり、MicroFLIB後、メッキ処理を行うことで、加工領域の選択的金属配線を埋め込むことも可能である。しかしながら、MicroFLIB中のアブレーションにより飛散した金属粒子の挙動についても不透明な部分が多く、研究分担者が有するレーザー誘起バブルの高速撮影技術により、焼結蛍光体を試料に用いて液状PDMSとの境界面でレーザーアブレーションを行い、励起光により発光させた放出種を高速時間分解観察することで、バブル形成前後および内外における蛍光微粒子の挙動解析を試みる。本研究については、これらの実験が行える装置開発を行い、予備実験を現在行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
独自開発を行ったMicroFLIBの加工メカニズムについて検討を行っている。加工メカニズムについては不透明な部分が多く、本年度は特に、加工過程の詳細を観察可能にする装置開発を主に行った。
MicroFLIB中にレーザー誘起バブルが連結する様子を観察する装置開発については、2台のレーザーを用いたポンプ・プローブ高速撮影により、生成した2つのバブルが連結する様子を確認することに成功している。また、レーザー照射条件を変化させることで、バブルの連結機序が変化することも確認している。更に、MicroFLIB中の時間変化に伴うバブルサイズの評価も行った。
研究分担者による、蛍光焼結体を用いたMicroFLIB観察については、まずは、MicroFLIB装置の開発およびその加工条件を検討した。その理由として、加工対象となるPDMSの保存環境が加工条件に影響を与えることが判明し、研究代表者と分担者が異なる地域で活動を行っていることから、加工条件の詳細な検討が必要であった。MicroFLIBの加工基礎特性を調査した後は、蛍光焼結体をアブレーションターゲットにしたMicroFLIBの予備実験を行っており、MicroFLIBの際に、アブレーションによる飛散粒子の発光を観察することに成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、MicroFLIBの加工メカニズム解明を中心に実験を行っていく。本年度は加工メカニズム解明用の装置開発および予備実験を行っており、その際に幾つかの問題点が明らかになった。
ポンププローブ撮影法を用いたMicroFLIB加工のバブル連結観察では、MicroFLIB加工には最適なレーザーオーバーラップ率が存在することが判明した。これについて、複数のバブルがどのように連絡するか、その詳細について今後、調査する。また、バブル内ガス分子の分光計測についても検討を行う。その際に、MicroFLIBの3次元加工についても検討する予定である。その理由として、従来MicroFLIBは金属板-PDMS境界面でレーザー誘起バブルを形成し、その加工を実現してきたが、金属のアブレーション微粒子がバブル内ガス分子の分光計測を阻害する可能性があるため、金属のアブレーションを介さない液状PDMS内部への3次元MicroFLIB加工を検討することで、液状PDMS内に生成したバブル内部の分光計測を試みる。
一方、研究分担者による蛍光焼結体をアブレーションターゲットに用いたMicroFLIBの高速撮影では、蛍光焼結体の種類により、鮮明なアブレーション飛散粒子画像が得られることが判明している。よって、今後はMicroFLIBの際に幾つかの蛍光焼結体を試すことで、より鮮明な画像を取得することを試みる。また、蛍光焼結体の励起光源についても照射条件により、撮影画像が鮮明になることが判明しており、本件についても詳細な検討を行う予定である。
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