2021 Fiscal Year Research-status Report
Understanding interaction between particles and its surface structure by line optical tweezers
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20K05437
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
天野 健一 名城大学, 農学部, 准教授 (30634191)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 平均力ポテンシャル / 光ピンセット / 逆解析 / 画像解析 / 統計力学 / 複雑液体 / 三体相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に光ピンセット装置の組み立てを行った。そして、今年度は光ピンセット装置にガルバノミラ―やファンクションジェネレーター等組み合わせる事で、ライン拘束型の光ピンセット装置を構築できた。また、コロイド粒子をライン拘束する際に、ライン上に形成される拘束ポテンシャルの形状をパラボラ型にするための電圧VS時間曲線の逆計算も出来た。これの導出には、光の透過率に関する私の物理数学に関する研究成果（arXiv:2005.01293 (2020)）が役に立った。実際にライン拘束型光ピンセットを用いて種々のコロイド粒子（PMMA粒子、温泉微粒子）のライン拘束を行った。
ライン拘束型光ピンセットで得た画像データからコロイド粒子の中心点を光学顕微鏡の位置分解能を超えるレベルで検出する独自の画像解析プログラムも作成した。離れ合ったコロイド粒子の中心点の決定は簡単であるが、接近しあったコロイド粒子のそれぞれの中心点の決定はニュートンリングの発生により難しい。これまでにいくつかの手法が提案されてきているが、それぞれ無視できない問題を含んでいた。そこで私は上述の通り、独自の画像解析プログラムを作成した。
コロイド粒子間の平均力ポテンシャルを求めるライン拘束型光ピンセット用の独自逆解析理論を用いて、ダブルビーム型光ピンセットやトリプルビーム型光ピンセット用の逆解析理論も求めた。これにより複雑液体中での相互作用や三体相互作用に関する研究が促進される。
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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
研究実績の概要に書いてある通り、本研究はおおむね順調に進展している。装置開発、理論開発、プログラミングのどれも止まる事無く進展している。ただし、本研究の最終目標はコロイド粒子の表面に修飾された高分子の密度分布を実験データから逆解析する事である。このためには、（一）ライン光ピンセット装置の完成→（二）観察画像からコロイド粒子の中心位置を正確に決定→（三）コロイド粒子間の平均力ポテシャルの逆計算→（四）平均力ポテンシャルから高分子の密度分布を逆計算という流れがあり、どれもそれなりに重いテーマである。そのため、今年度は（一）～（三）までは概ね達成できたが、（四）はまだ達成できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題のおよその流れは、（一）ライン光ピンセット装置の完成→（二）観察画像からコロイド粒子の中心位置を正確に決定→（三）コロイド粒子間の平均力ポテシャルの逆計算→（四）平均力ポテンシャルから高分子の密度分布を逆計算である。（一）～（三）までは概ね達成できたので、今年度は（四）に挑戦する。ただし、（一）と（二）に関しては若干の微修正が必要なので、それらに関しても今年度取り組む。研究実績の概要にも書いた通り、本研究を通して付随的にダブルビーム型光ピンセットやトリプルビーム型光ピンセットで平均力ポテンシャルを求めるための逆解析理論も作成できたので、これらの成果を論文として公表すべく論文原稿の執筆も行う予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により出張が無くなってしまったため残予算が生じた。２０２２年度は、この残予算と２０２２年度用の既存の予算を用いて、出張や装置開発、PC環境の構築、ソフトウェア、英文校正等に利用する予定である。
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