2022 Fiscal Year Annual Research Report
光ピンセットが導く特異な相分離構造の形成過程と起源の解明
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21K13892
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| Research Institution | Nara National College of Technology |
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Principal Investigator |
松本 充央 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 特命助教 (00898463)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 温度応答性高分子 / 相分離 / 光ピンセット / 光圧 / 光熱効果 / プラズモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱応答性高分子であるポリ（N-イソプロピルアクリルアミド）（PNIPAM）水溶液に対して近赤外レーザーを集光すると、光熱効果による局所温度加熱によって、高分子リッチなマイクロ液滴が形成され、光圧によって捕捉される。一方、同様の光捕捉実験をポリ（N,N-ジエチルアクリルアミド）に対して実施すると、独特の多相構造を有するマイクロ液滴が掲載される。本申請課題では、金コロイドによるプラズモン共鳴を組み合わせることで、PNIPAMを用いた場合でも類似のマイクロ液滴が形成されることを見出した。
PNIPAMはAIBNを開始剤としてフリーラジカル重合によって合成した。金コロイドはテトラクロロ金(III)酸四水和物を水素化ホウ素ナトリウムで還元することで得た（粒径約100nm）。PNIPAMと金コロイドの混合溶液に対して、倒立顕微鏡の対物レンズを通して波長532nmの可視光レーザーを集光したところ、単一の金コロイドが光捕捉された。その後も集光レーザー光を照射し続けたところ、光捕捉した金コロイドの周囲にPNIPAMが集まり、マイクロ液滴へと成長した。このマイクロ液滴はPNIPAM水溶液に近赤外レーザーを集光して得られる液滴とは異なる形態を有していた。これは、表面プラズモン共鳴による光熱変換によって、捕捉された金ナノ粒子の周囲のみに局所的な温度勾配が形成されたためと考えされる。本研究から、光ピンセットによる多層構造を有するミクロ高分子液滴の形成には、高分子の構造だけでなく、光圧や局所温度勾配の大きさも重要であることが明らかになった。
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