• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Evaluation of the mechanical interaction of the angular momentum of light on hydrogels with gold ions

Research Project

Project/Area Number 19K23584
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

Toyoda Kohei  千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (40740212)

Project Period (FY) 2019-08-30 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords軌道角運動量 / 光渦 / ハイドロゲル / 光と物質の相互作用 / 光の角運動量 / ソフトマテリアル / 非線形光学 / 応用物理
Outline of Research at the Start

光マニピュレーションをはじめ、光波の力学的作用を活用した生体組織の操作が注目を集めている。光波の新しい力学パラメーターである角運動量を活用すれば生体組織の捩じり応力など、これまで計測が不可能であった生体組織の動力学特性が計測できる可能性がある。「光波の力学的な角運動量は生体組織のようなソフトマテリアルにどのように作用するのか?」これまで全く先行研究がないこの問に明快な解を与えるため、軌道角運動量を持つ光渦と生体組織のシミュレーターであるハイドロゲルの力学的相互作用を可視化する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we irradiated a gold ion-doped hydrogel with optical vortices to investigate the mechanical response of the hydrogel depending on its physical properties and light characteristics. Gold ions were added to the prepared hydrogel, PEGDA, by immersing it in a gold(III) chloride solution. It was found that filaments were formed at 0.4-4 mg/ml but not at 10 mg/ml or when no gold ions were added. It was found that the filament formation was dependent on the amount of gold ions added. We also found that the topological charge of the optical vortex can control the direction of the twisting and the number of branches.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光の軌道角運動量を活用することで、生体組織のようなソフトマテリアルが持つ捩じり応力など、従来、未知であった動力学特性が明らかになることが期待される。しかし、ソフトマテリアルと軌道角運動量の相互作用を直接計測・可視化する手段はなく先行研究は皆無であった。本研究成果は、ソフトマテリアルと軌道角運動量の相互作用ダイナミクスを直接計測することができたことを示している。これらの成果はソフトマテリアルと光の軌道角運動量の相互作用について確認した初めての例である。軌道角運動量がハイドロゲルに与える力学的作用についてさらに研究を進展させ、生体組織を対象とした研究へと発展させていく。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Nanotwist of aluminum with irradiation of a single optical vortex pulse2021

    • Author(s)
      Ablimit Ablez, Kohei Toyoda, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
    • Journal Title

      OSA Continuum

      Volume: 4 Issue: 2 Pages: 403-408

    • DOI

      10.1364/osac.417444

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Microneedle structuring of Si(111) by irradiation with picosecond optical vortex pulses2020

    • Author(s)
      Ablimit Ablez, Kohei Toyoda, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 13 Issue: 6 Pages: 062006-062006

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ab8d4b

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Silicon (111) chiral structures fabricated by the illumination of optical vortex2020

    • Author(s)
      Ablimit Ablez, Kohei Toyoda, Katsuhiko Miyamoto, Ryuji Morita, Takashige Omatsu
    • Organizer
      2020 SPIE Structured Light at OPIC, Optical Manipulation and Structured Materials
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spinning twin-mode generation in a bacteriorhodopsin suspension2020

    • Author(s)
      Keigo Masuda , Taiki Yoshizawa , Junhyung Lee , Masataka Shinada , Yoshiko Okada-Shudo , Takeshi Murata , Kohei Toyoda , Katsuhiko Miyamoto , Takashige Omatsu
    • Organizer
      2020 SPIE Structured Light at OPIC, Optical Manipulation and Structured Materials
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レーザートラッピング結晶化法におけるエナンチオマー過剰率の光波の全角運動量依存性2020

    • Author(s)
      豊田 耕平、宮本 克彦、杉山 輝樹、 尾松 孝茂
    • Organizer
      第67回 応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Helical light offers a new twist of materials science2019

    • Author(s)
      Kohei Toyoda, Takashige Omatsu
    • Organizer
      NEW TREND IN CONTEMPORARY OPTICS
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 光渦レーザートラッピング結晶成長を介した光の全角運動量による結晶エナンチオマー制御2019

    • Author(s)
      豊田 耕平、宮本 克彦、杉山 輝樹、 尾松 孝茂
    • Organizer
      レーザー学会 学術講演会 第40回年次大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-09-03   Modified: 2022-01-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi