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 Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
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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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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| 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)
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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 |
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| 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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体組織のシミュレータとして着目されるハイドロゲルと、光の角運動量の相互作用を可視化することで、生体組織の捩じり応力などのこれまで計測困難であった動力学パラメータの測定することを目的とする。本年度では、ハイドロゲルとしてPEGDAを用い、塩化金溶液によって金イオンを添加し、軌道角運動量を持つ光である光渦とハイドロゲルの相互作用を可視化することを目指した。
ピコ秒オーダーの短パルスレーザーを光源として用い、発振したガウス光を螺旋型位相板によって光渦に変換し実験に用いた。光渦、およびガウス光を対物レンズによって、金イオン添加ハイドロゲルに集光し、二光子吸収過程による光還元反応を誘起した。散乱光および透過光の経時変化を、ハイドロゲルの側面および透過方向に設置したCCDカメラによって測定し、金析出過程のダイナミクスを観測した。導波路形成過程での透過光測定では照射直後、光渦の円環状強度分布が分岐し、角運動量に応じてねじれていく様子が確認できた。ガウス光では発散した。これは金の屈折率が負であることに起因していると考えられる。側面からの観測では、光渦が自己集束しながら伝搬し、金微粒子が導波路形成していることが分かった。このことから金ナノ微粒子は光の角運動量を受けとりながら、ゲル内部で運動し、凝集、析出することがわかった。
今後、析出過程における金微粒子と光の角運動量の相互作用をより詳細に解析することと並行し、ねじれ応力の測定を行う予定である。
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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
ハイドロゲルとしてPEGDAを用い、塩化金溶液に浸すことで、金イオンハイドロゲルを作製した。ピコ秒オーダー光渦レーザーを金イオン添加ハイドロゲル内部に集光することで、光は自己集束し、導波路として金が析出することを確認した。この際、透過光、また側面から、金析出過程のダイナミクスをCCDカメラによって観測し、光渦の円環状強度分布は回転しながら分岐し、軌道角運動量に応じた捩じれた金導波路が析出することを発見した。
この現象はガウス光では確認できなかった。
これらは本年度の目標であった、光の軌道角運動量とハイドロゲルの相互作用を可視化に成功したことを意味している。
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| Strategy for Future Research Activity |
斜方入射による干渉縞のリング数によって複屈折を測定する応力分布を確認する光弾性法を用いて、捩じれた金導波路形成を行ったハイドロゲルのねじれ応力分布の測定を行う。
また照射する光の角運動量とねじり応力との関係を測定することで光の角運動量と生体組織の力学的相互作用を解析する。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
