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白色顕微動的光散乱法による不均一物質の揺らぎの可視化

公募研究

研究領域散乱・揺らぎ場の包括的理解と透視の科学
研究課題/領域番号 21H05604
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

廣井 卓思  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 若手国際研究センター, ICYS研究員 (20754964)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
2022年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワード動的光散乱 / ダイナミクス / ソフトマテリアル / 不均一性 / 白色光
研究開始時の研究の概要

本研究課題では、空間不均一性を有する物質に内在するマイクロ秒~秒オーダーでの濃度揺らぎをサブマイクロメートルスケールで時空間マッピングする新たな測定手法を開発し、ゲル、ゴムや生細胞といった物質に適用することによってその有用性を示す。上述の目的を達成するために、本研究では高分子の揺らぎを散乱光の強度揺らぎを通して観測する手法として知られている動的光散乱法を応用した、白色顕微動的光散乱法を開発する。これは、申請者が持つ独自技術である顕微動的光散乱法に白色パルスレーザーを組み合わせることによって、回折限界の空間分解能でBrown運動を超えた様々なダイナミクスの観測を行う手法である。

研究実績の概要

本年度は、白色パルス光源を用いた顕微動的光散乱法の開発を行なった。
1 MHzの繰り返し周波数を持つ白色レーザーパルスを、対物レンズを通して倒立型顕微鏡上に設置した試料に照射し、後方散乱光を同一の対物レンズによって集光した。そして、得られた後方散乱光を分光器に入れ、波長を分けながらフォトンカウンティング計測を行うことによって、濃厚コロイド溶液から発生する散乱光の時間相関関数の波長依存性を測定した。フォトンカウンティング計測においては、1 MHzで発生するレーザーパルスと同期した電気信号も同時に計測し、時間相関関数の計算においてジッターなどのノイズの影響を受けないようにした。
開発した装置を用いて、高濃度(1~50 wt%)コロイド分散液の時間相関関数の波長依存性を測定した。ポリスチレン微粒子分散液については、Brown運動に特徴的な、緩和速度のq^2依存性(q:散乱ベクトルの大きさ)が明確に観測された。これに対し、ある種のコロイド粒子においては緩和速度がq^2からずれるということが示唆された。今後はこの点について、数値解析を含めて多面的に検証していきたいと考えている。
また、並行する形で生細胞に対する顕微動的光散乱法の応用についても検証を行った。上皮細胞を用いた実験において、散乱光強度の時間相関関数に緩和成分が表れることを明らかにした。この実験結果は、動的光散乱法による揺らぎ計測が生体機能の解析に有効であることを示唆している。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Tethering Organic Disulfides to Layered Silicates: A Versatile Strategy for Photo-Controllable Dynamic Chemistry and Functionalization2023

    • 著者名/発表者名
      Tanks Jonathon、Hiroi Takashi、Tamura Kenji、Naito Kimiyoshi
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 号: 1 ページ: 65-71

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220309

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Single‐Step Wet‐Process Formation of Dual‐Layer Superslippery Coating with Transparency and Robust Omniphobicity2022

    • 著者名/発表者名
      Tenjimbayashi Mizuki、Hayase Gen、Hiroi Takashi、Ueki Takeshi
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: 9 号: 22 ページ: 2200497-2200497

    • DOI

      10.1002/admi.202200497

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Wetting behavior of a water droplet on a mutual periodic micro-patterned ternary texture structure2022

    • 著者名/発表者名
      Mekawy Moataz、Hiroi Takashi、Tenjimbayashi Mizuki、Kawakita Jin
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 653 ページ: 130009-130009

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2022.130009

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Highly stretchable and self-healable polymer gels from physical entanglements of ultrahigh?molecular weight polymers2022

    • 著者名/発表者名
      Kamiyama Yuji、Tamate Ryota、Hiroi Takashi、Samitsu Sadaki、Fujii Kenta、Ueki Takeshi
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 8 号: 42

    • DOI

      10.1126/sciadv.add0226

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Calibration for a count rate-dependent time correlation function and a random noise reduction in pulsed dynamic light scattering2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroi Takashi、Samitsu Sadaki、Kano Hideaki、Ishioka Kunie
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 38 号: 3 ページ: 607-611

    • DOI

      10.1007/s44211-022-00071-0

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Post-processing noise reduction by all-photon recording in dynamic light scattering with CW and pulsed lasers2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hiroi, Sadaki Samitsu, Kunie Ishioka, Hideaki Kano
    • 学会等名
      SI-Thru2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 動的ラマン散乱による高分子選択的粒径計測法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      廣井 卓思、佐光 貞樹、石岡 邦江、加納 英明
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 分子選択的拡散ダイナミクス計測:動的ラマン散乱法2022

    • 著者名/発表者名
      廣井 卓思、佐光 貞樹、石岡 邦江、加納 英明
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 動的光散乱法の最前線2022

    • 著者名/発表者名
      廣井卓思
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 散乱法:反「1分子・見える化」2022

    • 著者名/発表者名
      廣井卓思
    • 学会等名
      第14回 光塾
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Post-processing noise reduction by all-photon recording in CW and pulsed dynamic light scattering2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroi Takashi、Samitsu Sadaki、Ishioka Kunie、Kano Hideaki
    • 学会等名
      Pacifichem2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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