集光レーザービームの光圧に特有の集合構造をもつ分子材料の設計

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14103006
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 増原 宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029551)
• 研究分担者: 吉川 裕之 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00314378) ; 朝日 剛 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20243165)
• キーワード: 光圧 / レーザートラッピング / 分子集合構造 / ナノ粒子 / デンドリマー / 光固定化 / ナノ構造作製 / 原子間力顕微鏡

研究概要

本研究では集光レーザービームと各種ナノ粒子の相互作用により生じる光圧を利用して、新しい分子集合構造・ナノ粒子配列構造の作製およびその制御に取り組んでいる。初年度である平成14年度の研究成果を以下にまとめる。
1.ワイヤー型デンドリマーの溶液中および固体状態における蛍光スペクトルを詳細に調べ、主鎖間の相互作用や共役長と関係することを明らかにした。またそのゲル状集合体に光圧を作用させることにより、ゲルを操作し、形状変化を誘起出来ることを見出した。光圧によりゲルの体積が収縮し、集光レーザーのON-OFFにより、この形状変化を可逆的に制御することに成功した。また、ゲルの収縮に伴う蛍光スペクトル変化をとらえ、外部形状のみならずゲル状集合体内部の分子がより平面的な構造に変化することも明らかにした。これらの研究成果はThe Journal of Physical Chemistry誌に掲載済み、および印刷中である。
2.光圧を利用して、金ナノ粒子を一粒づつ、基板上の任意の場所に固定化する手法を開発した。顕微鏡下において、YAGレーザーの集光スポットに直径80nmの金ナノ粒子を光捕捉し、そこに紫外パルスレーザーを照射して光熱反応により金ナノ粒子を基板上に固定化することに成功した。一粒づつの金ナノ粒子を基板上の任意の場所に約20nmの精度で固定化できることを確認した。この研究成果はApplied Physics Letters誌に掲載された。
3.走査型プローブ顕微鏡を購入し、顕微鏡下で光捕捉、表面形状測定、蛍光分光測定が可能なシステムの作製に取り組んでいる。本システムにより、光圧の作用により形成した分子集合構造の表面形状をナノメートルスケールで観察可能となる。現在、レーザー光導入のための光学系の設計、空間分解能等の性能評価を行っている。
4.レーザーによる有機薄膜のナノ構造作製に関する興味深い実験結果を得ており、光圧効果との関係を調べている。

研究成果

• [文献書誌] 増尾貞弘, 吉川裕之, 朝日剛, 増原宏 他: "Repetitive Contraction and Swelling Behavior of Gel-like Wire-type Dendrimer Assemblies in Solution Layer by Photon Pressure of a Focused Near-infrared Laser Beam"The Journal of Physical Chemistry B. 106巻5号. 905-909 (2002)
• [文献書誌] 伊都将司, 吉川裕之, 増原宏: "Laser Manipulation and Fixation of Single Gold Nanoparticles in Solution at Room Temperature"Applied Physics Letters. 80巻3号. 482-484 (2002)
• [文献書誌] 増尾貞弘, 吉川裕之, 朝日剛, 増原宏 他: "Fluorescence Spectroscopic Properties and Single Aggregate Structures of π-Conjugated Wire-type Dendrimers"The Journal of Physical Chemistry B. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] 黒川尚徳, 吉川裕之, 増原宏 他: "Photothermally Induced Conformational Changes in Poly(Substituted Thiophene) Film Leading to Nanometer Surface Protrusion : A Near-Field Fluorescence Microspectroscopic Study"The Journal of Physical Chemistry B. 106巻42号. 10782-10785 (2002)
• [文献書誌] 吉川裕之, 増原宏: "光を利用した有機固体の新しいナノ構造作製法"分光研究. 51巻5号. 203-213 (2002)
• [文献書誌] 安達宏昭, 細川陽一郎, 高野和文, 増原宏 他: "有機およびタンパク質結晶育成における短光パルスレーザーの効果"日本結晶成長学会誌. 29巻5号. 445-449 (2002)
• [文献書誌] 大津元一, 河田聡, 堀裕和, 増原宏, 吉川裕之, 他共著: "ナノ光工学ハンドブック"朝倉書店. 583 (2002)