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近赤外に強い吸収を持つある種の色素は、1064nmのYAGレーザー光を効率良く熱エネルギーに変換する。また金属・半導体ナノ粒子の強い赤外吸収とレーザー誘起ブレークダウンを利用すれば、ナノ粒子も衝撃波源として活用できる。本研究ではこの観点から、次の二つを目的とする二年間の研究を行った。(1)リポソームなどの球状分子集合体と赤外色素・ナノ粒子を利用して、ナノ・マイクロメートルの空間スケールで局所的に球面状衝撃波を発生させ、レーザー誘起ナノ爆縮を実現する。(2)爆縮空間をナノ反応炉として利用し、新規な合成・触媒光化学への応用を目指す。
昨年度の成果に基づき本年度は、本補助金で購入した電子制御X軸ステージと現有のピエゾステージ・顕微CCDを組み合わせてレーザー照射顕微鏡システムを強化するとともに、リポソーム、銀修飾シリカナノ粒子(ナノシェル)、銀マイクロシェル、ポリ乳酸ナノ粒子、カーボンナノチューブを用いた測定を行った。また吸収色素・プローブへの応用を念頭において種々の金属錯体の構造解析も行った。膜上に赤外色素をドープし蛍光プローブを内包させたリポソームを作製して、レーザーパルス照射による開裂と蛍光プローブ放出の様子を観測した。その結果、開裂が球面対称性を保持しつつ、シングルパルスで起こることを見出した。さらにMie Field計算と光音響シミュレーションに基づき、ナノ爆縮の可能性を検討した。また、バレルスパッタリング法により銀シリカマイクロシェルを作製しTEMによるキャラクタリゼーションを行った。これら微小集合体とクラスターにパルスを照射すると、光電磁場が局在化してホットスポットを生成し、空間的に高度に集中したブレークダウン発光が観測された。これは光エネルギー密度の自己集中を示唆し、ナノ爆縮と合わせ低入力光の有効利用が期待できる。これらの成果に基づき、今後はさらなる反応への応用を検討する。
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