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本研究の目的は、ナノ・マイクロスケールの微小流路中で金ナノ粒子をレーザー加熱し、温度・圧力・表面張力勾配をつくりだすことで、微小空間の流れ場を制御することである。
本年度に得られた最大の成果は、レーザー誘起熱泳動によって、溶液中の金属ナノ粒子をサイズ選択的に輸送する手法を開発したことである。この成果は、本課題の研究代表者である瀬戸浦を筆頭・責任著者として、ナノ・マイクロ科学分野で国際的にも高い注目度を有する Nanoscale (掲載時インパクトファクター: 6.97)に掲載され、ジャーナルのInside Front Coverにも選出された。
熱泳動とは、個液界面が急峻な温度勾配に晒された際に駆動される熱浸透圧流による物質輸送であり、熱対流とは異なる。本研究では、波長1475 nmのCWレーザーを光学顕微鏡の対物レンズで直径3ミクロンのスポットに集光照射し、水を局所加熱することで、10^5[K/m]の桁の温度勾配をつくり出した。水中を拡散する直径100~300 nmのコロイド粒子がこの温度勾配にさらされると、微粒子の個液界面で熱浸透圧流が駆動され、微粒子は高温側から低温側へ向かって、温度勾配に沿って輸送される。本研究では、このレーザー誘起熱泳動と、光の放射圧によって微粒子を非接触に捕捉する「光ピンセット技術」を組み合わせることで、微小空間にてコロイド溶液中の金属ナノ粒子を、サイズ選択的に輸送・捕捉できることを初めて見出した。
本研究では、集光レーザーによって水を加熱したため、温度勾配は10^5[K/m]の桁が限界あった。しかし金ナノ粒子を熱源として用いれば、温度勾配は容易に10^7[K/m]を超えると予想される。よって本手法は原理的には、流路幅が100 nm程度のナノ空間でも、物質を輸送するための手法として有望であると考えられる。
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