金ナノ粒子のプラズモニック加熱によるナノスケール流体制御

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13688
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分19010:流体工学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 瀬戸浦 健仁 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (90804089)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 局在プラズモン / 金ナノ粒子 / 熱プラズモニクス / 光熱変換 / 熱対流 / 熱泳動 / 光ピンセット / オプトフルイディクス

研究成果の概要

本研究では、ナノスケールの微小空間において、金ナノ粒子をレーザー照射によってリモート加熱し、温度・圧力・表面張力勾配をつくり出すことで、流れ場を制御することを試みた。実験および数値計算の結果から、水中の金ナノ粒子を加熱して、微小な気泡を生成した際に駆動される「マランゴニ対流」という流れが、レーザーの照射パラメーターによって制御し得ると示唆された。さらに、物質が高温側から低温側へ温度勾配によって輸送される「熱泳動」という現象が、液中のナノコロイドの輸送および選別に利用できることを実験的に見出した。

自由記述の分野

ナノマイクロ科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、レーザー加熱に誘起される「マランゴニ対流」と「熱泳動」が、微小領域の流れ場の制御および物質輸送に有効であることを、実験および数値計算の両面から明らかにした。得られた成果の一部は、その学術的な新規性と重要性が評価され、英国王立化学会が出版している"Nanoscale"誌に掲載され、さらにジャーナルのカバーピクチャーにも選ばれた。
これらの成果は将来的に、ナノ・マイクロサイズの微小流体デバイス中で、分子・タンパク質・細胞などを輸送したり、選別・分析などを行う際に、それらの効率や感度の向上に役立つと期待される。