弾性・非弾性光散乱干渉イメージングによる泡膜局所粘弾性計測と分子間力起源の解明

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今年度は、泡膜の中での目的空間箇所における粘弾性の時間変化を追跡できるレーザー光散乱顕微計測装置の開発に注力した。顕微鏡下で空間分解的に泡膜を計測し、かつ目的の空間点からの光散乱信号の時間波形を追跡できると、その場所での（局所）粘弾性を見積もることができる。これが実現すると、空間的に不均一、かつ時々刻々変化する泡膜の粘弾性物性変化がリアルタイムで追跡できるようになり、泡膜の安定性制御に直結する粘弾性情報を時空間分解的に得られるようになる。当初、泡膜からのある特定角度への反射散乱光のみを検出していたが、本来、減衰振動が期待される時間波形信号が検出できず、得られた時間波形信号にフーリエ変換を施しても、特徴的な振動周波数を検知することができなかった。そこで、励起・検波方式を改め、顕微鏡の下側から、光散乱発生用の励起光を泡膜に対して垂直に入射し、顕微鏡の上側から、ある特定角度に反射する参照光を入れ、散乱光と参照光の２つの光のヘテロダイン干渉光の時間変化を追跡できる光学系に切り替えた。その結果、まだ光学的に厚い干渉色を放つ泡膜、徐々に黒膜化していく過程、黒膜状態で破泡するまでの間のいずれのステージにおいても、粘弾性評価に必要な光干渉信号の時間応答波形を取得することに成功した。とりわけ、ナノメートルスケールで極めて薄く、不安定な黒膜時の減衰振動波形をリアルタイムで捉えることに成功した。この結果により、これまで空気・水界面での界面張力や粘性、すなわち流体力学の観点からしか推測できなかった泡膜物性の粘弾性に対し、脂質膜のパッキングや流動が抑えられ、内部の水の流動がほぼほぼ抑えられた、黒膜化した泡膜の弾性体（固体）としての弾性率（曲げ弾性）の時間変化を推定できる道筋が出来上がったといえる。