VCSELアレイを用いた並列光トラップ技術とその応用

VCSEL阵列并行光阱技术及其应用

• 批准号: 13875015
• 负责人: 谷田 純
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13875015/
• 关键词: 並列アレイ光源; 光トラップ; VCSELアレイ; 光駆動力; ノンメカニカル微小物体操作; 積み上げ; DNA群; 光分子コンピューティング; 複数ビーム; オフアクシス型マイクロレンズ; 並列情報処理

本研究では,並列アレイ光源を利用した光トラップ技術を開発し,微小物体操作技術の新しい応用への適用可能性を示すことを目的として,VCSELアレイ光トラップシステムの試作と機能確認,並列アレイ光源を用いた光駆動力の解析方法の確立,並列アレイ光源光トラップ技術の特徴を活かした応用展開をめざす.本年度は,昨年度の成果を基に,解析方法の拡張,新たな機能の実証,および,光分子コンピューティングへ応用するための基礎的検討を行った.本年度の研究により得られた成果・知見は以下のとおりである.1.前年度に検討した計算手法を拡張し,複数ビーム照射場内に存在する微小球の三次元的な位置と誘起される駆動力の関係を求め,浮揚高さに対する横方向駆動力の変化を明らかにした.2.VCSELアレイから生成した2x2本のビームを用いることにより,直径10μmのポリスチレン微小球を鉛直方向に最大7個積み上げることに成功した.また,積み上げ構造を維持した状態で,それらをノンメカニカルに輸送できることを示した.3.積み上げ可能な微小球数が照射ビームのデフォーカス量に依存することを確認した.用いたシステム構成では,サンプルステージから20μm上方にビームを集光したときに,積み上げ個数が最大となることがわかった.4.VCSELアレイ光トラップの応用として,光分子コンピューティングへの展開について検討した.その基幹技術として,VCSELアレイ光トラップとレーザー照射による温度制御を組み合わせたDNA群の並列輸送手法を考案した.5.VCSELアレイの発光パターンの切り換えにより,多数のDNA分子を化学的に結合した2つの微小球を同時に,かつ,独立した方向に,ほとんどDNA分子を微小球から分離することなく輸送できることを実証した.

This research aims to develop the parallel light source technology, demonstrate the feasibility of new applications of micro-object manipulation technology, verify the function of VCSEL parallel light source test, establish the parallel light source dynamic analysis method, and develop the characteristics of parallel light source technology. This year, based on the results of last year, we will discuss the development of analytical methods, the practical verification of new functions, and the basic application of optical molecular computer technology. The results of this year's research are as follows: 1. In the previous year, the calculation method was discussed, and the three-dimensional position and induction of micro-spheres existing in the multiple irradiation fields were calculated. The floating height was calculated according to the horizontal direction of the dynamic force. 2. The VCSEL was generated according to the 2x2 original application. The diameter of 10μm is 10μm, and the diameter of 10 μ m is 10 μ m. 3. The number of accumulated spheres that may be irradiated may be determined by the quantity of particles that may be transported. 4. The VCSEL is used for optical detection, and the optical molecule is used for optical detection. The basic technology of VCSEL is to control the temperature of light source, to combine DNA molecules and to transport them in parallel. 5. The VCSEL is to combine DNA molecules chemically and to separate DNA molecules from microspheres simultaneously and independently.

项目成果

Yusuke Ogura et al.: "Optical manipulation of microscopic objects by means of vertical-cavity surface-emitting laser array sources"Applied Optics. 40・30. 5430-5435 (2001)

Yusuke Ogura 等人：“通过垂直腔表面发射激光阵列源对微观物体进行光学操纵”应用光学 40・30 (2001)。

Yusuke Ogura, Nobuhiro Shirai, Jun Tanida: "Optical levitation and translation of a microscopic particle by use of multiple beams generated by vertical-cavity surface-emitting laser array sources"Applied Optics. 41・27. 5645-5654 (2002)

Yusuke Ogura、Nobuhiro Shirai、Jun Tanida：“利用垂直腔表面发射激光阵列源产生的多个光束实现微观粒子的光学悬浮和平移”应用光学 41・27 (2002)。