微粒子の光共振現象を利用した動的分光法の開発

高分子ラテックス、マイクロカプセルなどの微粒子は、新しい機能材料の構成要素として、また、生体内や微小領域に置ける物質輸送の媒体として最近注目されているが、これらの応用に伴い、微粒子一個一個の内部や表面・界面で起こる物理化学現象を計測して反応機構やその動的特性を明らかにする研究の重要性が高まっている。本研究では、表面張力により高い真球度が得られるマイクロメートルオーダーの微粒子を一種の光共振器として利用し、高感度・高精度に単一微粒子の分光計測を行う全く新しい手法を開発した。本手法は、球形微粒子内の物質を光励起し発行させると表面波が発生して共鳴する現象に基づくもので、屈折率や吸収によって敏感に変化する共振波長やQ値を観測して微粒子界面近傍の物質状態を精密に解析する手法である。光学顕微鏡、励起用パルス光源、分光測定装置、および制御用のコンピュータを組み合わせて試作したシステムにより、色素をドープしたポリマー微粒子界面の解析を行い、本手法の有効性を示した。また、高強度のパルス励起により微粒子内でレーザー発振を誘起することが可能であり、このパルス発振光を用いて微粒子における超高速現象の時間分解測定を行う手法を開発した。さらに、光の放射圧を利用したレーザートラッピング技術を導入して微粒子を自在に操ることにより、微粒子間あるいは微粒子と他の物質との相対的な位置を制御して、エネルギー移動などの物理科学的相互作用による種々の現象を高空間分解能で動的分光計測することも試みた。

高分子ラテックス、マイクロカプセルなどの微粒子は、新しい機能材料の構成要素として、また、生体内や微小領域に置ける物質輸送の媒体として最近注目されているが、これらの応用に伴い、微粒子一個一個の内部や表面・界面で起こる物理化学現象を計測して反応機構やその動的特性を明らかにする研究の重要性が高まっている。本研究では、表面張力により高い真球度が得られるマイクロメートルオーダーの微粒子を一種の光共振器として利用し、高感度・高精度に単一微粒子の分光計測を行う全く新しい手法を開発した。本手法は、球形微粒子内の物質を光励起し発行させると表面波が発生して共鳴する現象に基づくもので、屈折率や吸収によって敏感に変化する共振波長やQ値を観測して微粒子界面近傍の物質状態を精密に解析する手法である。光学顕微鏡、励起用パルス光源、分光測定装置、および制御用のコンピュータを組み合わせて試作したシステムにより、色素をドープしたポリマー微粒子界面の解析を行い、本手法の有効性を示した。また、高強度のパルス励起により微粒子内でレーザー発振を誘起することが可能であり、このパルス発振光を用いて微粒子における超高速現象の時間分解測定を行う手法を開発した。さらに、光の放射圧を利用したレーザートラッピング技術を導入して微粒子を自在に操ることにより、微粒子間あるいは微粒子と他の物質との相対的な位置を制御して、エネルギー移動などの物理科学的相互作用による種々の現象を高空間分解能で動的分光計測することも試みた。