光放射圧を用いた微粒子マニピュレーションと自己組織化光セルソータデバイスへの応用

利用光辐射压力操纵微粒及其在自组织光学细胞分选装置中的应用

• 批准号: 13750308
• 负责人: 田中 拓男
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-13750308/
• 关键词: 光放射圧; マニピュレーション; 微小液滴; コアセルベート; 自己組織化; 光導波路

今年度は,これまでの研究成果をもとに,ポリスチレン微粒子のような固体ではなく,微小液滴の光駆動を試みた.実験で使用した液滴は原始細胞のモデルとされるコアセルベートである.2.0%のアラビアゴム水溶液と2.5%のゼラチン水溶液を混合し,これに0.2〜1.0%の塩酸を加えた.その後50%のグリセリン水溶液を加えると,球状のコアセルベート液滴が自己組織的に形成された.このコアセルベートは,コロイド粒子が集合して膜に包まれた液滴状のもので,その粒径は用いる塩酸の濃度によって制御することができる.作成したコアセルベート液滴の粒径は,2〜45ミクロン程度であった.まず,作成したコアセルベート液滴を高屈折率プリズム表面に滴下し,これにコリメートしたNd : YAGレーザーの第2高調波(波長532nm)を臨界角以上の入射角で入射した.また微小液滴の様子は,倍率20倍の顕微鏡光学系を用いてプリズム上方から観察した.実験の結果,レーザー光を入射するとレーザーの照射部の液滴のみが選択的に駆動された.このときの液滴の駆動方向は,レーザー光の伝搬方向と同じであった.この結果はポリスチレン微粒子を用いた実験と同じであった.またその駆動速度は,入射レーザー光の強度が強いほど,また液滴の粒径が小さいほど速く,最大で26μm/秒であった.次に,作成したコアセルベートを色素で染色し,レーザー光の波長に対して吸収を持たせた液滴の光駆動実験を行った.用いた色素は,エオシンとメチレンブルーで,両者ともコアセルベート液滴を選択的に染色できる色素である.またエオシンは,波長532nmの緑色レーザー光によって蛍光励起され,オレンジの蛍光を発する蛍光色素である.エオシンで染色した実験の結果,レーザー光を入射させると,染色された微小液滴がオレンジの蛍光を発しながら光駆動されることを確認した.メチレンブルーで染色した液滴では,その染色濃度を変化させ,濃度と駆動速度との関係を求めた.その結果,メチレンブルーの濃度が高くなるにつれて,駆動される速度が遅くなるという結果を得た.さらに染色濃度の異なる微粒子を混合させ,それを光駆動すると,駆動速度の違いから染色濃度の違いに応じて液滴を選別することができた.これらの実験結果より,本研究で開発した技術を利用すれば,ガン細胞と正常細胞のように吸収率の異なる微小物体を,光放射圧を用いて非接触で選別する光セルソータが実現可能であることを確認した.

Research achievements, our は "こ れ ま で の を も と に, ポ リ ス チ レ ン particles の よ う な solid で は な く, tiny droplets の light 駆 try moving を み た. Be 験 で use し た droplet は primitive cells の モ デ ル と さ れ る コ ア セ ル ベ ー ト で あ る. 2.0% の ア ラ ビ ア ゴ ム と 2.5% aqueous solution の ゼ ラ チ ン aqueous を mixed し こ れ に の 0.2 ~ 1.0% salt acid を plus え た. そ の after 50% の グ リ セ リ ン aqueous を plus え る と, globular の コ ア セ ル ベ ー ト droplet が himself Organization に form さ れ た. こ の コ ア セ ル ベ ー ト は, コ ロ イ ド particle collection が し て membrane に package ま れ た droplet shape の も の で, そ の size は with い る salt concentration of acid の に よ っ て suppression す る こ と が で き る. Make し た コ ア セ ル ベ ー ト droplet の は particle size, 2 ~ 45 ミ ク ロ ン degree で あ っ た. ま ず, consummate し た コ ア セ ル ベ ー ト droplet を high rate of inflectional プ リ ズ に drip し ム surface, こ れ に コ リ メ ー ト し た Nd: YAG レ ー ザ ー の high-profile wave wavelength (532 nm) 2 を incidence is more than critical Angle の で incident し た. ま た tiny droplets の others child は, 20 times ratio の 顕 を department of micro optical lens with い て プ リ ズ ム above か ら 観 examine し た. Be 験 の results, レ ー ザ ー を incidence す る と レ ー ザ ー の irradiation of の droplet の み が sentaku of に 駆 dynamic さ れ た. こ の と き の droplet の 駆 は moving direction, レ ー ザ ー light の 伝 と moving direction with じ で あ っ た. こ の results は ポ リ ス チ レ ン を particles with い た be 験 と with じ で あ っ た. ま た そ の 駆 は moving speed, incident レ ー ザ ー の strong light Strong degree が い ほ ど, ま た droplet の small size が さ い ほ ど く, で mu 26 m/s largest で あ っ た. に, consummate し た コ ア セ ル ベ ー ト を pigment dye で し レ ー ザ ー の light wavelength に し seaborne て suction 収 を hold た せ た droplet の 駆 light still be 験 を line っ た. With い た は pigment, エ オ シ ン と メ チ レ ン ブ ル ー で, who struck と も コ ア セ ル ベ ー ト droplet を sentaku に dyeing で き る pigment で あ る. ま た エ オ シ ン は, wavelength of 532 nm の green レ ー ザ ー light に よ っ て 蛍 excitation light up さ れ, オ レ ン ジ の 蛍 light を 発 す る 蛍 photopigment で あ る. エ オ シ ン で dyeing し た be 験 の results, レ ー ザ ー を incidence さ せ る と, dyeing さ れ た tiny droplets が オ レ ン ジ の 蛍 light を 発 し な が ら 駆 dynamic light さ れ る こ と を confirm し た. メ チ レ ン ブ ル ー で dyeing し た droplet で は, そ の を dye concentration variations change さ せ, concentration と 駆 moving speed と の masato is を o め た. そ の results, メ チ レ ン ブ ル ー の high concentration が く な る に つ れ て, 駆 move さ れ る speed が 遅 く な る と い う results を た. さ ら に dye concentration の different な る particles mixed を さ せ, そ れ を 駆 dynamic light す る と, dynamic speed 駆 の violations い か ら dye concentration の violations い に 応 じ て droplet を choose don't す る こ と が で き た. こ れ ら の be 験 results よ り, this research で open 発 し た technology を use す れ ば, ガ ン と normal cells の よ う に の 収 absorption rate different な る tiny objects を, light radiation 圧 を with い て non-contact で choose don't す る light セ ル ソ ー タ が may be presently で あ る こ と を confirm し た.

项目成果

S.Kawata, M.Ohtsu, M.Irie Eds.分担執筆: "Nano-Optics"Springer-Verlag Berlin. 321 (2002)

S.Kawata、M.Ohtsu、M.Irie 编者：“纳米光学”Springer-Verlag Berlin 321 (2002)

Takuo Tanaka, Sadahiko Yamamoto: "Optically Induced Meandering Mie Particles Driven by the Beat of Coupled Guided Modes Produced in an Multimode Waveguide"Japanese Journal of Applied Physics. 41, No.3A. L260-L262 (2002)

Takuo Tanaka、Sadahiko Yamamoto：“由多模波导中产生的耦合导模节拍驱动的光感应曲折米氏粒子”《日本应用物理学杂志》。