単一粒子レベルでみた光圧による溶液中ナノ粒子の凝集ダイナミクス

单颗粒水平光压诱导溶液中纳米颗粒的聚集动力学

• 批准号: 03J04103
• 负责人: 細川 千絵 (2004)
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J04103/
• 关键词: レーザートラッピング; ナノ粒子; 蛍光相関分光法; コロイド; 蛍光相関分光; 二光子励起蛍光

本研究はコロイド分散系における凝集核生成の動的機構を明らかにすることを目的とし、ナノ粒子を集光レーザービームの光圧を用いて捕捉し、そこで起こる粒子の集合プロセスをリアルタイムで一粒ずつ追跡することにより、初期段階の核形成過程を解明する。本研究の遂行にあたり、昨年度において光捕捉した単一ナノ粒子の二光子励起蛍光検出および蛍光相関分光を同時に測定するシステムを構築している。本年度は、前者と後者の測定を同時に行うことにより核生成過程を実時間で観測し、光圧ポテンシャル中のナノ粒子のブラウン運動や会合状態が時間とともに進行することを見出した。試料には蛍光分子をドープした粒径24nmの高分子ナノ粒子コロイド分散液を用いた。ナノ粒子の光集合の初期段階において、蛍光相関分光測定で得られる自己相関関数の減衰の時定数はレーザー光の照射時間とともに増加した。減衰の時定数は集光スポット内を拡散するナノ粒子のブラウン運動に起因することから、光圧により粒子濃度の増加および粒子同士のクラスター形成が誘起され、粒子の拡散運動が束縛されると考えられる。一方ナノ粒子の光集合の中・後期段階において集光スポット内に閉じ込められたナノ粒子の数が飽和に達すると、自己相関関数の減衰の時定数がレーザー光の照射時間とともに減少した。また、照射光強度が高い程減少し始める時間は短くなることがわかった、一般に光圧が十分に大きい場合において粒子は光圧ポテンシャル中で調和振動を行うと仮定できることから、粒径が大きく、照射レーザー光強度が高い程、自己相関関数の減衰の時定数は小さくなる。したがってこの段階では、集光スポット内においてナノ粒子が大きなクラスター(核)を形成し、核成長が促進されると考察した。これらの成巣は、ナノ粒子の集合構造が光圧ポテンシャルにより数ミクロンオーダーで作製・制御できることを強く示唆している。

这项研究旨在阐明胶体分散剂中聚集成核的动态机制，并通过使用凝聚的激光束的光压捕获纳米颗粒，通过追踪粒子聚集过程，从而实时进行一个粒子聚集过程，从而阐明了初始成核过程。在进行这项研究时，我们构建了一个系统，该系统同时测量了两个光子激发荧光检测和单纳米颗粒的荧光相关光谱，在上一个财政年度捕获了光。今年，我们通过同时对前者和后者进行测量来实时观察成核过程，并发现光电势中的纳米颗粒的布朗运动和缔合状态随着时间的推移而发展。样品是一种聚合物纳米粒子胶体分散，掺有荧光分子，粒径为24 nm。在纳米颗粒光组件的初始阶段，通过荧光相关光谱获得的自相关函数衰减的时间常数随激光光的照射时间增加。由于衰减的时间常数归因于纳米颗粒的布朗运动在光接收点内扩散，因此人们认为光电源会诱导颗粒浓度的增加和颗粒之间的簇形成，从而限制了颗粒的扩散运动。另一方面，当纳米颗粒的光组件的中间和晚期陷入聚焦点的纳米颗粒数量时，自相关功能的衰减时间随着激光光的辐照时间而降低。还发现，辐照光的强度开始降低的时间较短。通常，可以假定当光压足够大时，颗粒在光伏电势中执行谐波振动，因此颗粒尺寸越大，辐照激光光的强度越高，自相关功能衰减的时间常数就越小。因此，在此阶段，人们认为纳米颗粒在光聚集点内形成大型簇（核），从而促进核生长。这些污染物强烈表明，由于光压电位，纳米颗粒的装配结构可以在几微米的阶面进行制造和控制。

项目成果

Optical assembling dynamics of individual polymer nanospheres investigated by single-particle fluorescence detection

• DOI: 10.1103/physreve.70.061410
• 发表时间: 2004-12-01
• 期刊: PHYSICAL REVIEW E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Hosokawa, C;Yoshikawa, H;Masuhara, H
• 通讯作者: Masuhara, H