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Optical force spectroscopy

光力谱

基本信息

批准号：
22K18978
负责人：
笹木敬司
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18978/
关键词：
光圧単一ナノ粒子超高感度吸収分光運動量

项目摘要

ナノキャピラリー光導波路を用いた光圧共鳴吸収スペクトロスコピーシステムを構築している。ナノキャピラリーは、ガラスキャピラリーに熱をかけて延伸することにより、長さが数mm、外径が光波長程度、内径が数100 nmまで細くしたものである。これはpL～fLの試料溶液を入れるセルであるとともに、回折限界まで集光した高強度な光を長距離均一にシングルモード伝搬させる光導波路の機能を持つ。このナノキャピラリーにナノ粒子を分散した溶液を注入し、端面からレーザー光を入射して単一ナノ粒子の吸収による光圧（共鳴吸収力）を発生させ、粒子の並進運動から吸収断面積を定量解析する手法である。本手法により種々のナノ粒子について単一分子レベルの吸収断面積の定量解析やナノ粒子をの分離選別輸送が実現できる。１）ナノキャピラリーの伝搬モードと共鳴吸収力の理論解析：ナノキャピラリー光導波路にレーザー光を導入したときの伝搬モードや偏光特性、運動量解析、共鳴吸収力を詳細に解析し、最適なナノキャピラリーの設計および光圧粒子運動の流体力学・熱運動解析による計測感度・吸収解析精度を精査した。また、角運動量変換を伴う共鳴吸収過程におけるスピン・軌道角運動量の転写・保存・変換特性について理論解析した。２）光圧共鳴吸収スペクトロスコピーシステムの構築と性能評価：設計したナノキャピラリーを高精度に作製し、加減圧装置により微量試料溶液を精密に注入するとともに、半導体レーザーの角運動量を制御して入射させ、超高感度CCDカメラを搭載した光学顕微鏡を用いてナノ粒子の散乱から並進・回転運動をnm精度で解析するシステムを構築した。また、ナノファイバーを用いたナノ粒子光圧選別輸送の実験に成功している。さらぶ、共鳴吸収スペクトルや過渡吸収ダイナミクスの測定に挑戦している。

The optical resonance absorption system is constructed by using the optical waveguide. The length of the light beam is a few mm, the outer diameter is a few nm, and the inner diameter is a few nm. The function of the optical waveguide is maintained when the sample solution of pL~fL is injected into the optical waveguide, and the reflection limit is set, and the light is collected at high intensity and long distance uniformly. The method for quantitative analysis of the absorption area of particles is described in detail below. This method can be used for quantitative analysis of absorption area of single-molecule particles and separation and selective transportation of single-molecule particles. 1) Theoretical analysis of resonance absorption force: detailed analysis of polarization characteristics, motion analysis, resonance absorption force, optimal design of resonance absorption force, fluid dynamics of light pressure particle motion, thermal motion analysis, measurement sensitivity, absorption analysis accuracy. Theoretical analysis of the characteristics of orbital angular motion and its change accompanied by resonance absorption 2) Optical Voltage Resonance Absorption System Structure and Performance Evaluation: Design and implementation of high-precision control of particle size, precision injection of micro-sample solution, control of angular motion of semiconductor, ultra-high-sensitivity CCD measurement, and construction of high-precision analysis of particle size and motion. The successful implementation of particle optical pressure selective transport has been achieved. In addition, the resonance absorption coefficient of the transition absorption coefficient is determined by the resonance absorption coefficient.