シリコンナノ構造を駆使した光トラッピングに基づく化学反応制御の開拓

利用硅纳米结构开发基于光捕获的化学反应控制

• 批准号: 20J23762
• 负责人: 永井 達也
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23762/
• 关键词: 光ピンセット; 光圧; 温度応答性高分子; 液液相分離; 励起エネルギー移動; ナノ構造; ドロップレット; エネルギー移動; 光誘起電子移動; 顕微分光法; FRET

①PVMEを用いた内部極性可変の高分子ドロップレットの形成光圧で形成できる単一の高分子ドロップレットは、内部の環境(極性環境、粘度など)を光圧で簡単に制御できる可能性があるが、これまで実現されていなかった。本研究ではこれまでのレーザー誘起高分子ドロップレットの対象であるPoly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM)に代わり、Poly(Vinylmetheylether) (PVME)を用いることで内部の極性環境を光圧で制御可能なドロップレットの形成に成功した。②レーザー誘起PVMEドロップレットを反応場とした励起エネルギー移動の光圧制御励起エネルギー移動 (FRET)は一般的に、ドナーとアクセプターの組み合わせ、濃度、溶媒種を決めるとその効率は一義的に決まる。本研究で見出したレーザー誘起PVMEドロップレットを"場"として利用することでFRET効率をレーザー出力を増減するだけで、15 %から75 %と広範囲で可逆的に制御することに成功した。励起エネルギー移動は、光化学反応の素過程であり、光圧により化学反応を促進・抑制を可逆的に制御できる新規反応場を提供できる。③単結晶Siナノ構造を利用した光ピンセットによる内部極性可変の高分子ドロップレットの形成これまで光圧を用いて形成したPNIPAMドロップレットの内部の環境はレーザー出力や高分子の濃度に依らず一定であった。本研究では、単結晶Siのナノ構造による増強光圧を利用して形成したPNIAPMドロップレットでレーザー出力により内部の極性環境を制御できることを見出した。本手法を用いれば、高分子の構造に依存せず内部環境を制御可能な単一ドロップレットを形成することができる。高分子に反応活性部位を修飾するなど、ドロップレット反応場の性質を拡張することができると考えている。

1）使用PVME形成具有可变内部极性的聚合物液滴，可以通过光热量形成单个聚合物液滴，可以使用光态轻松地控制内部环境（极性环境，粘度等），但直到现在直到现在才实现。在这项研究中，我们成功地形成了一个可以通过使用Poly（vinylmetheylether）（PVME）来控制内部极性环境的液滴，后者是激光诱导的聚合物液滴的靶标。 2）使用激光诱导的PVME液滴作为反应场通常通过确定供体和受体的组合，浓度和溶剂类型来确定，其效率是明确确定的。通过使用本研究中发现的激光诱导的PVME液滴，我们仅通过增加或降低激光功率就成功地控制了15％至75％的广泛范围。激发能量转移是光化学反应的基本过程，可以提供一个新的反应领域，可以通过光心形促进和抑制化学反应。 3）使用单晶Si纳米结构使用光晶型滴剂形成具有可变内部极性的聚合物液滴的形成，无论激光功率或聚合物浓度如何，使用光心形成的PNIPAM液滴的内部环境一直是恒定的。在这项研究中，我们发现内部极性环境可以通过使用单晶SI的纳米结构形成的PNIAPM液滴来控制激光输出。使用此技术，可以形成单滴，可以控制内部环境而不依赖聚合物的结构。我们认为，可以扩展液滴反应场的性能，例如通过将反应物活性位点修改为聚合物。

项目成果

光ピンセットで形成した単一高分子液滴の応用：蛍光分子濃縮によるFRET制御

光镊形成的单聚合物液滴的应用：通过荧光分子浓度控制FRET

• 发表时间: 2022
• 作者: 永井 達也;柚山 健一;坪井 泰之
• 通讯作者: 坪井 泰之

Optical Trapping of Nanocrystals at Oil/Water Interfaces: Implications for Photocatalysis

• DOI: 10.1021/acsanm.1c02335
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: ACS Applied Nano Materials
• 影响因子: 5.9
• 作者: Yasuyuki Tsuboi;S. Naka;D. Yamanishi;T. Nagai;K. Yuyama;T. Shoji;B. Ohtani;Mamoru Tamura;T. Iida;T. Kameyama;T. Torimoto

Wavelength-Sensitive Optical Tweezers Using Black-Si Nanospikes for Controlling the Internal Polarity of a Polymer Droplet

• DOI: 10.1021/acsanm.2c04222
• 发表时间: 2022-12-22
• 期刊: ACS APPLIED NANO MATERIALS
• 影响因子: 5.9
• 作者: Nagai, Tatsuya;Yuyama, Ken-ichi;Tsuboi, Yasuyuki
• 通讯作者: Tsuboi, Yasuyuki

Optical Trapping of Thermoresponsive Polymer using Nanostructured Silicon and Titan Substrates

使用纳米结构硅和钛基底的热响应聚合物的光捕获

• 发表时间: 2020
• 作者: Tatsuya Nagai;Tatsuya Shoji;Yuriko Matsumura;Yasuyuki Tsuboi
• 通讯作者: Yasuyuki Tsuboi

光圧を用いた高分子集合体の形成：ナノ構造基板を用いた光ピンセット

使用光压力形成聚合物聚集体：使用纳米结构基底的光镊

• 发表时间: 2020
• 作者: 永井 達也;東海林 竜也;Saulius Juodkazis;坪井 泰之
• 通讯作者: 坪井 泰之