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 使用光学压力形成的单一聚合物液滴具有利用光学压力轻松控制内部环境（极性环境、粘度等）的潜力，但这尚未实现。到目前为止。在本研究中，我们使用聚（乙烯基甲基醚）（PVME）代替迄今为止激光诱导聚合物液滴的目标聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM），并且内部极性环境可以通过光压控制成功形成液滴。 （2）一般来说，利用激光诱导PVME液滴作为反应场进行激发能量转移的光压控制激发能量转移（FRET）的效率由供体和受体、浓度和溶剂类型的组合决定。通过使用本研究中发现的激光诱导 PVME 液滴作为“场”，我们只需增加或减少激光输出，就成功地将 FRET 效率可逆地控制在 15% 至 75% 的宽范围内。激发能量转移是光化学反应的基本过程，它可以提供一个新的反应场，光压可逆地控制化学反应的促进和抑制。 ③ 使用单晶硅纳米结构的光镊形成具有可变内部极性的聚合物液滴无论激光输出或聚合物浓度如何，使用光压力形成的PNIPAM液滴的内部环境都保持恒定。在这项研究中，我们发现利用单晶硅纳米结构增强光学压力形成的 PNIAPM 液滴的内部极性环境可以通过激光输出控制。使用这种方法，可以形成单个液滴，其内部环境可以在不依赖于聚合物结构的情况下进行控制。我们相信，通过对具有反应位点的聚合物进行改性，可以扩展液滴反应场的性能。

项目成果

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

使用黑硅纳米尖峰控制聚合物液滴内部极性的波长敏感光镊

• DOI: 10.1021/acsanm.2c04222
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 5.9
• 作者: Nagai Tatsuya;Yuyama Ken;Shoji Tatsuya;Matsumura Yuriko;Linklater Denver P.;Ivanova Elena P.;Juodkazis Saulius;Tsuboi Yasuyuki
• 通讯作者: Tsuboi Yasuyuki

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 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

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

使用黑硅纳米尖峰控制聚合物液滴内部极性的波长敏感光镊

• DOI: 10.1021/acsanm.2c04222
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 5.9
• 作者: Nagai Tatsuya;Yuyama Ken;Shoji Tatsuya;Matsumura Yuriko;Linklater Denver P.;Ivanova Elena P.;Juodkazis Saulius;Tsuboi Yasuyuki
• 通讯作者: Tsuboi Yasuyuki

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