ファイバー型プローブによる3次元任意空間配置での生体サンプルの光濃縮技術の開発

利用光纤型探针开发三维任意空间排列的生物样品光学浓缩技术

基本信息

批准号：
22KJ2606
负责人：
林康太
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka Prefecture University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2606/
关键词：
光濃縮光発熱効果サブミリバブルマイクロバブル光誘起対流

项目摘要

光濃縮は光の電磁気学的な光誘起力と熱流体力学的な光誘起対流の相乗効果で液中の分散質を迅速かつ高密度に集積する技術である。本研究では、従来２次元平面上で行われてきた光濃縮を光源と熱源を一体化したファイバー型光濃縮プローブを用いて、３次元任意配置で実行できるように拡張するための原理を構築し、生化学分析応用に展開することにある。このような目的の下、初年度はファイバー型プローブの作製と作製したプローブでの光濃縮の初期検討に注力した。光濃縮用ファイバー型プローブは汎用的な光ファイバーに金ナノ薄膜を被覆することで作製した。この工程後にファイバー先端から照射されるレーザーの出力の低下から金ナノ薄膜を被覆できていることを確認し、吸収された光エネルギーの一部が熱に変換されると考えられる。さらに、作製したファイバー型プローブを液体試料に側面から挿入し、マイクロ粒子と細菌を分散質として光濃縮を行い、集合効率（=集積分散質数/全分散質数）も評価した[2022/3 応用物理学会で発表]。特に、基板から上方にプローブを配置した時に従来の基板上で行う光濃縮よりも１桁高い集合効率で分散質をファイバー型プローブ先端に集積することに成功した。これは、固液界面から離れた位置で先端の金薄膜を光加熱することで水平方向だけでなく鉛直方向の光誘起対流も集合に寄与し、輸送される分散質数が増加したためと考えられる。さらに、界面活性剤を添加して、バブルの表面状態と光誘起対流を変調することでファイバー型モジュールを用いた光濃縮でも効率を制御できることも明らかにした。

光富集是一种通过将电磁光诱导的光和热水力动力光引起的对流的协同作用结合在液体中的迅速和高密度的技术。在这项研究中，我们构建了使用光纤型光浓度探针在二维平面上进行的光浓度的原理，该探针可以整合光源和热源，以便以任意的三维布置进行，并将用于生物化学分析应用程序。为此，第一年的重点是对纤维类型探针的制造以及使用产生的探针对光浓度进行初步研究。光学富集纤维探针是通过用金纳米薄膜涂上通用光纤纤维来制造的。在此步骤之后，人们相信由于纤维尖端辐照激光的输出的减少，因此可以覆盖金纳米薄膜，并且吸收的光能的一部分转化为热量。此外，将制造的纤维类型探针插入了侧面的液体样品中，并将微粒和细菌用作分散剂来照亮装配效率（= =累积分散/总分散剂）[还评估了[在2022年3月的物理学社会上介绍]。特别是，当探针放置在底物上方时，色散成功地集成在纤维型探针的尖端，其骨料效率比在常规底物上执行的光浓度高一个数量级。这被认为是因为尖端的金膜的光加热远离固体液体界面，这不仅对水平造成了贡献，而且还导致光引起的对流的垂直方向，从而增加了运输的分散数量。此外，揭示了通过添加表面活性剂来调节气泡的表面状态和光引起的对流，即使使用光纤型模块使用光浓度，也可以控制效率。