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。

光浓缩是利用光的电磁光生力和热流体动力光生对流的协同作用，在液体中快速、致密地积累分散体的技术。在这项研究中，我们开发了一种原理，扩展了在二维平面上进行的传统光集中方法，使其可以使用集成了光源和光传感器的光纤型光集中探头在任何三维布置中进行。目的是将其开发为生化分析应用。考虑到这些目标，第一年我们专注于光纤型探头的制造，并使用所制造的探头对光集中进行初步研究。通过在通用光纤上涂覆金纳米薄膜，制作了光纤型聚光探针。在此过程之后，通过观察从光纤尖端发射的激光输出的减少，确认了金纳米薄膜已经被涂覆，并且认为一些吸收的光能转化为热量。此外，我们将制作的光纤型探针从侧面插入液体样品中，使用微粒和细菌作为分散体进行光浓缩，并评估聚集效率（=积分分散质量数/总分散质量数）[2022/3 发表于日本应用物理学会]。特别是，当探针放置在基板上方时，我们成功地在光纤型探针的尖端积累了分散体，其组装效率比在基板上进行的传统光聚光高一个数量级。这被认为是因为通过对远离固液界面的尖端处的金薄膜进行光学加热，不仅水平而且垂直的光诱导对流都有助于聚集，从而增加了分散颗粒的传输数量。此外，研究表明，通过添加表面活性剂来调节气泡表面状态和光诱导对流，可以控制光纤型模块的聚光效率。