光の力学作用を用いた極微光化学反応場の構築とマイクロファブリケーション

利用光的动态作用构建和微加工极弱光化学反应场

基本信息

批准号：
18710119
负责人：
伊都将司
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

集光紫外レーザー光による誘起される局所的な光重合反応に放射圧を作用させると重合反応の空間選択性が格段に向上することを近年見出した。そのメカニズム解明のため放射圧発生用近赤外レーザー光の吸収に伴う樹脂・溶液の温度上昇度の定量的評価法を本研究初年度に確立した。本年度は、蛍光相関分光法(FCS)および計算機シミュレーションを用いて、近赤外光の放射圧が分子の並進拡散に与える影響を定量的に評価した。塩基数(即ち分子量)を変化させた一本鎖DNA数種類に対して水溶液中で近赤外レーザー光の放射圧を作用させ、放射圧ポテンシャル中のDNA分子数、分子が放射圧ポテンシャル中に滞在する平均の時間(平均滞在時間)の変化をFCSにより測定した。その結果、近赤外レーザー光強度の増加と共に平均分子数の上昇か確認され、その上昇度は分子量に依存した。一方、平均滞在時間は近赤外レーザー光強度の増加と共に減少した。この一見相矛盾する結果を理解するため、ブラウン動力学法に基づくプログラムを開発し、放射圧下の蛍光分子に対して得られる蛍光相関波形をシミュレートした。その際、初年度の研究で得られた、水の近赤外光吸収に起因する局所的な温度上昇を考慮しシミュレーションを行ったところ上記の実験結果を再現した。また、シミュレーションと実験結果を比較することで、塩基数数十個程度の一本鎖DNAには0.1〜0.5kT_R(T_R=297K)程度の放射圧ポテンシャルが作用していることを明らかにした。本成果により分子系に働く放射圧の定量的評価が可能となり、初年度の局所温度測定法と合わせ、重合反応に対する放射圧効果を定量的に解析するための有効な手法が確立できた。

我们最近发现，通过对聚焦紫外激光诱导的局部光聚合反应施加辐射压力，可以显着提高聚合反应的空间选择性。为了阐明这一机制，在本研究的第一年，我们建立了一种定量评估方法，用于评估由于吸收近红外激光产生辐射压力而引起的树脂和溶液的温升程度。今年，我们利用荧光相关光谱（FCS）和计算机模拟来定量评估近红外辐射压力对分子平移扩散的影响。通过将近红外激光在水溶液中的辐射压施加到几种不同碱基数（即分子量）的单链DNA上，我们测定了辐射压势下DNA分子的数量和数量。使用 FCS 测量分子停留在辐射压力势中的平均时间（平均停留时间）的变化。结果证实，随着近红外激光强度的增加，平均分子数增加，并且增加的程度取决于分子量。另一方面，平均停留时间随着近红外激光强度的增加而减少。为了理解这些看似矛盾的结果，我们开发了一个基于布朗动力学方法的程序来模拟荧光分子在辐射压力下获得的荧光相关波形。当时，我们进行了考虑了第一年研究中获得的水吸收近红外引起的局部温度升高的模拟，并再现了上述实验结果。另外，通过比较模拟和实验结果可知，0.1～0.5kT_R(T_R＝297K)左右的辐射压电位作用于几十个碱基左右的单链DNA。这一结果使得定量评估辐射压作用于分子体系成为可能，并结合第一年使用的局部测温方法，建立了定量分析辐射压对聚合反应影响的有效方法。