Optical force spectroscopy

光力谱

基本信息

批准号：
22K18978
负责人：
笹木敬司
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18978/
关键词：
光圧単一ナノ粒子超高感度吸収分光運動量

项目摘要

ナノキャピラリー光導波路を用いた光圧共鳴吸収スペクトロスコピーシステムを構築している。ナノキャピラリーは、ガラスキャピラリーに熱をかけて延伸することにより、長さが数mm、外径が光波長程度、内径が数100 nmまで細くしたものである。これはpL～fLの試料溶液を入れるセルであるとともに、回折限界まで集光した高強度な光を長距離均一にシングルモード伝搬させる光導波路の機能を持つ。このナノキャピラリーにナノ粒子を分散した溶液を注入し、端面からレーザー光を入射して単一ナノ粒子の吸収による光圧（共鳴吸収力）を発生させ、粒子の並進運動から吸収断面積を定量解析する手法である。本手法により種々のナノ粒子について単一分子レベルの吸収断面積の定量解析やナノ粒子をの分離選別輸送が実現できる。１）ナノキャピラリーの伝搬モードと共鳴吸収力の理論解析：ナノキャピラリー光導波路にレーザー光を導入したときの伝搬モードや偏光特性、運動量解析、共鳴吸収力を詳細に解析し、最適なナノキャピラリーの設計および光圧粒子運動の流体力学・熱運動解析による計測感度・吸収解析精度を精査した。また、角運動量変換を伴う共鳴吸収過程におけるスピン・軌道角運動量の転写・保存・変換特性について理論解析した。２）光圧共鳴吸収スペクトロスコピーシステムの構築と性能評価：設計したナノキャピラリーを高精度に作製し、加減圧装置により微量試料溶液を精密に注入するとともに、半導体レーザーの角運動量を制御して入射させ、超高感度CCDカメラを搭載した光学顕微鏡を用いてナノ粒子の散乱から並進・回転運動をnm精度で解析するシステムを構築した。また、ナノファイバーを用いたナノ粒子光圧選別輸送の実験に成功している。さらぶ、共鳴吸収スペクトルや過渡吸収ダイナミクスの測定に挑戦している。

我们正在使用纳米毛细管光波导构建光学压力共振吸收光谱系统。纳米毛细管是通过加热和拉伸玻璃毛细管，将玻璃毛细管细化至长度为数毫米、外径约为光波长、内径为数百纳米的玻璃毛细管。这是一个容纳 pL 至 fL 样品溶液的池，并且还充当光波导，允许聚焦到衍射极限的高强度光以单模长距离均匀传播。将分散有纳米颗粒的溶液注入该纳米毛细管中，激光从端面入射，通过单个纳米颗粒的吸收产生光学压力（共振吸收功率），并根据平移运动确定吸收截面这是一种分析方法。该方法能够在单分子水平上定量分析各种纳米粒子的吸收截面，以及纳米粒子的分离和选择性传输。 1）纳米毛细管传播模式和共振吸收功率的理论分析：我们将详细分析激光引入纳米毛细管光波导时的传播模式、偏振特性、动量分析和共振吸收功率，并开发最佳的纳米毛细管通过光学压力粒子运动的设计和流体动力/热运动分析来检验测量灵敏度和吸收分析精度。我们还从理论上分析了涉及角动量转换的共振吸收过程中自旋和轨道角动量的传递、存储和转换特性。 2）光学压力共振吸收光谱系统的构建和性能评估：设计的纳米毛细管高精度制造，利用加压装置精确注入少量样品溶液，控制半导体激光器的角动量使用配备超高灵敏度 CCD 相机的光学显微镜，我们构建了一个系统，可以以纳米精度分析纳米颗粒散射的平移和旋转运动。我们还成功地利用纳米纤维进行了纳米粒子的光学压力选择性传输实验。 Sarabu 正在尝试测量共振吸收光谱和瞬态吸收动力学。