大阪大学基礎工学研究科機能創成専攻機能デザイン領域 川野研究室
光ピンセットを用いた一粒子・多粒子操作技術の応用
一般的に，対象物質がマイクロ・ナノスケールの代表径を持つとき，集光されたレーザー光が，物質に光圧と呼ばれる高周波電磁力を及ぼすことが知られています． 光圧を用いて微小な物質を捕捉し，操作することができ，この技術を光ピンセットと呼びます． ポリスチレン粒子が分散された流体中に光ピンセットを用いると，図1のようなクラスターを形成することができます．[1] 任意の位置で粒子のクラスターを形成することが可能なため，分岐流路の一方をクラスターで塞ぎ，他方の流路へ物質を輸送するといった選択的な物質輸送を，複雑な構造を必要とせずに実現することができます．
図1 光ピンセットによるポリスチレン粒子のクラスター形成
また，我々は光ピンセットが一粒子の捕捉と操作にも長けていることに注目し，対象物質の誘導や制御が課題とされていた，イオン電流による微小物質の検出に光ピンセットを応用しました．[2] 電解質溶液で満たされた流路内に電圧を印加し，オリフィスと呼ばれる物質検出部分に対象物質を通過させることで，流路全体に流れるイオン電流の大きさが変化します． そのイオン電流の変化を読み取り，物質の通過を検知します．図2のように，オリフィスに繰り返し粒子を通過させることで，一つの粒子から大量のデータを取得することが可能になりました． 一粒子から大量に取得したデータをまとめて分析することで，精度の高いデータを抽出することができます． 我々はこの技術で，より高精度の物質検出を行い，広い分野でのセンシング技術の先駆けとなることを目指します．
図2 振動的に操作された一粒子のイオン電流による検出実験
[1] F. Nito, T. Shiozaki, R. Nagura, T. Tsuji, K. Doi, C. Hosokawa, and S. Kawano, Quantitative Evaluation of Optical Forces by Single Particle Tracking in Slit-Like Microfluidic Channels. J. Phys. Chem. C, Vol. 122, pp. 17963-17975, 2018.
[2] K. Doi, F. Nito, R. Koyama, S. Kawano, Repetitive Electrical Sensing of Optically Trapped Microparticles in Motorized Liquid Flows. J. Phys. Chem. C, Vol. 124, pp. 10627-10637, 2020.