市大,100nm以下を扱える光ピンセットを開発

大阪市立大学の研究グループは,ブラックシリコンと呼ばれるナノ構造体上で,100nm以下のナノ粒子を安定的に捕まえ,平面的・直線的に並べることができ,しかも安価な新しい光ピンセット技術を開発した(ニュースリリース)。

溶液中に漂う細胞や赤血球を捕まえ,操る手法の一つとして光ピンセットがあるが,捕捉する物質が小さくなるほど捕まえる力が弱くなる性質があり,細胞より小さな物質を操ることは極めて困難だった。このような課題を解決する手法として貴金属を用いたプラズモン光ピンセットが注目されているが,金や銀などを使うためコストと高度な技術を要すること,捕捉と同時に発生する熱が捕捉物質を損傷する恐れがあるといった問題点が挙げられていた。

今回研究グループは,熱発生をすることなく安価な製造コストで容易にナノ物質を捕捉する新しい光ピンセットを開発した。この技術の肝となるのが,ブラックシリコンと呼ばれるナノ構造体。ブラックシリコンは,ナノメートルサイズの針状構造を有したシリコン構造であり,容易に大面積を作製できる。

このブラックシリコンにレーザー光を照射すると,発熱せずにポリスチレンナノ粒子を極めて安定的に捕捉することを発見した。レーザー光を動かせば,捕まえた粒子を空間的に操ることもできる。また,レーザー光の照射面積を変えるだけで,捕まえた粒子を基板上で平面的に集めたり,一直線に並べたりできることを見出した。

今回開発した新しい光ピンセット技術を用いることで,特異な物性をもつナノ物質を選択的に捕まえ,任意の場所に整列させた新しいデバイスを作製することで,結晶化や相転移,自己組織化などを人為的に操作する可能性があり,新しい化学の展開が期待できるという。

この新しい光ピンセット技術は,強い捕捉力を示すことを実験的に明らかにしたが,なぜブラックシリコンがこのような機能を有するのかは解明されていない。今後は,このような興味深い現象が,ブラックシリコン以外のガラスやポリマーといった半導体ナノ構造でも実現できるのか,機構の解明および応用開拓を進めるとしている。

参考動画:「OPIEセミナー 自分で作るレーザーピンセット」

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