龍谷大,光照射で物体を移動する結晶ブラシを開発

龍谷大学は,光に反応して曲がるミクロサイズの棒状結晶を配列した基板の開発に成功した(ニュースリリース)。

光照射による結晶の屈曲現象は,結晶を構成する小さな光応答分子が,光照射により結晶の表面の分子が分子サイズの異なる異性体分子に変換され,光に当たった結晶部分だけが伸びるため,結晶が曲がる。この力は非常に大きく自重の数百倍の重さの金属球をも持ち上げることができる。

研究グループは,物体を輸送する目的で,この曲がる結晶を基板上に並べ,光照射方向を変えることで物体をいかなる方向にも運搬しうるシステムの開発に着手した。

これまで研究グループは,光を照射すると色を可逆的に変えるフォトクロミック化合物,特に熱的な安定性を有するジアリールエテンという化合物を用いて光を照射して光応答する機能材料を研究してきた。

ジアリールエテンは,無色の開環体と呼ばれる状態に紫外光を照射すると分子中心部が閉環し,着色した閉環体を与える。これに可視光を照射すると元の開環体を再生する。この化合物は,光で何回も閉環・開環反応を繰り返せること,結晶状態でもフォトクロミズムができることに特徴がある。

研究グループは,簡単な操作で,結晶をある一定の間隔をあけて並べるために,全く新しい操作を行なった。ジアリールエテンをガラス基板上に昇華すると高さ約0.4μm,幅約0.3μmのこの化合物のドットを形成した。このまま昇華を続けると,各々のドットがさらにその形のまま大きくなるが,一旦,金蒸着をして結晶格子のつながりを切ってから昇華すると,そのドットを足掛かりに屈曲する針状結晶が成長した。

こうして作成した結晶は,長さ約380μ,幅約10μのサイズの針状となった。この結晶にどの方向から紫外光を照射しても,光から遠ざかる方向に曲がり,可視光を照射すると元に戻る。この上に直径1mmほどのポリスチレンビーズを置くと,紫外光照射により光源から離れる向きに転がることが確認できた。

研究グループは,光で曲がる結晶を並べた基板で,物体を移動させる様式は世界初とし,今後光で遠隔操作できるソフトロボットへの応用などへも期待できるとしている。

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