2021年1月14日
北海道大学
大阪府立大学
大阪大学
北海学園大学
ポイント
●性質の異なるナノ粒子を光の力で一粒ずつ捕集・選別・輸送する新技術を開発。
●ナノダイヤモンド粒子の構造欠陥の有無を光選別して反対方向に輸送する実験に成功。
●光の力で単一ナノ粒子の高精度分光計測も可能に，ナノ材料を高品質化・高性能化する革新的技術。
概要
北海道大学電子科学研究所の笹木敬司教授，大阪府立大学大学院工学研究科/大阪大学大学院基礎工学研究科の石原 一教授及び北海学園大学工学部の藤原英樹教授の研究グループは，数百nm（1nm=10億分の1m）まで細くした光ファイバーが発生する光の力（光圧）を利用して，液体中を漂うナノ粒子を一粒ずつ捕集し，品質や特性に応じて選別・輸送する新技術の実験に初めて成功しました。
ナノ粒子は，ナノサイズに特有な性質や機能を持つため，医薬品，化粧品，バイオセンサー，触媒，太陽電池，量子コンピューターなど様々な分野で応用されていますが，大きさ・形・含有物によって粒子一粒ずつの品質や特性が異なるため，一層の高品質化・高性能化にあたって，所望のナノ粒子を選別・分離する技術が求められていました。
この解決に向け，本研究では通常の光ファイバーの1/100以下まで細線化したナノファイバーに両端から波長が異なる2つのレーザー光を入射する装置を開発しました。ナノ粒子の特性や含有物で光圧の働き方が異なることを利用して一粒ずつ選別・分離させる，全く新しい原理のナノ粒子選別法を実現しました。
この技術で，ナノサイズのダイヤモンド微粒子を，「窒素空孔中心(NVセンター)」と呼ばれる構造欠陥の有無によってそれぞれ反対方向に輸送し，また，その動きを読み取ることにより単一粒子の高精度吸収分光計測にも成功しました。この技術を応用して高品質化したナノダイヤモンド粒子により，バイオイメージング，量子センサー，量子デバイスなどの高性能化が期待されます。
なお，本研究は，科学研究費助成事業新学術領域研究「光圧ナノ物質操作」の助成を受け行われました。
また，本研究成果は，2021年1月14日（木）公開のScience Advances誌に掲載されました。
詳細はこちら
（左）ナノファイバーを用いた光の力によるナノ粒子の捕集・特性選別・分離輸送の概念図
（右）ナノダイヤモンド粒子の構造欠陥有無による光選別輸送実験（2秒毎の顕微鏡写真，点線がナノ光 ファイバーの位置，1と4が構造欠陥のある粒子，2と3は構造欠陥のない粒子。動画はこちらを参照）
