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コガネムシの外皮を模倣したカプセル型レーザーを開発

広範囲な分野への応用に期待


KAIST(シン・ソンチョル総長)は生命化学工学科のキム・シンヒョン教授研究チームと韓国化学研究院のキム・ユンホ博士研究チームが共同で、コガネムシの外皮を模倣した髪の毛の太さのカプセル型レーザー共振器を開発したと7月3日に発表した。

キンセスジウグイスコガネは左側に円偏光した光を当てると黄緑色を帯び、右側に円偏光した光を照らすと何の色も示さない。こうした独特な光学特性は捕食者を避けるとともにキンセスジウグイスコガネ同士の通信手段として活用されると考えられている。

キンセスジウグイスコガネが偏光の方向によって異なる色を示す理由は外皮に左巻きの螺線構造が存在するため。こうした螺線構造は同一方向の円偏光の光のみを反射して反射色を示す。キンセスジウグイスコガネのもつ螺線構造を活用して液晶を製造すると螺線構造はキンセスジウグイスコガネの外皮のように偏光方向による反射特性を示し、特定の波長の光を制御できるので普通のレーザーとは違って鏡がなくてもレーザー共振器を製造できる。

このような液晶を活用したレーザー共振器はフィルムの形で作られることが多いが、フィルム状の共振器はレーザーの発光方向が固定されておりサイズが大きくて微細な部分に使用することが難しかった。共同研究チームは液晶レーザー共振器を髪の毛の太さ程度のカプセルの内部に製造して目標地点に注射または移植するタイプのレーザー共振器を開発した。

カプセル型レーザー共振器は三重構造をもつ。コアの液晶分子と発光分子の混合物を液体状態の配向層と固体の状態の弾性層が取り巻く形となっている。

配向層はコアの液晶分子が高い背向水準をもつようにする役割を果たしレーザー共振器の性能を向上させる。弾性層はカプセルの機械的安定性を高める。研究チームは微細流体技術を用い複雑な三重構造を制御する方式で設計した。

カプセル型レーザー共振器は空気中でも形を維持しレーザー発光がカプセルの表面に沿って垂直発生し3次元の全方向レーザー発光が可能。またカプセル型共振器を機械的に変形させて発光方向とレーザーの強さを調節でき、温度調節を通じて液晶の螺線構造の間隔を変化させればレーザー発光の波長も調節できる。

研究に当ったキム・シンヒョン教授は「今回開発したカプセル型レーザーはサイズが小さく高い機械的安定性をもち注射や移植が可能で局部的な領域にだけ照射できる治療用レーザーとしての使用が可能。自然に存在するキンセスジウグイスコガネの外皮構造を模倣して発展させた」と話している。

研究結果は『Science Advances』に6月22日付で掲載された。






[2018-07-06]

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