科学研究費補助金新学術領域研究「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」
News Letter Vol. 5	 July 31, 2018

Message to the “Nano-Material Optical Manipulation” project
Kishan Dholakia (University of St. Andrews, UK)
In science fiction, one is quite familiar with the idea of moving objects using laser beams, evoking concepts
such as a “tractor beam”. In the laboratory science fiction turns into science fact: a powerful technique known
as “optical tweezers” shows that micrometre-sized particles (and even biological material and atoms) can begrabbed, moved and generally manipulated without any physical contact using optical forces. This is a
powerful demonstration of the optical dipole or gradient force in action. Such “optical tweezers”, based
primarily on Newton’s laws and fundamental optics have enabled unprecedented insight about biologicalmolecules such as DNA and molecular motors. In the microscopic world of optical tweezers, researchers are
now harnessing these systems to study a host of science: this includes advanced colloidal interactions,dynamics of particles in various potentials (with strong analogues to atomic systems), insights into
superconductivity, optically bound matter, studies of the optical angular momentum of light, magnetic flux
line pinning, thermodynamics, microfluidics and motor protein transport. The list is ever growing.
The “Nano-Material Optical Manipulation” project fits within this area and aims to advance optical force
methodology for mechanical manipulation. This refers to the trapping, transportation, positioning, andalignment of individual nano-objects. Whilst dielectric beads are a good precursor for these studies, theultimate aim is exerting forces on molecules and quantum dots that exploit their individual properties. In turnthis would result in new ways to create structural order via microscopic substances. Examples of this would
be the growth of crystal structures or new larger scale heterostructures and even new types of materials. To
achieve this technological goal with nanoobjects, this project has a strong component comprising the tailoringof applied optical forces notably using linear and nonlinear optical responses including their quantum
mechanical behavior. Unique aspects supplied by optical forces in this consortium will lead to new studies in
optical sorting, using different quantum resonance conditions to select specific particles, a kind of bottom up
tailoring of crystal morphology and alignment. Finally, there are prospects for controlling and directing

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科学研究費補助金新学術領域研究「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」
News Letterchemical processes by molecular diffusion and condensation. Overall, the aim of the project is very wellgrounded and right at the cutting-edge of the field. Whilst optical forces and applications have a long history,
relatively little attention has been paid to the aforementioned areas which show new and promising directions
at the nanoscale. The exciting and complementary blend of experience in the project consortium canparticularly exploit new directions using novel materials, chemistry approaches as well as quantum features ina way hitherto not seen to realise major world recognized results in these areas. I strongly encourage this is thecoming stages of the grant.
The present project aims to exploit optical forces in a novel, powerful way for the non-contact manipulation(trapping, transportation, positioning, and aligning) of individual nano-objects, such as molecules and quantum
dots. This would lead to new routes for ordering and structure formation. Some key facets of the work wereshown that demonstrated the major advances of the present study by the consortium. A first example is the useof resonance. Here data was shown using both theory and experiment of using resonance – selectively tuning
to an internal energy difference in the system – to initiate studies such as optical sorting. Various examples ofsorting and particle selection were shown. An exciting, visionary example was the sorting and selection ofnanodiamonds with differing NV centres. These particle shave come to major international prominence due totheir special properties for next generation sensors and imaging capabilities. Other areas here include theformation of tractor beams and using nonlinear resonances. Other topics here include selective transport ofquantum dots where we might aim to create monodisperse samples. Engineering of microstructures with lasers
also featured prominently. This included the use of optical vortex fields – light beams with a ‘zero’ (phasesingularity) at the beam centre and possessing orbital angular momentum – used for creating ‘spiralling’structures. Rotational and translational motion of particles using plasmonic enhancement and control of forces
was a further area of study. I would also like to commend the consortium on nurturing and forming the basis
for new future studies by incorporating a strong component of chemistry and associated technologies to theproject. The chemistry adds a strong new degree of freedom for particle manipulation by tailoring samples andparticle-particle interactions in a way that cannot be achieved purely using physics. Finally, I found the workat low temperatures very important and timely. This is likely to yield surprising new insights of majorimportance in the field of optical forces and is a further example of work that has a unique, world leading
aspect in this project.
It is evident that a large number of researchers from a variety of fields such as physics, chemistry, andengineering have joined this project leading to good future prospects by integrating methods from different
fields. I was very impressed to learn of the several “training dojos” where young researchers can learn methodsof different fields, thus strongly promoting collaboration across the consortium and using the ability of young
researchers.
I appreciate extended efforts by the project to bring together people for future jointly authored high-levelpublications. The project may also consider a further detailed prioritization of the most ambitious and farreaching goals and take appropriate steps to fulfill these aims. I strongly advocate incorporation of thematerials/chemistry aspects which I think brings a near unique international angle to the project and could leadto startling new breakthroughs.

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News Letter

第 3 回若手研究会報告
蓑輪陽介（⼤大阪⼤大学基礎⼯工学研究科）  2018 年 1 ⽉月 23 ⽇日（⽕火）16:30〜～19:00 に、⼤大阪⼤大学基礎⼯工学研究科 G516 において第 3 回若⼿手研究会を開催しました。今回はこれまでの若⼿手研究会と趣向を変え、ワークショップ形式で⾏行いました。⼤大きな⽬目標として、「異なる計画研究に所属する研究者間で“研究の話ができる仲間”を作る」ことと、「異分野の研究者間に“共通⾔言語”の構築を図る」を掲げ、ワークショップを通じて「共同研究の芽を育む」こと、「あわよくば実際に共同研究計画が⽴立ち上がる場作り」を⽬目指しました。  
ワークショップは以下のような流れに沿って進⾏行しました。  
1.   チーム分け  参加者は受付時に、各計画研究（公募研究）に応じた⾊色のポストイットをうけとり、その⾊色をもとに⾃自主的にチームづくりを⾏行いました（⽬目安として待機⽤用の椅⼦子も事前に⾊色分けされています）。
お互いに声を掛け合い、なるべく知り合いとチームにならないよう、かつ計画研究がまんべんなくチームメンバーに⼊入るようなチームづくりを⾏行いました。最終的に、4〜～5 ⼈人の多様なメンバーで構成されるチームが 5 つ出来上がりました（参加者リスト参照）。  
2.   ウォーミングアップ・ブレインストーミング（5 分）  次にチームごとに集まり、「チームメンバー全員に共通する何か」を可能な限り列挙するというお題のもとに、メンバー全員でブレインストーミングに挑みました。このウォーミングアップを通じて、常識にとらわれずに発想することの難しさを実感することができます。さらに、他⼈人の意⾒見を聞く能⼒力の⼤大切さも知ることができます。⼀一⼈人がリーダーシップをとるチームではなく、皆が等しく喋るチームのほうが結果的には沢⼭山の共通点を⾒見つけることができました。3 つのチームが、5 分間の制限時間の中で 15 個以上もの共通点を⾒見つけることができました。  
3.   マトリクス⾃自⼰己紹介（35 分）  単なる⾃自⼰己紹介では、型通りの情報交換にとどまり、お互いを深く知ることはできません。そこで「マトリクス⾃自⼰己紹介」（http://www.nikkeibp.co.jp/article/nba/20090629/163704/）という⽅方法での⾃自⼰己紹介を試みました。各⾃自が⾃自分に関するキーワードを A4 サイズの⽤用紙に可能な限り列挙し、それを⾒見た他のチームメンバーが質問を投げかけることでキャッチボールのようにテンポよく⾃自⼰己紹介が進むという⽅方法です。初めに、研究とは関連しないキーワードを⽤用いて練習をした後、⾃自⾝身の研究キーワードを使った「マトリクス⾃自⼰己紹介」を⾏行いました。この「マトリクス⾃自⼰己紹介」を通じて、お互いの「研究上の常識の違い」「⽤用語の違い」を認識することを⽬目指しました。  
4.   キーワード整理（10 分）  「マトリクス⾃自⼰己紹介」を通じて認識した異分野間相互理解の難しさを意識した上で、⾃自分の研究キーワード 1 つずつを各々ポストイット 1 枚に記していきました。このキーワードの⼭山が後の共同研究計画発案の種となります。各⾃自がキーワードを書き出した後、各チームのホワイトボードを⽤用いて、キーワードの整理を⾏行いました。同じものを重ね、類似の概念をまとめました。異なる⾊色

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News Letterのポストイットを使⽤用したことで、ひと⽬目で多様な研究キーワードが存在することがわかるようになっていました。    

  図：マトリクス⾃自⼰己紹介の様⼦子  図：キーワード整理の様⼦子。  

5.   思索の時間（15 分）  ブレインストーミングを始める前に、誰とも話さず⾃自分だけで共同研究計画案を練る時間を設けました。各⾃自が⼀一度、共同研究について深く考えることで、後のブレインストーミングにおける認識のズレや噛み合わない議論を予め防ぐことができると考えました。  

6.   ブレインストーミング（45 分）  各々が考えた共同研究計画について共有し、チームで 1 つの共同研究計画⽴立案にとりくみました。なかなか思うようにまとまらない部分もあったため、途中で各チームの進捗状況を発表し、困難な点について全参加者で共有しました。その後、⾃自由な発想で研究キーワードをまとめ、最終的に各チーム 1 つの共同研究計画案を練り上げました。参加者からは途中、もっと時間がほしいという声が聞かれるほど盛り上がり、時間⼀一杯まで延⻑⾧長した上で発表会に臨みました。  
7.   発表会（5 分）     チームごとに 1 ⼈人が代表となり、全参加者に向けて共同研究計画案のショートプレゼンテーションを⾏行いました。プレゼンテーションの巧拙も相互投票における重要な判断材料となりました。如何に簡潔に、かつ魅⼒力的に発表ができるか、各チームなりに選んだアピールポイントを交えて発表が⾏行われました。  
8.   相互投票および表彰（15 分）  最終的に参加者 1 ⼈人が 2 票を持ち、⾃自由に相互投票しました。その結果、最優秀賞は「液液界⾯面におけるナノバブルの超解像イメージング」（松⽥田 from ⽯石原 G、瀬⼾戸浦 from 伊都 G、⼆二⼾戸 from
川野 G、松本 from 坪井 G）に与えられることとなりました。その他「DNA オリガミで作る⾼高感度分⼦子選択的ナノ流路センサーの創出」「プラズモニックニューロモルフィックチップの設計開発」「⼈人⼯工的に脳を作る」「ブラックシリコン上に接着した細胞内のナノ粒⼦子の秩序化」といった独創的な共同研究計画が提⽰示されました。最後に、⽯石原領域代表より表彰が⾏行われ、最優秀チームに惜しみない拍⼿手が贈られました。  
これまでにない形式での若⼿手研究会であり、どのように進⾏行するか未知数の部分もありましたが、終始各チームが盛り上がり、最終的に無事 5 つの共同研究計画案を打ち⽴立てることができました。
この計画⽴立案を通して、異なる計画研究メンバーの間に沢⼭山のネットワークを作ることができまし

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た。具体的な 5 つの共同研究計画にとらわれず、このネットワークを通じた共同研究の実現が可能となると考えています。  
参加者からは、次のような感想が寄せられました。  
「⾮非常に盛り上がった、もうちょっとブレインストーミングの時間が欲しかった」  「ブレインストーミングには参加したことがなかったが、全く新しい視点から⾃自分の研究を⾒見つめ直すことができた」  大阪大学いちょう祭 光ピンセットデモ報告〜～   マイクロ粒⼦子を光の⼒力で掴んで動かす   〜～  横⼭山   知⼤大（⼤大阪⼤大学⼤大学院基礎⼯工学研究科）     ⼤大阪⼤大学豊中キャンパスにて、４⽉月３０⽇日にいちょう祭、および基礎⼯工学部オープンラボが⾏行われました。いちょう祭は５０年以上続くイベントで、本学の新⼊入⽣生歓迎と地域の⽅方々への⼀一般公開を旨としています。その平成３０年度いちょう祭にて⾏行いました、新学術領域で試作した光ピンセットデモンストレーション⽤用顕微鏡（以下、デモ機）による⼀一般公開の様⼦子を報告します。     デモ機の詳細は割愛しますが、基本的な構成は①波⻑⾧長 640nm の⾚赤⾊色レーザーと②集光兼観察⽤用の対物レンズ、③マイクロ粒⼦子を含んだ純⽔水サンプルを乗せたサンプル台、④CCD カメラです。いちょう祭には地域の⽅方や⾼高校⽣生以下の⽅方が多数来場されるので、来場者がデモ機の細かな設定やサンプル作成をすることなく光ピンセットを体験できるようにしました。まずは CCD カメラを通して⽔水中を漂うマイクロ粒⼦子のブラウン運動を観察してもらってから、レーザーの減光フィルタを取り外すと光捕捉⼒力によってブラウン運動が⾒見えなくなる様⼦子を楽しんでもらいました。また、顕微鏡のサンプル台を上下左右につまみで⾃自由に動かしてもらい、台と⼀一緒に動く粒⼦子、光捕捉で動かない粒⼦子、新たに捕捉される粒⼦子の様⼦子をリアルタイムで楽しんでもらいました。     来場して頂いたほとんどの⽅方は、マイクロ粒⼦子の様⼦子を CCD カメラで⾒見ること⾃自体が新鮮だった様で、⼀一⾒見すると透明な純⽔水に⾒見えるサンプル中にふよふよと漂うマイクロ粒⼦子があることが⾯面⽩白い様でした。さらにレーザー光によって光捕捉される様⼦子、その（⼤大雑把な）メカニズムを解説すると、光が⼒力を持っていることを不思議がりながら実感していた様です。⼩小学⽣生以下の⼦子供達はデモ機のつまみをグリグリと回すことで粒⼦子が動いたり動かなかったり、時には吹っ⾶飛んでいく様⼦子が楽しかった様です。特に、光捕捉⼒力が強すぎてわらわらとマイクロ粒⼦子が塊になっているのを⾒見てみんな喜んでいました。     デモ機での実演・体験は１⽇日中盛況で、４歳のお⼦子さんから中⾼高学⽣生・ご年配の⽅方まで約８０⼈人の⽅方に体験して頂けました。全体を通して楽しんで説明できたと思います。やはり、単に光ピンセットについてプレゼンする、動画をお⾒見せするよりも、実際に装置に触れてもらいながら光ピンセットを「体験」して頂くことが⾼高い満⾜足度につながる様です。ただ、レーザーを扱うので、安全対策に気をつけなければならないです。特に⼩小さいお⼦子さんはレーザー⽤用のゴーグルを外したがるので、注意が必要でした。
また、デモ機の実演と同時に使う解説⽤用資料を充実させるとより良いと思います。それでも、実験グループではない⽯石原研がデモを⼤大盛況に⾏行えたことから、本デモ機が扱い易く、今後のアウトリーチ活動

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News Letterの要になっていくと期待しています。さらに、マイクロ粒⼦子だけではなく微⽣生物を光捕捉できると⼦子供達の科学への好奇⼼心に繋がるのではないかと思います。

いちょう祭・オープンラボの様⼦子  光ピンセットデモンストレーション
⽤用顕微鏡  開催報告
第２回公開シンポジウム 2018 年 1 ⽉月 22  -‑23 ⽇日  1 ⽉月 22   -‑23 ⽇日に⼤大阪⼤大学基礎⼯工学研究科において本領域第２回公開シンポジウムを開催しました。  
領域メンバーによる⼝口頭発表、ポスター発表に加え、特別講演として本領域のアドバイザーである増原   宏   先⽣生（台湾・国⽴立交通⼤大学）に「光化学、光科学、そして光圧の科学」というタイトルでご講演いただきました。参加者は 120 名で、休憩時間には本領域で試作した光ピンセットデモンストレーション⽤用顕微鏡のデモも⾏行いました。      増原塾・Summer  Course・Workshop（2018 年 6 ⽉月 24-‑27 ⽇日   台湾国⽴立交通⼤大学）  
昨年に引き続き、領域の学⽣生 21 ⼈人が参加し、6 ⽉月 24 ⽇日に台湾国⽴立交通⼤大学において増原塾を開催いたしました。また、Summer  Course・Workshop も共催し、台湾の学⽣生とともにディスカッションを⾏行いました。学⽣生の参加レポートはニュースレター特別号として発刊いたします。  

告知板2019 年 1 ⽉月 23 ⽇日（⽔水）-‑24 ⽇日（⽊木）に名古屋⼤大学において本領域第３回公開シンポジウムを開催いたします。  
発⾏行   新学術領域研究「光圧ナノ物質操作」総括班                    E-‑mail:  secretariat@optical-‑manipulation.jp  URL : http://optical-manipulation.jp/