ミクロの世界で「光圧」パワーを活用

粒子と波の両方の性質を持つ光と、物質との相互作用を扱う化学が、「光化学」です。光が物質にあたって反射や吸収されるときに、「光圧」とよばれる圧力を表面に及ぼします。ピコニュートン以下の大変弱い力のため、人間が感じることはできません。しかし、ミクロやナノレベルの微粒子にとっては無視できない力なので、レーザーのように強い光を対物レンズで集光して増強すれば、その光圧で細胞のように小さな物質を光で捕らえることができるのです。

光ピンセットの弱点

「光ピンセット」と名付けられたこの技術を使うと、水中に溶けている物質を捕まえて成分を調べたり、血液中の赤血球を捕まえて移動させたりといった、ミクロの作業ができます。しかし、光圧は捕まえる対象物が小さくなると弱まるため、マイクロメートルサイズの赤血球などは捕まえられても、もっと小さいナノメートルサイズのタンパク質やDNAは捕まえられません。また、光圧を上げようとレーザービームを強くすれば、対象物が傷ついてしまいます。そこで、どんな大きさの分子でも捕まえて自由に操れる光ピンセットをめざし、強い光圧を得る手段として注目されるのが「プラズモン励起（れいき）」を応用する方法です。

光で金属の電子の振る舞いを変える

金属に、ある波長の光を当てると、金属中の自由電子がさざ波のように集団で運動する現象をプラズモン励起といいます。貴金属の表面のプラズモンを励起して増強電場を形成すると、従来の光ピンセットよりはるかに強い光圧が得られ、小さな粒子でも捕まえることができます。また、ナノメートルサイズの空間で自由度の高い捕捉が可能となるため、タンパク質や核酸などを自在に動かすことができます。
これは、生体分子を識別するバイオセンシング技術や、薬を適切に体内に届けるドラッグデリバリーシステムの研究への応用が期待できます。光化学の進化によって、光の持つ新しい可能性がさまざまな分野へ広がろうとしているのです。