Development electrophysiological imaging system of live cells

• Project/Area Number: 15K04636
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Nanobioscience
• Research Institution: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• Principal Investigator: Yamada HIroshi 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 教授 (10545974)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 走査プローブ顕微鏡 / 走査電気化学顕微鏡 / 走査イオンコンダクタンス顕微鏡 / イオン選択性電極 / SECM / SICM / 白金微小電極 / 酸素還元 / 微小電極 / ナノ電極 / ライブセルイメージング

Outline of Final Research Achievements

A nanometer-sized ion selective and Pt electrodes were fabricated to image the distribution of ion channels at the living cell membrane and local oxygen flux for the investigation of electrophisiological activities of a live cell. The scanning probe microscopy (SPM) system was also developed using these electrodes.
An ion selective crown ether was introduced in a nano-meter sized glass capillary to form a amperometric ion-selective electrode. A nano-meter sized Pt electrode was fabricated to measure the local oxygen flux over living cells. These electrodes were fabricated with a double barrel capillary to form the dual probe for distance control of SPM sytem.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在用いられている細胞の生理学的な評価は，パッチクランプや特定のたんぱく質を蛍光ラベルして観察する方法等で行われている．これらは非侵襲ではなく，細胞の生理機能を長期にイメージングできるわけではない．本研究課題で構築したナノメートルサイズのイオン選択性電極およびナノ白金電極を用いた走査プローブ顕微鏡システムによれば，ナノメートルレベルの解像度で試料表面に沿ってプローブを走査し，カリウムイオンあるいは酸素流束のイメージングが可能である．本システムを用いれば，非侵襲で単一細胞近傍の細胞の生理機能と関連の深い物質の流束分布をイメージングし，細胞機能評価の新たな手段となりうる．

Research Products

• [Presentation] 走査プローブ顕微鏡用SICM/白金電極およびSICM/K+選択性電極の作成 (2019)
  • Author(s): 山田 弘，岩木 崇，片山 海渡，安永 健治
  • Organizer: 第86回電気化学会
• [Presentation] 走査プローブ顕微鏡用 SICM/白金デュアルプローブの作成 (2018)
  • Author(s): 山田 弘，岩木 崇，片山 海渡，安永 健治
  • Organizer: 2018年度電気化学会秋季大会
• [Presentation] PDMS熱分解により作成した炭素微小電極をベースとした微小白金電極の作成 (2018)
  • Author(s): 山田 弘，杉浦有哉，松田 渓，安永 健治
  • Organizer: 電気化学会第85回大会
• [Presentation] PDMS熱分解により作成した微小電極のSECM探針としての評価 (2017)
  • Author(s): 山田 弘，安永 健治
  • Organizer: 2017年電気化学秋季大会
• [Presentation] PDMSの熱分解により作成したナノ炭素電極の評価 (2017)
  • Author(s): 山田 弘，中山 孔一郎，安永 健治
  • Organizer: 電気化学会第84回大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] 走査プローブ顕微鏡用 SICM/イオン選択性デュアルプローブの開発 (2016)
  • Author(s): 山田 弘，佐藤成通，安永健治
  • Organizer: 電気化学会
  • Place of Presentation: 電気化学会第83回大会
  • Year and Date: 2016-03-29