近赤外光を用いた顕微鏡下の生体微小領域の温度測定技術の開発とその応用

• Project/Area Number: 18686019
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 角田 直人 Kyushu University, 大学院・工学研究院, 准教授 (70345437)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥26,910,000 (Direct Cost: ¥20,700,000、Indirect Cost: ¥6,210,000); Fiscal Year 2007: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2006: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
• Keywords: 近赤外分光 / 温度測定 / 水溶液 / 顕微鏡 / 非接触 / 生体試料

Research Abstract

空間分解能40μm、温度誤差0.1℃で温度予測が可能な測定システムを開発した。システムは、近赤外用生物顕微鏡と2台の分光器で構成され、試料内の異なる2点の透過光スペクトルを同時に時間分解能5 msで測定できる。2つの透過光スペクトルは共通の光源および光学系を経ているため、共通影響因子、例えば光源強度のゆらぎ、ガラス表面の反射、温熱環境変化に伴う試料全体の温度変動などによるスペクトル変化をキャンセルすることができた。このような空間温度差の検出は将来的な温度イメージングの可能性も示唆した。精度検証後に培養細胞測定を行った。先ず、細胞を顕微鏡下で長時間維持し、測定に適した50umの厚さに試料を調整できる試料容器を開発した。細胞培養された一般的な60mm径のdishをそのまま測定に使用できるよう工夫されている。測定対象としては、特異的な発熱反応を示す褐色脂肪細胞を用いた。測定スペクトルから温度依存性を示す1908nmの吸収係数を等吸収点補正により求めることで、外乱成分を除去し、時間的に安定したデータを取得することを確かめた。細胞発熱の無い状態での温度較正実験により単回帰係数(温度係数)として0.74×10^3℃/Absが得られた。この場合、温度以外の変動成分はなかったため、主成分回帰分析を適用しても予測誤差は同程度であった。次に、褐色脂肪細胞の発熱を誘起させるノルアドレナリンを投与した場合のスペクトルデータを収集し、その解析を行った。ノルアドレナリンの影響と思われる光量変化が観測された。ただし、細胞の温度変化に起因したものかは現段階では結論付けられなかった。

Research Products

• [Journal Article] Measurement of temperature differences between micro-regions in water using near-infrared spectroscopy (2007)
  • Author(s): Naoto, Kakuta, et. al.
  • Journal Title: Proceedings of 29th Annual International Conference of the IEEE EMBS Pages: 4564-4567
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature measurements of micro-regions in water using near-infrared spectroscopy (2007)
  • Author(s): Naoto, Kakuta, et. al.
  • Journal Title: Proceedings of the 8th Asian Thermophysical Properties Conference Pages: 236-236
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prediction computer program for whole body temperatures and its application under various working level and thermal environmental condition combinations (2007)
  • Author(s): Shintaro, Yokoyama・MichiyoshiTao・Naoto, Kakuta
  • Journal Title: Industrial Health 45 Pages: 118-124
  • NAID: 130004483187
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human thermal model expressing local characteristics of each segment (2007)
  • Author(s): Shintaro, Yokoyama・Takafumi, Maeda・Masashi, Kuramae・Naoto, Kakuta
  • Journal Title: Journal of the Human-Environmental System 10 Pages: 51-61
  • NAID: 130004445814
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of Water Temperature in Micro-Region Using Near Infrared Spectroscopy (2006)
  • Author(s): Naoto Kakuta et al.
  • Journal Title: Journal of Biomechanics 39(1)
• [Journal Article] 近赤外光を用いた微小生体試料の温度測定-観察領域内の温度差測定のための基礎研究- (2006)
  • Author(s): 角田直人 他
  • Journal Title: 日本伝熱シンポジウム講演論文集 43 Pages: 809-810
• [Presentation] 水の近赤外吸収特性を応用したsub-mm厚さの水の温度イメージング (2008)
  • Author(s): 角田 直人
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 日本大学(千葉県船橋市)
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] 赤外透過測定による10〜50um厚さの水の温度測定 (2008)
  • Author(s): 尾崎 敦之
  • Organizer: 55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 日本大学(千葉県船橋市)
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] 近赤外分光法を利用した培養細胞の熱測定 (2008)
  • Author(s): 角田 直人
  • Organizer: 日本機械学会関東支部 第14期総会講演会
  • Place of Presentation: 東京海洋大学
  • Year and Date: 2008-03-14
• [Presentation] 近赤外カメラを用いたsub-mm厚さの水の温度イメージング (2007)
  • Author(s): 角田 直人
  • Organizer: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2007-11-23
• [Presentation] 近赤外分光法を用いた褐色脂肪細胞の温度測定 (2007)
  • Author(s): 尾崎 敦之
  • Organizer: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2007-11-23
• [Presentation] Measurment of temperature differences between micro-regions in water using near-infrared spectroscopy (2007)
  • Author(s): 角田 直人
  • Organizer: 29th Annual International Conference of the IEEE EMBS
  • Place of Presentation: Lyon, France
  • Year and Date: 2007-08-25
• [Presentation] Temperature measurements of micro-regions in water using near-infrared spectroscopy (2007)
  • Author(s): 角田 直人
  • Organizer: 8th Asian Thermophysical Properties Conference
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2007-08-22
• [Presentation] 近赤外光を用いた微小生体試料の温度測定-試料厚さが測定精度に与える影響 (2007)
  • Author(s): 角田 直人
  • Organizer: 第44回日本伝熱シンポジウム
  • Place of Presentation: 長崎市
  • Year and Date: 2007-05-24
• [Remarks]
  • URL: http://www.bt.ap.kyushu-u.ac.jp/