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Development of two-photon photoacoustic microscopy with spatial overlap modulation of femtosecond optical pulse trains

Research Project

Project/Area Number 19K12787
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

Yamaoka Yoshihisa  佐賀大学, 理工学部, 准教授 (80405274)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords光音響イメージング / 光音響顕微鏡 / 2光子吸収 / 非線形光学 / 空間重なり変調 / 生体光イメージング / フェムト秒パルスレーザー / 重なり変調
Outline of Research at the Start

近年、生体深部を観察する方法として、光音響イメージングに注目が集まっている。我々は特に生体深部数mmを対象に、高空間分解、高コントラストに観察することを目的として、2光子励起と光音響顕微鏡を組み合わせた2光子光音響イメージング装置を開発し、改良を重ねてきた。しかしながら、実際の生体に対して測定を行うためには、1光子吸収による光音響信号は一般的に強いため、いかに2光子吸収による信号を抽出し、1光子吸収による信号除去するかが重要となる。本研究は、2光子光音響波高感度検出のため、フェムト秒光パルス列の空間重なり変調による2光子光音響波検出法を提案し、原理検証、装置開発を行うことが目的である。

Outline of Final Research Achievements

Two-photon fluorescence microscopy has been used in the fields of biology and medicine as a method for observing deep parts of living cells and tissues with high spatial resolution. However, the deeper the observation depth is, the worse the image contrast is due to signals from other than the focal point. To overcome this drawback, we have proposed a two-photon photoacoustic microscopy based on spatial overlap modulation using femtosecond optical pulse trains. We have constructed this microscopy system and verified the principle of two-photon photoacoustic wave generation by overlap modulation. In addition, we have clarified that visualization with depth resolution is possible.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究において開発を行った空間重なり変調を用いた2光子光音響顕微鏡により,生体深部を高コントラスト,高空間分解に観察できるようになる.そのため,医療の分野においては,特に皮膚や管空臓器の壁を深部方向に細胞の大きさに匹敵する空間分解能で観察できることが,がんの広がり診断を有効にする.また,生物学の分野においても,ミリメートルを超える深部観察が必要なスフェロイドの評価や脳機能の評価に有効であると考えている.

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (43 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 1 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Improvement of spatial resolution in photoacoustic microscopy using transmissive adaptive optics with a low-frequency ultrasound transducer2022

    • Author(s)
      Notsuka Yusuke、Kurihara Makoto、Hashimoto Nobuyuki、Harada Yoshinori、Takahashi Eiji、Yamaoka Yoshihisa
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 30 Issue: 2 Pages: 2933-2933

    • DOI

      10.1364/oe.446309

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preface to Special Issue on Laser Technology for Medical Care in the Post-Corona Era2022

    • Author(s)
      Yoshihisa Yamaoka
    • Journal Title

      The review of Laser Engineering

      Volume: 50 Pages: 66-67

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      Yasin Amina、Nair Vijayakumar S.、Ab Rahim Mohd Hasbi、Yamaoka Yoshihisa、Yelleswarapu Chandra S.、Jose Rajan
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 9 Issue: 48 Pages: 17461-17470

    • DOI

      10.1039/d1tc04777a

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      山岡禎久
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      Yamasumi Kazuhisa、Notsuka Yusuke、Yamaoka Yoshihisa、Mori Shigeki、Ishida Masatoshi、Furuta Hiroyuki
    • Journal Title

      Chemistry A European Journal

      Volume: 26 Issue: 60 Pages: 13590-13594

    • DOI

      10.1002/chem.202002406

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    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 59 Issue: 37 Pages: 16161-16166

    • DOI

      10.1002/anie.202006026

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      Yamaoka Y、Funatsu K、Yoshidumi Y、Kubo A、Notsuka Y、Takahashi E
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      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: 3 Pages: 030906-030906

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      Notsuka Y、Kurihara M、Hashimoto N、Takahashi E、Yamaoka Y
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      Proc. SPIE 11240, Photons Plus Ultrasound: Imaging and Sensing 2020

      Volume: - Pages: 1124039-1124039

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      Shimomura Keito、Kai Hiroto、Nakamura Yuma、Hong Yongseok、Mori Shigeki、Miki Koji、Ohe Kouichi、Notsuka Yusuke、Yamaoka Yoshihisa、Ishida Masatoshi、Kim Dongho、Furuta Hiroyuki
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      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 142 Issue: 9 Pages: 4429-4437

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      10.1021/jacs.9b13475

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      Wang Yue、Kai Hiroto、Ishida Masatoshi、Gokulnath Sabapathi、Mori Shigeki、Murayama Tomotaka、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu、Yasutake Yuhsuke、Fukatsu Susumu、Notsuka Yusuke、Yamaoka Yoshihisa、Hanafusa Mamiko、Yoshizawa Michito、Kim Gakhyun、Kim Dongho、Furuta Hiroyuki
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 142 Issue: 14 Pages: 6807-6813

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      10.1021/jacs.0c01824

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      Photonics West BiOS 2020
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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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