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Cryogenic single-molecule fluorescence imaging for deep inside of cell

Research Project

Project/Area Number 20K21168
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Matsushita Michio  東京工業大学, 理学院, 准教授 (80260032)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords1分子分光 / 1分子観察 / 光シート / 光シート顕微鏡 / 蛍光顕微鏡 / クライオ1分子観察 / 1分子観察
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、細胞全体に存在する多数の生体分子の三次元配置を分子と同等な解像度で1分子ごとに決定することである。そこで、当該研究では、既存の顕微鏡を用いるのではなく、高速に(細胞1個あたり数十分)多数の分子をナノメートルの精度で1分子観察できる『シート励起クライオ蛍光顕微鏡』を独自開発することで、これを実現する。

Outline of Final Research Achievements

Recently, we have been developing the cryogenic fluorescence microscope for nanometer-level imaging (cryo-nanoscope). Although the cryo-nanoscope could be localized the small biomolecules with a nanometer precision, the field-of-view was as small as the size of cell. Here we study a light-sheet excitation for cryo-nanoscope. We examine the two types of the light-sheet excitation methods by wave optical simulation. As a result, the light-sheet excitation using a two objective lens having a NA of 0.6 was much better than that using a one objective lens.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究はナノレベルのイメージング法を細胞へ応用するために必須の技術であり、学術的な意義は大きい。また、この技術を生体組織や個体に応用していけば、生命の謎を分子レベルで解明することが可能になり、学術的にも社会的にも大きな意義を持った研究となるはずである。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Energy transfer fluctuation observed by single-molecule spectroscopy of red-shifted bacteriochlorophyll in the homodimeric photosynthetic reaction center2022

    • Author(s)
      Kondo Toru、Mutoh Risa、Arai Shun、Kurisu Genji、Oh-oka Hirozo、Fujiyoshi Satoru、Matsushita Michio
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 156 Issue: 10 Pages: 105102-105102

    • DOI

      10.1063/5.0077290

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Variable immersion microscopy with a high numerical aperture2021

    • Author(s)
      Keita Ishida, Kanta Naruse, Yuta Mizouchi, Yoshihiro Ogawa, Michio Matsushita, Takeshi Shimi, Hiroshi Kimura, Satoru Fujiyoshi
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 46 Issue: 4 Pages: 856-859

    • DOI

      10.1364/ol.416006

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cryogenic Single-Molecule Spectroscopy of the Primary Electron Acceptor in Photosynthetic Reaction Center2020

    • Author(s)
      T. Kondo, R. Mutoh, H. Tabe, G. Kurisu, H. Oh-oka, S. Fujiyoshi, and M. Matsushita
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett.

      Volume: - Issue: 10 Pages: 3980-3986

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00891

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cryogenic Far-Field Fluorescence Nanoscopy: Evaluation with DNA Origami2020

    • Author(s)
      Furubayashi Taku、Ishida Keita、Nakata Eiji、Morii Takashi、Naruse Kanta、Matsushita Michio、Fujiyoshi Satoru
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 124 Issue: 35 Pages: 7525-7536

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c04721

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 近赤外蛍光プローブを利用した三次元ナノスコピー2021

    • Author(s)
      成瀬寛太, 武藤慶, 宮崎龍也, 山口潤一郎, 松田剛, 溝内雄太, 志見剛, 木村宏, 松下道雄, 藤芳暁
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 波動光学による光シート顕微鏡の照射系に関する研究2021

    • Author(s)
      湯本達也, 藤芳暁, 松下道雄
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 温度4 Kにおける光干渉計による試料ステージの安定化についての研究2021

    • Author(s)
      神谷直輝, 滝島研人, 藤芳暁, 松下道雄
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 可変浸レンズ:実験とシミュレーション2020

    • Author(s)
      成瀬寛太、石田啓太、溝内雄太、松下道雄、志見剛、木村宏、藤芳暁
    • Organizer
      分子科学会 オンライン討論
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 反応性FRETペアによる細胞内標識2020

    • Author(s)
      溝内雄太、成瀬寛太、松下道雄、工藤史貴、佐藤優子、木村宏、藤芳暁
    • Organizer
      分子科学会 オンライン討論
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 液中の深いところの顕微観察を可能にする可変浸レンズ2020

    • Author(s)
      成瀬寛太、石田啓太、溝内雄太、松下道雄、志見剛、木村宏、藤芳暁
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-08-03   Modified: 2024-12-25  

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