Construction of a femtosecond time-resolved fluorescence imaging system to observe intracellular environment with z-axis resolution.

• Project/Area Number: 22350031
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: NAKABAYASHI Takakazu 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (30311195)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): HINO Kazuyuki 愛知教育大学, 教育学部, 准教授 (60362307)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2012: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2011: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2010: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
• Keywords: 光励起ダイナミクス / 蛍光寿命 / 自家蛍光 / 金属効果 / 細胞 / 和周波発生法 / イメージング / フェムト秒レーザー / NADH / 金ナノ粒子 / 酵母 / 溶媒効果 / エネルギー移動 / 細胞センシング / フェムト秒 / 蛍光タンパク質 / 発色団 / EYFP / 顕微分光 / 蛍光ダイナミクス / FAD

Research Abstract

We have constructed a femtosecond time-resolved fluorescence system using up-conversion techniques for the purpose of obtaining fluorescence lifetime images with an inverted microscope. From the analysis of fluorescence decay profiles of autofluorescent species such as FAD and NADH and fluorescent proteins in the femtosecond to nanosecond time range, we have proposed that the measurement of the fluorescence lifetime can be used for noninvasive determination of the status of individual cells such as intracellular pH and polar environments. Effect of metal surface on the fluorescence lifetime of dye molecules has also been discussed.

Research Products

• [Journal Article] 自家蛍光寿命イメージングによる細胞観察(総説) (2013)
  • Author(s): 中林孝和,太田信廣
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 53(3)(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 自家蛍光寿命イメージングによる細胞観察（総説） (2013)
  • Author(s): 中林孝和、太田信廣
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electric-field-induced changes in absorption and fluorescence of the green fluorescent protein chromophore in a PMMA film (2011)
  • Author(s): T.Nakabayashi, K.Hino, Y.Ohta, S.Ito, H.Nakano, N.Ohta
  • Journal Title: J.Phys.Chem. Volume: B115(26) Issue: 26 Pages: 8622-8626
  • DOI: 10.1021/jp203090e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 自家蛍光寿命イメージングの基礎と展開(総説) (2011)
  • Author(s): 中林孝和,太田信廣
  • Journal Title: 光化学 Volume: 42(2) Pages: 52-59
• [Journal Article] 自家蛍光寿命イメージングの基礎と展開(総説) (2011)
  • Author(s): 中林孝和, 太田信廣
  • Journal Title: 光化学 Volume: 42 Pages: 52-59
• [Journal Article] Fluorescence Decay Dynamics of Flavin Adenine Dinucleotide in a Mixture of Alcohol and Water in the Femtosecond and Nanosecond Time Range (2010)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi, Md. Serajul Islam, Nobuhiro Ohta
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: 114(46) Issue: 46 Pages: 15254-15260
  • DOI: 10.1021/jp1063066
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorescence Decay Dynamics of Flavin Adenine Dinucleotide in a Mixture of Alcohol and Water in the Femtosecond and Nanosecond Time Range (2010)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi, Md.Serajul Islam, Nobuhiro Ohta
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: 114 Pages: 15254-15260
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 蛍光寿命イメージングを用いた細胞計測の展開 (2013)
  • Author(s): 中林孝和
  • Organizer: 日本分光学会平成24年度生細胞分光部会シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌(北海道大学)
  • Year and Date: 2013-01-25
• [Presentation] NADHの自家蛍光寿命を用いた細胞診断の機構の解明 (2013)
  • Author(s): 本間将人,中林孝和,太田信廣
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部2013年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 札幌(北海道大学)
• [Presentation] NADHの自家蛍光寿命を用いた細胞診断の機構の解明 (2013)
  • Author(s): 本間将人，中林 孝和，太田 信廣
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部 2013年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌）
• [Presentation] Application of Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) to Measure Intracellular Environments (2012)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi, Nobuhiro Ohta
  • Organizer: RIES-CIS Joint Symposium
  • Place of Presentation: Sapporo (Hokkaido Univ)
  • Year and Date: 2012-10-25
• [Presentation] 蛍光寿命イメージングを用いた細胞内pHのその場計測 (2012)
  • Author(s): 中林孝和,太田信廣
  • Organizer: 平成24年度日本分光学会年次講演会
  • Place of Presentation: 東京(東京工業大学)
• [Presentation] Sensing of intracellular environments using fluorescence lifetime microscopy (2012)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi, Nobuhiro Ohta
  • Organizer: 7th Asian Photochemistry Conference 2012
  • Place of Presentation: Osaka (Osaka Univ)
• [Presentation] 自家蛍光寿命イメージングを用いた細胞内環境のその場測定 (2012)
  • Author(s): 中林孝和,本間将人,Md. Serajul Islam,太田信廣
  • Organizer: 2012年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京(東京工業大学)
• [Presentation] 自家蛍光寿命イメージングを用いた細胞内環境のその場測定 (2012)
  • Author(s): 中林 孝和，本間将人，Md. Serajul Islam，太田 信廣
  • Organizer: 2012年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京）
• [Presentation] 蛍光寿命イメージングを用いた細胞内pHのその場計測 (2012)
  • Author(s): 中林 孝和，太田 信廣
  • Organizer: 平成24年度日本分光学会年次講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京）
• [Presentation] Sensing of intracellular environments using fluorescence lifetime microscopy (2012)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi and Nobuhiro Ohta
  • Organizer: 7th Asian Photochemistry Conference 2012
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪）
• [Presentation] ポリマー中に分散されたGFP発色団のモデル化合物の構造と光学過程の外部電場効果 (2011)
  • Author(s): 中林孝和
  • Organizer: 第5回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] Sensing Cellular Metabolic States by Time Resolved Fluorescence of NADH (2011)
  • Author(s): Md.Serajul Islam
  • Organizer: 第5回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] Copper Ion Sensing Based on the Fluorescence Lifetime of Enhanced Yellow Fluorescent Protein (2011)
  • Author(s): 中林孝和
  • Organizer: 2011年光化学討論会
  • Place of Presentation: 宮崎市湖畔コンベンションエリア(宮崎県)
  • Year and Date: 2011-09-06
• [Presentation] Monitoring Changes in Cellular Environment of Yeast Cells Based on the Time-Resolved Fluorescence Spectra of NADH (2011)
  • Author(s): Md.Serajul Islam
  • Organizer: 2011年光化学討論会
  • Place of Presentation: 宮崎市湖畔コンベンションエリア(宮崎県)
  • Year and Date: 2011-09-06
• [Presentation] 蛍光寿命を用いた細胞のその場観察 (2011)
  • Author(s): 中林孝和
  • Organizer: 分子研シンポジウム2011
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター(愛知県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-05-27
• [Presentation] 蛍光寿命イメージングを用いた単一細胞計測の展開 (2011)
  • Author(s): 中林孝和
  • Organizer: 分子研研究会「分光学が係わるクラスター科学および機能性ナノ構造体科学の将来展望」
  • Place of Presentation: 愛知県分子科学研究所 招待講演
  • Year and Date: 2011-01-08
• [Presentation] ポリマー中に分散されたGFP発色団のモデル化合物の構造と光学過程の外部電場効果 (2011)
  • Author(s): 中林孝和,日野和之,太田有香,伊藤沙由里,中野博文,太田信廣
  • Organizer: 第5回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌(札幌コンベンションセンター)
• [Presentation] Sensing Cellular Metabolic States byTime Resolved Fluorescence of NADH (2011)
  • Author(s): Md. Serajul Islam,Takakazu Nakabayashi,松本仁,保田昌秀,太田信廣
  • Organizer: 第5回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌(札幌コンベンションセンター)
• [Presentation] Copper Ion Sensing Based on the Fluorescence Lifetime of Enhanced Yellow Fluorescent Protein (2011)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi, Ryoya Sumikawa, Fun Sun, Masataka Kinjo, Nobuhiro Ohta
  • Organizer: 2011年光化学討論会
  • Place of Presentation: 宮崎(宮崎市コンベンションエリア)
• [Presentation] Monitoring Changes in Cellular Environment of Yeast Cells Based on the Time-Resolved Fluorescence Spectra ofNADH (2011)
  • Author(s): Md. Serajul Islam, Takakazu Nakabayashi, Jun Matsumoto, Masahide Yasuda, Nobuhiro Ohta
  • Organizer: 2011年光化学討論会
  • Place of Presentation: 宮崎(宮崎市コンベンションエリア)
• [Presentation] 蛍光寿命を用いた細胞のその場観察 (2011)
  • Author(s): 中林孝和
  • Organizer: 分子研シンポジウム2011
  • Place of Presentation: 岡崎(分子科学研究所)
• [Presentation] 蛍光寿命イメージングを用いた単一細胞計測の展開 (2011)
  • Author(s): 中林孝和
  • Organizer: 分子研究会分光学が係わるクラスター科学および機能性ナノ構造体科学の将来展望
  • Place of Presentation: 岡崎(分子科学研究所)
• [Presentation] Measurements of Intracellular Environments by Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy, (Invited talk) (2010)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi
  • Organizer: Symposium on Advanced Spectroscopy
  • Place of Presentation: Sapporo (Hokkaido Univ)
  • Year and Date: 2010-10-08
• [Presentation] Measurements of Intracellular Environments by Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (2010)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi
  • Organizer: Symposium on Advanced Spectroscopy
  • Place of Presentation: 北海道 北海道大学 招待講演
  • Year and Date: 2010-10-08
• [Presentation] Time-Resolved Fluorescence Decays of FAD in a Mixture of Alcohol and Water in the Femtosecond and Nanosecond Time Range (2010)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi, Md.Serajul Islam, Nobuhiro Ohta
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 千葉県 千葉大学
  • Year and Date: 2010-09-09
• [Presentation] Time-Resolved Fluorescence Decays ofFAD in a Mixture of Alcohol and Waterin the Femtosecond and Nanosecond TimeRange (2010)
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi, Md. Serajul Islam, Nobuhiro Ohta
  • Organizer: 2010年光化学討論会
  • Place of Presentation: 千葉(千葉大学)
• [Presentation] 蛍光寿命イメージングを用いた細胞計測の展開
  • Author(s): 中林孝和
  • Organizer: 日本分光学会平成24年度生細胞分光部会シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌）
  • Invited
• [Presentation] Application of Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) to Measure Intracellular Environments
  • Author(s): Takakazu Nakabayashi and Nobuhiro Ohta
  • Organizer: RIES-CIS Joint Symposium
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌）
  • Invited