Insertion type fluorescent imaging device using front light source and angle selective imaging
| Project/Area Number |
23K21853
|
|---|
| Project/Area Number (Other) |
21H03809 (2021-2023)
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
笹川 清隆 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (50392725)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
|
|---|
| Keywords | イメージセンサ / 蛍光観察 / 生体埋植デバイス / フロントライト / 脳機能計測 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
本研究では、生体深部において単体の細胞体からの蛍光を観察できる刺入型生体埋植イメージングデバイスの実現を目的とする。
刺入型イメージセンサは、レンズレス構成による小型、軽量かつ低い侵襲性で、刺入断面の明視野あるいは蛍光像を得ることができる。特に他の手法では観察が難しい脳深部における脳機能観察への応用が期待される。
本研究では、導光板によるフロントライト構造と角度選択画素を搭載した特殊イメージセンサの設計と試作を行う。観察対象領域への効率的な励起光照射と、画像処理による仮想的な結像技術により、薄型で低侵襲という特徴を損なうこと無く空間分解能の改善を実現する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、刺入型イメージングデバイスにおいて数 μm 程度の空間分解能を達成し、細胞体からの蛍光を検出できる観察性能を実現することにある。生体内の蛍光観察には高い励起光除去性能が必要であり、撮像面上への励起光源配置は、従来のレンズレス蛍光観察系では現実的ではなかった。これに対し本研究では、我々が提案した高性能フィルタ構造と光導波露によるフロントライト構造でこの問題を解決することを目指している。
令和4年度は、フロントライト構造による励起光照射を実現するためフォトリソグラフィ法による導波路上への回折パターン形成を行った。一次試作には、機械的特性が良好であり、マイクロ流路形成等に広く用いられているSU-8を用いた。これにより、光を回折させ、励起光を観察対象に照射可能であることを確認した。同時に回折された光がイメージングデバイス側にも照射されることになる。しかし、照射角はほぼ一定となるため、これまでに作製してきたハイブリッドフィルタ構造により、高い効率で励起光を除去することができることを確認した。また、フロントライトを搭載したデバイスを用いて蛍光ビース等の蛍光観察が可能であることを実証した。イメージングデバイスは、レンズレス構成となっているため、空間分解能については、フロントライトデバイスの厚みに応じた低下が見られた。今後、レンズレス構造の最適化や画像処理による空間分解能改善の手法の検討も行う必要があると考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フロントライトの基本構成は作製できており、これを用いた観察対象の蛍光励起および我々の開発してきたハイブリッドフィルタ構造による励起光除去が十分可能であるという結果が得られている。
一方で、当初の予想通りSU-8の自家蛍光が強く、微弱な蛍光観察には更なる性能向上が必要となる。これに対応するため、SU-8によって形成したパターンを型として、低蛍光の樹脂に転写を行う方法に着手した。パターン転写デバイスの作製の基本的な手順は既に確認できており、今後条件を最適化してパターンへの気泡の混入等を低減することで、十分な性能のフロントライト素子ができる見込みを得ている。おおよそ当初の予定通りであり、今後、刺入型デバイスを作製することで生体内における細胞の蛍光観察を達成できるものと考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年SU-^度までに薄型ガラス上にフォトリソグラフィ法を用いてフロントライト構造を作製した。ガラス部分に側面から励起光を導入して光を伝搬させ、フロントライト構造パターンからの光の取り出しが可能であることを確認した。また、これまでに作製したハイブリッドフィルタ搭載イメージセンサによって蛍光観察が可能であることを実証した。
また、フォトリソグラフィで作製したフロントライト構造パターンはエポキシ樹脂系の永久レジストであるSU-8により形成されていたが、この樹脂はそれ自体が少なからず蛍光を発するため、蛍光タンパク質等を用いた蛍光観察においては性能低下の要因となる可能性がある。そのため、パターン形状を蛍光強度の低い素材に転写して形成する手法を検証した。
本年度は、これらの手法について、性能評価を行い最適な材料を選定する。また、脳内刺入型のイメージセンサ上にフロントライト構造を搭載し、生体内の観察を行うためのデバイスを作製する。
|
Report
(2 results)
Research Products
(28 results)
