分子ポラリティを可視化する干渉非線形散乱イメージング法の開発

• Project Area: Resonance Biology for Innovative Bioimaging
• Project/Area Number: 16H01439
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 市村 垂生 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 上級研究員 (50600748)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000); Fiscal Year 2017: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2016: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 生物物理 / バイオイメージング / 応用光学・量子光工学

Outline of Annual Research Achievements

最終年度である平成２９年度は、二次高調波の干渉イメージング装置を構築し、生体分子のイメージングにおいて、分子の極性をマッピングすることを実現した。当初の計画では、干渉のための参照光を試料を通さず検出器前で信号光と重ねる配置（非同軸配置）によって、干渉像を得ることを予定していたが、初年度の取り組みの結果、これが技術的に困難であることがわかった。そこで、当初の計画を変更し、参照光を試料前で励起光と重ね、励起光とともに試料中を通す配置（同軸配置）で、光学装置を構築した。トリプトファンの多結晶を干渉イメージングした結果、多結晶中のマイクロスケールのドメインの分極を、干渉パターン（インターフェログラム）の位相より、推定することを実現した。これを実現する過程において、環境要因の位相ドリフトを抑制するための、要素技術を提案・確立した。さらに、筋繊維中のサルコメア構造の観察にも応用し、サルコメア中のミオシンフィラメントの分極の周期構造を、位相分布として得ることに成功した。これらの実験を通して、二次高調波の干渉イメージングによって、生体分子のポラリティを可視化するという当初の目的を達成するに至った。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Raman spectroscopy as a tool for ecology and evolution (2017)
  • Author(s): A. Germond, V. Kumar, T. Ichimura, J. Moreau, H. Fujita, and T. M. Watanabe
  • Journal Title: Journal of the Royal Society Interface Volume: 14 Issue: 131 Pages: 20170174-20170174
  • DOI: 10.1098/rsif.2017.0174
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Protein expression guided chemical profiling of living cells by hybrid fluorescence-Raman microscopy (2017)
  • Author(s): Liang-da Chiu , Taro Ichimura , Takumasa Sekiya , Hiroaki Machiyama , Tomonobu Watanabe , Hideaki Fujita , Takeaki Ozawa, Katsumasa Fujita
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 7 Issue: 1 Pages: 43569-43569
  • DOI: 10.1038/srep43569
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nano-Raman scattering microscopy: Resolution and enhancement (2017)
  • Author(s): S. Kawata, T. Ichimura, A. Taguchi, and Y. Kumamoto
  • Journal Title: Chemical Reviews Volume: 117 Issue: 7 Pages: 4983-5001
  • DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00560
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-label immune cell state prediction using Raman spectroscopy (2016)
  • Author(s): Taro Ichimura, Liang-da Chiu, Katsumasa Fujita, Hiroaki Machiyama, Tomoyuki Yamaguchi, Tomonobu M. Watanabe, and Hideaki Fujita
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 37562-37562
  • DOI: 10.1038/srep37562
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simultaneous nano-tracking of multiple motor proteins via spectral discrimination of quantum dots (2016)
  • Author(s): Taishi Kakizuka, Keigo Ikezaki, Junichi Kaneshiro, Hideaki Fujita, Tomonobu M. Watanabe, and *Taro Ichimura
  • Journal Title: Biomedical Optics Express Volume: 7 Issue: 7 Pages: 2475-2493
  • DOI: 10.1364/boe.7.002475
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Multiple single-molecule nano-tracking based on spectral discrimination of fluorescent probes (2017)
  • Author(s): Taro Ichimura, Taishi Kakizuka, Junichi Kaneshiro, and Tomonobu M. Watanabe
  • Organizer: SPIE Photonics West
  • Place of Presentation: San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2017-01-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Light scattering microscopes to quantify the cellular and molecular states (2017)
  • Author(s): 市村垂生
  • Organizer: 第55回生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] Visualizing cellular state transitions using optional spectro-microscopy with single cell resolution (2016)
  • Author(s): Taro Ichimura, Arno Germond, Kazuko Okamoto, Liang-da Chiu, Katsumasa Fujita, Tomonobu M. Watanabe, and Hideaki Fujita
  • Organizer: International Conference on Systems Biology
  • Place of Presentation: Barcelona, Spain
  • Year and Date: 2016-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ラマン散乱光顕微鏡法を用いた細胞指紋技術の開発と応用 (2016)
  • Author(s): 市村垂生, 渡邉朋信
  • Organizer: 第138回BRCセミナー
  • Place of Presentation: 理化学研究所バイオリソースセンター
  • Invited