長波長帯波長可変超短パルスファイバレーザーを用いた多機能深部イメージング

• Project Area: Resonance Biology for Innovative Bioimaging
• Project/Area Number: 18H04732
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 西澤 典彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30273288)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2019: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2018: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: バイオイメージング / 光断層計測 / 超短パルス / ファイバレーザー / 多光子顕微鏡 / 計測工学 / 光源技術 / ファイバレーザ-

Outline of Annual Research Achievements

1．1.7 um帯広帯域SC光源を用いた高深達光コヒーレンス顕微鏡(OCM)の開発と深部イメージング
Er添加ファイバレーザーの出力を増幅後，ファイバ中の誘導ラマン散乱を用いて波長1.7um帯に波長シフトをした高出力超短パルス光を生成した．更に，高非線形ファイバに結合してスペクトルを拡げ，全ファイバ型の波長1.7um帯広帯域SC光源を開発した．そして，開発したSC光源とおよび長波長帯用フォトダイオードアレイと回折格子を用いた広帯域分光器を開発し，同波長帯における高深達・高分解能な光コヒーレンス顕微鏡(OCM)を開発した．そして，マウス脳において～1.8mmまでの深部の高解像イメージングに成功し，神経細胞の高分解能なイメージングに成功した．
2．OCT/OCMと多光子顕微鏡を融合したマルチモーダル顕微鏡の開発
単一の長波長用高NAレンズを用いて，波長1.7umのSC光源を用いたOCMと，波長1.55umの超短パルスレーザーを用いた3光子励起蛍光顕微鏡を融合した，マルチモーダル顕微鏡を開発した．更に，開発した顕微鏡を用いて植物細胞の観測を行い，OCMの深部構造イメージと3光子顕微鏡の高解像イメージの比較を行った．OCMでは構造が，3光子顕微鏡では蛍光物質が観測できた．そして，二つのイメージングを結合することで，全体構造の中で，特定の場所に分布する蛍光物質を観測することができ，バイオイメージングに有効な情報を得ることができた．
3．研究の総括
研究結果の解析・検討を行った．そして，研究の総括を行った．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Signal-to-background ratio and lateral resolution in deep tissue imaging by optical coherence microscopy in the 1700 nm spectral band (2019)
  • Author(s): Yamanaka Masahito、Hayakawa Naoki、Nishizawa Norihiko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 16041-16041
  • DOI: 10.1038/s41598-019-52175-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-spatial-resolution deep tissue imaging with spectral-domain optical coherence microscopy in the 1700-nm spectral band (2019)
  • Author(s): Yamanaka Masahito、Hayakawa Naoki、Nishizawa Norihiko
  • Journal Title: Journal of Biomedical Optics Volume: 24 Issue: 07 Pages: 070502-070502
  • DOI: 10.1117/1.jbo.24.7.070502
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wavelength Dependence of Ultrahigh-Resolution Optical Coherence Tomography Using Supercontinuum for Biomedical Imaging (2019)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa, Hiroyuki Kawagoe, Masahito Yamanaka, Miyoko atsushima, Kensaku Mori, Tsutomu Kawabe
  • Journal Title: IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS Volume: 25 Issue: 1 Pages: 17957868-17957868
  • DOI: 10.1109/jstqe.2018.2854595
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 超広帯域スーパーコンティニューム光源の開発 (2019)
  • Author(s): 西澤 典彦
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 47 Pages: 568-572
  • NAID: 130008074897
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wavelength Tunable Narrow Linewidth Comb Using Soliton Self-frequency Shift and Spectral Compression Technique (2018)
  • Author(s): N. Ohta, L. Jin, Y. Sakakibara, E. Omoda, H. Kataura, and N. Nishizawa
  • Journal Title: OSA Technical Digest Volume: SI Pages: STu4K.5-STu4K.5
  • DOI: 10.1364/cleo_si.2018.stu4k.5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高分解能OCTのための超広帯域ファイバー レーザー光源 (2018)
  • Author(s): 西澤典彦、 川越寛之、 山中真仁
  • Journal Title: フォトニクスニュース Volume: 4 Pages: 64-68
• [Presentation] Wavelength dependence of ultrahigh resolution optical coherence tomography using supercontinuum (2020)
  • Author(s): N. Nishizawa, M. Yamanaka, H. Kawagoe, M. Matsushima, K. Mori, and T. Kawabe
  • Organizer: SPIE Photonics West, BiOS2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 第3の生体窓波長帯による光干渉計測と多光子励起を利用したマルチモーダル顕微鏡の開発 (2020)
  • Author(s): 原田賢太郎，山中真仁，西澤典彦
  • Organizer: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 1700 nm optical coherence microscopy with the reduced speckle noises for high resolution deep tissue imaging (2019)
  • Author(s): Y. Chen, M. Yamanaka, and N. Nishizawa
  • Organizer: OSK-OSA-OSJ Joint Symposia in Optics and Photonics Congress 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 波長1700nm帯スーパーコンティニューム光源を用いたスペクトラルドメイン光コヒーレンス顕微鏡とそのイメージング特性 (2019)
  • Author(s): 山中真仁，西澤典彦
  • Organizer: レーザー学会第538回研究会「ファイバレーザー技術」
• [Presentation] Near-infrared fluorescence imaging by using high nonlinear fluorescence responses of Er3+-doped nanoparticles under the excitation at 1520-1600 nm (2019)
  • Author(s): Masahito Yamanaka, Yoshiki Akino, Hirohiko Niioka, Taichi Furukawa, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: SPIE PHOTONICS WEST, BIOS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Near-infrared fluorescence imaging at 1000-nm wavelength region with Yb doped nanoparticles (2019)
  • Author(s): Yoshiki Akino, MasahitoYamanaka Hirohiko Niioka, Taichi Furukawa, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: SPIE PHOTONICS WEST, BIOS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Wideband ultrashort pulse fiber lasers and their sensing applications (2018)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa, Jin Lei, Masahito Yamanaka
  • Organizer: IoT-NAP2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] CNTを用いた超短パルスファイバーレーザーコムの開発とバイオイメージングへの展開 (2018)
  • Author(s): 西澤 典彦
  • Organizer: 第22回VBLシンポジウム (最先端理工学特論) 「光とナノ：ナノ材料と光の相互作用の理解と利用」
  • Invited
• [Presentation] 3D high-resolution spectral-domain optical coherence microscopy at 1700nm spectral band for deep tissue imaging (2018)
  • Author(s): Naoki Hayakawa, Masahito Yamanaka, Hiroyuki Kawagoe, Shuichi Makita, Yoshiaki Yasuno, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: The 7th Advanced Lasers and Photon Sources 2018(ALPS2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Y2O3:Yb粒子を用いた近赤外域蛍光発光イメージング (2018)
  • Author(s): 秋野 善紀、 山中 真仁、 新岡 宏彦、 古川 太一、 西澤 典彦
  • Organizer: 第79回 応用物理学会 秋季学術講演会
• [Presentation] Y2O3:Yb粒子を用いた生体ファントムの深部赤外域蛍光イメージング (2018)
  • Author(s): 秋野 善紀、 山中 真仁、 新岡 宏彦、 古川 太一、 西澤 典彦
  • Organizer: 平成30年度 レーザー学会 中部支部 若手研究発表会
• [Presentation] 生体深部観察に向けた波長1700nm帯高空間分解能光コヒーレンス顕微鏡 (2018)
  • Author(s): 早川 直紀、山中 真仁、 西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 第525回研究会 「ファイバレーザー 技術」
• [Remarks] 名古屋大学電子工学専攻 西澤研究室
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/optelelab/index.html
• [Remarks] 名古屋大学大学院工学研究科電子工学専攻西澤研究室
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/optelelab/