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2013 Fiscal Year Annual Research Report

電子線直接励起による高空間分解能蛍光顕微鏡の開発

Research Project

Project/Area Number 13J04082
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

名和 靖矩  静岡大学, 電子工学研究所, 特別研究員(PD)

Keywords高分解能蛍光顕微鏡 / 生体イメージング / カソードルミネッセンス / 電子線
Research Abstract

本年度は, 自家蛍光による細胞の動態観察, 蛍光体の選定, 電子線励起条件の最適化および分解能評価, 高フレームレートでの観察, そして細胞試料へのダメージ評価の5点について調査した.
電子線による細胞試料へのダメージは依然大きな課題であるが, 細胞内顆粒の動態をタイムラプス動画で観察した. また, Triton-Xによる細胞膜の溶解処理を施すことで, ストレスファイバー構造の自家蛍光像を取得できた. 上記内容をBiomedical Optics Expressへ投稿した. また, 細胞内顆粒の動態観察結果は2014年2月1日に出版された同雑誌の表紙カバーに採用された.
試料ダメージを低減するには電子線照射量を抑制する必要があるため, より高効率に発光する蛍光体が必要となる. 蛍光体としてはZnO粒子と蛍光性ナノダイヤモンド(Fluorescent nano diamonds, FNDs)を採用した. これらの発光強度は細胞の自家蛍光の7倍以上であるため, 生体試料への標識に応用できる. 直径50nm程度のZnO粒子を用いて分解能評価を行った結果, 電子線の集束スポットは57nm程度であることがわかった. 高フレームレート観察では, 水中でのZnO粒子の動態をビデオフレーム(30fps)で観察することに成功した.
また, 赤色と緑色にそれぞれ発光するFNDsを細胞内に取り込ませ, それぞれの分布を同時かつ高空間分解能に観察することに成功した. この結果は, 本手法により細胞試料の多重染色観察が可能であることを示した. 研究成果をChemPhysChemへ投稿し, 掲載された.
細胞膜の損傷を調べるため, エチジウムホモダイマーとカルセインを用いて, 電子線を照射しながら光学顕微鏡で観察した. しかし電子線によるダメージが大きいため, ダメージを定量するにはさらに電子線照エネルギーを抑制する必要があることが分かった. 抑制のための検討を現在も継続中である.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

自家蛍光画像や蛍光体を用いた細胞の観察画像を取得することで, 本手法により生きた細胞試料の高分解能蛍光画像が取得可能であることを実証できた.

Strategy for Future Research Activity

試料内での電子線の透過長, つまり観察可能な深さを実験的に求める. 当初は水中での電子線散乱をカンチレバー等を用いて計測する予定であったが, まずは共焦点顕微鏡による細胞の観察結果と比較することで, 電子線の細胞内での透過深さを計測する.
ダメージ評価に関しては, 温度インジケータや細胞内の代謝をモニタリングできる試薬を用いて複数の視点から評価を行う.

  • Research Products

    (18 results)

All 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (14 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Dynamic autotluorescence imaging of intracellular components inside living cells using direct electron beam2014

    • Author(s)
      Yasunori Nawa, Wataru Inami. Aki Miyake, Atsushi Ono Yoshimasa Kawata, Sheng Lin, and Susumu Terakawa
    • Journal Title

      Biomedical Optics Express

      Volume: Vol. 5, No. 2 Pages: 378-386

    • DOI

      10.1364/BOE.5.000378

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multi-Color Imaging of Fluorescent Nanodiamonds in Living HeLa Cells using Direct Electron-Beam Excitation2014

    • Author(s)
      Yasunori Nawa, Wataru Inami, Sheng Lin. Yoshimasa Kawata, Susumu Terakawa, Chla-Yi Fang. Huan-Cheng Chang
    • Journal Title

      Chem Phys Chem

      Volume: Vol. 15, issue 4 Pages: 721-726

    • DOI

      10.1002/cphc.201300802

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanometric light spots of cathode luminescence in Y203 : Eu3+ phosphor thin films excited by focused electron beams as ultra-small illumination source for high-resolution optical microscope2014

    • Author(s)
      Atsushi Sugita. Masashi Kamiya. Chiyu Morita, Aki Miyake, Yasunori Nawa Yuriko Mnuda Wataru Inami. Hiroko Kominaml. Yoichiro Nakanishi. Yoshimasa Kawata
    • Journal Title

      Optical Materials Express

      Volume: Vol. 4, No. 1 Pages: 155-161

    • DOI

      10.1364/0ME.4.000155

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of ZnO luminescent films on SiN films for light source of high- resolution optical microscope2014

    • Author(s)
      Aki Miyake. Satoshi Kanamori. Yasunori Nawa. Wataru Inami. Hiroko Kominami Yoshimasa Kawata. Yoichiro Nakanishi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: Vol. 53, No. 4S Pages: O4EH11-1-O4EH11-6

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.04EH11

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高分解能蛍光顕微鏡のための培養基板の親水性制御2014

    • Author(s)
      益田 有里子, 名和 靖矩, 居波 渉, 川田 善正
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川, 日本
    • Year and Date
      2014-03-17
  • [Presentation] 電子線直接励起蛍光顕微鏡による高分解能生体観察2014

    • Author(s)
      居波渉, 名和靖矩, 川田善正
    • Organizer
      第6回超領域研究会
    • Place of Presentation
      静岡, 日本
    • Year and Date
      2014-03-04
    • Invited
  • [Presentation] Y203 : Eu3+薄膜におけるカソードルミネッセンス高効率化のためのポストアニーリング条件の検討2014

    • Author(s)
      守田智勇, 益田有里子, 名和靖矩, 三宅亜紀, 居波渉, 杉田篤吏, 小南裕子, 川田善正, 中西洋一郎
    • Organizer
      発光型/非発光型ディスプレイ合同研究会
    • Place of Presentation
      新潟, 日本
    • Year and Date
      2014-01-24
  • [Presentation] High spatial resolution and simultaneous multicolor live cell imaging using fluorescent nano diamonds by direct electron beam excitation2013

    • Author(s)
      Yasunori Nawa, Wataru Inami, Aki Miyake. Atsushi Ono, Shang Lin, Sanae Kanno, Seishiro Hirano, Yoshimasa Kawata, Susumu Terakawa Chia-Yi Fang, and Huan-Cheng Chang
    • Organizer
      Super Imaging 2013
    • Place of Presentation
      Shizuoka, Japan
    • Year and Date
      2013-12-02
  • [Presentation] High spatial resolution and simultaneous multicolor live cell imaging using fluorescent nano diamonds by direct electron beam excitation2013

    • Author(s)
      Yasunori Nawa, Wataru Inami, Yoshimasa Kawata Hideaki Kobayashi, Shigeo Maeda, and Toshihiro Fujita
    • Organizer
      第2回ファインバブル国際シンポジウム~ナノ・マイクロバブルからファインパブル~
    • Place of Presentation
      Shizuoka, Japan
    • Year and Date
      2013-12-02
  • [Presentation] High Spatial Resolution Multicolor Live Cell Imaging with Fluorescent Nano Diamonds Using Direct Excitation of Focused Electron Beam2013

    • Author(s)
      Yasunori Nawa, Wataru Inami, Aki Miyake, Atsushi Ono, Sheng Lin, Sanae Kanno, Seishiro Hirano, Yoshimasa Kawata, Susumu Terakawa, Chia-Yi Fang, Huan-Cheng Chang
    • Organizer
      Japan-Taiwan Bilateral Symposium in Nano/Bio-Photonics (JTBS)
    • Place of Presentation
      Shizuoka, Japan
    • Year and Date
      2013-11-26
  • [Presentation] Simultaneous Color Imaging of Fluorescent Nano Diamonds in Cells by Direct Electron Beam Excitation2013

    • Author(s)
      Wataru Inami, Yasunori Nawa, Yoshimasa Kawata
    • Organizer
      Shizuoka University International Symposium 2013 - Directions of Interdisciplinary Domain Research in Japan-Europe Partnership
    • Place of Presentation
      Shizuoka, Japan
    • Year and Date
      2013-11-19
  • [Presentation] Fluorescent Nano Diamonds for High Spatial Resolution Live Cell Imaging by Direct Electron Beam Excitation2013

    • Author(s)
      Yasunori Nawa, Wataru Inaml, AKi Miyake, Atsushi Ono, Sheng Lin, Yoshimasa Kawata, Susumu Terakawa, Chia-Yi Fang, Huan-Cheng Chang
    • Organizer
      74th JSAP Autumn Meeting
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2013-09-19
  • [Presentation] High resolution imaging by electron-beam excitation assistedoptical microscope with emission layer for a brighter nanometric light source2013

    • Author(s)
      Yuriko Masuda, Yasunori Nawa, Chiyu Morita, Masasru Kamiya, Wataru Inami, Aki Miyake, Atsushi Sugita. Yoshimasa Kawata, and Yoichiro Nakanishi
    • Organizer
      74th JSAP Autumn Meeting
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2013-09-17
  • [Presentation] 電子線直接励起蛍光顕微鏡による蛍光ナノダイヤモンドを用いた高分解能生体観察2013

    • Author(s)
      名和靖矩, 居波渉, 三宅亜紀, 小野篤史, 林升, 川田善正, 寺川進, Chia-Yi Fang, Huan-Cheng Chang
    • Organizer
      第22回日本バイオイメージング学会学術集会
    • Place of Presentation
      東京, 日本
    • Year and Date
      2013-09-15
  • [Presentation] Nanoimaging by Electron-Beam Assisted Optical Microscope2013

    • Author(s)
      Wataru Inami, Yasunori Nawa, Yoshlmasa Kawata, Susumu Terakawa
    • Organizer
      International symposium on optical memory
    • Place of Presentation
      Incheon, Korea
    • Year and Date
      2013-08-20
    • Invited
  • [Presentation] 高分解能生体観察のための電子線励起光学顕微鏡の開発2013

    • Author(s)
      益田有里子, 守田智勇, 福田真大, 名和靖矩, 居波渉, 三宅亜紀, 杉田篤史, 川田善正, 中西洋一郎
    • Organizer
      第39回レーザー顕微鏡研究会
    • Place of Presentation
      埼玉, 日本
    • Year and Date
      2013-07-31
  • [Presentation] Color imaging of fluorescent nano diamonds in intact cells by direct electron beam excitation2013

    • Author(s)
      Yasunori Nawa, Wataru Inami, Aki Miyake, Atsushi Ono, Yoshimasa Kawata, Susumu Terakawa, Chia-Yi Fang and Huan-Cheng Chang
    • Organizer
      Focus on Microscopy 2013
    • Place of Presentation
      Netherlands, Japan
    • Year and Date
      2013-03-25
  • [Presentation] High resolution imaging by electron-beam excitation assisted (EXA) optical microscope with Y203 : Eu emission layer for the brighter nanometric light source2013

    • Author(s)
      Yuriko Masuda, Yasunori Nawa, Masashi Kamia, Wataru Inami, Aki Miyake, Atushi Sugita. Yoshimasa Kawata, Yoichiro Nakanishi
    • Organizer
      Focus on Microscopy 2013
    • Place of Presentation
      Netherlands, Japan
    • Year and Date
      2013-03-25

URL: 

Published: 2015-07-15  

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