生きた動物細胞の粘弾性分布の走査型プローブ顕微鏡による定量的評価法の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550222
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 平井 義彦 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50285300)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川田 博昭 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90186099) ; 菊田 久雄 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10214743) ; 田中 芳雄 大阪府立大学, 名誉教授 ; 芳賀 永 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (00292045) ; 川端 和重 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20261274)
• Keywords: 粘弾性 / 細胞 / 生体 / AFM

Research Abstract

細胞のマイクロ粘弾性解析手法として,探針をコンタクトモードで走査しながら試料に周期的な応力を加え、たわみ信号に現れる周期的な応答から試料の粘弾性を評価フォースモジュレーション法について,試料の粘弾性と溶液の粘性の両方を考慮に入れたカンチレバーにおける1次元の振動方程式を導入し,この方程式に基づいた数値計算により、カンチレバー振動の振幅・位相から、Hertzモデルを複素弾性率に拡張し、1次元の弾性[N/m]と粘性[Ns/m]から弾性率と粘性係数を計算した。
次に、走査型プローブ顕微鏡(SPM)のカンチレバー探針を,試料に周期的に押込むときに,特に,探針が試料と接触・乖離を繰返す場合につき、カンチレバー運動に対する流体の抗力を考慮した高次の振動モードを含むカンチレバー運動方程式を解析的に解き,カンチレバー根元の押込み方向励振振動に対するSPMカンチレバー先端の振動振幅比,位相遅れと、試料の表面剛性,表面粘性との関係を導出し,粘弾性分布を定量的に評価する方法を構築した.これより,カンチレバーの位相差,振幅比と,試料の表面粘性,表面剛性の関係を示す粘弾性分布図を求めた.
これを基にして,生きた細胞の粘弾性特性を測定するためのソフトウエアを開発した.
これにもとづき・AFMからの測定データより,生きた細胞の粘弾性分布を測定するシステムの構築と,その有効性を検証した.

Research Products

• [Publications] T.Nitta, Y.Endo, H.Haga, K.Kawabata: "Microdomain Structure of Agar Gels Observed by Mechanical-Scanning Probe Microscopy"J.Electron.Microsc.. 52. 277-281 (2003)
• [Publications] K.Kawabata, Y.Sado, M.Nagayama, T.Nitta, K.Nemoto, Y.Koyama, H.Haga: "Visualization of Dynamic Organization of Cytoskeleton Gels in Living Cells by Hybrid-SPM"Chinese J.Polym.Sci.. 21. 169-174 (2003)