Anisotropic magnetic field effect imaging microspectroscopy: a technique to search cells for magnetic compass ability

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H03005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Woodward Jonathan 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (80526054)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 磁気受容 / ラジカル反応 / 磁場効果 / 蛍光顕微鏡 / スピン化学

Outline of Final Research Achievements

This project involved the development of a new microscope for observing anisotropic effects of magnetic fields on photochemical reactions in microscopic samples. The target is biological systems (at the cellular level) to provide insights into the way magnetic fields can influence biological processes (with a focus on both the magnetic compass ability of animals and the possible effects of magnetic fields on human health).
The completed microscope was applied in two main areas: 1) the first direct observation of magnetic field effects on native cellular autofluorescence. 2) Development of constrained radical pair systems built from fluorophores of high brightness. These allow for detailed model investigations into anisotropic magnetic field responses for comparison with theoretical predictions and enable investigations of electron spin effects in single radical pairs and the development of biological sensors that exploit magnetic field responses to report on local environments.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

人間を含む全ての動物が、自然環境に存在する弱い磁場の影響を受ける可能性を理解することは、人類にとって重要な問題である。それは、人間と動物の感覚に関する根本的な疑問と、弱い磁場が健康に及ぼす潜在的な影響に直接関係するからである。
本研究では、リアルタイムイメージングにより、磁場が生きているネイティブな状態の細胞に影響を及ぼしているという最初の直接的な証拠を提供している。これは、本研究分野において総論的な理解へ一歩前進させる重要な実験的観測を意味する。
本報告書では、当該分野の研究者に向けて、生体系における磁場感受性光化学プロセスの検出と応用方法の新しいアプローチについて説明している。