Microcavity laser oscillation inside single cell

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19038
• Research Institution: Kochi University of Technology
• Principal Investigator: 榎波 康文 高知工科大学, システム工学群, 教授 (90377474)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 末 信一朗 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (90206376)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 生体レーザ / 一分子観測 / 蛍光タンパク質 / マイクロ共振器

Outline of Annual Research Achievements

生体観測やイメージングのために緑色蛍光タンパク質（GFP）をはじめとする蛍光タンパク質が使用されてきたが蛍光顕微鏡下での回折限界から約200nm以下の領域の細胞を弁別することは困難であった。これを克服するために(1)量子ドット又は(2)プラズモンナノ粒子等を細胞内部に配置し生体のラベリングに用い主に蛍光顕微鏡下で解像度を向上させた観測が一般的である。しかしながら蛍光顕微鏡下での観測はその解像度にも限界があり量子ドットにおいてもその蛍光波長範囲は広く（100nm程度）、細胞内部を観測する際に細胞からの蛍光が重畳する。したがって、現在の方法ではその蛍光の解像度の飛躍的拡大、蛍光の定量的評価、安定性及び再現性において解決すべき多くの問題を有している。本研究においては我々の研究において実績のあるGFPを用い1細胞内部での生体レーザを発振させる。さらにこれらを光導波路内部に用いて高強度レーザ発振を実証する。これらにより発振レーザ幅を数nmとすることにより蛍光顕微鏡のよる手法に比べ100倍以上に弁別能力（解像度）を拡大しその長期安定的で定量的な評価を実現する。
本研究において細胞内部の(i)マイクロビーズ表面へのGFP配置や(ii)酵母や人細胞内部に存在する油脂球にGFPを取り込み、(iii)これらの微小球を外部レーザ波長488nmで励起することによりウィスパリングギャザリ-モードによるレーザ発振を行う。これにより生体レーザを1細胞内部で発振させ1細胞内部のラベリングを行い医学生物学への応用を実現する。さらにこれらの細胞を光導波路に混入することにより医学応用だけでなく農薬等の検出のためのバイオセンシングデバイス応用やそのファイバセンサネットワーク応用も行う。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

マイクロ共振器作製とその実験に時間を要した。

Strategy for Future Research Activity

マイクロ共振器作製及び初期実験を完了した。マイクロ共振器のレーザ発振に必要なパラメータ解析及びその作製を実施予定

Causes of Carryover

デバイス作製のために必要な微細加工装置の整備に予算が必要であるため