Establishment of single biomolecule NMR observation method using fluorescent diamond

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01838
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28040:Nanobioscience-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Harada Yoshie 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (10202269)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ダイヤモンド

Outline of Final Research Achievements

The electron spin of the nitrogen vacancy center (NVC) existing inside the fluorescent nanodiamond (FND) has two quantum states of ms = 0 and degenerate ms = ± 1, and the magnetic resonance between these quantum states. The frequency (D) changes with temperature. That is, the temperature around the FND can be known by measuring the value of D with the optical-detected magnetic resonance microscope we have developed. In this study, we developed a method to measure the absolute temperature inside cells by utilizing the property that the temperature measurement ability of FND is not affected by the surrounding environment.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

温度は、生体機能の維持や細胞内反応を包括的に制御している最も基本的な物理量である。細胞の機能を深く理解するためには、細胞内の生体分子の振る舞いやそれを支配する温度の解明が不可欠である。これまでに、温度感受性のポリマーや蛍光タンパク質、蛍光色素を用いて、細胞内の温度を計測する研究が行われてきた。しかし、いずれの方法も、温度の時間変化や墓所による温度の違いなどの検出には有効であるが、絶対温度を計測することは非常に困難であった。今回FNDが周囲の環境にロバストである性質を利用して絶対温度を計測することができるようになったことで、細胞機能への温度の影響を明らかにする研究の進展が期待できる。