2021 Fiscal Year Annual Research Report
Integrated thermophysical property analysis of live cells by photothermal microscopy
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18K03561
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| Research Institution | Wakayama University |
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Principal Investigator |
宮崎 淳 和歌山大学, システム工学部, 講師 (50467502)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光熱変換顕微鏡 / 生細胞イメージング / ミトコンドリア / ミクロ熱物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱は細胞にとって最も重要な物理量の一つであり、細胞が示す多様な機能と密接な関係がある。近年の研究から、細胞内というこれまで測定の対象とならなかった微小な空間では、古典的な熱力学からは説明のつかない温度分布を示すことが指摘されている。細胞の熱と機能との関係、及び細胞内の温度不均一の原因について理解するには、温度に加えて熱の伝わりやすさである熱拡散率の測定が重要である。
本研究では、細胞内で熱の生成に主要な役割をはたしているミトコンドリアを高感度・高空間分解能で光学的に可視化し、その近傍の熱拡散の大きさを計測するための光熱変換顕微鏡を作製した。具体的には、ミトコンドリアに含まれている色素タンパク質を対象に、光熱効果により発生する熱拡散の大きさを、入射光の光変調周波数から測定するシステムを構築した。作製したシステムを用いて生細胞イメージングを行ったところ、光熱変換顕微鏡ではミトコンドリアに加えて、それとは異なる器官も同時に検出されることが分かった。蛍光標識によるイメージから、その器官はリソソームであり、リソソームの信号強度は栄養状態など、細胞の環境に大きく依存することが分かった。さらに画像中のミトコンドリアとリソソームを識別するための画像解析法や計測法を検討した。
また生細胞中のミトコンドリアの形状は時々刻々と変化するため、ポンプ光の変調周波数を逐次的に変えながら信号強度の周波数特性を計測する手法では難しいことが分かった。そこで、複数の変調周波数における信号強度を同時に計測するシステムを作製した。一方、この測定法では信号強度が小さくなるため、信号雑音比をより向上させる必要があることが分かった。そこで、低雑音光検出器の製作や光学系の改良など、より高感度に計測するための工夫を行い、信号雑音比を向上させることに成功した。
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Research Products
(2 results)
