2019 Fiscal Year Annual Research Report
Super-resolution live-cell imaging of cell-attached nanointerface using LSPR sheets
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19H05627
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
玉田 薫 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (80357483)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 晃一 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50467453)
居城 邦治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (90221762)
須川 晃資 日本大学, 理工学部, 准教授 (40580204)
木戸秋 悟 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10336018)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 局在プラズモン共鳴 / ライブセルイメージング / 超解像度 / ナノ粒子 / メタマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
課題１：超解像度超高速ライブイメージング用局在プラズモンシートの作製
さらに安定で且つ強力な光電場形成を目指し、ナノロッドおよびナノディスクの合成と二次元化に着手した。ナノロッドを局在プラズモンシートに応用し高い蛍光増強効果を得るためには、高密度に配向した二次元自己組織化構造を形成する必要がある。今回DNAブラシを用い垂直配向させた金ナノロッド層の表面から非特異吸着した過剰のロッドを取り除き、観察基板に適した高品質の基板の作製に成功した。また更なる電場増強効果と共鳴波長の短波長化を狙い、金ナノロッドを銀で被覆した四角柱粒子の合成に着手した。さらに光誘起成長法を改変した独自の合成法により、銀ナノプリズムの厚みを10nmに固定しながら辺長（サイズ）を自在に制御することに成功した。これら新規に合成した異形微粒子の二次元構造の特徴をFDTD計算によって明らかにした。
課題２：細胞接着ナノ界面の創製と分子ダイナミクスの直接イメージング
電動倒立顕微鏡・顕微鏡用培養システムを設置し、長時間のライブセルイメージングに対応可能な全反射蛍光顕微鏡システムを構築した。この顕微鏡を用いて、球形ナノ粒子からなる自己組織化シート上でライブセルイメージングを行い、動画における空間的解像度を定量的に評価した結果、深さ方向の高い解像度に加えて、面内方向においても回折限界に迫る高解像度が得られることが明らかになった。さらにプラズモンー励起子結合による発光効率の向上により、観察中の光退色を大きく抑制できることがわかった。細胞の動きを誘発するために線維芽細胞増殖因子(FGF)の投与を行ったが、これによる大きな効果は得られなかった。加えて令和３年度より本格開始するメカノバイオロジー研究の予備検討を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度実施予定の課題１および課題２について、順調に進行している。微粒子シートを用いたライブセルイメージングにおいて、深さ方向（世界最薄：~20nm）だけではなく、面内解像度においても数ピクセル（65nm/pixel）レベルの構造を可視化できたことは予想外の成果であった。この理由についてメタ表面の特徴から考察を加え、論文としてまとめる。プラズモンー励起子結合による発光効率の向上により、観察中の光退色を大きく抑制できることがわかったことも予想外の成果であった。局在プラズモンシートのこの性質は、今後ライブセルイメージングを進めるにあたり大きな強みになる。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題１：超解像度超高速ライブイメージング用局在プラズモンシートの作製
次年度は、より強い電場増強効果を期待して、Edgeの丸いナノロッドに代わり、Edgeの尖ったナノ四角柱あるいはナノプリズムの合成と自己組織化を試みる。単層で大面積（数mm四方）の均一膜を作製できるかどうかがイメージングに進むための重要な要件であるが、これについて、気液界面を使った手法に合わせて、DNAを使った手法、液液界面を使った手法など多方面から検討を進める。実際に化学合成したナノ構造体は、尖った構造とは言ってもEdge部分に数ナノ～数十ナノメートル程度の曲率を持ち、大きさ・形状・配列等に揺らぎを持っている。電磁気計算では、これら曲率や構造揺らぎを考慮することによって、より実験結果に使い厳密な計算法の確立を目指す。
課題２：細胞接着ナノ界面の創製と分子ダイナミクスの直接観察
ライブセルイメージの面内解像度の更なる向上のため、超解像解析システムを顕微鏡に増設する。新規ナノ四角柱あるいはナノプリズムを用いた局在プラズモンシートでの観察実験は、超解像度システムと多波長光源を併用して実行する。また細胞ダイナミクスを故意に「誘発」する手法として、前年度化学刺激（FGF添加）を試みたが、刺激前後に大きな違いを見つけることができなかったため、本年度はゲルによる表面修飾なども取り入れて、より大きな細胞の動きと、それとともに生じる細胞接着界面での分子ダイナミクスを高感度に検出する方法を考案したい。
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Research Products
(26 results)
