2021 Fiscal Year Annual Research Report
量子センサを用いた光熱マイクロバブルの実時間３次元温度測定
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19K15422
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
西村 勇姿 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 博士研究員 (00824434)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 蛍光ナノダイヤモンド / 光検出磁気共鳴 / 温度計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在の食品および医療分野において，アレルギー検査やDNA検査の迅速かつ簡便な検査方法が求められている．液中の物質を集合化するフォトサーマルフルイディクス技術は光で濃縮することにより反応時間を劇的に短縮することができるため，これらの問題を解決する重要なツールとて近年盛んに研究が行われている．申請者はこれまで光誘起バブルによるタンパク質などの濃縮やDNAハイブリダイゼーションの光加速によってこの新しい分野を切り拓いてきたが，マイクロ領域で発生する対流現象などの熱流体力学的機構は未だ解明されていない．この複雑な現象を記述する上で最も基本的なパラメータは温度であることから，本研究では電子スピン共鳴による温度イメージング技術を用いて光熱対流発生時の温度場を正確に計測し，得られた温度分布情報をもとに熱対流やバブル発生機構の解明を行うのが目的である．
我々はこれまでに，独自に構築した共焦点光学顕微鏡にマイクロ波照射系を組み合わせた光検出電子スピン共鳴（ODMR）装置を用いて蛍光ナノダイヤモンドの量子センシングを行ってきた．昨年度はCCDカメラにより得られた蛍光画像から電子スピン共鳴を検出することも同時に可能にするシステムの開発に取り組んだが，最終年度は開発したシステムをバイオ応用へと発展させた．蛍光ナノダイヤモンドをマウスの脂肪組織由来幹細胞へ導入し，ステージトップインキュベータにより培地の温度を変化させながら細胞内温度測定を試みた．結果として，細胞内温度変化は培地の温度変化よりも小さいということが明らかとなった．本技術は，これまで不明であった培養期間中の幹細胞温度の計測が可能となることから，再生医療や幹細胞移植治療における幹細胞評価の新たな診断ツールになり得ると期待される．
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