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2022 Fiscal Year Annual Research Report

先端分光手法によるラベルフリー温度生物学

Research Project

Project/Area Number 20H00125
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

井手口 拓郎  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (30735999)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords細胞内温度 / ラベルフリー計測
Outline of Annual Research Achievements

生命活動にとって温度は重要な役割を果たしていることが知られているが、細胞活動と細胞温度の関係には未解明な部分が多い。これまでの細胞温度計測は、局所温度に応じて強度や寿命が異なる蛍光温度プローブにより行われてきたが、蛍光プローブによる間接的な計測は細胞内の他の環境変化にも依存するため、温度計測の正確さに不定性が残る。本研究では、蛍光温度プローブを用いずにラベルフリーで細胞温度を計測する手法、および、熱拡散を可視化する計測手法を開発している。
細胞内の温度・熱拡散をラベルフリーで計測する赤外フォトサーマル光回折トモグラフィシステムを構築し、光加熱後の細胞内での熱拡散率の定量を行ったところ、水の熱拡散率に近い値が得られた。また、本手法を用いて光加熱による細胞内温度の変化を計測し、蛍光温度プローブによる計測との比較を行ったところ、双方で異なる時間変化が観測された。本手法による計測で得た温度変化は、計測した熱拡散率と矛盾しないことから、これらの結果は蛍光温度プローブの計測が温度を決める熱エネルギー以外の内部エネルギーの影響も受けている可能性を示唆する。
細胞内温度を定量するための別のアプローチとして自発ラマン散乱を用いたシステムの構築も行った。水を対象として計測システムの温度定量評価を実施したところ、数時間にわたる長時間計測の際にはシステム内の分光器の温度変動の影響などが認められた。これらの問題を解決する対策を講じ、より長期安定性のある温度計測システムを構築した。さらに、細胞を対象にする計測の際に問題となる蛍光スペクトルの除去を行う計測・解析手法を開発した。

上記以外のラベルフリー分光手法の開発も行い、特に、波長変換技術を用いた超高速タイムストレッチ赤外分光法の実証に成功した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (32 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 17 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Upconversion time-stretch infrared spectroscopy2023

    • Author(s)
      Hashimoto Kazuki、Nakamura Takuma、Kageyama Takahiro、Badarla Venkata Ramaiah、Shimada Hiroyuki、Horisaki Ryoich、Ideguchi Takuro
    • Journal Title

      Light: Science & Applications

      Volume: 12 Pages: 48

    • DOI

      10.1038/s41377-023-01096-4

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 次世代赤外分光2023

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Journal Title

      現代化学

      Volume: 622 Pages: 30-31

  • [Journal Article] 中赤外光熱ホログラフィック顕微鏡2022

    • Author(s)
      戸田圭一郎、玉光未侑、石金元気、井手口拓郎
    • Journal Title

      光学

      Volume: 51 Pages: 219-225

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] アダプティブダイナミックレンジシフト定量位相顕微鏡2022

    • Author(s)
      戸田圭一郎、玉光未侑、井手口拓郎
    • Journal Title

      光学

      Volume: 51 Pages: 265

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 赤外フォトサーマル定量位相顕微鏡2022

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Journal Title

      レーザー研究

      Volume: 50 Pages: 442-446

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Mid-infrared photothermal quantitative phase imaging with high signal-to-noise ratio2023

    • Author(s)
      Takuro Ideguchi
    • Organizer
      SPIE. Photonics West
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 中赤外フォトサーマル定量位相顕微鏡による単一生細胞イメージング2023

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Quantitative phase microscopy for simultaneous thermal conductivity and thermo-optic coefficient measurement2023

    • Author(s)
      N. K. Tanjaya, K. Toda, T. Ideguchi, S. Ishii
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 振動分光および顕微鏡における技術障壁の克服:新技術と応用の展開2023

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Organizer
      理化学研究所 光量子工学研究センター 第81回RAPセミナー
    • Invited
  • [Presentation] Time-Stretch Coherent Raman Scattering Spectroscopy Running at 50,000,000 Spectra/s2023

    • Author(s)
      Takuma Nakamura, Kazuki Hashimoto, Takuro Ideguchi
    • Organizer
      CLEO2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ideo-rate live-cell imaging with mid-infrared photothermal quantitative phase imaging (MIP-QPI)2023

    • Author(s)
      Takuro Ideguchi
    • Organizer
      Biomedical Raman Imaging
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] High-speed mid-infrared spectroscopy and microscopy with high signal-to-noise ratio2023

    • Author(s)
      Takuro Ideguchi
    • Organizer
      High-Resolution Molecular Spectroscopy (HRMS)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Advanced mid-infrared spectroscopy and microscopy2022

    • Author(s)
      Takuro Ideguchi
    • Organizer
      11th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Mid-Infrared Upconversion Time-Stretch Spectroscopy2022

    • Author(s)
      Kazuki Hashimoto, Takuma Nakamura, Takahiro Kageyama, Venkata Ramaiah Badarla, Hiroyuki Shimada, and Takuro Ideguchi
    • Organizer
      CLEO2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mid-Infrared Time-Stretch Optical Coherence Tomography2022

    • Author(s)
      Satoko Yagi, Kazuki Hashimoto, Takuma Nakamura, Shotaro Kawano, Venkata Ramaiah Badarla, Hiroyuki Shimada, and Takuro Ideguchi
    • Organizer
      CLEO2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mid-Infrared Photothermal Quantitative Phase Imaging (MIP-QPI)2022

    • Author(s)
      Takuro Ideguchi
    • Organizer
      CLEO2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 赤外フォトサーマル定量位相顕微鏡2022

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Organizer
      量子生命科学会第4回大会
    • Invited
  • [Presentation] High-speed mid-infrared spectroscopy and microscopy2022

    • Author(s)
      Takuro Ideguchi
    • Organizer
      Atoms, Molecules and Clusters in Motion conference (AMOC2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高速赤外分光および顕微鏡2022

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Organizer
      メンローシステムズ株式会社1周年記念ウェビナー
    • Invited
  • [Presentation] 超高速振動分光および顕微イメージング2022

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Organizer
      第3回レーザプロセシング先端技術と応用調査専門委員会
    • Invited
  • [Presentation] High-speed Live-cell Vibrational Imaging with a Mid-infrared Photothermal Quantitative Phase Microscope2022

    • Author(s)
      Genki Ishigane, Keiichiro Toda, Miu Tamamitsu, Hiroyuki Shimada, Takuro Ideguchi
    • Organizer
      CLEO Pacific Rim (CLEO-PR)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 中赤外フォトサーマル定量位相顕微鏡によるビデオレート生細胞分子振動イメージング2022

    • Author(s)
      石金 元気、戸田 圭一郎、玉光 未侑、島田 紘行、井手口 拓郎
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 単一生細胞計測に向けたFTIR分光器の開発2022

    • Author(s)
      影山 豪大、橋本 和樹、中村 卓磨、石金 元気、島田 紘行、井手口 拓郎
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] サブピコ秒から数ナノ秒時間遅延領域における超短パルスレーザー加工の時間分解複素透過率イメージング2022

    • Author(s)
      川野 将太郎、戸田 圭一郎、櫻井 治之、小西 邦昭、井手口 拓郎
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 中赤外OCTに向けた広帯域差周波発生光源2022

    • Author(s)
      八木 智子、中村 卓磨、井手口 拓郎
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 先端光技術を用いた中赤外分光および顕微鏡2022

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Organizer
      第2回創発研究交流会
    • Invited
  • [Presentation] High-speed mid-infrared spectroscopy and microscopy2022

    • Author(s)
      Takuro Ideguchi
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
    • Invited
  • [Presentation] Time-Resolved Complex Optical-Field Imaging of Laser Ablation Dynamics2022

    • Author(s)
      Shotaro Kawano, Keiichiro Toda, Haruyuki Sakurai, Kuniaki Konishi, Takuro Ideguchi
    • Organizer
      IEEE Photonics Conference (IPC)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの 時間分解複素振幅イメージング2022

    • Author(s)
      川野 将太郎、戸田 圭一郎、櫻井 治之、小西 邦昭、井手口 拓郎
    • Organizer
      第7回フォトニクスワークショップ
  • [Presentation] 中赤外フォトサーマル定量位相顕微鏡2022

    • Author(s)
      井手口拓郎
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Invited
  • [Remarks] 光の波長変換を活用した超高速赤外分光法を開発 ――より多く、より速く、分子振動情報を収集する

    • URL

      https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/info/8320/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 画像生成装置、画像生成方法およびプログラム2022

    • Inventor(s)
      井手口拓郎、堀崎遼一、上條叡、藏田力丸、戸田圭一郎、石金元気
    • Industrial Property Rights Holder
      井手口拓郎、堀崎遼一、上條叡、藏田力丸、戸田圭一郎、石金元気
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2022-199721

URL: 

Published: 2023-12-25  

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