2022 Fiscal Year Annual Research Report
Nanometric cell stimulation with focused electron beam irradiation
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20H02654
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
川田 善正 静岡大学, その他部局等, 理事 (70221900)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石飛 秀和 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (20372633)
居波 渉 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30542815)
井上 康志 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (60294047)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 細胞刺激 / 電子線照射 / 光学顕微鏡 / 電子顕微鏡 / ナノバイオテクノロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生きた生物細胞に電子線を直接照射し、ナノメートルスケールの局所領域に電気的刺激を与え細胞反応の活性化制御および細胞に電子を直接供給し還元反応を人為的に誘発し細胞機能を制御する全く新しい細胞の刺激・制御法を開発することを目的とした。細胞は外部からのさまざまな刺激に応答し機能を発現・制御しているため、ナノスケールの局所的な刺激を与えることができれば、細胞の発生、代謝、信号伝達などの生命現象をイオンチャンネルレベルで解析することが可能となる。本研究では、薄膜で真空と大気圧を分離することにより、薄膜を通して集束電子線を生きた生物試料に直接照射する。集束電子線を用いているため、照射領域を生物試料上の数 nmから数10 nmに制限することができ、直接電気的な刺激を非接触で与えることが可能となると期待できる。電子線の電流量、加速電圧、集束スポットの大きさなどに対する基礎特性を体系化し、生細胞の機能解明に資する全く新しい細胞刺激・制御法を確立することを検討した。今年度は、昨年度までに開発した電子線照射のための基礎システムを用いて、実際に大腸菌、HeLa細胞などに電子線を照射し、その特性を評価した。大腸菌に電子線を照射すると、大腸菌の細胞分裂が抑制され、大きく伸長することが確認できた。これは電子線の照射量により変化し、照射量が大きすぎると、伸長が抑制されることを確認した。また、HeLa細胞では電子線照射により、細胞内カルシウムイオン濃度が一時的に上昇し、その後通常の値まで回復することを確認した。カルシウムイオン濃度向上のメカニズムについて検討を行った。さらに、より高精度に電子線の照射位置を制御するため、ピエゾ装置をシステムに導入することに検討し、5nm以下の分解能で位置制御可能であることを検証した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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