An imaging technique for deep biological observation using 3D fluorescence imaging with quantum dot and adaptive deep light illumination

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04663
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: MATOBA OSAMU 神戸大学, 次世代光散乱イメージング科学研究センター, 教授 (20282593)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 湯川 博 名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任教授 (30634646) ; 玉田 洋介 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (50579290)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: 生体深部イメージング / 量子ドット / 蛍光イメージング

Outline of Final Research Achievements

In this research, we aim to selectively excite fluorescent quantum dots and fluorescent proteins introduced inside living organisms and to improve the degraded image of fluorescent proteins by using the information of fluorescence degradation by quantum dots. In quantum dot development, we have succeeded in developing a new quantum dot with an 800 nm fluorescence emission center that has excellent biocompatibility with low toxicity, high sensitivity, stability, lightfastness, and near-infrared emission properties. In order to obtain fluorescence scattered point spread function from quantum dots, the scattered fluorescence image of quantum dots, common-path fluorescence digital holography, light-field microscopy with deep learning, and transport of intensity equation based fluorescence light wave measurement system were constructed. We obtained useful results.

Free Research Field

応用光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

蛍光性量子ドットを生体内部の輝点情報として散乱特性を計測する手法は学術的及び光学的に利用価値のある方法であると考える。特に無機材料であるため，明るい輝点情報が得られるため深部観察に有用な方法となる。本研究で開発した量子ドットは近赤外の波長域で蛍光を発するため散乱や吸収係数も比較的小さく，生体組織の自家蛍光の影響も少ない特徴がある。開発した照明方法では，量子ドット周辺の細胞の照明も期待できる。また，散乱で劣化した蛍光画像の回復も可能であり，有用な成果が得られている。