2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Contactless and Label-free Measurement of Membrane Potential Using Dual-Comb Spectroscopy
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21K19913
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
高成 広起 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (70723253)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江本 顕雄 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任准教授 (80509662)
吉井 一倫 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任准教授 (90582627)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | デュアルコム干渉計 / 細胞膜電位 / 活動電位 / 非標識測定 / 非標識イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞や心筋細胞は活動電位を生じることで、組織における様々な生理学的機能を担う。このような細胞の電気的活動を観察・計測することは、細胞や組織の正常な生理学あるいは病態生理を理解する上で非常に重要である。現状ではガラス電極を用いたパッチクランプ法や、膜電位感受性の蛍光色素を用いた活動電位イメージングなどが行われているが、いずれも生体に直接応用することができない。本研究では、活動電位が生じる際に細胞膜を挟んで細胞内外に電場が生じ、「電場が細胞膜の光学特性をわずかに変化させている」という仮説を設け、この細胞膜の微弱な光学特性の変化をデュアルコム干渉計によって精密かつ高速に取得できるかを検証するための原理検証実験を行った。細胞膜を模して、厚さ0.5 mmのカバーガラスの両面にインジウム・スズ・酸素（ITO）薄膜を電子ビーム蒸着し、ITO薄膜間に電圧を印加できるようにした。このITOガラスに光周波数コムを透過させ、別経路で参照用の光周波数コムと合波させて干渉波形を取得した。ITO薄膜間に電圧を0, 3, 10 Vで印加した状態で干渉波形を記録し、これらを高速フーリエ変換して干渉波の強度と位相を算出した。この結果、ITO薄膜間に電圧を印加すると、特定の周波数領域で干渉波の強度が変化し、また電位依存的に干渉波の位相が変化することが確認された。電位依存性の位相変化は、将来的に活動電位の電位情報を取得できる可能性を示唆するものであった。
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| Remarks |
研究成果の一部をWebジャーナルという形で公開しました。
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