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2022 Fiscal Year Annual Research Report

蛍光ナノダイヤモンドを用いた細胞内局所pH計測のための量子センシング技術の開発

Research Project

Project/Area Number 21K20507
Research InstitutionNational Institutes for Quantum Science and Technology

Principal Investigator

柳 瑶美  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 (90911280)

Project Period (FY) 2021-08-30 – 2023-03-31
KeywordsNVセンター / 全光学的 / バイオイメージング / in cells / in vivo / ex vivo
Outline of Annual Research Achievements

近年、細胞内の局所的なpHの変化が生命現象に重要な役割を果たすことが示唆されているが、その実証には生細胞中の局所pHをin situで観測しなければならない。本研究ではナノメートルオーダーの空間分解能で物理・化学パラメータの検出が可能な窒素-空孔中心(NVC)を有する蛍光ナノダイヤモンド(FND)を用いて細胞内局所pHを計測するための技術の確立を目指している。生細胞への適用にあたり、(1)低侵襲な顕微鏡システム(計測系)と、(2)pH応答性やターゲッティングの妨げとなる非特異吸着を抑えたFND試料(導入系)の開発を計画した。
(1)については、オールオプティカルのT1強調ODMRイメージング技術の開発を行い、FND選択的なイメージングに成功した。また本手法を生細胞、線虫、海馬スライスに適用し、シグナルバックグラウンド比の飛躍的向上が達成された。更に、この技術にインターバルタイムの掃引を組み込むことで、T1変化を定量可能な顕微鏡イメージングの系を構築し、これにより、FNDを用いて周辺微小環境の化学種の変化を検出可能であることを実証した。
(2)については、FNDを細胞内に導入する際、タンパク質などが非特異吸着してpH応答性が損なわれること、ターゲッティングが困難なことが大きなボトルネックとなっていたため、生体親和性が高く非特異吸着が生じにくいだけでなく、官能基の電荷状態の変化によりpH応答性が見込める脂質をコーティング材料するFND試料の開発を実施した。これと並行して、従来よりも一桁サイズの小さいナノダイヤモンドを用いたpH計測を実現するために、爆轟法ナノダイヤモンドの調整法の開発も実施した。

  • Research Products

    (5 results)

All 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] ETH Zurich(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      ETH Zurich
  • [Journal Article] A simple and soft chemical deaggregation method producing single-digit detonation nanodiamonds2022

    • Author(s)
      Terada Daiki、So Frederick Tze Kit、Hattendorf Bodo、Yanagi Tamami、Osawa Eiji、Mizuochi Norikazu、Shirakawa Masahiro、Igarashi Ryuji、Segawa Takuya Fabian
    • Journal Title

      Nanoscale Advances

      Volume: 4 Pages: 2268~2277

    • DOI

      10.1039/D1NA00556A

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ナノダイヤモンドNVを用いた生体の温度/pH計測2022

    • Author(s)
      五十嵐 龍治 , 神長 輝一 , 柳 瑶美
    • Journal Title

      まぐね

      Volume: 17 Pages: 286~291

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光検出装置及び蛍光検出方法2022

    • Inventor(s)
      五十嵐 龍治 , 柳 瑶美 , 神長 輝一
    • Industrial Property Rights Holder
      QST
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2022/ 24793
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光検出装置及び蛍光検出方法2022

    • Inventor(s)
      五十嵐 龍治 , 柳 瑶美 , 神長 輝一
    • Industrial Property Rights Holder
      QST
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2022/24792
    • Overseas

URL: 

Published: 2023-12-25  

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