Development of band-edge-defective near-infrared fluorescent quantum dots for deep biological temperature imaging measurement

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H03938
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 湯川 博 名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任教授 (30634646)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須賀 英隆 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (20569818) ; 亀山 達矢 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40646759)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 量子ドット / 温度計測 / 幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

細胞や生体での温度計測を考慮し、5℃～45℃の範囲において、周辺（水中）温度を横軸、QDs（AgInGaSe@ZnGaS）のバンド端発光に対する欠陥発光のピーク強度比を縦軸にとり、検量線を作成した。0.1K以上の精度が担保できない場合は、スペクトル面積で強度比をとることで精度向上を検討することができた。材料の安定性や耐久性については、1か月以上のQDsの安定性を確認するとともに、5℃～45℃の範囲において温度を上下させても物性、及び温度計測の精度に影響しないことを確認した。更に、細胞内で変化が想定されるpH変化による影響を受けないかも検証することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

量子ドット合成に成功し、着実に温度計測について実現できている。また、計測精度の向上も確認できている。更に、細胞内、生体内への計測についても着手できており、当初の計画に対して、概ね順調に進展していると判断できるため。

Strategy for Future Research Activity

臨床現場での正確な体温測定としては、肛門に体温計を挿入して直腸温（直腸の温度）を計測する。しかし、全身の生体内臓器の正確な計測は未だ実現されていない。そのため、QTISを直腸内に投与して温度計測を実施し、直腸温度計の結果と比較することで、生体内深部での計測信頼性を担保する。その後、QTISを主要な組織・臓器（脳、肺、肝臓、腎臓、脾臓など）に投与し、未だ実現されていない主要組織・臓器の温度計測に取り組む。なお、開腹すると体温変化が生じるため、最先端のIn vivo蛍光イメージングシステムであるIVIS Spectrum CT （PerkinElmer社製、設置済み）を用いて、開腹せずに生体深部からのNIR領域の蛍光強度を高感度に計測することで実現する。
また、生体は炎症により体温が上昇することが知られているが、各組織・臓器の炎症による正確な温度変化はほとんど明らかにされていない。そのため、既に研究代表者が実施経験のある肺、肝臓、脳における炎症モデルマウスを用いて、各組織・臓器の温度計測を実施する。そして、正常モデルマウスと比較することで、炎症状態と組織・臓器温度の相関関係について検証する。
更に、各炎症モデルマウスに投与され、生体内深部の炎症部位に集積したASCs温度計測を実現する。また、非炎症部位に集積したASCs温度と比較することで、未だ明らかになっていない炎症部位における幹細胞の細胞温度変化と機能発現への影響を検証する。