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単一細胞の非線形ナノ光学

研究課題

研究課題/領域番号 14205013
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用光学・量子光工学
研究機関大阪大学

研究代表者

藤田 克昌 (2004)  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80362664)

中村 收 (中村 収) (2002-2003)  大阪大学, 大学院・生命機能研究科, 教授 (90192674)

研究分担者 小山田 正人  京都府立医科大学, 大学院・医学研究科, 助教授 (30183255)
井上 康志  大阪大学, 大学院・生命機能研究科, 助教授 (60294047)
藤田 克昌  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80362664)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
41,470千円 (直接経費: 31,900千円、間接経費: 9,570千円)
2004年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2003年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
2002年度: 21,320千円 (直接経費: 16,400千円、間接経費: 4,920千円)
キーワード非線形光学効果 / レーザー顕微鏡 / 第2高調波発生 / コヒーレントアンチストークスラマン散乱 / HeLa細胞 / 心筋細胞 / 振動分光 / 超短パルスレーザー / 非線形光学 / フェムト秒レーザー / 近赤外 / マイクロレンズアレイ / 第2高調波 / 細胞
研究概要

本研究では、細胞を構成する生体分子と光との非線形相互作用を利用した計測制御技術の開発を行った。近赤外超短パルスレーザーを生体試料内に入射させると第2高調波発生(SHG)やコヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)等の非線形な光散乱を生体内で誘起でき、その波長や強度から細胞内の分子種の判別やタンパク質の配列構造を得ることができる。実際に超短パルスレーザーを光源としたSHG顕微鏡およびCARS顕微鏡を試作し、生きた細胞の観察を行った。SHG顕微鏡では、ラット培養心筋細胞内のミオシンからの特異的な第2高調波の発生を確認し、染色等の前処理を行うことなくミオシンの分布を示す顕微画像を得ることに成功した。また、HeLa細胞(ヒト子宮頸癌細胞)のからは、細胞分裂時に限り微小管から強い第2高調波が得られることが分かった。これは、細胞分裂時に形成される高密度のチューブリンが強い異方性を示し、高い効率で第2高調波が発生するためだと考えられる。また、時間ゲート第2高調波イメージング法を開発し、第2高調波の発生が入射レーザーと同時に起こることを利用したS/N比の向上に成功した。さらに、CARS顕微鏡の試作を行い、HeLa細胞の分光観察を行った。試料に入射させるレーザー光の振動数の差を脂質分子の伸縮振動の振動数に一致させ、HeLa細胞内の脂質分子の分布を得た。ラット培養心筋細胞をSHGおよびCARSを用いて行い、ミオシンおよび脂質分子の分布を得た。これらの結果から、非線形光学効果を利用すれば、これまで行われてきた蛍光染色法を用いなくても、生体分子を直接検出し、生体試料の顕微観察に応用できることが示された。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (9件) 図書 (3件) 産業財産権 (3件) 文献書誌 (3件)

  • [雑誌論文] 第2高調波顕微鏡による生体イメージング2005

    • 著者名/発表者名
      藤田克昌
    • 雑誌名

      分光研究 54巻・1号

      ページ: 13-17

    • NAID

      10013816049

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Biological imaging by second-harmonic generation microscopy2005

    • 著者名/発表者名
      K.Fujita
    • 雑誌名

      Journal of the Spectroscopical Society of Japan Vol.54, No.1

      ページ: 13-17

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 【□!×】第2高調波顕微鏡による生体イメージング2005

    • 著者名/発表者名
      藤田克昌
    • 雑誌名

      分光研究 54巻・1号

      ページ: 13-17

    • NAID

      10013816049

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 第二高調波顕微鏡2004

    • 著者名/発表者名
      藤田克昌
    • 雑誌名

      光学 33巻・12号

      ページ: 715-717

    • NAID

      10014211356

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Second-harmonic generation microscopy2004

    • 著者名/発表者名
      K.Fujita
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Optics Vol.33, No.12

      ページ: 715-717

    • NAID

      10014211356

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Multiphoton excitation-evoked chromophore-assisted laser inactivation using green fluorescent protein

    • 著者名/発表者名
      T.Tanabe, M.Oyamada, K.Fujita, P.Dai, H.Tanaka, T.Takamatsu
    • 雑誌名

      Nature Method (accepted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Time-gated imaging for multifocus second-harmonic generation microscopy

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi, K.Fujita, O.Nakamura, S.Kawata
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments (accepted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Multiphoton excitation-evoked chromophore-assisted laser inactivation using green fluorescent protein

    • 著者名/発表者名
      T.Tanabe, M.Oyamada, K.Fujita, P.Dai, H.Tanaka, T.Takamatsu
    • 雑誌名

      Nature Method (Accepted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Time-gated imaging for multifocus second-harmonic generation microscopy

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi, K.Fujita, O.Nakamura, S.Kawata
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments (Accepted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] Nonlinear optical imaging and stimulation of living cells, in Nanophotonics -Intengrating photochemistry, Optics and Nano/Bio Materials Studies - (H.Masuhara, S.Kawata Ed)2004

    • 著者名/発表者名
      K.Fujita, N.Smith, O.Nakamura (分担執筆)
    • 総ページ数
      473
    • 出版者
      Elsevier B.V., Amsterdam
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] Nonlinear optical imaging and stimulation of living cells, Nanophotonics -Intengrating photochemistry, Optics and Nano/Bio Materials Studies - (H.Masuhara and S.Kawata Ed.)2004

    • 著者名/発表者名
      K.Fujita, N.Smith, O.Nakamura
    • 総ページ数
      473
    • 出版者
      Elsevier B.V. in Amsterdam
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] Nonlinear optical imaging and stimulation of living cells, in Nanophotonics-Intengrating photochemistry, Optics and Nano/Bio Materials Studies (H.Masuhara, S.Kawata ED)2004

    • 著者名/発表者名
      K.Fujita, N.Smith, O.Nakamura(分担執筆)
    • 総ページ数
      473
    • 出版者
      Elsevier B.V., Amsterdam
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [産業財産権] 光学顕微鏡2005

    • 発明者名
      河田 聡, 藤田 克昌, 小林 実
    • 権利者名
      大阪大学, 大阪産業振興機構
    • 産業財産権番号
      2005-073972
    • 出願年月日
      2005-03-15
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 蛍光顕微鏡及び観察方法2004

    • 発明者名
      藤田 克昌, 中村 收, 他2名
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権番号
      2004-355483
    • 出願年月日
      2004-12-14
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 蛍光顕微鏡及び観察方法2004

    • 発明者名
      藤田克昌, 中村 收 他2名
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権番号
      2004-355483
    • 出願年月日
      2004-12-14
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 藤田 克昌, 中村 收: "リアルタイム非線形光学顕微鏡の開発と生物細胞の動的観察"レーザー研究. 31・6. 370-374 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kobayashi, K.Fujita, T.Kaneko, T.Takamatsu, O.Nakamura, S.Kawata: "Second-harmonic-generation microscope with a microlens array scanner"Optics Letters. 27.15. 1324-1326 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Goto, T.Nakagawa, 0.Nakamura, S.Kawata: "Transcutaneous photocoupler for transmission of biological signals"Optics Letters. 27.20. 1797-1799 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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