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フェムト秒レーザー誘起衝撃波による単一細胞の操作とナノ粒子導入法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16651067
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 ナノ材料・ナノバイオサイエンス
研究機関大阪大学

研究代表者

増原 宏  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029551)

研究分担者 開 裕司 (開 祐司)  京都大学, 再生医科学研究所, 教授 (40144498)
研究期間 (年度) 2004 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2006年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2004年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
キーワードフェムト秒レーザー / レーザー誘起衝撃波 / 動物細胞 / 単一細胞操作 / マイクロマニピュレーション / 細胞外マトリックス / キャビテーションバブル / 金ナノ粒子 / 微粒子導入
研究概要

高強度フェムト秒レーザーを細胞培養液に集光したときに生じる衝撃波の実験で得られた知見をもとに、細胞へのマイクロ粒子・糖鎖・緑色蛍光蛋白質のDNAプラスミドの導入をおこない、細胞外物質の細胞への導入を可視化することに成功した。さらに、衝撃波を利用した新しい細胞および微粒子の操作方法を確立した。
1)マイクロ粒子の細胞内への導入
細胞膜とマイクロ微粒子を個別の蛍光色素で染色し、フェムト秒レーザー照射前後の様子を共焦点顕微鏡により、蛍光微粒子の導入を直接的に観察することに成功した。導入の成功確立は10%以下とまだまだ低いが、衝撃波により特定の細胞に選択的にマイクロ微粒子が注入できることが示された。
2)糖鎖およびDNAプラスミドの細胞内への導入
細胞膜にフェムト秒レーザーを直接照射し、そこで衝撃波およびキャビテーションバブルを発生させることにより、細胞外の糖鎖およびDNAプラスミドを細胞内に導入することに成功した。細胞膜および細胞核膜は予想以上に堅牢であり、これらの膜に直接的に衝撃波が発生する強度のレーザーを照射することで初めて取り込みが起こることを明らかにした。またDNAプラスミドの導入においては、細胞膜にレーザー照射後、細胞核膜にレーザーを照射したときのみその発現がおこることが示された。このような実験は3次元的な局所領域に衝撃波が発生されることができるフェムト秒レーザーにより初めて明示されたものであり、今後細胞内での遺伝子の発現過程がより明らかになることが期待できる。
3)フェムト秒レーザー誘起衝撃波を利用した細胞およびマイクロ微粒子の操作
フェムト秒レーザーの集光点をガルバノミラーで走査し、マイクロ微粒子の周囲に衝撃波を発生させることにより、その斥力でマイクロ微粒子を捕捉することに成功した。この方法によりμNオーダーの力を微粒子に印加することができ、レーザートラッピングでは捕捉できない大きな微粒子は細胞を補捉するための技術確立に至った。

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2007 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (10件) 図書 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Realignment Process of Actin Stress Fibers in Single Living Cells Studied by Focused Femtosecond Laser Irradiation2007

    • 著者名/発表者名
      Ryohei Yasukuni, Jean-Alexis Spitz, Rachel Meallet-Renault, Takayuki Negishi, Takuji Tada, Yoichiroh Hosokawa, Tsuyoshi Asahi, Chisa Shukunami, Yuji Hiraki, Hiroshi Masuhara
    • 雑誌名

      Appl. Surf. Sci. (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Nondestructive Micro-Patterning of Proteinous Occlusion Bodies in Water by Femtosecond Laser-Induced Mechanical Force2007

    • 著者名/発表者名
      Yoichiroh Hosokawa, Takahiro Kaji, Chisa Shukunami, Yuji Hiraki, Eiji Kotani, Hajime Mori, Hiroshi Masuhara
    • 雑誌名

      Biomedical Microdev (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Spatial Light Modulating and Multi-trapping with a DMD2007

    • 著者名/発表者名
      Yuqiang Jiang, Yong Wang, Yoshikata Matsumoto, Yoichiroh Hosokawa, Hiroshi Masuhara
    • 雑誌名

      Modern Phys. Lett. B (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Trapping and manipulation of a single micro-object in solution with femtosecond laser-induced mechanical force2007

    • 著者名/発表者名
      Yuqiang Jiang, Yoshitaka Matsumoto, Yoichiroh Hosokawa, Hiroshi Masuhara, Isamu Oh
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. Vol.90.No.6

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Fluorescence Evaluation of Antigen-Antibody Reactivity on Surface of Proteinaceous Occlusion Body : Toward Application in Reusable Protein Chip2006

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Y.Yoshikawa, Yoichiroh Hosokawa, Kenji Suzuki, Keiko Ikeda, Hajime Mori, Hiroshi Masuhara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 45

      ページ: 323-327

    • NAID

      210000060260

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 顕微鏡下に集光した高強度レーザーを用いた単一細胞の選別とスクリーニング2005

    • 著者名/発表者名
      細川陽一郎, 松本由多加, 山戸俊幸, 林克明, 大本剛, 王勇, 佐藤節哉, 増原宏
    • 雑誌名

      日本レーザー医学会誌 26

      ページ: 45-52

    • NAID

      10016916154

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] ソフトマテリアルのフェムト秒レーザー加工-レーザーアブレーションのメカニズムと加工への応用-2005

    • 著者名/発表者名
      細川陽一郎, 松本由多加, 山戸俊幸, 林克明, 大本剛, 王勇, 佐藤節哉, 増原宏
    • 雑誌名

      光アライアンス 26

      ページ: 45-52

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Nondestructive Isolation of Single Cultured Animal Cells by Femtosecond Laser-Induced Shockwave2004

    • 著者名/発表者名
      Yoichiroh Hosokawa, Jyun-ichi Takabayahsi, Shigenoi Miura, Chisa Shukunami, Yuji Hiraki, Hiroshi Masuhara
    • 雑誌名

      Applied Physics A : Materials Science & Processing 79・4-6

      ページ: 795-798

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 集光フェムト秒レーザー衝撃波を用いた単一細胞加工2004

    • 著者名/発表者名
      細川 陽一郎, 高林淳一, 宿南知佐, 開祐司, 増原宏
    • 雑誌名

      レーザー加工学会 11

      ページ: 190-192

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Non-destructive micro-patterning of protein crystals by focused femtosecond laser

    • 著者名/発表者名
      Yoichiroh Hosokawa, Takahiro Kaji, Yuji Hiraki, Hajime Mori, Hiroshi Masuhara
    • 雑誌名

      SPIE Proceeding (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] フェムト秒レーザーが可能とする細胞内加工とそのイメージング(バイオプロセスハンドブック(分担執筆))2007

    • 著者名/発表者名
      細川陽一郎, 安国良平, 増原宏
    • 出版者
      ブッカーズ (in press)
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] Nano Biophotonics : Science and Technology (第16章 : Single Cell Processing in Water Using Focused Femtosecond Laser-lnduced Shockwave and Cavitation Bubble)2007

    • 著者名/発表者名
      Yoichiroh Hosokawa, Hiroshi Masuhara, et al.
    • 総ページ数
      428
    • 出版者
      Elsevier
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] Nanoplasmonics : From Fundamentals to Applications2006

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Masuhra, Tsuyoshi Asahi, Hiroyuki Yoshikawa, et al.
    • 総ページ数
      316
    • 出版者
      Elsevier
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 微小粒子の配置方法2006

    • 発明者名
      細川 陽一郎, 増原 宏, 開 祐司, 南 知佐
    • 権利者名
      大阪大学, 京都大学
    • 産業財産権番号
      2005-089697
    • 出願年月日
      2006
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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