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高速イオン伝導顕微鏡による生細胞界面のナノスケール物理動態の可視化

研究課題

研究課題/領域番号 17H04818
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 応用物理学一般
研究機関金沢大学

研究代表者

渡邉 信嗣  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (70455864)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
24,830千円 (直接経費: 19,100千円、間接経費: 5,730千円)
2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2017年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
キーワードプローブ顕微鏡 / ナノピペット / ナノポア / 生細胞イメージング / イオン伝導顕微鏡 / 表面電荷 / 生細胞 / 生体膜 / ピペット / 電気伝導計測 / イオン電流 / 細胞 / ラフト / 走査プローブ顕微鏡 / 物理計測・制御
研究成果の概要

本研究の目的は、生細胞表層に生じるナノスケールの物理動態を可視化可能な走査プローブ顕微鏡技術を開発することである。細胞表層を低侵襲で計測するために、ナノピペットをプローブとして利用する走査型イオン伝導顕微鏡の基本性能を飛躍的に向上させることで目的達成を目指した。高速スキャナの開発とその制振制御、高解像プローブの信号雑音比の改善、イオン伝導計測の安定性を向上する技術をなどの開発によって、細胞表層のナノ構造形状動態を数秒/画面程度で計測できるようになり、時空間分解能は類似技術の中で世界最高を達成した。更に、細胞表層の形状動態と同時に局所弾性率、局所表面電荷を高速に計測する技術の開発に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生物の境界の世界である、細胞表層で生じている様々な物理動態を計測する技術は、生命現象を理解ための重要な計測技術となるに違いない。本研究は、細胞表層のナノ形状動態の可視化技術や、ナノ物性の動態を計測する技術の開発を推進し、従来計測技術の性能を大きく向上した。これによって、従来は捉えることが不可能だった細胞表層の生命現象を計測できる可能性を大きく広げた。

報告書

(4件)
  • 2020 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (50件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (44件) (うち国際学会 16件、 招待講演 7件) 産業財産権 (3件)

  • [雑誌論文] Thermally driven approach to fill sub-10-nm pipettes with batch production2019

    • 著者名/発表者名
      L. Sun, K. Shigyou, T. Ando, S. Watanabe
    • 雑誌名

      Anal. Chem.

      巻: 91 号: 21 ページ: 14080-14084

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.9b03848

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of high-speed ion conductance microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe, S. Kitazawa, L. Sun, N. Kodera, T. Ando
    • 雑誌名

      Rev. Sci. Instrum.

      巻: 90 号: 12 ページ: 123704-123704

    • DOI

      10.1063/1.5118360

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-speed XYZ nanopositioner for scanning ion conductance microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe and T. Ando
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 111 号: 11 ページ: 113106-113106

    • DOI

      10.1063/1.4993296

    • NAID

      120006370925

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Sub-10nmナノピペットのTEM観察とその電気抵抗の理論解析2020

    • 著者名/発表者名
      執行 航希, Sun Linhao, 滝ヶ浦 尚平, 矢島 陸, 田嶋 将, 田岡 東, 宮澤 佳甫, 福間 剛士, 渡邉 信嗣, 安藤 敏夫
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ガラスナノピペットを用いた探針増強ラマン散乱2020

    • 著者名/発表者名
      矢島 陸, 執行 航希, 安藤 敏夫, 渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡による細胞表層物性のナノスケールマッピング2020

    • 著者名/発表者名
      Linhao Sun, 開発 秀星, 北澤 怜子, 芳坂 綾子, 渡辺信嗣
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高速SICMによる生細胞イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺信嗣
    • 学会等名
      学振167委員会 第91回研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡による生細胞のナノ計測2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺信嗣
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第75回学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-speed ion conductance microscopy for probing nanoscale surface properties of live cells2019

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      M&BE10
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡で計測する生細胞界面のナノスケールの物理挙動2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺信嗣
    • 学会等名
      第9回分子モーター討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ガラスナノピペットを用いた非標識単分子検出センサーの開発2019

    • 著者名/発表者名
      矢島 陸, 渡辺信嗣
    • 学会等名
      第9回分子モーター討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高速走査型イオン伝導顕微鏡による表面電荷イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      開発 秀星, 執行 航希, 安藤 敏夫, 渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 走査型イオン伝導顕微鏡による生細胞表面の機械的性質のマッピング2019

    • 著者名/発表者名
      北澤 怜子, Sun Linhao, 芳坂 綾子, 中山 隆宏, 紺野 宏記, 柴田 幹大, 渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Mapping of surface charge by high speed ion conductance microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      開発 秀星, 執行 航希, 安藤 敏夫, 渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Mapping of mechanical property on live cell surface by scanning ion conductance microscope2019

    • 著者名/発表者名
      北澤 怜子, Sun Linhao, 芳坂 綾子, 中山 隆宏, 紺野 宏記, 柴田 幹大, 渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡による生細胞表層のナノスケール物性マッピング2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺信嗣
    • 学会等名
      2019年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Morphological Dynamics and Mechanics of Drug-Stimulated Living Cell Visualized by High Speed Scanning Ion Conductance Microscope (HS-SICM)2019

    • 著者名/発表者名
      L. Sun, S. Kitazawa, S. Watanabe
    • 学会等名
      33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanoscale visualization of live cell surface by high-speed ion conductance microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      Joint USBI-NanoLSI workshop
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of nanomechanical responses of living cell surface captured by high-speed ion conductance microscope2019

    • 著者名/発表者名
      S. Kaihatsu, K. Shigyou, T. Ando, S. Watanabe
    • 学会等名
      ICSPM27
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of surface charge difference of lipid bilayers on mica substrate by scanning ion conductance microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      S. Kitazawa, L. Sun, A. Housaka, T. Watanabe-Nakayama, H. Konno, S. Watanabe
    • 学会等名
      ICSPM27
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modulated 1/f^a Noise Behavior by Bias Voltage and Concentration Gradient in Conically Shaped Quartz Nanopipettes2019

    • 著者名/発表者名
      Linhao Sun, Kazuki shigyou, Toshio Ando, Shinji Watanabe
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡による脂質膜のナノ計測2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺 信嗣, 開発 秀星, 北澤 怜子, 田嶋 将, Sun Linhao, 芳坂 綾子, 執行 航希, 安藤 敏夫
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡の開発2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺信嗣
    • 学会等名
      M&BE分科会6月研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] バイオ物質をリアルタイムで観察する!2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺信嗣
    • 学会等名
      新潟大学振興会技術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of nanoscale mapping of surface charge density of lipid membranes by high-speed ion conductance microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      開発 秀星、執行 航希、安藤 敏夫、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Observation of Morphological Changes in Nanostructures on Live Cell Surfaces by High Speed Ion Conductance Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      北澤 怜子、芳坂 綾子、中山 隆宏、紺野 宏記、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡による細胞表面のナノ構造体の形態変化の観察2018

    • 著者名/発表者名
      北澤 怜子、芳坂 綾子、中山 隆宏、紺野 宏記、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 走査型イオン伝導顕微鏡による脂質膜の表面電荷密度の高速検出2018

    • 著者名/発表者名
      開発 秀星、執行 航希、安藤 敏夫、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Nanoscale Mapping of Surface Charge Density of Lipid Membranes by Scanning Ion Conductance Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      S. Kaihatsu、K. Shigyo、T. Ando、S. Watanabe
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 走査型イオン伝導顕微鏡による脂質膜の表面電荷密度の高速検出2018

    • 著者名/発表者名
      開発 秀星、執行 航希、安藤 敏夫、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第ACSIN-14 & ICSPM26
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Morphological Changes in Nanostructures on Living Cell Surface Captured by High-Speed Ion Conductance Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      S. Kitazawa, A. Housaka, T. W. Nakayama, H. Konno, S. Watanabe
    • 学会等名
      第ACSIN-14 & ICSPM26
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization and Characterization of Biological Mebrane Structures using High-Speed Ion Conductance Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      The 2nd NanoLSI International Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploring 1/f noise behavior of ion current in a single channel of conically shaped pipette filled with electrolyte solution2018

    • 著者名/発表者名
      Linhao Sun, Kazuki Shigyo, Shohei Takigaura, and Shinji Watanabe
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] カーボンナノチューブを利用したSICMプローブの作成2018

    • 著者名/発表者名
      執行 航希、Yao Yun-Chiao、Noy Alexsandr
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] イオン伝導顕微鏡による生細胞表面の観察2018

    • 著者名/発表者名
      北澤怜子、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      日本生物物理学会中部支部講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 走査型プローブ顕微鏡の時間分解能向上に向けた水平走査制御手法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      開発秀星、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      日本生物物理学会中部支部講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] High-speed Ion Conductance Microscope2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      The 1st NanoLSI International Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ガラスピペットを用いたナノ解像顕微鏡の開発2017

    • 著者名/発表者名
      渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第8回ライフサイエンス研究交流セミナー
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Improvements in Fundamental Performance of Scanning Ion Conductance Microscope for Visualizing Morphological Changes in Biological Samples with Nanoscale2017

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡による液中ナノイメージング技術とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      渡辺 信嗣
    • 学会等名
      日本表面科学会中部支部研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of High-Speed Ion Conductance Microscopy for Visualizing Morphological Changes in Biological Samples with Nanoscale Resolution2017

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      SFS2017 International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-speed ion conductance microscopy for visualizing morphological changes in biological samples with nanoscale resolution2017

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      International Symposium on Atomic Force Microscopy at Solid-Liquid Interfaces
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Controlling Inner Diameter of Nanopipette Tip for High-Resolution Ion Conductance Microscope2017

    • 著者名/発表者名
      Shohei Takigaura, Azuma Taoka, Yousuke Kikuchi, Keisuke Miyazawa, Takeshi Fukuma, and Shinji Watanabe
    • 学会等名
      International Symposium on Atomic Force Microscopy at Solid-Liquid Interfaces
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel approach for making electrical contact of pipettes for high spatial resolution scanning ion conductance microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Linhao Sun, and Shinji Watanabe
    • 学会等名
      International Symposium on Atomic Force Microscopy at Solid-Liquid Interfaces
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡の開発とその応用展開2017

    • 著者名/発表者名
      渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第13回固体イオニクスセミナー
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高解像イオン伝導顕微鏡のためのナノピペットの先端形状制御2017

    • 著者名/発表者名
      滝ヶ浦尚平、田岡東、菊池洋輔、宮澤佳甫、福間剛士、Linhao Sun、渡辺信嗣
    • 学会等名
      2017年第64回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Nanoscale imaging of biological samples using high-speed ion conductance microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      ゆらぎと構造の協奏 第4回領域研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] SICM用プローブの製造方法及びSICM用プローブ2018

    • 発明者名
      滝ヶ浦尚平,渡辺信嗣
    • 権利者名
      滝ヶ浦尚平,渡辺信嗣
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-033897
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 表面計測方法、イオン伝導顕微鏡およびプローブ2017

    • 発明者名
      渡辺信嗣,安藤敏夫
    • 権利者名
      渡辺信嗣,安藤敏夫
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-172666
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 液体充填方法、SICM用プローブの製造方法、SICM用プローブ及び SICM2017

    • 発明者名
      Sun Linhao,執行航希,渡辺信嗣,安藤敏夫
    • 権利者名
      Sun Linhao,執行航希,渡辺信嗣,安藤敏夫
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-245642
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2025-01-30  

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