DDSナノ微粒子薬物キャリア分光計測のための非線形共焦点顕微鏡システムの開発

• 研究課題/領域番号: 19H02107
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 江上 力 静岡大学, 工学部, 教授 (70262798)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: レーザー顕微 / 微粒子 / 非線形光学 / レーザ顕微鏡 / ナノ微粒子 / レーザー顕微鏡

研究開始時の研究の概要

従来のタイムラプスイメージング技術とも全く異なる発想のもと，ナノ微粒子構造解析のための、新たな3次元顕微分光機械システムを開発する．被測定DDSナノ微粒子（リポソームや高分子NP)に静的に備わる光学的な非線形分極にタグ機能を持たせ，タグからの非線形散乱信号を偏光干渉系や光波混合光学系によって高空間分解能にて三次元検出する。これにより、蛍光プローブが不要なラベルフリー微粒子顕微計測技術を提案する．

研究実績の概要

本研究では，リポソームや高分子NPなどのDDS(Drug Delivery System)微粒子の表面・内部のナノ構造や薬理特性を解析するために，ベクトリアルな偏光干渉系と光波混合光学系を用いた新たな非線形レーザ顕微鏡を開発し，保存溶液やマトリックス中で分光測定可能な超解像タイムラプスイメージング法を提案する．被測定微粒子に静的に備わる光学的な非線形分極にタグ機能を持たせ，これをDDSの3次元計測に利用する，当方独自のラベルフリー顕微計測技術の開発が目的である．具体的には，超解像レーザ顕微光学系の設計・構築と特性評価および，３次元構造解析のための高CTF（Contrast Transfer Function）実現が主課題となる．昨年予定していた共焦点顕微鏡へのベクトリアル光波混合光学系の導入とベクトリアル偏光干渉光学系の導入で、最終年度である今年度も予定していた発振線を有する，複数のレーザ光源を結果購入できなかったため、別途当初予定とは異なる波長分散領域にある、他の発振線の光源を調達し、三次の非線形感受率のテンソル性及びベクトリアル性の分光計測を行った．本研究課題申請時の研究目標には至らなかったが、狙った波長帯とは異なる領域で，光波混合による三次の非線形感受率のテンソル分布及びテンソルに依存したベクトリアル性を３次元で分光計測することができ，同技術の将来的な可能性を示唆することができた．加えて、微粒子標準化試料であるナノルーラーを用いて、同顕微鏡のナノ空間領域での均一性評価を行い、検出系の収差をほぼ取り除いた，均一画像の生成にも成功した．漸く得られた成果を当該分野で有名な欧州の論文誌に投稿し，現在審査中である．

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Degenerate Four Wave Mixing in Phycoerythrin Dye Doped Nanoparticles (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Tsuchiya and Chikara Egami
  • 雑誌名: Int. J of Opt. 巻: 5568693
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DDS Nanoparticle Imaging with Polarization Interferometric Nonlinear Confocal Microscope (2019)
  • 著者名/発表者名: Chikara Egami
  • 雑誌名: Proc. Imaging and Applied Optics Congress 2019 巻: 5
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-contrast-resolution polymeric particle imaging with degenerate four-wave mixing confocal microscope (2019)
  • 著者名/発表者名: Chikara Egami and Naoya Matsunaga
  • 雑誌名: Proc. ANNIC 2019 巻: ID: 29 ページ: 120-120
  • 査読あり
• [学会発表] 四光波混合光学系による位相共役光を用いたナノ有機物構造体計測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 八野 泰斗、江上 力
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] High-contrast-resolution imaging of nanostructured organic materials with nonlinear confocal microscope (2023)
  • 著者名/発表者名: Chikara Egami
  • 学会等名: NANOP2023
  • 国際学会
• [学会発表] 偏光干渉非線形共焦点顕微鏡を用いたDDS微粒子解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大野 裕貴、江上 力
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 偏光干渉非線形共焦点顕微鏡を用いたDDS微粒子解析の実証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大野 裕貴、江上 力
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 偏光干渉非線形共焦点顕微鏡によるDDS微粒子計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 牧野 滉平，江上 力
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 四光波混合系を用いたフィコエリトリンドープ微小球による位相共役光発生 (2019)
  • 著者名/発表者名: 土屋 朋己，江上 力
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会