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ラマン分光を用いた非侵襲生細胞温度分布可視化法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19H02744
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34020:分析化学関連
研究機関青山学院大学 (2020-2022)
東京大学 (2019)

研究代表者

島田 林太郎  青山学院大学, 理工学部, 助教 (70548940)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2019年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
キーワードラマン分光 / 温度計測 / 多変量解析 / 分光画像計測
研究開始時の研究の概要

本研究は、生体分子そのものとレーザー光の相互作用により発生するラマン散乱光をもとに、プローブ分子などを用いず非侵襲的に細胞内物質の温度を直接計測する新たな細胞内部温度可視化手法の開発を行う。自家蛍光などの背景信号の強い生体試料においても正確かつ高速に温度分布計測が可能な測定法を確立し、もって多様な分子種が共存する複雑な化学環境である細胞内の化学反応場の理解に資することを目的とする。

研究成果の概要

本研究では、ラマン分光を基盤技術として用い、細胞内部の物質分布や温度分布を非染色で可視化する新しい分光顕微鏡の開発を目的として研究を行った。これまで細胞観察においてはほとんど利用されていなかった低波数スペクトル領域を高速に観測できる新規顕微イメージング装置を開発し、拡張された測定領域から得られたラマン信号を用いて細胞内のタンパク質、脂質、水などの分布を可視化可能なことを示した。さらに信号解析に係るノイズ低減処理法を開発し、温度計測や物質分布解析の精度向上を達成した。開発した装置を用いて、生細胞の温度分布イメージングを行い、細胞内部に温度の不均一性が存在することを示唆する結果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究ではラマン分光を基盤技術として用い、細胞内部の物質分布や温度分布を非染色で可視化する新しい分光顕微鏡の開発を目的として研究を行った。本研究で開発した装置は細胞内化学環境を侵襲することなく温度計測を行う新たな方法論を提供するものであり、細胞機能や細胞活性の評価に利用可能であると期待される。

報告書

(4件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Controlling Diradical Character of Photogenerated Colored Isomers of Phenoxyl-Imidazolyl Radical Complexes2022

    • 著者名/発表者名
      Nishijima Moe、Mutoh Katsuya、Shimada Rintaro、Sakamoto Akira、Abe Jiro
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 号: 37 ページ: 17186-17197

    • DOI

      10.1021/jacs.2c07562

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of intracellular lipid metabolism in brown adipocytes by time-lapse ultra-multiplex CARS microspectroscopy with an onstage incubator2021

    • 著者名/発表者名
      Takei Yuki、Hirai Rie、Fukuda Aya、Miyazaki Shinichi、Shimada Rintaro、Okamatsu-Ogura Yuko、Saito Masayuki、Leproux Philippe、Hisatake Koji、Kano Hideaki
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 155 号: 12 ページ: 125102-125102

    • DOI

      10.1063/5.0063250

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Parallelized shifted‐excitation Raman difference spectroscopy for fluorescence rejection in a temporary varying system2019

    • 著者名/発表者名
      Shimada Rintaro、Nakamura Takashi、Ozawa Takeaki
    • 雑誌名

      Journal of Biophotonics

      巻: 12 号: 12

    • DOI

      10.1002/jbio.201960028

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comprehensive modeling of bloodstain aging by multivariate Raman spectral resolution with kinetics2019

    • 著者名/発表者名
      Takamura Ayari、Watanabe Daisuke、Shimada Rintaro、Ozawa Takeaki
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 2 号: 1 ページ: 115-115

    • DOI

      10.1038/s42004-019-0217-1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Mining Raman Big Data with Independent Component Analysis Based Blind Source Separation Algorithm2023

    • 著者名/発表者名
      Rintaro Shimada
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] メカニカルストリークカメラを用いた顕微ラマン分光計による高速低波数ラマンイメージング2022

    • 著者名/発表者名
      島田 林太郎、坂本 章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 顕微ラマンイメージングを用いたメダカのウロコの構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      中川 瑳子, 島田 林太郎, 奈良 雅之, 坂本 章
    • 学会等名
      日本分光学会年次講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ラマンビッグデータの時代にむけて2022

    • 著者名/発表者名
      島田 林太郎
    • 学会等名
      日本分光学会年次講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 顕微ラマン分光イメージングのマルチプレックス化とその生細胞への応用2022

    • 著者名/発表者名
      柳沼 達也, 島田 林太郎, 坂本 章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] メカニカルストリークカメラを用いた 高速広帯域顕微ラマンイメージング2021

    • 著者名/発表者名
      島田 林太郎
    • 学会等名
      日本分光学会生細胞分光部会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 独立成分分析による多変量ラマン信号成分分解の検討2021

    • 著者名/発表者名
      島田 林太郎
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Mining Large Raman Spectroscopic Data Beyond the Shot Noise Limit2020

    • 著者名/発表者名
      Rintaro Shimada, Takeaki Ozawa
    • 学会等名
      Asian Spectroscopy Conference 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] メカニカルストリークカメラを用いた顕微ラマン分光計2020

    • 著者名/発表者名
      島田林太郎、小澤岳昌
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 大規模ラマンハイパースペクトルデータの生物応用にむけて2019

    • 著者名/発表者名
      島田林太郎,小澤岳昌
    • 学会等名
      分光学会生細胞分光部会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Raman Microscopy with a Mechanical Streak Camera2019

    • 著者名/発表者名
      Shimada, Rintaro; Chiu, Liang-da; Ozawa, Takeaki,
    • 学会等名
      International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy
    • 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] 分散安定化によるラマンハイパースペクトルデータの行列分解成分数の改善2019

    • 著者名/発表者名
      島田林太郎,小澤岳昌
    • 学会等名
      日本分析化学会第68年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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