| 研究課題/領域番号 |
21K15053
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分43040:生物物理学関連
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 (2023)
大阪大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
外間 進悟 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 助教 (00757635)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | カーボン量子ドット / 細胞 / 温度 / ナノダイヤモンド / 温度計測 / 炭化ケイ素ナノ粒子 / 化学修飾 / 電子線照射 / NVセンタ / 量子センサ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞内には熱力学法則に反する異常に高い温度勾配が形成されていることが知られているが、そのような高い温度勾配が形成される要因については明らかにされていない。申請者はこれまでに、ナノ量子センサーを利用し、細胞内の熱伝導率が水より著しく低くまた大きなばらつきを有することを明らかにした。また、それが細胞内温度勾配形成に寄与している可能性を突き止めた。本研究ではこれまでの実験手法をさらに発展させ、我々が報告した著しく低い熱伝導率や、大きなばらつきを与える要因を明らかにすることを目的とする。本研究によって、細胞の熱恒常性維持機構の一端が解明され、温度生物学に新たな知見を与える。
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| 研究成果の概要 |
カーボン量子ドット（CQD）は従来の重金属を含む量子ドットに代わる毒性の低い量子ドットとして近年注目されている。本研究では、新規All-optical細胞温度センサとしてAnthraquinone derivativesを骨格とするCQDの開発を行った。研究の結果、合成に使用するアントラキノンの構造を変化させることにより、蛍光強度、レシオ、寿命温度計など、さまざまなタイプの温度計して機能させることに成功した。CQDと蛍光寿命イメージング技術を組み合わせることにより、細胞内の蛍光寿命マッピングに成功し、CQDの細胞温度計としての可能性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまで細胞内の温度計測結果にはプローブに内在する問題から疑義（高周波磁場による細胞温度への干渉・細胞環境への好ましくない応答）があった。この問題を解決するCQD温度センサーはこれまでのセンサーに取って代わる可能性を秘めており有用性が高い。また本研究結果により、細胞内局所に形成される異常な高温は真に生命現象に由来するものか、あるいはプローブの特性に由来するアーティファクトか、という生物学的な重要な問いに対する答えを得られる可能性があり大きなインパクトを持つと考える。合成が容易であることから、様々な研究者が研究に取り入れることが可能であり、波及効果が大きい。
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