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半導体センシング技術を用いたインスリン放出の非標識定量イメージング法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26460294
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 生理学一般
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

櫻井 孝司  豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, 特任准教授 (50283362)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2015年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードインスリン / 抗体 / 光ファイバ / フォトマル
研究実績の概要

本研究では、膵β細胞からのインスリン放出を低侵襲・高時空間性能で計測する新規の定量イメージング手法を光半導体技術と分子生物学手法の融合で開発することを目的とした。26年度は、インスリンセンサのコア部を成す光化学イメージ素子の構築と計測原理確認、27年度は構築したセンサの時空間性能向上と性能検証を行った。
イメージ素子は数万画素(画素ピッチ約3.3ミクロン)の素線から成る光ファイバ束を採用した。素材は合成石英またはプラスチックで比較した。素子の片側端面に、抗インスリン抗体または酵素標識抗体を設置した。抗原抗体反応の確認は、酵素反応依存的に発生する微弱光をファイバで導波させた後、フォトマルチプライヤで検出することで実施した。抗体配置側のイメージ素子端面を含む反応チャンバ内へインスリン含有液を添加した後で、光量をフォトン数として計測したところ、抗原量に依存した増大を確認できたことで、計測原理が確認できた。次に増大したフォトン数の1分間での平均値とインスリン濃度から相関性を解析した結果、フォトマルチプライヤのノイズレベル(50 cpm)に相当する最小検出限界は10(-9)M以下だった。この最少検出限界は、イメージ素子の素材と長さで変化した。光ファイバ長を1000 mmとした場合、最小検出限界(感度)は、合成石英製がプラスチック製より3倍以上良好で、直径0.6ミリ角の計測エリアで、毎秒3フレーム以上、連続1時間以上計測を実施できた。プラスチック製ファイバ長を500 mm以下まで短縮したところ、検出感度を改善できた。また、画素数(5万本)と計測エリア(1ミリ)が向上でき、ファイバ製・多画素・短ファイバ長とすることで、広視野・高感度化への見通しが立った。以上の結果より、細胞外へ放出されたインスリンを検出する光化学イメージ素子の構築、原理確認ならびに計測が実証できた。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Plastic fiber optics for micro-imaging of fluorescence signals in living cells2015

    • 著者名/発表者名
      Sakurai T, Natsume M, Koida K
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 9328 ページ: 93281N-93281N

    • DOI

      10.1117/12.2076928

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Real-time monitoring of inhibitory effects on glutamate-induced neurotransmitter release using a potassium ion image sensor2015

    • 著者名/発表者名
      Kono A, Sakurai T, Hattori T, Okumura K, Ishida M & Sawada K
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc

      巻: 1649 ページ: 47-47

    • DOI

      10.1063/1.4913544

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Label Free Bio Image Sensor For Real Time Monitoring Of Potassium Ion Released From Hippocampal Slices2014

    • 著者名/発表者名
      Akiteru Kono, Takashi Sakurai, Toshiaki Hattori, Koichi Okumura, Ishida Makoto, Kazuaki Sawada
    • 雑誌名

      Sensor and Actuators B,Chemical, In Press, Accepted Manuscript, Available online 24 April 2014

      巻: in press ページ: 439-443

    • DOI

      10.1016/j.snb.2014.04.019

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] プラスチック光ファイババンドルを用いた細胞の蛍光イメージング2015

    • 著者名/発表者名
      櫻井孝司、鯉田孝和、夏目三男
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講習会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-15
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Plastic fiber optics for micro-imaging of fluorescence signals in living cells2015

    • 著者名/発表者名
      Sakurai T & Koida K
    • 学会等名
      Photonics West 2015
    • 発表場所
      米国サンフランシスコ
    • 年月日
      2015-02-07 – 2015-02-12
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 高密度広視野型バンドル光ファイバによる細胞機能解析2014

    • 著者名/発表者名
      櫻井孝司、鯉田孝和、夏目三男、秋山喬
    • 学会等名
      日本光学会(OPJ2014)
    • 発表場所
      筑波大学文京キャンパス
    • 年月日
      2014-11-05 – 2014-11-07
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 高密度型光ファイバ束による細胞応答イメージング2014

    • 著者名/発表者名
      櫻井孝司、鯉田孝和、夏目三男、秋山喬
    • 学会等名
      第23回日本バイオイメージング学会
    • 発表場所
      大阪大学銀杏会館
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-06
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2017-01-06  

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