長波長帯波長可変超短パルスファイバレーザーを用いた多機能深部イメージング

• 研究領域: 共鳴誘導で革新するバイオイメージング
• 研究課題/領域番号: 18H04732
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 西澤 典彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30273288)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2019年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: バイオイメージング / 光断層計測 / 超短パルス / ファイバレーザー / 多光子顕微鏡 / 計測工学 / 光源技術 / ファイバレーザ-

研究実績の概要

1．1.7 um帯広帯域SC光源を用いた高深達光コヒーレンス顕微鏡(OCM)の開発と深部イメージング
Er添加ファイバレーザーの出力を増幅後，ファイバ中の誘導ラマン散乱を用いて波長1.7um帯に波長シフトをした高出力超短パルス光を生成した．更に，高非線形ファイバに結合してスペクトルを拡げ，全ファイバ型の波長1.7um帯広帯域SC光源を開発した．そして，開発したSC光源とおよび長波長帯用フォトダイオードアレイと回折格子を用いた広帯域分光器を開発し，同波長帯における高深達・高分解能な光コヒーレンス顕微鏡(OCM)を開発した．そして，マウス脳において～1.8mmまでの深部の高解像イメージングに成功し，神経細胞の高分解能なイメージングに成功した．
2．OCT/OCMと多光子顕微鏡を融合したマルチモーダル顕微鏡の開発
単一の長波長用高NAレンズを用いて，波長1.7umのSC光源を用いたOCMと，波長1.55umの超短パルスレーザーを用いた3光子励起蛍光顕微鏡を融合した，マルチモーダル顕微鏡を開発した．更に，開発した顕微鏡を用いて植物細胞の観測を行い，OCMの深部構造イメージと3光子顕微鏡の高解像イメージの比較を行った．OCMでは構造が，3光子顕微鏡では蛍光物質が観測できた．そして，二つのイメージングを結合することで，全体構造の中で，特定の場所に分布する蛍光物質を観測することができ，バイオイメージングに有効な情報を得ることができた．
3．研究の総括
研究結果の解析・検討を行った．そして，研究の総括を行った．

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] Signal-to-background ratio and lateral resolution in deep tissue imaging by optical coherence microscopy in the 1700 nm spectral band (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka Masahito、Hayakawa Naoki、Nishizawa Norihiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 16041-16041
  • DOI: 10.1038/s41598-019-52175-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-spatial-resolution deep tissue imaging with spectral-domain optical coherence microscopy in the 1700-nm spectral band (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka Masahito、Hayakawa Naoki、Nishizawa Norihiko
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Optics 巻: 24 号: 07 ページ: 070502-070502
  • DOI: 10.1117/1.jbo.24.7.070502
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wavelength Dependence of Ultrahigh-Resolution Optical Coherence Tomography Using Supercontinuum for Biomedical Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Nishizawa, Hiroyuki Kawagoe, Masahito Yamanaka, Miyoko atsushima, Kensaku Mori, Tsutomu Kawabe
  • 雑誌名: IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS 巻: 25 号: 1 ページ: 17957868-17957868
  • DOI: 10.1109/jstqe.2018.2854595
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 超広帯域スーパーコンティニューム光源の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西澤 典彦
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 47 ページ: 568-572
  • NAID: 130008074897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wavelength Tunable Narrow Linewidth Comb Using Soliton Self-frequency Shift and Spectral Compression Technique (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Ohta, L. Jin, Y. Sakakibara, E. Omoda, H. Kataura, and N. Nishizawa
  • 雑誌名: OSA Technical Digest 巻: SI ページ: STu4K.5-STu4K.5
  • DOI: 10.1364/cleo_si.2018.stu4k.5
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高分解能OCTのための超広帯域ファイバー レーザー光源 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西澤典彦、 川越寛之、 山中真仁
  • 雑誌名: フォトニクスニュース 巻: 4 ページ: 64-68
• [学会発表] Wavelength dependence of ultrahigh resolution optical coherence tomography using supercontinuum (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizawa, M. Yamanaka, H. Kawagoe, M. Matsushima, K. Mori, and T. Kawabe
  • 学会等名: SPIE Photonics West, BiOS2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 第3の生体窓波長帯による光干渉計測と多光子励起を利用したマルチモーダル顕微鏡の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 原田賢太郎，山中真仁，西澤典彦
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 1700 nm optical coherence microscopy with the reduced speckle noises for high resolution deep tissue imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Chen, M. Yamanaka, and N. Nishizawa
  • 学会等名: OSK-OSA-OSJ Joint Symposia in Optics and Photonics Congress 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 波長1700nm帯スーパーコンティニューム光源を用いたスペクトラルドメイン光コヒーレンス顕微鏡とそのイメージング特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山中真仁，西澤典彦
  • 学会等名: レーザー学会第538回研究会「ファイバレーザー技術」
• [学会発表] Near-infrared fluorescence imaging by using high nonlinear fluorescence responses of Er3+-doped nanoparticles under the excitation at 1520-1600 nm (2019)
  • 著者名/発表者名: Masahito Yamanaka, Yoshiki Akino, Hirohiko Niioka, Taichi Furukawa, Norihiko Nishizawa
  • 学会等名: SPIE PHOTONICS WEST, BIOS
  • 国際学会
• [学会発表] Near-infrared fluorescence imaging at 1000-nm wavelength region with Yb doped nanoparticles (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Akino, MasahitoYamanaka Hirohiko Niioka, Taichi Furukawa, Norihiko Nishizawa
  • 学会等名: SPIE PHOTONICS WEST, BIOS
  • 国際学会
• [学会発表] Wideband ultrashort pulse fiber lasers and their sensing applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Nishizawa, Jin Lei, Masahito Yamanaka
  • 学会等名: IoT-NAP2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CNTを用いた超短パルスファイバーレーザーコムの開発とバイオイメージングへの展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西澤 典彦
  • 学会等名: 第22回VBLシンポジウム (最先端理工学特論) 「光とナノ：ナノ材料と光の相互作用の理解と利用」
  • 招待講演
• [学会発表] 3D high-resolution spectral-domain optical coherence microscopy at 1700nm spectral band for deep tissue imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hayakawa, Masahito Yamanaka, Hiroyuki Kawagoe, Shuichi Makita, Yoshiaki Yasuno, Norihiko Nishizawa
  • 学会等名: The 7th Advanced Lasers and Photon Sources 2018(ALPS2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Y2O3:Yb粒子を用いた近赤外域蛍光発光イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋野 善紀、 山中 真仁、 新岡 宏彦、 古川 太一、 西澤 典彦
  • 学会等名: 第79回 応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] Y2O3:Yb粒子を用いた生体ファントムの深部赤外域蛍光イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋野 善紀、 山中 真仁、 新岡 宏彦、 古川 太一、 西澤 典彦
  • 学会等名: 平成30年度 レーザー学会 中部支部 若手研究発表会
• [学会発表] 生体深部観察に向けた波長1700nm帯高空間分解能光コヒーレンス顕微鏡 (2018)
  • 著者名/発表者名: 早川 直紀、山中 真仁、 西澤 典彦
  • 学会等名: レーザー学会 第525回研究会 「ファイバレーザー 技術」
• [備考] 名古屋大学電子工学専攻 西澤研究室
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/optelelab/index.html
• [備考] 名古屋大学大学院工学研究科電子工学専攻西澤研究室
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/optelelab/