低コヒーレンス光干渉を用いた生体膜の機能計測装置の試作

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555016
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 春名 正光 大阪大学, 医学部, 教授 (20029333)
• 研究分担者: 近江 雅人 大阪大学, 医学部, 助手 (60273645) ; 精山 明敏 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (70206605) ; 伊東 一良 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80113520) ; 紙中 伸征 九州松下電器株式会社, デバイス部門担当, 取締役
• キーワード: 低コヒーレンス光干渉 / 生体膜(腸間膜) / 屈折率測定 / 相転移検出 / in vivo機能計測

研究概要

本年度は、厚さ〜20μmの生体膜(ラット腸間膜)の屈折率と厚さ変化をそれぞれ10^<-3>および0.1μmの精度でin vivo測定できる手法の確立と装置化を目的に研究を進めた。
(1)これまでのスーパルミネッセントダイオード(SLD)に加えて、ハロゲンランプを光源とする超低コヒーレンス光干渉計に0.1μm微動ステージを組み入れた小型測定システムを構築した。
(2)上記の測定系で、干渉アームの波長分散補償を行うことにより、コヒーレンス長1.6μmを達成し、厚さ2μm以下の膜の光路長測定が可能となった。sつさ20μmであれば測定精度は<0.3%を確保でき、生体膜のin vivo測定に十分に利用できる見通しである。
(3)SLDを光源とする低コヒーレンス光干渉計を用いたラット腸間膜のin vivo測定では、温度による膜の相転移を、屈折率および膜の透過率変化として鮮明に検出することができた。
(4)主転移に加えて副転移を検出、さらにpHによる腸間膜の相転移温度のシフトを検証した。
(5)人工生体膜(DPPC)を用いて同様の実験を行い、ラット腸間膜の主成分がリン脂質であることを確認した。なお、リン脂質が二重層であるか否かを決定するにはさらなる検討を要する。
(6)また、SLDを用いた低コヒーレンス干渉計の信号光アームに倒立顕微鏡を装着し、ラット腸間膜のin vivo測定を準備している。

研究成果

• [文献書誌] Shogo Inoue: "A low coherence interferometer system for simultaneous measurement of refractive index and thickness ranging 20 μm to a few millimeters"13th Int'l Conf. Optical Fiber Sensors (OFS-13). Tu4-6. 124-127 (1999)
• [文献書誌] 近江 雅人: "低コヒーレンス光干渉による生体組織の屈折率と厚さ測定"医用電子と生体工学. Vol.37,No.1. 78-84 (1999)
• [文献書誌] Hideki Maruyama: "A practical measurement system for determination of refractive index and thickness using the low coherence interometry"1999 Int'l Conf. Opt. Eng. for Sensing and Nanotech. (ICOSN'99). proc.SPIE,Vol.3740. 26-29 (1999)
• [文献書誌] Mitsuo Nakmura: "Time-gated spectroscopic study of laser-ablation plume of biological tissue"The 3rd Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/PR'99). Tech. Digest Vol.1. 45-46 (1999)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "Low coherence interferometry for simultaneous measurement of refractive index and thickness"The 3rd Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/PR'99). Tech. Digest Vol.1. 64-65 (1999)
• [文献書誌] 井上 将吾: "超低コヒーレンス光干渉による膜の屈折率と厚さ同時測定"応用物理学会・光波センシング技術研究会. LST24-14. 87-94 (1999)
• [文献書誌] 春名 正光: "医療分野における光断層画像:低コヒーレンス光干渉による断層像検出を中心として"O plus E. Vol.21,No.7. 800-808 (1999)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "Calcium detection of human hair and nail by the nanosecond time-gated spectroscopy of laser-ablation plume"SPIE International Conf. BIOS 2000 (Biomedical Optics). Paper3917-14. 128-128 (1999)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "Detection of phase transition of a biological membrane by precise refractive-index measurement based on the low coherence interferometry"SPIE International Conf.BIOS 2000 (Biomedical Optics). Paper3915-25. 108-108 (1999)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "Optical reflection imaging for display of 2-D refractive index distribution along the geometrical thickness"OSA Biomedical Topical Meeting. Paper MB5(to be presented). (1999)