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

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555016
• 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, 大学院・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) ; 紙仲 伸征 九州松下電器(株), デバイス部門担当, 取締役(研究職)
• キーワード: 低コヒーレンス光干渉 / 生体膜 / 相転移検出 / リン脂質二重層 / ラット腸間膜 / in vivo機能計測 / 光コヒーレンストモグラフィ

研究概要

我々が試作したプロトタイプの機能計測装置を用いて、生体膜の相転移に及ぼす環境因子の影響を詳細に検討し、リン脂質の膜構造と相転移の関連を明らかにして、in vivo生体膜計測の基礎データを得た。さらに、膜周辺組織の断層光イメージングおよび血流分布計測を試みた。
(1)まず、人工生体膜(DPPC)にエタノールを添加したとき、エタノール濃度40mg/mlでは副転移が消滅することを見い出した。これはリン脂質が二重層から指組層に変化することによる。
(2)DPPCに界面活性剤(パルミチン酸)を添加したとき、濃度>25mg/mlでは正常な相転移は完全に消滅することを明らかにした。これはリン脂質が界面活性剤の影響下でミセル構造に変化するためである。
(3)一方、ラット腸間膜をエタノールや界面活性剤(SDS等)溶液に浸した場合には、正常な主・副転移が検出できる。これは膜に含まれる蛋白質やコラーゲンがリン脂質二重層の膜構造の変化を阻害することによる。
(4)in vivo計測に向けて、ハロゲンランプを光源とする白色干渉計を用いて、ラット腸間膜単体の光コヒーレンストモグラフィ(OCT)を取得した。空間分解能は1.3μmである。
(5)腸間膜周辺の血流分布計測を行うために、OCT検出系・信号処理系の改良している。
以上の試作研究を通じて、生体膜のin vivo機能計測のための新たな提案と技術展開を図り、プロトタイプの計測装置を試作した。引き続いて、生理学分野で活用できる実用装置の開発を行う予定である。

研究成果

• [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"Proc.SPIE, Progress in Biomed.Opt.& Imaging. Vol.3915. 188-193 (2000)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "Calcium detection of human hair and nail by the nanosecond time-gated spectroscopy of laser-ablation plume"Proc.SPIE, Progress in Biomed.Opt.& Imaging. Vol.3917. 87-92 (2000)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "Optical reflection imaging for display of 2-D refractive index distribution along the geometrical thickness"OSA Biomed.Topical Meetings, Tech.Dig.. MB5. 194-196 (2000)
• [文献書誌] Masato Ohmi: "Nanosecond time-gated spectroscopy of laser-ablation plume of human hair to detect calcium for potential diagnoses"Optical Review. Vol.7,No.4. 353-357 (2000)
• [文献書誌] Koji Yoden: "An approach to optical reflection tomography along the geometrical thickness"Optical Review. Vol.7,No.5. 402-405 (2000)
• [文献書誌] Hideki Maruyama: "Simultaneous measurement of refractive index and thickness by low coherence interferometry considering chromatic dispersion of index"Optical Review. Vol.7,No.5. 468-472 (2000)
• [文献書誌] Masato Ohmi: "In vitro simultaneous measurement of refractive index and thickness by low coherence interferometry"IEEE Trans.Biomed.Eng.. Vol.47,No.9. 1266-1270 (2000)
• [文献書誌] Shogo Inoue: "Ultra low coherence interferometry for determination of refractive index and thickness of transparent plate"14th Int'l Conf.Opt.Fiber Sensors (OFS-14). P2-21. 468-471 (2000)
• [文献書誌] Masato Ohmi: "Optical reflection imaging along the geometrical thickness by combination of coherence-gate and confocal imagings"14th Int'l Conf.Opt.Fiber Sensors (OFS-14). Th1-3. 288-291 (2000)
• [文献書誌] 春名正光: "光コヒーレンストモグラフィ(OCT)-原理と開発の現状-"臨床消化器内科. Vol.16,No.1. 131-133 (2001)
• [文献書誌] 春名正光: "生体のマイクロ光診断と実サイズ光トモグラフィ"O plus E. Vol.23,No.1. 86-89 (2001)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "In situ tomographic observation of tissue surface during laser ablation"Proc.SPIE, Progress in Biomed.Opt.& Imaging. Vol.4257(to be published). (2001)
• [文献書誌] Masato Ohmi: "Optical reflection tomography along the geometrical thickness"Proc.SPIE, Progress in Biomed.Opt.& Imaging. Vol.4251(to be publishied). (2001)
• [文献書誌] Ryuh Konoshita: "Measurement of calcium of biological tissues along the depth by laser ablation"Conf.Lasers & Electro-Optics (CLEO/PR2001). (to be publishied). (2001)
• [文献書誌] Masato Ohmi: "Optical reflection tomography along the geometrical thickness toward in vivo imaging of biological tissue"Conf.Lasers & Electro-Optics (CLEO/PR2001). (to be publishied). (2001)