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2017 年度 実施状況報告書

ナノ光ファイバニードルによる超高感度ラマン散乱検出と一細胞機能計測

研究課題

研究課題/領域番号 16K13646
研究機関大阪市立大学

研究代表者

藤原 正澄  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 講師 (30540190)

研究分担者 湯川 博  名古屋大学, 工学研究科, 特任准教授 (30634646)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードナノ光デバイス / 生体計測 / 再生医療
研究実績の概要

本研究は幹細胞の分化やがん化などに繋がる細胞の動態をリアルタイムで安定的かつ超高感度にプローブ可能な、ナノ光ファイバニードル型超高感度ラマン散乱計測技術を開発する事を目的とする。先鋭化した光ファイバ先端からラマン散乱を観測する光ファイバ検出法は開発されてきたが、検出効率は顕微鏡ラマン測定より大幅に低く、実用的ではなかった。本研究では、申請者らが独自に開発したナノデバイスであるナノ光ファイバを、ニードル形状に加工して利用し、従来型ファイバラマン検出を凌駕する感度を実現する。これを幹細胞に挿入し、細胞内でのラマン信号を超高感度に検出する。本提案は、臓器内の単一細胞診断などの革新的バイオ医療分析手法につながるセンシング手法である。
この目的のために、今年度は①細胞挿入に適したナノ光ファイバ作成のためのファイバ作製装置、および、作製条件の決定を行った。また、ラマン散乱以外にも蛍光センシングプローブとしての優位性を検討するために、②細胞への蛍光性ナノダイヤモンドの導入について取り組んだ。 ①に関しては、細胞挿入に必要な剛性を実現するために可動型酸水素バーナーの導入を行い、光ファイバ延伸中にもバーナーによる加熱領域を自在に制御可能なモーションシステムの構築を行った。昨年度の異動によって水素ガスボンベの使用が難しくなり、ガスクロ用の水素発生器を使用する方法を試みた結果、これまでと同様の安定した水素火炎が実現できることを確認した。この可動式ガスバーナーを用いて光ファイバの延伸にも成功した。現在、最適形状プロファイルの実現に向けて引き続き延伸パラメータの最適化を行っている。②に関しては、マウス脂肪由来の幹細胞内に蛍光性ナノダイヤモンドを安定的に導入する手法を確立し、細胞内で蛍光ナノダイヤが示す光検出スピン共鳴の観測に世界で初めて成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

年度当初の計画通り、ナノ光ファイバの作製が可能なファイバ延伸システムを実現した。細胞への挿入実験は未達であり、次年度の達成目標となる。一方、幹細胞への蛍光ナノダイヤモンドの導入に成功し、光検出スピン共鳴の観測に世界で初めて成功するなどの大きな進展が見られた。

今後の研究の推進方策

可動型酸水素バーナーによるナノ光ファイバの作製が可能となり、最適なナノ光ファイバプロファイルの条件決定をさらに行う。また、分担者と行っている細胞実験に関して、蛍光ナノダイヤモンドを細胞に導入する実験に関して、成果を取りまとめ論文化、および、関連技術の特許化を行う。

次年度使用額が生じた理由

H29年度は、可動型酸水素バーナーを導入し、ナノ光ファイバの試作を行った。一定のレベルのナノ光ファイバ形状まで実現したものの、精密加工の条件決定に更なる時間が必要な事が判明した。一方、分担者と行っている細胞実験に関しても、光標識ナノ粒子を細胞に導入する実験に関して大きな進展があったため、追実験、および、論文化を行う事になった。それらの費用を確保したため、次年度使用額が生じている。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件) 備考 (2件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] Humboldt University of Berlin/Institute of Physics/Prof. Oliver Benson(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Humboldt University of Berlin/Institute of Physics/Prof. Oliver Benson
  • [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology/RLE/Prof. Dirk Englund(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Massachusetts Institute of Technology/RLE/Prof. Dirk Englund
  • [国際共同研究] University of Copenhagen/Niels Bohr Institute/Prof. Tim Schroeder(デンマーク)

    • 国名
      デンマーク
    • 外国機関名
      University of Copenhagen/Niels Bohr Institute/Prof. Tim Schroeder
  • [雑誌論文] Surface and bulk carrier recombination dynamics of rutile type TiO2 powder as revealed by sub-ns time-resolved diffuse reflection spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Miyasato, Haruyuki Sato, Toshihiro Yano, Masazumi Fujiwara, Hideki Hashimoto
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 358 ページ: 452-458

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2017.10.054

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fiber-Coupled Diamond Micro-Waveguides toward an Efficient Quantum Interface for Spin Defect Centers2017

    • 著者名/発表者名
      Masazumi Fujiwara, Oliver Neitzke, Tim Schroder, Andreas W. Schell, Janik Wolters, Jiabao Zheng, Sara Mouradian, Mohamed Almoktar, Shigeki Takeuchi, Dirk Englund, and Oliver Benson
    • 雑誌名

      ACS OMEGA

      巻: 2 ページ: 7194-7202

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b01223

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 紅色光合成細菌Rsp. rubrum G9+とフコキサンチンを用いた 再構成LH1複合体のポリマーによる安定化2018

    • 著者名/発表者名
      行平奈央、佐藤大樹、藤原正澄、伊波匡彦、 Alastair T. Gardiner、Richard J. Cogdell、橋本秀樹
    • 学会等名
      第1回公開シンポジウム
  • [学会発表] 窒素欠陥中心を用いたナノダイヤモンドのブラウン運動計測2018

    • 著者名/発表者名
      藤原 正澄、鹿野 豊、塚原隆太、鹿田真一、橋本 秀樹
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Reconstruction of various carotenoids into the LH1 complex from a purple photosynthetic bacterium Rsp. rubrum2018

    • 著者名/発表者名
      Nao Yukihira, Masazumi Fujiwara , Alastair T. Gardiner, Richard J. Cogdell and Hideki Hashimoto
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会(2018)
  • [学会発表] Spin defect centers in nanostructured diamonds for applications in quantum optics and quantum sensing2017

    • 著者名/発表者名
      M. Fujiwara, O. Neitzke, T. Schroder, S. Takeuchi, D. Englund, and O. Benson,
    • 学会等名
      Spin TECH IX International school and conference 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Reconstruction of an algal carotenoid fucoxanthin into the LH1 complex from a purple photosynthetic bacterium2017

    • 著者名/発表者名
      Nao Yukihira, Yuko Sugai, Masazumi Fujiwara, Daisuke Kosumi, Kazuhiko Sakaguchi, Shigeo Katsumura, Alastair T. Gardiner, Richard J. Cogdell, Hideki Hashimoto
    • 学会等名
      The 18th Symposium on Carotenoids
    • 国際学会
  • [学会発表] 紅色光合成細菌 の LH1 複合体と カロテノイド を用いた再構成2017

    • 著者名/発表者名
      行平奈央、須貝祐子、藤原正澄、Alastair T. Gardiner、Richard J. Cogdell、橋本秀樹
    • 学会等名
      2017年度先端錯体工学研究会(SPACC)年会
  • [学会発表] Nanodiamond nitrogen vacancy centres for quantum sensing applications2017

    • 著者名/発表者名
      Masazumi Fujiwara, Ryuta Tsukahara, Yoshihiko Sera, Shinichi Shikata and Hideki Hashimoto
    • 学会等名
      28th International Conference on Diamond and Carbon Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] フェムト秒誘導ラマン分光による カロテノイドS*状態の起源の検証2017

    • 著者名/発表者名
      菊池肖子、藤原正澄、浦上千藍紗、橋本秀樹、吉澤雅幸
    • 学会等名
      第31回カロテノイド研究談話会
  • [学会発表] 紅色光合成細菌Rsp. rubrum G9+とフコキサンチンを用いた再構成LH1複合体のポリマーによる安定化2017

    • 著者名/発表者名
      行平奈央、佐藤大樹、藤原正澄、伊波匡彦、Alastair T. Gardiner、Richard J. Cogdell、 橋本秀樹
    • 学会等名
      第31回カロテノイド研究談話会
  • [学会発表] ファイバ結合マイクロダイヤモンド導波路の極低温冷却とNV 中心からの発光検出2017

    • 著者名/発表者名
      藤原正澄、Oliver Neitzke、Tim Schroder、竹内繁樹、Dirk Englund、and Oilver Benson
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [学会発表] 光耐久性の高いペンタセン-ビラジカル誘導体の励起状態ダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      清水章皓、行平奈央、佐藤大樹、藤原正澄、橋本秀樹、手木芳男
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業 第7回CSJ化学フェスタ2017
  • [学会発表] ナノダイヤモンドNV中心のスピンコヒーレンス時間への表面酸化処理の影響2017

    • 著者名/発表者名
      塚原隆太、藤原正澄、世良佳彦、橋本秀樹、鹿田真一
    • 学会等名
      第31回ダイヤモンドシンポジウム
  • [学会発表] pH変化に対するナノダイヤモンドNV中心の電子スピン特性変化2017

    • 著者名/発表者名
      藤原正澄、塚原隆太、鹿田真一、橋本秀樹
    • 学会等名
      第31回ダイヤモンドシンポジウム
  • [学会発表] Stabilization of the fucoxanthin Reconstituted into the light-harvesting 1 complex from a purple photosynthetic bacterium Rhodospirillum rubrum G9+2017

    • 著者名/発表者名
      Nao Yukihira, Hiroki Sato, Masazumi Fujiwara, Alastair T. Gardiner, Richard J. Cogdell, Hideki Hashimoto
    • 学会等名
      The 24th International SPACC Symposium
    • 国際学会
  • [備考] 個人研究ホームページ

    • URL

      https://www.masazumifujiwara.net/

  • [備考] 所属研究室ホームページ

    • URL

      http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/RKINOU/

  • [産業財産権] 拡散反射スペクトル測定装置2017

    • 発明者名
      宮里遼,橋本秀樹,藤原正澄
    • 権利者名
      花王株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-073456
  • [産業財産権] 光触媒活性の評価方法2017

    • 発明者名
      宮里遼,橋本秀樹,藤原正澄
    • 権利者名
      花王株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-073457

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公開日: 2018-12-17  

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