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2018 年度 実績報告書

高速イオン伝導顕微鏡による生細胞界面のナノスケール物理動態の可視化

研究課題

研究課題/領域番号 17H04818
研究機関金沢大学

研究代表者

渡邉 信嗣  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 助教 (70455864)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードプローブ顕微鏡 / ナノピペット / ナノポア / 表面電荷 / 生細胞イメージング
研究実績の概要

本研究では、申請者が独自に開発した新しい走査プローブ顕微鏡技術を駆使して、これまで不可能だった液中の生細胞界面で生じているナノスケールの物理動態の計測に挑む。これにより、生細胞界面の特異な機能の本質を担うと信じられている生体膜ナノ構造や界面分子構造の時空間的なゆらぎの可視化を実現する。更に、異なる様々な種類の細胞に対して、細胞の活性や状態の変化に対する界面のナノ動態の比較を行い、このゆらぎの特徴や普遍性を探求し、細胞界面のナノ空間で生じる物理動態を計測する技術を切り拓くことを目標にしている。2018年度の実績は下記である。本年度は、2つの研究項目について研究を推進する。
■ (1-b) 生細胞界面ナノ構造の動態観察(テーマ1)
HeLa、Cos7、NRGなどの生細胞に対して、2500px/s程度で安定に細胞表面ナノ構造動態を計測できるようになった。特にHeLa細胞に関しては微絨毛形状動態が明瞭に、長時間可視化できるようになった。このようなナノ構造の動態に、どのような傾向があるのか調べるのが今後の課題となる。
■ (2-b) 表面電荷密度の高速検出(テーマ 2 )
当初計画していた、バイアススイッチ法では、本項目の目的を達成することが難しいことがわかった。異なる手法の開発を行う必要がある。いくつかアイディアは持っているので、まずは、そのアイディアを人工脂質膜系の表面電荷検出に適応し、有用性を実証することに取り掛かった。人工脂質膜系をマイカ表面に再現性良く構築できる条件検討を進め、この作業をほぼ終えた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初計画していた表面電荷の高速検出手法の有効性を検討した結果、当初の計画を変更する必要性が生じた。このため、新しいアイディアに基づき、表面電荷の高速検出手法の開発を進めることにした。ここで開発した手法の有効性を簡易的に確認すべく、人工脂質膜系の開発に取り掛かった。このような当初計画にない作業によって遅れが生じている。

今後の研究の推進方策

まずは、最も重要な目標である生細胞の高速表面電荷検出手法を進めねばならない。人工脂質膜系をマイカ表面に再現性良く構築できる条件検討をほぼ終えたので、次は、この系を用いて、新規に開発した表面電荷の高速検出手法の有効性を実証していく。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Thermally Driven Approach To Fill Sub-10-nm Pipettes with Batch Production2019

    • 著者名/発表者名
      Sun Linhao、Shigyou Kazuki、Ando Toshio、Watanabe Shinji
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 91 ページ: 14080~14084

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.9b03848

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of high-speed ion conductance microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Shinji、Kitazawa Satoko、Sun Linhao、Kodera Noriyuki、Ando Toshio
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 90 ページ: 123704(14pp)

    • DOI

      10.1063/1.5118360

    • 査読あり
  • [学会発表] Modulated 1/f^a Noise Behavior by Bias Voltage and Concentration Gradient in Conically Shaped Quartz Nanopipettes2019

    • 著者名/発表者名
      Linhao Sun, Kazuki shigyou, Toshio Ando, Shinji Watanabe
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡による脂質膜のナノ計測2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺 信嗣, 開発 秀星, 北澤 怜子, 田嶋 将, Sun Linhao, 芳坂 綾子, 執行 航希, 安藤 敏夫
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡の開発2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺信嗣
    • 学会等名
      M&BE分科会6月研究会
  • [学会発表] バイオ物質をリアルタイムで観察する!2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺信嗣
    • 学会等名
      新潟大学振興会技術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of nanoscale mapping of surface charge density of lipid membranes by high-speed ion conductance microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      開発 秀星、執行 航希、安藤 敏夫、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Observation of Morphological Changes in Nanostructures on Live Cell Surfaces by High Speed Ion Conductance Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      北澤 怜子、芳坂 綾子、中山 隆宏、紺野 宏記、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 高速イオン伝導顕微鏡による細胞表面のナノ構造体の形態変化の観察2018

    • 著者名/発表者名
      北澤 怜子、芳坂 綾子、中山 隆宏、紺野 宏記、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 走査型イオン伝導顕微鏡による脂質膜の表面電荷密度の高速検出2018

    • 著者名/発表者名
      開発 秀星、執行 航希、安藤 敏夫、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Nanoscale Mapping of Surface Charge Density of Lipid Membranes by Scanning Ion Conductance Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      S. Kaihatsu、K. Shigyo、T. Ando、S. Watanabe
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 走査型イオン伝導顕微鏡による脂質膜の表面電荷密度の高速検出2018

    • 著者名/発表者名
      開発 秀星、執行 航希、安藤 敏夫、渡辺 信嗣
    • 学会等名
      第ACSIN-14 & ICSPM26
    • 国際学会
  • [学会発表] Morphological Changes in Nanostructures on Living Cell Surface Captured by High-Speed Ion Conductance Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      S. Kitazawa, A. Housaka, T. W. Nakayama, H. Konno, S. Watanabe
    • 学会等名
      第ACSIN-14 & ICSPM26
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization and Characterization of Biological Mebrane Structures using High-Speed Ion Conductance Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      The 2nd NanoLSI International Symposium
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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