生体内代謝物解析のためのレーザー分光に基づく放射性炭素同位体分析法の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03469
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 富田 英生 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20432239)
• 研究分担者: 古川 高子 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (00221557) ; 山本 誠一 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (00290768) ; 寺林 稜平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10870272)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 放射性炭素同位体 / レーザー分光 / 同位体標識 / 代謝物分析

研究実績の概要

光共振器を用いた超高感度なレーザー吸収分光法の一つであるキャビティーリングダウン分光（CRDS）に基づく放射性炭素同位体（C-14）分析の感度向上を念頭に、C-14を含む二酸化炭素の光吸収過程における飽和効果を利用した飽和吸収CRDSに取り組んだ。前年度までの検討にて、吸収飽和効果が低く、共振器内光強度を高める必要があることが明らかとなっていたため、光フィードバックにより量子カスケードレーザーを狭帯域化し、CRDS用光共振器内の光子密度を高め、飽和吸収CRDS信号を改善した。これにより、C-14の導入量と飽和吸収CRDSによる減衰率に比例関係があることが確認できた。CRDSスペクトルのバックグラウンド変動の要因となるエタロン効果について、共振器ミラーの掃引による低減法の開発を行った。他のエタロン効果抑制法と組み合わせることでCRDSスペクトルのバックグラウンド変動が抑制できることを実証した。
代謝物分析のために、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)とCRDSシステムをカップリングし、HPLC分画試料中のC-14分析を実現した。代謝イメージングのための炭素同位体標識薬剤の開発について、代謝物解析を検討したが、実験的に検証するには至らなかった。
本研究で得られた成果はC-14分析のみならず、CRDSの高感度化による微量同位体分子の分析やC-14以外の放射性核種を含む分子の検出にも応用できると考えられ、応用展開が期待される。
本研究に関連する論文を３報投稿し、掲載された。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] In-vivo imaging of a mouse by detecting bremsstrahlung X-rays from 14C using a La-GPS imaging system (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Seiichi、Tomita Hideki、Terabayashi Ryohei、Yoshida Kenji、Nakanishi Kouhei、Furukawa Takako、Kamada Kei、Yoshikawa Akira
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Science and Technology 巻: online ページ: 1～12
  • DOI: 10.1080/00223131.2022.2050319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of light outputs, decay times, and imaging performance of a ZnS(Ag) scintillator for alpha particles, beta particles, and gamma photons (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Seiichi、Tomita Hideki
  • 雑誌名: Applied Radiation and Isotopes 巻: 168 ページ: 109527
  • DOI: 10.1016/j.apradiso.2020.109527
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mid-infrared cavity ring-down spectroscopy using DFB quantum cascade laser with optical feedback for radiocarbon detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Terabayashi Ryohei、Saito Keisuke、Sonnenschein Volker、Okuyama Yuki、Iguchi Testuo、Yamanaka Masahito、Nishizawa Norihiko、Yoshida Kenji、Ninomiya Shinichi、Tomita Hideki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: 092007
  • DOI: 10.35848/1347-4065/abb20e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Imaging of bremsstrahlung X-rays from tritium water in a plastic bag using a LaGPS radiation imaging system (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto S.、Nakanishi K.、Furukawa T.、Tomita H.、Kamada K.、Yoshikawa A.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 15 ページ: P04006
  • DOI: 10.1088/1748-0221/15/04/P04006
  • 査読あり
• [学会発表] キャビティリングダウン分光を用いた放射性炭素同位体分析システムの定量性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥山雄貴、岩元一輝、寺林稜平、Volker Sonnenschein、齊藤圭亮、川嶋悠太、池原辰弥、真野和音、古宮哲夫、東條公資、二宮真一、吉田賢二、富田英生
  • 学会等名: 応用物理学会2021年春季学術講演会
• [学会発表] レーザーによる微量同位体の分析・分離と 宇宙素粒子研究への応用の可能性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 富田 英生
  • 学会等名: 第７回極低放射能技術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] [講演奨励賞受賞記念講演] キャビティリングダウン分光を用いた放射性炭素同位体分析システムの定量性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥山 雄貴、岩元 一輝、寺林 稜平、ゾンネンシャイン フォルカ、齊藤 圭亮、川嶋 悠太、池原 辰弥、真野 和音、古宮 哲夫、東條 公資、二宮 真一、吉田 賢二、富田 英生
  • 学会等名: 応用物理学会2021年秋季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 薬物代謝物測定のための液体クロマトグラフィー-14Cキャビティーリングダウン分光法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 富田 英生、奥山 雄貴、岩元 一輝、齊藤 圭亮、寺林 稜平、Volker Sonnenschein、吉田賢二、二宮真一、山本 誠一、古川 高子
  • 学会等名: 応用物理学会 2021年秋季学術講演会
• [学会発表] キャビティリングダウン分光による放射性炭素分析法のための試料導入システムの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥山雄貴、齊藤圭亮、寺林稜平、Volker Sonnenschein、川嶋悠太、池原辰弥、真野和音、古宮哲夫、神谷直浩、吉田賢二、二宮真一、富田英生
  • 学会等名: 応用物理学会2020年秋季学術講演会
• [学会発表] 放射性炭素分析のための光フィードバック－キャビティリングダウン分光法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 齊藤 圭亮, 寺林 稜平, Volker Sonnenschein, 奥山 雄貴, 富田 英生,吉田 賢二, 二宮 真一,真野 和音, 池原 辰也, 川嶋 悠太, 古宮 哲夫, 神谷 直浩
  • 学会等名: 日本原子力学会2020秋の大会
• [学会発表] 中赤外レーザー分光による放射性炭素分析法のための試料導入システムの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥山雄貴、齊藤圭亮、寺林稜平、Volker Sonnenschein、川嶋悠太、池原辰弥、真野和音、古宮哲夫、神谷直浩、吉田賢二、二宮真一、富田英生
  • 学会等名: 次世代放射線シンポジウム2020