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医療・医薬分野のさらなる発展には，生命現象の統合的理解とその制御が必要不可欠となる．このためには，ゲノム，タンパク質，糖鎖などの生体分子の構造・機能解明に加えて，生命活動の基本単位である細胞の機能を解き明かすことが，ライフ・イノベーション創出の命題となる. 本研究では，将来のナノ・バイオテクノロジーを支える革新的な製造基盤技術として，原子間力顕微鏡（AFM）を応用した新規なナノ加工・計測技術の開発を目的として実施した．具体的には，光触媒であるTiO2を被覆したAFMプローブを用いた細胞のナノ加工技術と，Agナノ粒子を被覆したAFMプローブを用いた一分子計測技術（チップ増強ラマン分光法：TERS）を開発した．将来的には，本研究成果をさらに発展させて，インプロセスかつリアルタイムでの加工状態の可視化技術を実現する．本研究で得られた成果は以下の通りである．
（1）TiO2光触媒AFMプローブを用いた細胞膜のナノ化学加工技術（光触媒酸化反応）を開発した．特に，細胞膜穿孔に及ぼす押込み速度の影響を明らかにし，押込み速度100nm/s以下の条件下での細胞膜穿孔確率100%を達成した（押込み速度150～300nm/s：穿孔確率70～80%）．また，押込み速度が小さな条件下では，荷重が一定となる特異的な現象が認められることを定量的に評価し，細胞膜の光触媒酸化反応に起因していることを示した．
（2）Agナノ粒子被覆AFMプローブを用いた細胞内ラマンイメージング（生体分子の同定）が可能であることを実証した．その結果，細胞核と葉状仮足（細胞脂質）の違いを可視化することに成功した．さらに，細胞内の生体分子の時系列変化からタンパク質とグリコーゲン（多糖類の一種）の量的変化が逆相関を示すことを示し，細胞の生理学的な知見を得ることができた．
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