集光フェムト秒レーザーが蛋白質溶液および細胞に引き起こす非線形現象の制御

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19686007
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学 (2008-2010); (財)濱野生命科学研究財団 (2007)
• 研究代表者: 細川 陽一郎 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 特任准教授 (20448088)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2010
• キーワード: フェムト秒レーザー / 原子間力顕微鏡 / 蛋白質 / 細胞 / 衝撃波

研究概要

高強度の近赤外フェムト秒レーザーパルスを生体材料に集光すると、多光子吸収によりその集光点で爆発的な水の形態変化が誘起され、衝撃波およびキャビテーションバブルが発生する。本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)を利用した新規な微小領域圧力測定方法を開発し、フェムト秒レーザーを生体試料に集光したときに発生する衝撃波およびキャビテーションバブルの時間的・空間的発展が調べられ、それを細胞や細胞内蛋白質の新しい制御・計測方法に利用する新しい方法論が考案された。

研究成果

• [雑誌論文] Non-contact etimation of intercellular breaking force using a femtosecond laser impulse quantified by atomic force microscopy. (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, M.Hagiyama, T.Iino, Y.Murakami, A.Ito.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci. Vol.108 ページ: 1777-1782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Induction of the cell-cell connections by using in-situ laser lithography on a perfluoroalkyl-layered cultivation platform. (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Okano, D.Yu, A.Matsui, Y.Maezawa, Y.Hosokawa, A.Kira, M.Matsubara, I.Liau, H.Tsubokawa, H.Masuhara.
  • 雑誌名: Chem Bio Chem Vol.12 ページ: 795-801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Morphological evaluation of cell differentiation after the isolation of single cells by a femtosecond laser-induced impulsive force. (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Maezawa, K.Okano, M.Matsubara, H.Masuhara, Y.Hosokawa.
  • 雑誌名: Biomed.Microdevices Vol.13 ページ: 117-122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct measurement of femtosecond laser impulse in water by atomic force microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Iino, Y.Hosokawa
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express Vol.3 ページ: 107002
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ observation of cell detachment process initiated by femtosecond laser-induced stress wave. (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Maezawa, Y.Hosokawa, K.Okano, M.Matsubara, H.Masuhara.
  • 雑誌名: Appl.Phys.A. Vol.101 ページ: 127-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro-channel fabrication by femtosecond laser to arrange neuronal cells on multi-electrode arrays (2010)
  • 著者名/発表者名: C.Hosokawa, M.Suzuki, T.Taguchi, A.Kiyohara, Suguru. N.Kudoh, Y.Hosokawa, K.Okano, H.Masuhara.
  • 雑誌名: Appl.Phys.A Vol.101 ページ: 423-428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micropatterning of perfluoroalkyl self-assembled monolayer for arraying proteins and cells on a chip. (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Kira, K.Okano, Y.Hosokawa, A.Naito, K.Fuwa, J.Yuyama, H.Masuhara.
  • 雑誌名: Appl.Surf.Sci. Vol.255 ページ: 7647-7651
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene delivery process in a single animal cell after femtosecond laser microinjection. (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, S.Iguchi, R.Yasukuni, Y.Hiraki, C.Shukunami, H.Masuhara.
  • 雑誌名: Appl.Surf.Sci. Vol.255 ページ: 9880-9884
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond laser modification of living neuronal network. (2008)
  • 著者名/発表者名: C.Hosokawa, S.N.Kudoh, A.Kiyohara, Y.Hosokawa, K.Okano, H.Masuhara, T.Taguchi.
  • 雑誌名: Appl.Phys.A. Vol.93 ページ: 57-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoparticle injection to single animal cells using femtosecond laser-induced impulsive force (2008)
  • 著者名/発表者名: A.Yamaguchi, Y.Hosokawa, G.Loit, T.Asahi, H.Masuhara.
  • 雑誌名: Appl.Phys.A. Vol.93 ページ: 39-43
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser microfabrication and rotation of ship-in-a-bottle optical rotators. (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Matsuo, S.Kiyama, Y.Shichijo, T.Tomita, S.Hashimoto, Y.Hosokawa, H.Masuhara.
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. Vol.93 ページ: 051107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between cell morphology and aggrecan gene expression level during differentiation from mesenchymalstem cells to chondrocytes. (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Takagi, T.Kitabayashi, S.Koizumi, H.Hirose, S.Kondo, M.Fujiwara, K.Ueno, M.Hiroaki, Y.Hosokawa, H.Masuhara, S.Wakitani.
  • 雑誌名: Biotechnol.Lett. Vol.30 ページ: 1189-1195
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between cell morphology and aggrecan gene expression level during differentiation from mesenchymal stem cells to chondrocytes. (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Takagi, T.Kitabayashi, S.Koizumi, H.Hirose, S.Kondo, M.Fujiwara, K.Ueno, M.Hiroaki, Y.Hosokawa, H.Masuhara, S.Wakitani.
  • 雑誌名: Biotechnol.Lett. Vol.30 ページ: 1189-1195
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single cell control based on femtosecond laser-induced nonlinear phenomena. (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, R.Yasukuni, T.Kaji, A.Yamguchi, S.Iguchi, T.Asahi, H.Masuhara.
  • 雑誌名: The Rev.Laser Eng.(Japanese) Vol.35 ページ: 430-435
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-destructive micro-patterning of living animal cells using focused femtosecond laser-induced impulsive force. (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Kaji, S.Ito, H.Miyasaka, Y.Hosokawa, H.Masuhara, C.Shukunami, Y.Hiraki.
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 91 ページ: 023904
  • 査読あり
• [学会発表] 第58回応用物理学関係連合講演会 (2011)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎
  • 学会等名: フェムト秒レーザー誘起衝撃力による培養筋芽細胞の過渡力学応答の蛍光イメージング解析
  • 発表場所: 神奈川(地震により中止)
  • 年月日: 2011-03-24
• [学会発表] 第52回日本植物生理学会年会 (2011)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎
  • 学会等名: Development of manipulation and stimulation methods for single plant cells utilizing femtosecond
  • 発表場所: 宮城(招待講演)(地震により中止)
  • 年月日: 2011-03-20
• [学会発表] レーザー学会学術講演会第31回年次大会 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平岡章宏, 細川陽一郎
  • 学会等名: フェムト秒レーザー誘起衝撃力を用いた培養動物細胞の過渡力学応答の検討
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-01-09
• [学会発表] レーザー学会学術講演会第31回年次大会 (2011)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎
  • 学会等名: フェムト秒レーザー誘起マイクロ津波による細胞操作
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-01-09
• [学会発表] 第71回応用物理学会学術講演会 (2010)
  • 著者名/発表者名: 飯野敬矩, 細川陽一郎
  • 学会等名: フェムト秒レーザー誘起衝撃力と原子間力顕微用を利用した神経-マスト細胞間接着の力学的評価
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] 第73回レーザ加工学会 (2010)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎
  • 学会等名: 超短パルスレーザ誘起衝撃力による細胞操作とその定量評価
  • 発表場所: 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2010-05-25
• [学会発表] 2010年春季 第57回 応用物理学関係連合講演会 (2010)
  • 著者名/発表者名: 飯野敬矩, 細川陽一郎, 萩山満, 伊藤彰彦, 岡野和宣, 増原宏
  • 学会等名: フェムト秒レーザー誘起衝撃力による神経-マスト細胞間接着の力学的評価
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2010-03-17
• [学会発表] 2010年春季第57回 応用物理学関係連合講演会 (2010)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎, 飯野敬矩, 萩山満, 岡野和宣, 伊藤彰彦, 増原宏
  • 学会等名: 原子間力顕微鏡によるフェムト秒レーザー津波の及ぼす局所応力測定システム4-上皮細胞間の接着力測定-
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2010-03-17
• [学会発表] The 5th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP2009) (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, H.Masuhara, A.Ito.
  • 学会等名: Cell Detachment Induced by Femtosecond Laser "Tsunami" and the Force Estimation Using Atomic Force Microscope
  • 発表場所: 兵庫
  • 年月日: 20090229
• [学会発表] 2009年秋季 第70回応用物理学会学術講演会 (2009)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎, 飯野敬矩, 萩山満, 伊藤彰彦, 岡野和宣, 増原宏
  • 学会等名: 原子間力顕微鏡によるフェムト秒レーザー津波の及ぼす局所応力測定システム3-セル凝集アッセイとの比較検討
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] CREST講演会「光で拓く細胞から染色体の世界」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎
  • 学会等名: 基礎医学のためのフェムト秒レーザー衝撃力による異種細胞間の個別接着力評価
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2009-08-20
• [学会発表] 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会 (2009)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎, 飯野敬矩, 岡野和宣, 増原宏
  • 学会等名: 原子間力顕微鏡によるフェムト秒レーザー津波の及ぼす局所応力測定システム2
  • 発表場所: 茨城
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] The 25th Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2009) (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, A.Ito, K.Okano, Y.Murakami, H.Masuhara.
  • 学会等名: Estimation of local force of biological cellular adhesion by Femtosecond Laser Micro "Tsunami"
  • 発表場所: Beijing China
  • 年月日: 2009-03-23
• [学会発表] Photonics West LASE 2009 (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, K.Okano, H.Masuhara.
  • 学会等名: Local force detection of femtosecond laser-induced stress wave using atomic force microscope
  • 発表場所: California USA
  • 年月日: 2009-01-24
• [学会発表] 第31回日本生物学会年会第81回日本生化学会大会合同大会 (2008)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎
  • 学会等名: フェムト秒レーザー衝撃波を利用した新しい細胞操作と生命科学研究への展開
  • 発表場所: 兵庫(招待講演)
  • 年月日: 2008-12-09
• [学会発表] 6th International Conference on Photo-Excited Processes and Applications (ICPEPA2008) (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, H.Masuhara.
  • 学会等名: Micro-activation of cultured animal cells by focused femtosecond laser
  • 発表場所: 北海道(招待講演)
  • 年月日: 2008-09-09
• [学会発表] 2008年秋季 第69回応用物理学会学術講演会 (2008)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎, 岡野和宣, 増原宏
  • 学会等名: 原子間力顕微鏡を用いたフェムト秒レーザーマイクロ津波の局所応力計測システムの開発
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 2008-09-02
• [学会発表] XXI Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, M.Kashii, H.Yoshikawa, H.Adachi, Y.Mori, H.Masuhara.
  • 学会等名: Femtosecond laser etching of protein crystal to process and to isolate the single crystal
  • 発表場所: 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2008-08-23
• [学会発表] 第55回応用物理学関係連合講演会 (2008)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎、瀧澤典子、宇和田貴之、岡野和宣、増原宏
  • 学会等名: 集光フェムト秒レーザーを利用した生体材料のマイクロパターニング4-動物培養細胞の分化誘導過程による細胞非破壊性の評価-
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] レーザー学会学術講演会第28回年次大会 (2008)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎、瀧澤典子、宇和田貴之、岡野和宣、増原宏
  • 学会等名: 集光フェムト秒レーザーによるラット褐色腫由来細胞のパターニング過程
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 2008-01-30
• [学会発表] Photonics West BiOS 2008 (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, Y.Jiang, I.Oh, N.Takizawa, T.Uwada, K.Okano, H.Masuhara,
  • 学会等名: Femtosecond laser manipulation techniques for individual patterning of biological micro-object
  • 発表場所: California USA
  • 年月日: 2008-01-19
• [学会発表] 第30回日本分子生物学会年会 (2007)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎、瀧澤典子、宇和田貴之、岡野和宣、増原宏
  • 学会等名: オールウエットレーザーナノプロセスによる細胞および生体材料の集積化(1)-高速カメラを用いたフェムト秒レーザー誘起細胞転写過程の観察-
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2007-12-11
• [学会発表] 2007年光化学討論会 (2007)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎、中村和彦、増原宏
  • 学会等名: 高速画像計測によるアントラセンのフェムト秒パルス誘起結晶化ダイナミクスの研究
  • 発表場所: 長野
  • 年月日: 2007-09-26
• [学会発表] The 9th annual Conference on Laser Ablation (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Hosokawa, J.Takabayashi, H.Masuhahra, K.Fujiyama, T.Seki.
  • 学会等名: Nondestructive Separation of Fission Yeast Cells by Femtosecond Laser-induced Impulsive Force
  • 発表場所: Tenerife, Spain
  • 年月日: 2007-09-24
• [学会発表] Nanoparticles injection into single animal cells by femtosecond laser-induced impulsive force (2007)
  • 著者名/発表者名: A.Yamaguchi, Y.Hosokawa, G.Louit, T.Asahi, H.Masuhara, C.Shukunami, Y.Hiraki.
  • 発表場所: Tenerife, Spain
  • 年月日: 2007-09-24
• [学会発表] 第68回応用物理学会学術講演会 (2007)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎、梶貴博、宇和田貴之、瀧澤典子、岡野和宣、伊都将司、宮坂博、増原宏
  • 学会等名: 集光フェムト秒レーザーを利用した生体材料のマイクロパターニング3-フェムト秒レーザー誘起衝撃波・キャビテーションバブルの細胞非破壊性の実証-
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2007-09-04
• [図書] リアルタイム計測による生命現象の解析(第4章)フェムト秒レーザー誘起衝撃力を利用した細胞接着力の非接触計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎
  • 総ページ数: 33-41
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 光ナノ科学への招待 (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川晴哉, 細川陽一郎, 中嶋琢也
  • 出版者: 化学同人
• [図書] Molecular Nano Dynamics : Spectroscopic Methods and Nanostructures (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Masuhara, Y.Hosokawa, T.Uwada, G.Louit, T.Asahi, Wiley-VCH, Berlin
  • 総ページ数: 545-570
  • 出版者: Chapter 28 : Femtosecond laser tsunami processing and light scattering spectroscopic imaging of single animal cells
• [図書] バイオプロセスハンドブック(第3編第2章) フェムト秒レーザーが可能とする細胞内加工とそのイメージング (2007)
  • 著者名/発表者名: 細川陽一郎、安国良平、増原宏
  • 総ページ数: 368-376
  • 出版者: NTS出版
• [備考] ホームページアドレス
  • URL: http://hskw.jp
• [産業財産権] 試薬添加方法および試薬添加装置 (2008)
  • 発明者名: 岡野和宣、細川陽一郎、宇和田貴之、増原宏
  • 権利者名: 岡野和宣
  • 産業財産権番号: 特願,2008-135869
  • 出願年月日: 2008-05-23