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近年、細胞内の局所的なpHの変化が生命現象に重要な役割を果たすことが示唆されているが、その実証には生細胞中の局所pHをin situで観測しなければならない。本研究ではナノメートルオーダーの空間分解能で物理・化学パラメータの検出が可能な窒素-空孔中心(NVC)を有する蛍光ナノダイヤモンド(FND)を用いて細胞内局所pHを計測するための技術の確立を目指している。生細胞への適用にあたり、(1)低侵襲な顕微鏡システム(計測系)と、(2)pH応答性やターゲッティングの妨げとなる非特異吸着を抑えたFND試料(導入系)の開発を計画した。
(1)については、オールオプティカルのT1強調ODMRイメージング技術の開発を行い、FND選択的なイメージングに成功した。また本手法を生細胞、線虫、海馬スライスに適用し、シグナルバックグラウンド比の飛躍的向上が達成された。更に、この技術にインターバルタイムの掃引を組み込むことで、T1変化を定量可能な顕微鏡イメージングの系を構築し、これにより、FNDを用いて周辺微小環境の化学種の変化を検出可能であることを実証した。
(2)については、FNDを細胞内に導入する際、タンパク質などが非特異吸着してpH応答性が損なわれること、ターゲッティングが困難なことが大きなボトルネックとなっていたため、生体親和性が高く非特異吸着が生じにくいだけでなく、官能基の電荷状態の変化によりpH応答性が見込める脂質をコーティング材料するFND試料の開発を実施した。これと並行して、従来よりも一桁サイズの小さいナノダイヤモンドを用いたpH計測を実現するために、爆轟法ナノダイヤモンドの調整法の開発も実施した。
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