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2015 年度 実施状況報告書

表面プラズモン増強効果を利用した細胞内分子マニピュレーション手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25600052
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

細川 千絵  国立研究開発法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 主任研究員 (60435766)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード光ピンセット / ナノバイオ / 表面プラズモン共鳴 / 神経細胞
研究実績の概要

本研究では、表面プラズモン増強効果を利用した新規光マニピュレーションにより、細胞表面の分子のみを局所的に操作し、細胞内の高次操作技術を開発する。表面プラズモン共鳴効果を利用した細胞内分子マニピュレーションの実現のため、昨年度において、神経細胞表面分子の高効率な光捕捉に成功している。本年度は、表面プラズモン共鳴効果を用いた光ピンセットの有効性を検証するため、単一ナノ粒子の光捕捉過程の蛍光解析を行い、光捕捉力の増大機構について考察した。
プラズモニックチップとして、カバーガラス上にピッチ500 nmの二次元周期構造を作製し、金属層(銀)と消光抑制層(シリカ層)を成膜したものを用いた。粒径15-20 nmの蛍光性量子ドットナノ粒子水分散液をカバーガラス、もしくはプラズモニックチップにより封入し、蛍光相関分光測定によりナノ粒子の粒子運動を計測した。プラズモニックチップの周期構造表面に波長1064 nm の光ピンセット用レーザーを集光すると、レーザー集光領域におけるナノ粒子からの二光子励起蛍光強度の自己相関関数の減衰時間はカバーガラスでの結果と比較して遅くなり、ナノ粒子が集光領域を通過する平均時間が増加した。周期構造表面における平均通過時間は、周期構造のないフラットな金属表面と比べて増加したことから、表面プラズモン共鳴効果に基づく光捕捉力の増大が示唆された。さらに、照射レーザー光強度やプラズモニックチップの銀膜厚を変化させ、効率よくナノ粒子を光捕捉するための条件について検討した。照射レーザー光強度が高い場合、或いはプラズモニックチップ表面の銀膜厚の増大に伴い、ナノ粒子の平均通過時間の増加が顕著にみられた。以上の結果は、照射レーザー光強度やプラズモニックチップの銀膜厚の変化が光捕捉力の増大に関与しており、効率良く単一ナノ粒子が捕捉される可能性を見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の研究実施計画に基づいて研究が遂行された。単一量子ドットナノ粒子の光捕捉過程の蛍光解析を行い、表面プラズモン共鳴効果を利用した光ピンセットの有効性について検証を進め、光捕捉力の増大メカニズムについて考察した。

今後の研究の推進方策

昨年度に引き続き、プラズモニックチップ上で培養した神経細胞に局在する分子の光捕捉、集合過程の蛍光解析を行い、表面プラズモン共鳴効果に基づく光捕捉力の増大メカニズムについてまとめ、成果発表を進める。

次年度使用額が生じた理由

本研究に関わる経費の削減、および効率的な使用により生じた。

次年度使用額の使用計画

表面プラズモン共鳴効果による光捕捉力の増大機構を詳細に解析するための必要経費として、さらに成果報告のための費用として使用する予定である。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Fluorescence microscopy imaging of cells with a plasmonic dish integrally molded2016

    • 著者名/発表者名
      Keiko Tawa, Chisato Sasakawa, Tsuyoshi Fujita, Kazuyuki Kiyosue, Chie Hosokawa, Junji Nishii, Makoto Oike, and Norihiro Kakinuma
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 03DF12-1-5

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.03DF12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 集光レーザーを用いた神経細胞ネットワークの局所光操作2015

    • 著者名/発表者名
      細川 千絵
    • 雑誌名

      Molecular Electronics and Bioelectronics

      巻: 26 ページ: 69-72

    • 査読あり
  • [学会発表] Bull's Eye構造のプラズモニックチップを用いた蛍光標識ナノ粒子の蛍光顕微鏡観察2016

    • 著者名/発表者名
      泉章太、細川千絵、當麻真奈、田和圭子
    • 学会等名
      2016年第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] 神経細胞表面のグルタミン酸受容体分子の初期集合状態に依存した光捕捉過程2016

    • 著者名/発表者名
      前澤安代、岸本龍典、工藤卓、田口隆久、細川千絵
    • 学会等名
      2016年第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] Fluorescence imaging of a single nanoparticle on the plasmonic chip2015

    • 著者名/発表者名
      K. Tawa, C. Sasakawa, C. Hosokawa
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhanced optical trapping toward direct manipulation of cell surface molecules on neurons2015

    • 著者名/発表者名
      C. Hosokawa
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2015)
    • 発表場所
      Mie, Japan
    • 年月日
      2015-12-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 集光レーザー摂動による神経細胞ネットワークの局所操作2015

    • 著者名/発表者名
      細川千絵
    • 学会等名
      レーザー学会 第4回ニューロフォトニクス研究会
    • 発表場所
      ホテルグランドヒル市ヶ谷(東京都)
    • 年月日
      2015-12-04
  • [学会発表] Plasmon-enhanced optical trapping of nanoparticles on a plasmonic chip2015

    • 著者名/発表者名
      K. Miyauchi, K. Tawa, S. N. Kudoh, T. Taguchi, C. Hosokawa
    • 学会等名
      The 28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015)
    • 発表場所
      Toyama, Japan
    • 年月日
      2015-11-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Resonance laser effect on optical trapping of cell adhesion molecules on neurons2015

    • 著者名/発表者名
      C. Hosokawa, N. Takeda, S. N. Kudoh, T. Taguchi
    • 学会等名
      The 28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015)
    • 発表場所
      Toyama, Japan
    • 年月日
      2015-11-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct manipulation of molecular dynamics in neuronal network with laser-induced perturbation2015

    • 著者名/発表者名
      細川千絵
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県)
    • 年月日
      2015-09-15
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズモニックチップを用いた単一ナノ粒子の光捕捉過程の蛍光解析2015

    • 著者名/発表者名
      宮内康平、田和圭子、工藤卓、田口隆久、細川千絵
    • 学会等名
      2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 年月日
      2015-09-15
  • [学会発表] Sensitive Single-Particle Fluorescence Imaging with a Plasmonic Chip2015

    • 著者名/発表者名
      田和圭子、笹川知里、細川千絵
    • 学会等名
      2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 年月日
      2015-09-14
  • [学会発表] Optical Trapping Dynamics of Glutamate Receptors in Cultured Neurons2015

    • 著者名/発表者名
      前澤安代、工藤卓、田口隆久、細川千絵
    • 学会等名
      2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 年月日
      2015-09-13
  • [学会発表] Optical manipulation of cell surface molecles on neurons with surface plasmon resonance-based optical tweezers2015

    • 著者名/発表者名
      宮内康平、田和圭子、工藤卓、田口隆久、細川千絵
    • 学会等名
      ライフエンジニアリング部門シンポジウム2015 (LE2015)
    • 発表場所
      九州工業大学(福岡県)
    • 年月日
      2015-09-02
  • [学会発表] Optical trapping of AMPA receptors labeled with quantum-dots on hippocampal neurons2015

    • 著者名/発表者名
      細川千絵、前澤安代、工藤卓、田口隆久
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県)
    • 年月日
      2015-07-29
  • [学会発表] Optical trapping dynamics of neurotransmitter receptors on a neuronal cell2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Maezawa, C. Hosokawa, S. N. Kudoh, T. Taguchi
    • 学会等名
      8th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE8)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-06-23
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluorescence imaging of cells on the plasmonic dish integrally molded2015

    • 著者名/発表者名
      K. Tawa, T. Fujita, C. Sasakawa, K. Kiyosue, C. Hosokawa, J. Nishii, M. Oike, N. Kakinuma
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE8)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-06-22
    • 国際学会
  • [学会発表] プラズモニックディッシュで培養した神経細胞の高感度蛍光イメージング2015

    • 著者名/発表者名
      田和圭子、藤田剛、細川千絵、西井準治
    • 学会等名
      第64回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • 年月日
      2015-05-28
  • [学会発表] 集光レーザーを用いた神経細胞ネットワークの局所光操作2015

    • 著者名/発表者名
      細川千絵
    • 学会等名
      応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 研究会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2015-05-28
  • [学会発表] Optical trapping and assembling of neurotransmitter receptor proteins localized on a neuronal cell2015

    • 著者名/発表者名
      C. Hosokawa, Y. Maezawa, N. Takeda, S. N. Kudoh, T. Taguchi
    • 学会等名
      The 2nd Optical Manipulation Conference (OMC’15)
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 年月日
      2015-04-22
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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