【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.18】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NU0414
利用課題名 / Title
次世代ナノ量子センサーを用いた生物試料計測技術の開発
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
ナノ量子センサー,生体イメージング/ In vivo imaging,バイオセンサ/ Biosensor
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
揚妻 正和
所属名 / Affiliation
量子生命科学研究所量子再生医工学研究チーム
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
奥田 泰生,嶋田 泰佑
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NU-025：X線CT・蛍光ダブルモーダルin vivoイメージングシステム
NU-026：光検出磁気共鳴活性(ODMR)と蛍光寿命測定可能な高速多光子共焦点レーザ顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、量子ドットや蛍光ナノダイヤモンドといった次世代ナノ量子センサーを用いた生物試料計測技術の開発を目的として、当該センサーによる細胞内温度のイメージング計測技術を中心とした研究開発を展開した。本課題で使用する生物試料は、培養細胞(HeLa細胞)や多細胞システム(脳オルガノイド)であり、エンドサイトーシスによりナノ量子センサーを細胞内に導入している。上記試料を対象として、光検出磁気共鳴(ODMR)測定が可能な高速多光子共焦点レーザー顕微鏡システムを用いた細胞内温度の継時計測を進めた。なお、ナノ量子センサーにより細胞内温度を正しく計測できていることを確認するために、化学刺激により細胞内温度の変動を誘起して、その温度変動を検出できるかを検証した。
実験 / Experimental
培養細胞では、ナノ量子センサーを含む培地のなかで24時間静置培養して当該センサーの細胞内導入を行うとともに、細胞核とミトコンドリアを蛍光染色した。多細胞システムでは、40時間の振とう培養によりナノ量子センサーを細胞内に導入した。上記の生物試料はチューブに接続したウェルのなかで培養するとともに、当該チューブを介してウェル内の化学環境を制御した。つまり、空間位置の変動を伴うことなく化学刺激を加えながら、生物試料を対象とするODMR計測を継続的に実施することで、その刺激が誘起する細胞内温度の変化を検出できるかを検証した。
結果と考察 / Results and Discussion
培養細胞(図1)および多細胞システム(図2)を対象として、ODMR計測に基づく細胞内温度計測が可能であることを確認した。培養細胞では、化学刺激を加えながら細胞内温度を経時計測することで、当該刺激に応答するように細胞内温度が上昇する動態を観察した。多細胞システムでも同様に、化学刺激に対する細胞内温度の上昇を確認した。これらの結果は、培養細胞および多細胞システムを対象として、ナノ量子センサーを用いた細胞内温度計測技術を確立したことを示している。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 培養細胞を対象とするODMR計測。左：蛍光画像(青：細胞核、緑：ミトコンドリア、赤：ナノ量子センサー)と明視野画像のマージ画像、中央：ODMR計測における蛍光画像、右：代表的なODMRスペクトル。
図2 多細胞システムを対象とするODMR計測。左：明視野画像、中央：ODMR計測における蛍光画像、右：代表的なODMRスペクトル。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究の一部は、文部科学省マテリアル先端リサーチインフラ事業の支援により、名古屋大学で実施されました。感謝申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Shimada T., Microfluidic devices and nanodiamond sensors for environmental exposure analyses, Pittcon 2025（Boston, MA, USA), 2025年3月3日
- 嶋田泰佑, マイクロ流体デバイスとナノ量子センサーを基盤とするバイオ分析技術の開発, 2024年度公開講座 量子技術を活用した光機能材料・名古屋市量子産業創出寄附研究部門 主催, 名古屋大学東山キャンパス, 2025年3月12日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件