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表面プラズモン共鳴を利用したライブセルイメージング装置の開発と可視光毒性の解明

利用表面等离子体共振开发活细胞成像装置并阐明可见光毒性

基本信息

批准号：
20K04521
负责人：
松山哲也
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04521/
关键词：
プラズモン共鳴ライブセルイメージング光毒性

项目摘要

本研究では，表面プラズモン共鳴による蛍光増強効果を利用した高感度ライブセルイメージング装置を開発し，レーザー光照射後の生細胞の動態を詳細に観察することにより，光毒性の発生機構を解明することを目指している．令和4年度には，薄膜作成後の加熱によるランダム金属微粒子構造と電子線描画装置を用いたナノディスク周期パターン構造を持つ生細胞培養基板を完成するとともに，ライブセルイメージング装置を用いて，レーザー光毒性の定量的な比較，毒性発生メカニズムの検討を行った．細胞培養基板の作成においては，まず，生体適合性を考慮して金のランダム微粒子構造を持つ細胞培養基板を作成した．初期膜厚，加熱温度を最適化することにより，ガラス基板を変形させることなく観察する蛍光タンパク質の蛍光増強に適したプラズモン特性を持つ細胞培養基板を開発した．さらに金を再蒸着，再加熱することにより金微粒子構造の密度を高め，プラズモン特性を改善できることを見出した．さらに，電子線描画装置を用いてナノディスク周期パターン構造を持つ細胞培養基板の開発を行った．表面金属層を用いたリフトオフ性の改善，ナノディスク構造作成後の熱処理によるプラズモン特性の改善およびディスクサイズ制御によるプラズモン共鳴波長のチューニング特性について明らかにし，細胞培養基板としての最適化を行った．光毒性の定量評価においては，より広い照射強度範囲において，レーザー光照射部への細胞増殖核抗原（PCNA）の集積度評価を行い，24時間細胞生存率との比較を行った．その結果，波長375nm，405nmのレーザー光の照射部には同程度のPCNAの集積が観測されたが，照射後の細胞生存率は375nmレーザー光照射の場合に低くなる結果が得られ，半数致死に至る照射光量の結果も含め，波長375nmと405nmのレーザー光照射では光毒性の発生機構，修復機構が異なる可能性を示した．

In this study, the development of a high sensitivity photodetection device for the development of phototoxicity enhancement effects due to surface resonance was investigated in detail, and the mechanism of phototoxicity development was elucidated. In the fourth year of this year, the heating process after thin film production was completed, the metal particle structure and the electron beam drawing device were used, and the phototoxicity was quantitatively compared and the toxicity development was discussed. Cell culture plates are prepared in consideration of biological suitability and particle structure. Initial film thickness, heating temperature optimization, substrate shape optimization, light quality optimization, light enhancement optimization, and cell culture plate development. The density of the gold particle structure is increased, and the characteristics of the gold particle structure are improved. In addition, the electronic line drawing device is used to develop cell culture plates. The surface metal layer is used to improve the characteristics of the resonance wavelength, and the optimization of the cell culture plate is carried out during the heat treatment after the formation of the structure. Quantitative evaluation of phototoxicity in vitro, in vitro The results showed that PCNA accumulation in the irradiated part of light with wavelength of 375nm and 405nm was lower than that in the irradiated part of light with wavelength of 375nm and 405 nm, and the survival rate of cells after irradiation was lower than that in the irradiated part of light with wavelength of 375nm and 405nm.