ナノダイヤモンドを用いた細胞内局所ｐＨ計測技術の開発

利用纳米金刚石开发细胞内局部pH测量技术

• 批准号: 19J12787
• 负责人: 藤咲 貴大
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12787/
• 关键词: ダイヤモンド; NVC; pH; ナノメートル; 量子センシング; 量子センサ; イメージング; ナノダイヤモンド

細胞内のナノメートルオーダーのpHは空間的に異なった分布を持つ。細胞のpHの異常は様々な疾患と関連することが知られているため、このナノメートルオーダーのpHの空間的な分布を可視化することができれば、一細胞という極微量の試料から病気の診断が可能になると考えられる。M R I(Magnetic Resonance Imaging)は、物理量の空間的な分布を可視化する技術であり、実際の医療の現場でも使用されている。しかしながら、従来のコイル検出によるMRIにおいては、空間分解能がマイクロメートルオーダーに制限される。本研究では約100 nmの蛍光ナノダイヤモンドを検出器として用いることで、ナノメートルオーダーの空間分解能でのpHセンシングを実現した。これまでの研究において、蛍光ダイヤモンドの表面をカルボキシ基で修飾することで、縦緩和時間T1の変化を介して、ナノメートルオーダーの空間におけるpHを測定可能であることを示している。今回、このカルボキシ基で修飾した蛍光ダイヤモンドを用いることで、ナノメートルスケールの空間分解能でのpHのイメージングの方法を新たに考案した。T1に対して重み付けした色でピクセルを生成することで、T1強調画像を作成した。このT1強調画像を様々なpH条件下で作成したところ、カルボキシ基のpKaに対応するpH付近でT1強調画像が大きく変化した。カルボキシ基の電荷状態が中性からマイナスに変化することでT1強調画像が変化したと考えられる。実際にpHとT1強調画像が相関しているのかを定量するために、pHと蛍光強度の非線形相関係数を算出したところ0.99となった。この結果から本手法によってナノメートルスケールの空間分解能でpHを可視化できることが示された。本研究結果は、国際雑誌Chemosensorsに掲載された。

The に difference なった distribution in the <s:1> ナノメ ト ト ト ト and <s:1> pH <e:1> Spaces within the cell を persists in を. Abnormal cells の pH の は others 々 な disorders と masato even す る こ と が know ら れ て い る た め, こ の ナ ノ メ ー ト ル オ ー ダ ー の pH の space distribution を な visualization す る こ と が で き れ ば, a cell と い う trace amounts の sample か ら disease 気 の diagnosis can に が な る と exam え ら れ る. M R I(Magnetic Resonance Imaging), <s:1> spatial な distribution of physical quantities を visualization する technology であ, real-world <s:1> medical <s:1> on-site で <e:1> use されて る る. し か し な が ら, 従 の コ イ ル 検 out に よ る MRI に お い て は, space decomposition can が マ イ ク ロ メ ー ト ル オ ー ダ ー limitations に さ れ る. This study で は about 100 nm の 蛍 light ナ ノ ダ イ ヤ モ ン ド を 検 extractor と し て in い る こ と で, ナ ノ メ ー ト ル オ ー ダ ー の space decomposition can で の pH セ ン シ ン グ を be presently し た. こ れ ま で の research に お い て 蛍 light ダ イ ヤ モ ン ド の surface を カ ル ボ キ シ base で modified す る こ と で, 縦 time T1 の variations change を interface し て, ナ ノ メ ー ト ル オ ー ダ ー の space に お け る pH を determination may で あ る こ と を shown し て い る. Today, back こ の カ ル ボ キ シ base で modified し た 蛍 light ダ イ ヤ モ ン ド を with い る こ と で, ナ ノ メ ー ト ル ス ケ ー ル の space decomposition can で の pH の イ メ ー ジ ン グ の way を new た し に test case た. T1 に し seaborne て heavy み pay け し た color で ピ ク セ ル を generated す る こ と で portraits, T1, emphasize を made し た. こ の T1 emphasize portrait を others 々 な で done under the condition of pH し た と こ ろ, カ ル ボ キ シ base の pKa に 応 seaborne す る pH paying nearly で T1 emphasize portrait が big き く variations change し た. カ ル ボ キ シ base の charge state が neutral か ら マ イ ナ ス に variations change す る こ と で T1 emphasize portrait が variations change し た と exam え ら れ る. Be interstate に pH と T1 emphasizes the phase portrait が masato し て い る の か を quantitative す る た め に, pH と 蛍 light intensity の coefficient of nonlinear phase masato を calculate し た と こ ろ 0.99 と な っ た. こ の results か ら this gimmick に よ っ て ナ ノ メ ー ト ル ス ケ ー ル の space decomposition can で pH を visualization で き る こ と が shown さ れ た. The results of this study are and published in the international journal 雑 Chemosensorsに in された.

项目成果

Nanometre-Scale Visualization of Chemical Parameter Changes by T1-Weighted ODMR Imaging Using a Fluorescent Nanodiamond

使用荧光纳米金刚石通过 T1 加权 ODMR 成像实现化学参数变化的纳米级可视化

• DOI: 10.3390/chemosensors8030068
• 发表时间: 2020
• 期刊: Chemosensors
• 影响因子: 4.2
• 作者: Fujisaku Takahiro;Igarashi Ryuji;Shirakawa Masahiro
• 通讯作者: Shirakawa Masahiro

世界初・ナノサイズのpHセンサーを実現～生命の謎にダイヤモンドで迫る～

实现世界上第一个纳米级pH传感器 - 用钻石接近生命的奥秘 -

pH Nanosensor Using Electronic Spins in Diamond

• DOI: 10.1021/acsnano.9b05342
• 发表时间: 2019-10-01
• 期刊: ACS NANO
• 影响因子: 17.1
• 作者: Fujisaku, Takahiro;Tanabe, Ryotaro;Igarashi, Ryuji
• 通讯作者: Igarashi, Ryuji

ナノサイズのpHセンサーを実現 －生命の謎にダイヤモンドで迫る－

实现纳米级pH传感器——用钻石接近生命的奥秘——