近赤外光を用いたバイオマイクロスケール温度測定技術の開発

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昨年度までに開発した、生物顕微鏡、光ファイバー、および分光計を主構成要素とする生体微小試料用の温度測定システムを本年度は改良し、測定精度の向上を目指した。温度の測定原理は、水の光吸収スペクトルが温度によって変化する現象を利用している。厚さ(光路長)が100μmの試料の測定のためには、通常厚い試料には吸収が大きいため用いることができない波長1900nmの吸光度データを用いることが有効であることを実験によって示した。純水試料の校正実験を行い回帰分析した結果、100μmという薄い試料においても厚い試料と同様に0.1℃程度の標準校正誤差が得られた。次に、実際の生体試料の測定に向け、生体主成分の1つであり、近赤外域に吸収バンドを有するグルコースを水に溶解させた試料の測定を行った。実験でのグルコース濃度は,実際の生体と同程度の濃度レベルを設定した。グルコース水溶液試料の厚さを100〜500μmに設定して吸光度スペクトルを測定し、回帰分析した結果、純水での実験結果と同様の温度予測精度が得られた。生体微小試料の測定では、細胞間での温度差、もしくは細胞と周囲との温度差を測定できることに意義がある。そこで、空間内での温度差を測定するため、光ファイバーと分光計の改良を行い、中心間距離が220μmの2つの円領域(直径80μm)の温度差を測定できるシステムとした。実験では、同一試料内に発熱源をおくことで温度分布を生じさせ、2つの領域の吸光度スペクトルの有意な差を検出することができた。