【研究成果報告】新たな顕微分光計測法の開拓と医学・生物学への応用

2019年2月12日

平成30年度 若手研究者学長表彰 研究成果報告

 

報告者

徳島大学大学院社会産業理工学研究部 准教授 南川 丈夫

 

研究タイトル

新たな顕微分光計測法の開拓と医学・生物学への応用

 

研究経緯等

【学術誌等への掲載状況】

(代表的な原著論文)

1.T. Minamikawa, T. Masuoka, T. Ogura, K. Shibuya, R. Oe, E. Hase, Y. Nakajima, Y. Yamaoka, T. Mizuno, M. Yamagiwa, Y. Mizutani, H. Yamamoto, T. Iwata, K. Minoshima, and T. Yasui, "Ultrasonic wave sensing using optical frequency comb sensing cavity for photoacoustic imaging," OSA Continuum (in press).

2. T. Yamamoto, T. Minamikawa, Y. Harada, Y. Yamaoka, H. Tanaka, H. Yaku, and T. Takamatsu, "Label-free evaluation of myocardial infarct in surgically excised ventricular myocardium by Raman spectroscopy," Sci. Rep. 8, 14671 (2018).

3.E. Hase, T. Minamikawa, T. Mizuno, S. Miyamoto, R. Ichikawa, Y.-D. Hsieh, K. Shibuya, K. Sato, Y. Nakajima, A. Asahara, K. Minoshima, Y. Mizutani, T. Iwata, H. Yamamoto, and T. Yasui, "Scan-less confocal phase imaging based on dual-comb microscopy," Optica 5, 634-643 (2018).

4.T. Minamikawa, T. Ogura, Y. Nakajima, E. Hase, Y. Mizutani, H. Yamamoto, K. Minoshima, and T. Yasui, "Strain sensing based on strain to radio-frequency conversion of optical frequency comb," Opt. Express 26, 9484-9491 (2018).

5.T. Minamikawa, D. Nagai, T. Kaneko, I. Taniguchi, M. Ando, R. Akama, and K. Takenaka, "Analytical imaging of colour pigments used in Japanese woodblock prints using Raman microspectroscopy," J. Raman Spectrosc. 48, 1887-1895 (2017).

6.K. Shibuya, T. Minamikawa, Y. Mizutani, H. Yamamoto, K. Minoshima, T. Yasui, and T. Iwata, "Scan-less hyperspectral dual-comb single-pixel-imaging in both amplitude and phase," Opt. Express 25, 21947-21957 (2017).

7.T. Minamikawa, Y.-D. Hsieh, K. Shibuya, E. Hase, Y. Kaneoka, S. Okubo, H. Inaba, Y. Mizutani, H. Yamamoto, T. Iwata, and T. Yasui, "Dual-comb spectroscopic ellipsometry," Nat. Commun. 8, 610 (2017).

8.T. Minamikawa, Y. Murakami, N. Matsumura, H. Niioka, S. Fukushima, T. Araki, and M. Hashimoto, "Photo-induced cell damage analysis for single- and multi-focus coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy," Journal of Spectroscopy 2017, 5725340 (2017).

9.E. Hase, K. Sato, D. Yonekura, T. Minamikawa, M. Takahashi, and T. Yasui, "Evaluation of the histological and mechanical features of tendon healing in a rabbit model with the use of second-harmonic-generation imaging and tensile testing," Bone and Joint Research 5, 577-585 (2016).

10.T. Minamikawa, H. Matsuo, Y. Kato, Y. Harada, E. Otsuji, A. Yanagisawa, H. Tanaka, and T. Takamatsu, "Simplified and optimized multispectral imaging for 5-ALA-based fluorescence diagnosis of malignant lesions," Sci. Rep. 6, 25530 (2016).

11. T. Minamikawa, Y. Harada, and T. Takamatsu, "Ex vivo peripheral nerve detection of rats by spontaneous Raman spectroscopy," Sci. Rep. 5, 17165 (2015).

12.N. Nishiki-Muranishi, Y. Harada, T. Minamikawa, Y. Yamaoka, P. Dai, H. Yaku, and T. Takamatsu, "Label-free evaluation of myocardial infarction and its repair by spontaneous Raman spectroscopy," Anal. Chem. 86, 6903-6910 (2014).

 

(代表的な総説)

1.南川 丈夫, 安井 武史, 長谷 栄治, 山本 裕紹, "空間/波長次元変換を用いたワンショット共焦点顕微鏡", 検査技術, 23 (11), 6-12 (2018).

2.南川 丈夫, "若手研究者の挑戦第30回:光コムを用いた精密計測と顕微イメージングへの応用", オプトロニクス, 37 (6), 130-136 (2018).

3.南川 丈夫, 大久保 章, 稲場 肇, 岩田 哲郎, 安井 武史, "光コムを用いた分光エリプソメトリー法", 光アライアンス, 29 (5), 53-58 (2018).

4.南川 丈夫, 原田 義規, 髙松 哲郎, "術中応用を目指したラマン散乱分光法〜分子振動に基づく医療センシングの可能性〜", 光アライアンス, 28 (5), 42-47 (2017).

5.南川 丈夫, 原田 義規, 高松 哲郎, "ラマン散乱顕微鏡による分子イメージング", 光アライアンス, 25 (3), 21-25 (2014).

 

研究概要

生命現象の理解にとって最も直感的かつ確実な方法は、組織や細胞中で機能する特定の分子をありのままの状態で直接観察することである。我々は、これまで様々な光の特徴を活用した新たな計測法の開発を行い、生命現象の理解に資する新たな手法の開拓を行ってきた。特に、ラマン散乱分光法と呼ばれる分子振動を直接観察可能な分光手法の開発を行い、分子に基づくヒト組織や細胞の新たな非侵襲的評価法を実現してきた。また、医工連携にも注力し、医師と連携して、末梢神経の非侵襲的かつ選択的な可視化、虚血に伴う心機能状態の非侵襲的な評価法、生体適合性がん指示薬と分光学的解析法を駆使したがんの選択的検出法などを世界に先駆けて実現してきた。また、近年では,極限的に制御された光コムと呼ばれる光源を駆使することで、機械的走査を伴わない偏光解析法、光の特徴(強度、位相、偏光、波長情報など)を顕微鏡下で評価可能な光コム顕微鏡などを実現してきた。

図1

 

 

今後の展望(研究者からのコメント)

あらゆる現象の「見える化」は、どんなに頭では理解しがたい事も現実として認識され、新しい考え方が生まれる原動力となる。「見える」ことの本質を見極めることで芽生える「可能性」が、新たな「科学」を生み出す。また、その科学を多角的に捉えることで、新たな「技術」を生み出し、産業や医療に繋がる原動力となる。我々は、光を用いて、あらゆる現象の可視化を試み、特に医学・生物学に資する手法の開発を行ってきた。今後は、新たな光と物質の相互作用の発見、それを用いた新たな計測手法の開発、また既に開発した手法の実用化、臨床応用などを行っていくことで、新たな知の探索と、その医療や産業への実用化によって、あらゆる観点からのQuality of lifeの向上へとつなげていきたい。