「生体の窓」を使った明るい観察が可能なシリコン蛍光体を開発
~毒性の強い元素や紫外線を用いない生体深部のイメージングを実現へ~
国立研究開発法人 物質・材料研究機構
NIMS MANAの研究グループは、名古屋大学の研究グループと共同で、「生体の窓」と呼ばれる、光が生体を透過しやすい近赤外の波長域 (650 - 1000nm) において、従来より毒性が格段に低く発光効率の良いシリコン蛍光体を使ったバイオイメージングに世界で初めて成功しました。
概要
- 国立研究開発法人物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点のフランソワーズ・ウィニックMANA主任研究者らの研究グループは、白幡直人MANA独立研究者らの研究グループ、名古屋大学大学院工学研究科の馬場嘉信教授と安井隆雄助教の研究グループと共同で、「生体の窓」と呼ばれる、光が生体を透過しやすい近赤外の波長域 (650 - 1000nm) において、従来より毒性が格段に低く発光効率の良いシリコン蛍光体を使ったバイオイメージングに世界で初めて成功しました。
- 蛍光バイオイメージングとは、肉眼では見ることのできない細胞などを蛍光体で標識して可視化することで、細胞の分布状態や動態を生きたままリアルタイムに観察する手法です。この技術を応用することで、病気の発現に関わる細胞や生体分子の動態を観察して、その発現メカニズムの解明につながることなどが期待されています。従来の蛍光体は、その多くが紫外光や可視光に反応して発光しますが、紫外 - 可視光はヘモグロビンや水など生体組織に吸収されてしまい生体深部が観察できません。また、「生体の窓」の光に反応する蛍光体もありますが、それらの大半は発光効率が悪く、発光効率の良いものは鉛や水銀など毒性のある元素で構成されているといった問題がありました。
- 本研究グループは、シリコンを主成分とする粒子を用いて、「生体の窓」の波長域に対して効率よく発光する蛍光体の開発に成功しました。シリコンはこれまでにもバイオイメージング用の蛍光体として利用が検討されてきましたが、効率良い発光を得るには紫外光で励起する必要があり、また発光効率も低いといった問題に悩まされてきました。本研究では、コアである結晶シリコンのナノ粒子を炭化水素基と界面活性剤で覆う、新しいコア・ダブルシェル構造を考案しました。二光子励起法を利用すると結晶シリコンを近赤外光で効率良く光励起することができ、炭化水素基は発光量子収率を高める効果があります。さらに界面活性剤で覆うことで水溶性を付与しました。その結果、標的とする生体分子を効率よく標識できるようになり、生体透過性の高い波長域での蛍光バイオイメージングの実現につながりました。
- 今後は、今回開発したシリコン蛍光体を利用し、生体深部の蛍光イメージングを目指します。
- 本研究成果の一部は、文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム名古屋大学分子・物質合成プラットフォーム事業の一環として行われました。
- 本研究成果は、Nanoscale誌オンライン版にて2016年4月13日に掲載されました。
プレスリリースの図1 : NIH3T3細胞の微分干渉顕微鏡像(左)、共焦点蛍光顕微鏡像(右)、両顕微鏡像を重ね合わせた像(中央)
