東北大ら,体内細胞を観察できる電気顕微鏡を開発

東北大学,日本バイオデータ,東京エレクトロンは,オートフォーカス機能と自己再生機能を有する「電気顕微鏡」の素子の開発に成功した(ニュースリリース)。

人体のイメージング技術は世界中で盛んに開発されている。人の体は37兆個の細胞でできているが,このうち生きたまま細胞レベルの細かさで観察できる細胞は,身体の表面に出ている皮膚と胃腸の細胞の数にあたる2兆個に限られてきた。

残りの35兆個の細胞を細胞レベルの細かさで観察するためには,採血や組織採取などによって人の体から取り出さなければならなかった。これらの細胞を観察することができるようになれば,例えばがんのような細胞に原因のある病気の早期発見につながることが期待される。

そこで今回,研究グループは新しい原理の無レンズ顕微鏡(電気顕微鏡)を開発した。従来型の光学顕微鏡とは異なり,ピント調節をすることなく26兆個の血球を含む,35兆個以上の体内の細胞を長時間直接観察することが可能だとする。電気顕微鏡は,電気顕微鏡に密着させた被写体の電気化学的な特性をそのまま撮影することができるため,光学顕微鏡のように撮影時にピントを合わせる必要がない。

被写体の電気化学的な特性を撮影するためには,これまで困難と考えられていた「極小の電極(100μm2以下)を用いて電解質水溶液の電気化学的インピーダンス測定を行なうと,電極表面に生じる固体/液体の界面のインピーダンスと,電極にはさまれた液体のインピーダンスを周波数特性から分離することができる」という電気化学上の発見を利用している。

特に電気顕微鏡では,今回の「電極表面に生じる固体/液体の界面のインピーダンス測定方法」の発見を応用し,極薄の界面を振動子として扱うことで被写体深度を数μm以下におさめることができた。

通常,このような電気化学的特性,振動子を応用した測定では,長時間測定を行なうことが困難だった。しかし今回開発した電気顕微鏡の場合,振動子が電極表面に生じる極薄の固体/液体の界面に生じるが,その界面の厚みは液体の側にのみ厚みを持っている。

これは事実上,振動子が液体でできていることを意味する。そのため,振動子が自動的に更新され,振動子としての機能が劣化することなく再生し続けることがわかった。この自己再生機能を利用することによって,研究グループは72時間の長時間にわたって細胞の運動を追跡することができたという。

研究グループは,この電気顕微鏡素子が注射針などにも搭載可能であり,今後,レントゲンや内視鏡と並ぶ人体イメージング技術への応用が期待されるとしている。

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