基本情報

所属

• 情報科学研究院　生命人間情報科学部門　バイオエンジニアリング分野

職名

• 教授

学位

• 博士(学術)（1997年06月 東京大学）

ホームページURL

https://www.ist.hokudai.ac.jp/labo/bmsys/index.html

J-Global ID

• 200901045896159714

研究キーワード

• 非線形光学   分光学   応用光学   Spectroscopy   Applied Optics   

研究分野

• ナノテク・材料 / 光工学、光量子科学
• ナノテク・材料 / 基礎物理化学
• ライフサイエンス / 生体材料学
• ライフサイエンス / 生体医工学

担当教育組織

•  学士課程　工学部
•  修士課程　情報科学院
•  博士課程　情報科学院

職歴

• 2019年04月 - 現在 北海道大学 大学院情報科学研究院 生命人間情報科学部門 教授
• 2016年10月 - 2019年03月 北海道大学 大学院情報科学研究科 生命人間情報科学専攻 教授
• 2007年04月 - 2016年09月 大阪大学 大学院基礎工学研究科 機能創成専攻 生体工学領域 准教授
• 2003年04月 - 2007年03月 大阪大学 大学院基礎工学研究科 機能創成専攻 生体工学領域 助教授
• 2002年11月 - 2003年03月 大阪大学 大学院基礎工学研究科 システム人間系専攻 助教授
• 1999年04月 - 2002年10月 大阪大学 大学院基礎工学研究科 システム人間系専攻 講師
• 1997年08月 - 1999年03月 大阪大学 大学院基礎工学研究科システム人間系専攻 助手
• 1996年04月 - 1997年07月 徳島大学工学部機械工学科 助手
• 1991年04月 - 1996年03月 神奈川科学技術アカデミー 濵口「極限分子計測」プロジェクト 研究員

学歴

• 1997年06月 -   東京大学   大学院総合文化研究科 論文博士
• 1989年04月 - 1991年03月   大阪大学   大学院工学研究科   応用物理学専攻
• 1985年04月 - 1989年03月   大阪大学   工学部   応用物理学科

所属学協会

• レーザ顕微鏡研究会   日本光学会   日本分光学会   日本応用物理学会   日本機械学会   

研究活動情報

論文

• A CMOS Double-Demodulation Lock-In Amplifier for Stimulated Raman Scattering Signal Detection

  Shukri Bin Korakkottil Kunhi Mohd, De Xing Lioe, Keita Yasutomi, Keiichiro Kagawa, Mamoru Hashimoto, Shoji Kawahito

  Electronics 12 1 4 - 4 2022年12月20日 [査読有り]
   

  In typical stimulated Raman scattering (SRS) signal extraction, the photodetector and lock-in amplifier are often based on separate platforms, rendering the system cumbersome and non-scalable. This paper proposes an SRS double-demodulation lock-in amplifier implemented with a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor technology that integrates two-stage 1/f noise and offset reduction circuits with a high-speed lateral electric field modulation (LEFM) photo-demodulator. A weak SRS signal is buried in a large offset with a ratio of 10−4 to 10−6; boosting such signals in a CMOS device requires an extremely high offset and noise reduction capability. The double-modulation two-stage lock-in amplifier demodulates at 40 MHz with a sampling frequency of 20 MHz, can suppress the laser and circuit’s 1/f noise to achieve higher detection sensitivity. A prototype chip fabricated using 0.11 μm CMOS image sensor technology is evaluated. Both simulation and measurement results are presented to verify the functionality and show that the differential readout structure can successfully reject laser common mode components while emphasizing its differences. The measurement results show that the double-modulation lock-in amplifier effectively suppresses the circuit’s 1/f noise by a factor of nearly two decades.
• Near real-time nerve visualization using coherent Raman scattering rigid endoscope and deep learning-based image processing for nerve-sparing surgery

  Naoki Yamato, Hirohiko Niioka, Jun Miyake, Mamoru Hashimoto

  Biomedical Vibrational Spectroscopy 2022: Advances in Research and Industry 2022年03月02日 [査読有り]
  
• Ultrahigh-speed multiplex coherent anti-Stokes Raman scattering microspectroscopy using scanning elliptical focal spot

  Shun Kizawa, Mamoru Hashimoto

  The Journal of Chemical Physics 155 14 144201 - 144201 2021年10月14日 [査読有り][通常論文]
  
• Avoidance of four-wave mixing in optical fiber bundle for coherent anti-Stokes Raman scattering endomicroscopy

  Hiroki Ogawa, Mamoru Hashimoto

  Optics Letters 46 14 3356 - 3356 2021年07月15日 [査読有り]
  
• Improvement of nerve imaging speed with coherent anti-Stokes Raman scattering rigid endoscope using deep-learning noise reduction

  Naoki Yamato, Hirohiko Niioka, Jun Miyake, Mamoru Hashimoto

  Scientific Reports 10 1 15212  2020年09月 [査読有り][通常論文]
   

  A coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) rigid endoscope was developed to visualize peripheral nerves without labeling for nerve-sparing endoscopic surgery. The developed CARS endoscope had a problem with low imaging speed, i.e. low imaging rate. In this study, we demonstrate that noise reduction with deep learning boosts the nerve imaging speed with CARS endoscopy. We employ fine-tuning and ensemble learning and compare deep learning models with three different architectures. In the fine-tuning strategy, deep learning models are pre-trained with CARS microscopy nerve images and retrained with CARS endoscopy nerve images to compensate for the small dataset of CARS endoscopy images. We propose using the equivalent imaging rate (EIR) as a new evaluation metric for quantitatively and directly assessing the imaging rate improvement by deep learning models. The highest EIR of the deep learning model was 7.0 images/min, which was 5 times higher than that of the raw endoscopic image of 1.4 images/min. We believe that the improvement of the nerve imaging speed will open up the possibility of reducing postoperative dysfunction by intraoperative nerve identification.
• Nerve Segmentation with Deep Learning from Label-Free Endoscopic Images Obtained Using Coherent Anti-Stokes Raman Scattering

  Naoki Yamato, Mana Matsuya, Hirohiko Niioka, Jun Miyake, Mamoru Hashimoto

  Biomolecules 10 7 1012 - 1012 2020年07月08日 [査読有り][通常論文]
   

  Semantic segmentation with deep learning to extract nerves from label-free endoscopic images obtained using coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) for nerve-sparing surgery is described. We developed a CARS rigid endoscope in order to identify the exact location of peripheral nerves in surgery. Myelinated nerves are visualized with a CARS lipid signal in a label-free manner. Because the lipid distribution includes other tissues as well as nerves, nerve segmentation is required to achieve nerve-sparing surgery. We propose using U-Net with a VGG16 encoder as a deep learning model and pre-training with fluorescence images, which visualize the lipid distribution similar to CARS images, before fine-tuning with a small dataset of CARS endoscopy images. For nerve segmentation, we used 24 CARS and 1,818 fluorescence nerve images of three rabbit prostates. We achieved label-free nerve segmentation with a mean accuracy of 0.962 and an F 1 value of 0.860. Pre-training on fluorescence images significantly improved the performance of nerve segmentation in terms of the mean accuracy and F 1 value ( p < 0 . 05 ). Nerve segmentation of label-free endoscopic images will allow for safer endoscopic surgery, while reducing dysfunction and improving prognosis after surgery.
• Label-free nerve imaging with a coherent anti-Stokes Raman scattering rigid endoscope using two optical fibers for laser delivery

  Keigo Hirose, Shuichiro Fukushima, Taichi Furukawa, Hirohiko Niioka, Mamoru Hashimoto

  APL Photonics 3 9 092407  2018年07月 [査読有り][招待有り]
  
• Coherent anti-stokes Raman scattering rigid endoscope toward robot-assisted surgery

  K. Hirose, T. Aoki, T. Furukawa, S. Fukushima, H. Niioka, S. Deguchi, M. Hashimoto

  Biomedical Optics Express 9 2 387 - 396 2018年02月01日 [査読有り][通常論文]
   

  Label-free visualization of nerves and nervous plexuses will improve the preservation of neurological functions in nerve-sparing robot-assisted surgery. We have developed a coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) rigid endoscope to distinguish nerves from other tissues during surgery. The developed endoscope, which has a tube with a diameter of 12 mm and a length of 270 mm, achieved 0.91% image distortion and 8.6% non-uniformity of CARS intensity in the whole field of view (650 µm diameter). We demonstrated CARS imaging of a rat sciatic nerve and visualization of the fine structure of nerve fibers.
• Label-Free Biomedical Imaging Using High-Speed Lock-In Pixel Sensor for Stimulated Raman Scattering

  Kamel Mars, De Xing Lioe, Shoji Kawahito, Keita Yasutomi, Keiichiro Kagawa, Takahiro Yamada, Mamoru Hashimoto

  SENSORS 17 11 2581  2017年11月 [査読有り][通常論文]
   

  Raman imaging eliminates the need for staining procedures, providing label-free imaging to study biological samples. Recent developments in stimulated Raman scattering (SRS) have achieved fast acquisition speed and hyperspectral imaging. However, there has been a problem of lack of detectors suitable for MHz modulation rate parallel detection, detecting multiple small SRS signals while eliminating extremely strong offset due to direct laser light. In this paper, we present a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor using high-speed lock-in pixels for stimulated Raman scattering that is capable of obtaining the difference of Stokes-on and Stokes-off signal at modulation frequency of 20 MHz in the pixel before reading out. The generated small SRS signal is extracted and amplified in a pixel using a high-speed and large area lateral electric field charge modulator (LEFM) employing two-step ion implantation and an in-pixel pair of low-pass filter, a sample and hold circuit and a switched capacitor integrator using a fully differential amplifier. A prototype chip is fabricated using 0.11 m CMOS image sensor technology process. SRS spectra and images of stearic acid and 3T3-L1 samples are successfully obtained. The outcomes suggest that hyperspectral and multi-focus SRS imaging at video rate is viable after slight modifications to the pixel architecture and the acquisition system.
• カソードルミネッセンス顕微鏡と近赤外顕微鏡によるマルチモーダルイメージング

  新岡宏彦, 福島昌一郎, 古川太一, 橋本守

  光アライアンス 28 1 24 - 28 日本工業出版 2017年01月 [査読無し][招待有り]
  
• Photo-Induced Cell Damage Analysis for Single- and Multifocus Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy

  Takeo Minamikawa, Yoshinori Murakami, Naokazu Matsumura, Hirohiko Niioka, Shuichiro Fukushima, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  JOURNAL OF SPECTROSCOPY 2017 5725340-1 - 5725340-8 2017年 [査読有り][通常論文]
   

  In this study, we investigated photo-induced damage to living cells during single-and multifocus excitations for coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) imaging. A near-infrared pulsed laser (709 nm) was used to induce cell damage. We compared the photo-induced cell damage in the single- and the multifocus excitation schemes with the condition to obtain the same CARS signal in the same frame rate. For the evaluation of cell viability, we employed 4', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) fluorophores that predominantly stained the damaged cells. One-and two-photon fluorescence of DAPI fluorophores were, respectively, excited by an ultraviolet light source and the same near-infrared light source and were monitored to evaluate the cell viability during near-infrared pulsed laser irradiation. We found lower uptake of DAPI fluorophores into HeLa cells during the multifocus excitation compared with the single- focus excitation scheme in both the one- and the two-photon fluorescence examinations. This indicates a reduction of photo-induced cell damage in the multifocus excitation. Our findings suggested that the multifocus excitation scheme is expected to be suitable for CARS microscopy in terms of minimal invasiveness.
• Influence of Nonenzymatic Glycation in Dentinal Collagen on Dental Caries

  Y. Matsuda, J. Miura, M. Shimizu, T. Aoki, M. Kubo, S. Fukushima, M. Hashimoto, F. Takeshige, T. Araki

  JOURNAL OF DENTAL RESEARCH 95 13 1528 - 1534 2016年12月 [査読有り][通常論文]
   

  Advanced glycation end-products (AGEs) are generated via nonenzymatic glycation of dentinal collagen, resulting in accumulation of AGEs in dentin tissue. Since accumulated AGEs cause crosslinking between amino acid polypeptides in the collagen molecule and modify mechanical properties of dentinal collagen, the authors assumed that there would be a significant interaction between the generation of AGEs and progression of caries in dentin. To confirm such an interaction, spectroscopic imaging analyses (i.e., nanosecond fluorescence lifetime imaging and second harmonic generation light imaging) were performed in addition to biochemical and electron microscopic analyses in the present study. Seven carious human teeth were fixed in paraformaldehyde and cut longitudinally into 1-mm sections using a low-speed diamond saw for the following analyses. In transmission electron microscopy (TEM) analysis, nondecalcified specimens were embedded in epoxy resin and sliced into thin sections for observation. For the immunohistochemical analysis, the specimens were paraffin embedded after decalcification for 2 wk and sectioned with a microtome. Resultant sections were stained with anti-AGE and anticollagen antibodies. The demineralized specimens were used for spectroscopic analyses without additional treatment. For Western blotting analysis, specimens were separated into carious and sound dentin. Each specimen was homogenized with a bead crusher and an ultrasonic homogenizer and then treated with hydrochloric acid. In carious dentin, the collagen fibers showed an amorphous structure in the TEM image, and the AGEs were localized in the areas of bacterial invasion in the immunostaining image. The total amount of AGEs in carious dentin was higher than in sound dentin in Western blotting. The ultrastructure of type I collagen and total amount of AGEs varied markedly in the dentinal caries region. The fluorescence lifetime was shorter in the carious area than that in the sound areas, indicating an increase of AGEs in the carious area. The increase of AGEs could influence the progression of dentinal caries.
• Multispectral Emissions of Lanthanide-Doped Gadolinium Oxide Nanophosphors for Cathodoluminescence and Near-Infrared Upconversion/Downconversion Imaging

  Doan Thi Kim Dung, Shoichiro Fukushima, Taichi Furukawa, Hirohiko Niioka, Takumi Sannomiya, Kaori Kobayashi, Hiroshi Yukawa, Yoshinobu Baba, Mamoru Hashimoto, Jun Miyake

  NANOMATERIALS 6 9 163-1 - 163-17 2016年09月 [査読有り][通常論文]
   

  Comprehensive imaging of a biological individual can be achieved by utilizing the variation in spatial resolution, the scale of cathodoluminescence (CL), and near-infrared (NIR), as favored by imaging probe Gd2O3 co-doped lanthanide nanophosphors (NPPs). A series of Gd2O3:Ln(3+)/Yb3+ (Ln(3+): Tm3+, Ho3+, Er3+) NPPs with multispectral emission are prepared by the sol-gel method. The NPPs show a wide range of emissions spanning from the visible to the NIR region under 980 nm excitation. The dependence of the upconverting (UC)/downconverting (DC) emission intensity on the dopant ratio is investigated. The optimum ratios of dopants obtained for emissions in the NIR regions at 810 nm, 1200 nm, and 1530 nm are applied to produce nanoparticles by the homogeneous precipitation (HP) method. The nanoparticles produced from the HP method are used to investigate the dual NIR and CL imaging modalities. The results indicate the possibility of using Gd2O3 co-doped Ln(3+)/Yb3+ (Ln(3+): Tm3+, Ho3+, Er3+) in correlation with NIR and CL imaging. The use of Gd2O3 promises an extension of the object dimension to the whole-body level by employing magnetic resonance imaging (MRI).
• Correlative near-infrared light and cathodoluminescence microscopy using Y2O3:Ln, Yb (Ln = Tm, Er) nanophosphors for multiscale, multicolour bioimaging

  S. Fukushima, T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, T. Sannomiya, N. Tanaka, D. Onoshima, H. Yukawa, Y. Baba, M. Ashida, J. Miyake, T. Araki, M. Hashimoto

  SCIENTIFIC REPORTS 6 25950  2016年05月 [査読有り][通常論文]
   

  This paper presents a new correlative bioimaging technique using Y2O3:Tm, Yb and Y2O3:Er, Yb nanophosphors (NPs) as imaging probes that emit luminescence excited by both near-infrared (NIR) light and an electron beam. Under 980 nm NIR light irradiation, the Y2O3:Tm, Yb and Y2O3:Er, Yb NPs emitted NIR luminescence (NIRL) around 810 nm and 1530 nm, respectively, and cathodoluminescence at 455 nm and 660 nm under excitation of accelerated electrons, respectively. Multimodalities of the NPs were confirmed in correlative NIRL/CL imaging and their locations were visualized at the same observation area in both NIRL and CL images. Using CL microscopy, the NPs were visualized at the single-particle level and with multicolour. Multiscale NIRL/CL bioimaging was demonstrated through in vivo and in vitro NIRL deep-tissue observations, cellular NIRL imaging, and high-spatial resolution CL imaging of the NPs inside cells. The location of a cell sheet transplanted onto the back muscle fascia of a hairy rat was visualized through NIRL imaging of the Y2O3:Er, Yb NPs. Accurate positions of cells through the thickness (1.5 mm) of a tissue phantom were detected by NIRL from the Y2O3:Tm, Yb NPs. Further, locations of the two types of NPs inside cells were observed using CL microscopy.
• A Stimulated Raman Scattering CMOS Pixel Using a High-Speed Charge Modulator and Lock-in Amplifier

  De Xing Lioe, Kamel Mars, Shoji Kawahito, Keita Yasutomi, Keiichiro Kagawa, Takahiro Yamada, Mamoru Hashimoto

  SENSORS 16 4 532-1 - 532-16 2016年04月 [査読有り][通常論文]
   

  A complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) lock-in pixel to observe stimulated Raman scattering (SRS) using a high speed lateral electric field modulator (LEFM) for photo-generated charges and in-pixel readout circuits is presented. An effective SRS signal generated after the SRS process is very small and needs to be extracted from an extremely large offset due to a probing laser signal. In order to suppress the offset components while amplifying high-frequency modulated small SRS signal components, the lock-in pixel uses a high-speed LEFM for demodulating the SRS signal, resistor-capacitor low-pass filter (RC-LPF) and switched-capacitor (SC) integrator with a fully CMOS differential amplifier. AC (modulated) components remained in the RC-LPF outputs are eliminated by the phase-adjusted sampling with the SC integrator and the demodulated DC (unmodulated) components due to the SRS signal are integrated over many samples in the SC integrator. In order to suppress further the residual offset and the low frequency noise (1/f noise) components, a double modulation technique is introduced in the SRS signal measurements, where the phase of high-frequency modulated laser beam before irradiation of a specimen is modulated at an intermediate frequency and the demodulation is done at the lock-in pixel output. A prototype chip for characterizing the SRS lock-in pixel is implemented and a successful operation is demonstrated. The reduction effects of residual offset and 1/f noise components are confirmed by the measurements. A ratio of the detected small SRS to offset a signal of less than 10(-5) is experimentally demonstrated, and the SRS spectrum of a Benzonitrile sample is successfully observed.
• Synthesis of Y2O3 nanophosphors by homogeneous precipitation method using excessive urea for cathodoluminescence and upconversion luminescence bioimaging

  Shoichiro Fukushima, Taichi Furukawa, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Takumi Sannomiya, Jun Miyake, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  OPTICAL MATERIALS EXPRESS 6 3 831 - 843 2016年03月 [査読有り][通常論文]
   

  Yttrium oxide-based nanophosphors that emit both upconversion luminescence (UPL) and cathodoluminescence (CL) were synthesized by a precipitation method using excessive urea. Precursors of Y2O3 nanophosphors were synthesized with size control to less than 50 nm and a chemical yield greater than 90%. Concentrations of rare-earth co-dopants in nanophosphors were controlled with optimal molar ratios. Co-dopants Tm, Yb/Er, Yb enabled NPs to emit UPL at wavelengths around 810/660 nm and CL at wavelengths around 450/660 nm via excitation with 980 nm NIR light and an electron beam. Synthesized NPs were imaged by NIR and CL microscopy. (C) 2016 Optical Society of America
• A CMOS Image Sensor Using High Speed Lock-In Pixels for Stimulated Raman Scattering

  DeXing Lioe, Kamel Mars, Taishi Takasawa, Keita Yasutomi, Keiichiro Kagawa, Mamoru Hashimoto, Shoji Kawahito

  HIGH-SPEED BIOMEDICAL IMAGING AND SPECTROSCOPY: TOWARD BIG DATA INSTRUMENTATION AND MANAGEMENT 9720 97200J  2016年 [査読有り][通常論文]
   

  A CMOS image sensor using high-speed lock-in pixels for stimulated Raman scattering (SRS) spectroscopy is presented in this paper. The effective SRS signal from the stimulated emission of SRS mechanism is very small in contrast to the offset of a probing laser source, which is in the ratio of 10(-4) to 10(-5). In order to extract this signal, the common offset component is removed, and the small difference component is sampled using switched-capacitor integrator with a fully differential amplifier. The sampling is performed over many integration cycles to achieve appropriate amplification. The lock-in pixels utilizes high-speed lateral electric field charge modulator (LEFM) to demodulate the SRS signal which is modulated at high-frequency of 20MHz. A prototype chip is implemented using 0.11 mu m CMOS image sensor technology.
• Near-infrared broadband dual-frequency-comb spectroscopy with a resolution beyond the Fourier limit determined by the observation time window

  Sho Okubo, Yi-Da Hsieh, Hajime Inaba, Atsushi Onae, Mamoru Hashimoto, Takeshi Yasui

  OPTICS EXPRESS 23 26 33184 - 33193 2015年12月 [査読有り][通常論文]
   

  We performed broadband dual-frequency-comb spectroscopy in the near-infrared region with a much higher resolution than the Fourier limit by using discrete Fourier transforms and spectral interleaving. We observed the resonant spectrum of a Fabry-Perot cavity over a spectral range of 187 to 218 THz using this technique, and measured its free spectral ranges and finesses. The recorded spectrum includes cavity resonance lines with widths of about 2 MHz, which is much narrower than the resolution of 48 MHz determined by the observation time window. (C) 2015 Optical Society of America
• Orientation detection of a single molecule using pupil filter with electrically controllable polarization pattern

  Mamoru Hashimoto, Keisuke Yoshiki, Makoto Kurihara, Nobuyuki Hashimoto, Tsutomu Araki

  OPTICAL REVIEW 22 6 875 - 881 2015年12月 [査読有り][通常論文]
   

  We have developed a system for measuring the orientation of single molecules using a conventional wide-field fluorescence microscope with a polarization filter consisting of a polarizer and a compact polarization mode converter. The polarization filter electrically controls the pattern of polarization filtering. Since the polarization of the fluorescence from a single molecule highly depends on the angle between the observation direction and the molecular direction, polarization pattern filtering at the pupil plane of the objective lens allows the orientation of a single molecule to be visualized. Using this system, we demonstrated the orientation detection of single molecules.
• High-sensitivity and high-spatial-resolution imaging of self-assembled monolayer on platinum using radially polarized beam excited second-harmonic-generation microscopy

  Mamoru Hashimoto, Hirohiko Niioka, Koichiro Ashida, Keisuke Yoshiki, Tsutomu Araki

  APPLIED PHYSICS EXPRESS 8 11 112401  2015年11月 [査読有り][通常論文]
   

  High-sensitivity, high-spatial-resolution imaging of organic monolayers on platinum with second harmonic generation (SHG) microscopy using radially polarized beam excitation is investigated. A tightly focused, radially polarized beam forms a longitudinal electric field at the focus. The longitudinal field is enhanced at a metal surface and increases the intensity of SHG from the molecules on the metal surface. The SHG signal from a self-assembled monolayer (SAM) on a platinum surface excited by a radially polarized beam is approximately 3.7 times higher than that obtained with a linearly polarized beam. Improved spatial resolution is also demonstrated using a SAM patterned by electron beam lithography. (C) 2015 The Japan Society of Applied Physics
• Super-resolution discrete Fourier transform spectroscopy beyond time-window size limitation using precisely periodic pulsed radiation

  Takeshi Yasui, Yuki Iyonaga, Yi-Da Hsieh, Yoshiyuki Sakaguchi, Francis Hindle, Shuko Yokoyama, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  Optica 2 5 460 - 460 2015年05月20日 [査読有り][通常論文]
   

  Fourier transform spectroscopy (FTS) has been widely used in a variety of fields due to its high signal-to-noise ratio, simultaneous acquisition of a broad spectrum, and versatility for different radiation sources. Further improvement of the spectroscopic performance will widen its scope of applications. Here, we demonstrate improved spectral resolution by overcoming the time-window size limitation using a mode-locked terahertz (THz) pulse train as precisely periodic pulsed radiation in discrete Fourier transform spectroscopy (dFTS). Since infinitesimal resolution can be achieved at harmonic components of its repetition frequency 1/𝑇 when the time-window size is exactly matched to the repetition period 𝑇, a combination of dFTS with a spectral interleaving technique achieves a spectral resolution limited only by the spectral interleaving interval. Linewidths narrower than 1/(50𝑇) are fully resolved by THz-dFTS, allowing rotational-transition absorption lines of low-pressure molecular gases to be attributed within a 1.25 MHz band.
• Rare-earth-doped nanophosphors for multicolor cathodoluminescence nanobioimaging using scanning transmission electron microscopy

  Taichi Furukawa, Shoichiro Fukushima, Hirohiko Niioka, Naoki Yamamoto, Jun Miyake, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS 20 5 056007-1 - 056007-6 2015年05月 [査読有り][通常論文]
   

  We describe rare-earth-doped nanophosphors (RE-NPs) for biological imaging using cathodoluminescence (CL) microscopy based on scanning transmission electron microscopy (STEM). We report the first demonstration of multicolor CL nanobioimaging using STEM with nanophosphors. The CL spectra of the synthesized nanophosphors (Y2O3:Eu, Y2O3:Tb) were sufficiently narrow to be distinguished. From CL images of RE-NPs on an elastic carbon-coated copper grid, the spatial resolution was beyond the diffraction limit of light. Y2O3:Tb and Y2O3:Eu RE-NPs showed a remarkable resistance against electron beam exposure even at high acceleration voltage (80 kV) and retained a CL intensity of more than 97% compared with the initial intensity for 1 min. In biological CL imaging with STEM, heavy-metal-stained cell sections containing the RE-NPs were prepared, and both the CL images of RE-NPs and cellular structures, such as mitochondria, were clearly observed from STEM images with high contrast. The cellular CL imaging using RE-NPs also had high spatial resolution even though heavy-metal-stained cells are normally regarded as highly scattering media. Moreover, since the RE-NPs exhibit photoluminescence (PL) excited by UV light, they are useful for multimodal correlative imaging using CL and PL. (C) 2015 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)
• Decrease in fluorescence lifetime by glycation of collagen and its application in determining advanced glycation end-products in human dentin

  Shuichiro Fukushima, Masato Shimizu, Jiro Miura, Yusuke Matsuda, Mizuho Kubo, Mamoru Hashimoto, Takuya Aoki, Fumio Takeshige, Tsutomu Araki

  BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS 6 5 1844 - 1856 2015年05月 [査読有り][通常論文]
   

  Advanced Glycation End-products (AGEs) are produced by the Maillard reaction, which causes cross-linking of collagen and results in changes in the mechanical properties of collagen tissues. Several types of AGE fluoresce, and measurement of this fluorescence is effective for determining the presence of AGEs. Because fluorescence intensity by steady-state fluorometry is affected by sample surface condition and light source, we focused on fluorescence lifetime measurement (FLM). We found that fluorescence lifetime of collagen gel decreased with glycation progress. In vivo application of FLM for determination of AGEs was confirmed in human dentin. (C) 2015 Optical Society of America
• Multimodal Imaging Probing Platform Based on Upconverting Rare-Earth Doped Gd2O3 Nanocrystals

  Kim Dung T. Doan, Shoichiro Fukushima, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto, Jun Miyake

  BIOPHYSICAL JOURNAL 108 2 171A - 172A 2015年01月 [査読有り][通常論文]
  
• Y2O3:Tm,Yb nanophosphors for correlative upconversion luminescence and cathodoluminescence imaging

  Shoichiro Fukushima, Taichi Furukawa, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Jun Miyake, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  MICRON 67 90 - 95 2014年12月 [査読有り][通常論文]
   

  We present a phosphor nanoparticle that shows both upconversion luminescence (UCL) and cathodoluminescence (CL). With this particle, low-autofluorescence, deep-tissue and wide-field fluorescence imaging can be achieved with nanometer-order high-spatial-resolution imaging. We synthesized Y2O3:Tm,Yb nanophosphors that emit visible and near-infrared UCL under 980 nm irradiation and blue CL via electron beam excitation. The phosphors were applied to fluorescent imaging of HeLa cells. The photostability of the phosphors was superior to that of a conventional organic dye. We show that after uptake by HeLa cells, the particles can be imaged with SEM and CL contrast in a cellular section. This indicates that correlative UCL and CL imaging of biological samples could be realized. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.
• 多焦点リアルタイムCARS顕微鏡による細胞応答観測

  橋本 守, Harsono Cahyadi, 南川 丈夫, 新岡 宏彦, 荒木 勉

  オプトロニクス 33 389 74 - 78 オプトロニクス社 2014年05月 [査読無し][招待有り]
  
• 高速広帯域波長走査レーザを光源とした多焦点CARS顕微鏡

  橋本 守, Harsono Cahyadi, 新岡 宏彦, 荒木 勉

  光アライアンス 25 3 16 - 20 日本工業出版 2014年03月 [査読無し][招待有り]
  
• Accumulation of advanced glycation end-products in human dentine

  Jiro Miura, Kantaro Nishikawa, Mizuho Kubo, Shuichiro Fukushima, Mamoru Hashimoto, Fumio Takeshige, Tsutomu Araki

  ARCHIVES OF ORAL BIOLOGY 59 2 119 - 124 2014年02月 [査読有り][通常論文]
   

  Cross-linking of collagen by Advanced Glycation End-products (AGEs) occurs by nonenzymatic glycation (Maillard reaction). The purpose of this study was to examine whether AGEs are formed in human dentinal collagen, and to consider any possible influence of AGEs on dentinal physiology. Mechanical characteristics, fluorescence spectra and immunohistochemical analyses of demineralized dentine sections from young subjects were compared with those of aged ones. The same investigations were performed with young dentine artificially glycated by incubation in 0.1 M ribose solution. Indentation measurement indicated that the sections from aged dentine were mechanically harder than those from young dentine. The hardness of young dentine increased after incubation in ribose solution. Fluorescence peak wavelength of the young dentine was shorter than that of the aged one, but shifted towards the peak wavelength of the aged one after incubation in ribose solution. These changes were considered to be due to accumulation of AGEs. Existence of AGEs in dentinal collagen was confirmed by immunohistochemical analysis. The obtained results suggest that AGEs accumulation occurs in dentinal collagen and is affected by both human age and physiological conditions such as glucose level in blood because dentinal collagen receives nourishment via dental pulp and tubules. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.
• 光で生体を見る・観る・測る (「イメージング技術の新展開」特集号)

  荒木 勉, 橋本 守, 福島 修一郎

  システム・制御・情報 = Systems, control and information : システム制御情報学会誌 58 10 396 - 403 システム制御情報学会 2014年
• Fourth-order coherent Raman microspectroscopy for detection of material symmetry

  Mamoru Hashimoto, Hiroto Kanoh, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki

  Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 8948 2014年 [査読有り][通常論文]
   

  Coherent Raman scattering provides chemical imaging by using molecular vibrational information sensitive to molecular structure. To add another information of martial symmetry, we propose using fourth order coherent Raman scattering for imaging, because the even order nonlinear phenomenon is forbidden for centro-symmetric material. We have developed a multiplex fourth order coherent Raman scattering microscopy system using a femtosecond laser. A narrowband beam of 17 cm-1 bandwidth and a broadband beam generated by a photonic crystal fiber enables to obtain a spectrum of fourth order coherent Raman scattering at once. We demonstrate the fourth order coherent Raman, hyper-Raman and second harmonics of trans-4'-(dimethylamino)-N-methyl-4- stilbazolium tosylate crystal by using the developed microscope. © 2014 SPIE.
• A Stimulated Raman Scattering Imager Using High-Speed Lateral Electric Field Modulator and Lock-in Pixels Amplifiers

  Kamel Mars, Beak Guseul, Han Sang Man, Taishi Takasawa, Keita Yasutomi, Keiichiro Kagawa, Mamoru Hashimoto, Shoji Kawahito

  IMAGE SENSORS AND IMAGING SYSTEMS 2014 9022 90220D  2014年 [査読有り][通常論文]
   

  A high speed Lateral Electric Field Modulator (LEFM) and lock-in pixels amplifiers for stimulated Raman scattering (SRS) imager is presented. Since the generated signal from the SRS process is very small compared to the offset signal, a technique suitable for extracting and amplifying the SRS signal is needed. The offset can be canceled by tuning the phase delay between the demodulated pixel output signal and the sampling clock. The small SRS signal in large offset is amplified by the differential integration. The proposed technique has been investigated with an implementation of 64x8 pixels array using a pinned photodiode LEFM an lock-in pixels amplifiers. Very small signal can be extracted from large offset signal. A ratio of the detected small SRS to offset signal of less 10(-5) is achieved.
• Fourth-order coherent Raman microspectroscopy for detection of material symmetry

  Mamoru Hashimoto, Hiroto Kanoh, Hirohika Niioka, Tsutomu Araki

  MULTIPHOTON MICROSCOPY IN THE BIOMEDICAL SCIENCES XIV 8948 894817  2014年 [査読有り][通常論文]
   

  Coherent Raman scattering provides chemical imaging by using molecular vibrational information sensitive to molecular structure. To add another information of martial symmetry, we propose using fourth order coherent Raman scattering for imaging, because the even order nonlinear phenomenon is forbidden for centro-symmetric material. We have developed a multiplex fourth order coherent Raman scattering microscopy system using a femtosecond laser. A narrowband beam of 17 cm(-1) bandwidth and a broadband beam generated by a photonic crystal fiber enables to obtain a spectrum of fourth order coherent Raman scattering at once. We demonstrate the fourth order coherent Raman, hyper-Raman and second harmonics of trans-4'-(dimethylamino)-N-methyl-4-stilbazolium tosylate crystal by using the developed microscope.
• High-resolution microscopy for biological specimens via cathodoluminescence of Eu- and Zn-doped Y2O3 nanophosphors

  Taichi Furukawa, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Tomohiro Nagata, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  Optics Express 21 22 25655 - 25663 2013年11月04日 [査読有り][通常論文]
   

  High-resolution microscopy for biological specimens was performed using cathodoluminescence (CL) of Y2O3:Eu, Zn nanophosphors, which have high CL intensity due to the incorporation of Zn. The intensity of Y2O3:Eu nanophosphors at low acceleration voltage (3 kV) was increased by adding Zn. The CL intensity was high enough for imaging even with a phosphor size as small as about 30 nm. The results show the possibility of using CL microscopy for biological specimens at single-protein-scale resolution. CL imaging of HeLa cells containing laserablated Y2O 3:Eu, Zn nanophosphors achieved a spatial resolution of a few tens of nanometers. Y2O3:Eu, Zn nanophosphors in HeLa cells were also imaged with 254 nm ultraviolet light excitation. The results suggest that correlative microscopy using CL, secondary electrons and fluorescence imaging could enable multi-scale investigation of molecular localization from the nanoscale to the microscale. ©2013 Optical Society of America.
• Fast spectral coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with high-speed tunable picosecond laser

  Harsono Cahyadi, Junichi Iwatsuka, Takeo Minamikawa, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS 18 9 096009  2013年09月 [査読有り][通常論文]
   

  We develop a coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy system equipped with a tunable picosecond laser for high-speed wavelength scanning. An acousto-optic tunable filter (AOTF) is integrated in the laser cavity to enable wavelength scanning by varying the radio frequency waves applied to the AOTF crystal. An end mirror attached on a piezoelectric actuator and a pair of parallel plates driven by galvanometer motors are also introduced into the cavity to compensate for changes in the cavity length during wavelength scanning to allow synchronization with another picosecond laser. We demonstrate fast spectral imaging of 3T3-L1 adipocytes every 5 cm(-1) in the Raman spectral region around 2850 cm(-1) with an image acquisition time of 120 ms. We also demonstrate fast switching of Raman shifts between 2100 and 2850 cm(-1), corresponding to CD2 symmetric stretching and CH2 symmetric stretching vibrations, respectively. The fast-switching CARS images reveal different locations of recrystallized deuterated and nondeuterated stearic acid. (C) The Authors. Published by SPIE under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. Distribution or reproduction of this work in whole or in part requires full attribution of the original publication, including its DOI.
• Molecular Orientation Imaging of Liquid Crystals by Tunable-Polarization-Mode Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy

  Takeo Minamikawa, Tatsuro Takagi, Hirohiko Niioka, Makoto Kurihara, Nobuyuki Hashimoto, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  APPLIED PHYSICS EXPRESS 6 7 072401  2013年07月 [査読有り][通常論文]
   

  We have developed a tunable-polarization-mode coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscope with compact polarization mode converters constructed using eight-segmented liquid-crystal spatial light modulators. The polarization modes, such as linear, radial, and azimuthal polarizations, of two excitation beams are controlled independently and are switched without any mechanical tuning in less than 300 ms. We use the system to detect the molecular orientation of 4-cyano-4'-octylbiphenyl (8CB) liquid crystals aligned parallel and perpendicular to the optical axis. We also observe CARS images of liquid crystal defects known as focal conic domains, demonstrating the potential of our molecular orientation imaging system. (C) 2013 The Japan Society of Applied Physics
• SHG顕微断層偏光イメージング : SHGによるコラーゲンの可視化 (特集 非線形光学効果を利用した生体イメージング)

  橋本 守, 福島 修一郎, 荒木 勉

  光アライアンス 24 4 21 - 29 日本工業出版 2013年04月
• SHGイメージングの組織診断への応用 (特集 光生体イメージングの進歩と医療)

  福島 修一郎, 橋本 守, 荒木 勉

  京都府立医科大学雑誌 122 4 189 - 198 京都府立医科大学 2013年04月
• Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy for High Speed Non-Staining Biomolecular Imaging

  Mamoru Hashimoto, Takeo Minamikawa, Tsutomu Araki

  CURRENT PHARMACEUTICAL BIOTECHNOLOGY 14 2 150 - 158 2013年02月 [査読有り][招待有り]
   

  Vibrational microscopy (Raman microscopy and infrared microscopy), which observes molecular vibrations, gives us the information of molecular species without staining because the observed signals are originated from intrinsic molecules of a cell. However, infrared radiation is absorbed with water, and the long wavelength (3-10 mu m) limits the spatial resolution to several micrometers. Spontaneous emission of Raman scattering is quite feeble, and the Raman scattering often overlaps with one-photon fluorescence from a specimen. Coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy, which is one of the nonlinear Raman microscopy, is a method to overcome those problems. In this review, present system of CARS microscopy, the methods of background rejection, and applications are introduced.
• Frequency-Swept Asynchronous-Optical-Sampling Terahertz Time-Domain Spectroscopy

  Yasui T, Iyonaga Y, Hsieh Y. D, Inaba H, Minoshima K, Yokoyama M, Araki T, Hashimoto M, Ieee

  2013 Conference on Lasers and Electro-Optics 2013年 [査読有り][通常論文]
  
• A Time-Resolved CMOS Image Sensor With Draining-Only Modulation Pixels for Fluorescence Lifetime Imaging

  Zhuo Li, Shoji Kawahito, Keita Yasutomi, Keiichiro Kagawa, Juichiro Ukon, Mamoru Hashimoto, Hirohiko Niioka

  IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES 59 10 2715 - 2722 2012年10月 [査読有り][通常論文]
   

  This paper presents a time-resolved CMOS image sensor with draining-only modulation (DOM) pixels, for time-domain fluorescence lifetime imaging. In the DOM pixels using a pinned photodiode (PPD) technology, a time-windowed signal charge transfer from a PPD to a pinned storage diode (PSD) is controlled by a draining gate only, without a transfer gate between the two diodes. This structure allows a potential barrierless and trapless charge transfer from the PPD to the PSD. A 256 x 256 pixel time-resolved CMOS imager with 7.5 x 7.5 mu m(2) DOM pixels has been implemented using 0.18-mu m CMOS image sensor process technology with PPD option. The prototype demonstrates high sensitivity for weak signal of less than one electron per light pulse and accurate measurement of fluorescence decay process with subnanosecond time resolution.
• CARS Microscopy: Implementation of nonlinear vibrational spectroscopy for far-field and near-field imaging

  Mamoru Hashimoto, Taro Ichimura, Katsumasa Fujita

  Springer Series in Optical Sciences 168 317 - 346 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  Raman microscopy has been attracting researchers in biology and medicine due to its capability of detecting molecular vibrations that provide information of molecular species, structures, conditions, and environments. Raman scattering can be obtained by simply illuminating molecules with monochromatic light, and providing molecular vibration frequency as wavelengths of scattered light. This does not require labeling of target molecules, such as chemical or biological staining with fluorophore, which may modify the condition of living biological specimens. © 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
• High-speed spectral tuning CARS microscopy using AOTF laser

  Mamoru Hashimoto, Junichi Iwatsuka, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki

  Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 8226 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  We have developed a high speed spectral tuning CARS microscopy system using a mode-locked Ti:Sapphire laser with an acousto-optic tunable filter (AOTF) in the cavity. Since the wavelength of the laser is tunable with the applied radio frequency to the AOTF, the wavelength is electrically tunable.The pulse duration of the laser is about 10 ps, tunable range is 800 nm to 930 nm, and the tuning speed is ms order. The laser is synchronized with another mode-locked Ti:Sapphire laser laser our own method using a balance cross-correlator and phase lock loop technique. The synchronized lasers are used for light source of multi-focus CARS microscopy system using a microlens array scanner, and the hyperspectral imaging of adipocyte cells is demonstrated. © 2012 Copyright Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE).
• Multicolor Cathodoluminescence Microscopy for Biological Imaging with Nanophosphors

  Hirohiko Niioka, Taichi Furukawa, Masayoshi Ichimiya, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  APPLIED PHYSICS EXPRESS 4 11 2011年11月 [査読有り][通常論文]
   

  We report the first demonstration of a multicolor high-spatial-resolution imaging technique for observation of biological cells using cathodoluminescence from nanophosphors. Three kinds of rare-earth-doped nanophosphors were injected into J744A.1 macrophages, and the spatial distribution of nanophosphors was visualized by using a scanning electron microscope cathodoluminescence (SEM-CL) system. The spectral bandwidth of the phosphors was narrow enough to distinguish the types of the phosphors. CL images of the nanophosphors on Si substrates were obtained with high resolution comparable to that of SEM images. These nanophosphors will be candidates to image more than two kinds of biological molecules at high resolution. (C) 2011 The Japan Society of Applied Physics
• Real-time imaging of laser-induced membrane disruption of a living cell observed with multifocus coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy

  Takeo Minamikawa, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS 16 2 021111  2011年02月 [査読有り][通常論文]
   

  We demonstrate the real-time imaging of laser-induced disruption of the cellular membrane in a living HeLa cell and its cellular response with a multifocus coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscope. A near-infrared pulsed laser beam tightly focused on the cellular membrane of a living cell induces ablation at the focal point causing a local disruption of the cellular membrane. After the membrane disruption a dark spot decreasing CARS intensity of 2840 cm(-1) Raman shift at the disrupted site appears. This dark spot immediately disappears and a strong CARS signal is observed around the disrupted site. This increase of the CARS signal might be caused by resealing of the disrupted site via aggregation of the patch lipid vesicles in the cytoplasm. The accumulation of lipids around the disrupted site is also confirmed with three-dimensional CARS images of a cell before and after membrane disruption. The temporal behavior of the CARS signal at the disrupted site is observed to detect the fusion dynamics of patch vesicles. (C) 2011 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). [DOI:10.1117/1.3533314]
• Development of polarization-mode controllable CARS microscope

  Mamoru Hashimoto, Tatsuro Takagi, Takeo Minamikawa, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki

  Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 7903 2011年 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a polarization-mode controllable coherent anti-Stokes Raman scattering microscope. The polarization-mode of excitations beams such as linear, radial, or azimuth polarization were switched with compact polarization mode converters made of eight-segmented liquid-crystal spatial-light-modulators. The polarization-mode of the excitation beams is electrically controllable without any mechanical operation. We demonstrated the detection of the molecular orientation of liquid crystals with the developed microscope. © 2011 SPIE.
• Photo-induced cell damage analysis for multi-focus CARS microscopy

  Takeo Minamikawa, Yoshinori Murakami, Naokazu Matsumura, Hirohiko Niioka, Shuichiro Fukushima, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 7903 2011年 [査読有り][通常論文]
   

  We investigated photo-induced cell damage for multi-focus CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) microscopy. In general, using a near-infrared pulse light source, photo-induced damage is dominantly caused via multi-photon induced phenomena, and the peak power of the excitation light is limited for the non-invasive imaging. We obtained cell viability images during single- or multi-focus (7 foci) exposure of which wavelength and pulse duration were 709 nm and 5 ps. The laser power of one focal spot was respectively set to 27.8 mW and 14.5 mW for single- and multi-focus excitation because those excitation beams induce the comparable signals for third-order nonlinear phenomena. The cell viability was observed using DAPI fluorophore that mainly stains DNA of dead cells. As a result, we found that the single-focus excitation with 27.8 mW/spot caused cell damage within 6 min. In contrast, photo-induced damage was not detected until 20 min for the multi-focus excitation with 14.5 mW/spot and 7 foci. The results suggest that the photo-induced damage is a serious problem on the single-focus excitation, and the multi-focus excitation method is preferable for CARS imaging. © 2011 SPIE.
• Microscopic measurement of strain distribution on MEMS device using three dimensional orientation microscope

  K. Yoshiki, S. Yoshida, T. Namazu, N. Araki, M. Hashimoto, M. Kurihara, N. Hashimoto, S. Inoue

  Proceedings of the IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) 461 - 464 2011年 [査読有り][通常論文]
   

  In this study we describe a novel system for measuring the distribution of inhomogeneous mechanical properties of microelectromechanical system (MEMS) devices. Such inhomogeneous properties are important because they can decrease the reliability of MEMS devices. Our technique involves measuring the variation in the relative position and angle between single molecule markers sprayed on a MEMS device, which indicates the amount of local deformation. The distribution of the deformation on the surface of a MEMS device is calculated from local displacements measured using the system. To simultaneously measure the three-dimensional (3D) position and orientation of the markers, we developed a 3D orientation measurement system that consists of an epifluorescence microscope and a polarization mode converter (PMC). We also detected the 3D displacement and orientation of the torsion bar in a MEMS mirror device.
• Photo-induced cell damage analysis for multi-focus CARS microscopy

  Takeo Minamikawa, Yoshinori Murakami, Naokazu Matsumura, Hirohiko Niioka, Shuichiro Fukushima, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  MULTIPHOTON MICROSCOPY IN THE BIOMEDICAL SCIENCES XI 7903 79032H  2011年 [査読有り][通常論文]
   

  We investigated photo-induced cell damage for multi-focus CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) microscopy. In general, using a near-infrared pulse light source, photo-induced damage is dominantly caused via multi-photon induced phenomena, and the peak power of the excitation light is limited for the non-invasive imaging. We obtained cell viability images during single- or multi-focus (7 foci) exposure of which wavelength and pulse duration were 709 nm and 5 ps. The laser power of one focal spot was respectively set to 27.8 mW and 14.5 mW for single- and multi-focus excitation because those excitation beams induce the comparable signals for third-order nonlinear phenomena. The cell viability was observed using DAPI fluorophore that mainly stains DNA of dead cells. As a result, we found that the single-focus excitation with 27.8 mW/spot caused cell damage within 6 min. In contrast, photo-induced damage was not detected until 20 min for the multi-focus excitation with 14.5 mW/spot and 7 foci. The results suggest that the photo-induced damage is a serious problem on the single-focus excitation, and the multi-focus excitation method is preferable for CARS imaging.
• Development of polarization-mode controllable CARS microscope

  Mamoru Hashimoto, Tatsuro Takagi, Takeo Minamikawa, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki

  MULTIPHOTON MICROSCOPY IN THE BIOMEDICAL SCIENCES XI 7903 79031E  2011年 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a polarization-mode controllable coherent anti-Stokes Raman scattering microscope. The polarization-mode of excitations beams such as linear, radial, or azimuth polarization were switched with compact polarization mode converters made of eight-segmented liquid-crystal spatial-light-modulators. The polarization-mode of the excitation beams is electrically controllable without any mechanical operation. We demonstrated the detection of the molecular orientation of liquid crystals with the developed microscope.
• Development of strain visualization system for microstructures using single fluorescent molecule tracking on three dimensional orientation microscope

  Shintaro Yoshida, Keisuke Yoshiki, Takahiro Namazu, Nozomu Araki, Mamoru Hashimoto, Makoto Kurihara, Nobuyuki Hashimoto, Shozo Inoue

  OPTICS AND PHOTONICS FOR INFORMATION PROCESSING V 8134 81340E  2011年 [査読有り][通常論文]
   

  We propose a technique that employs single fluorescent molecules for visualizing the distribution of strain induced in microstructures. We sprayed single-molecule tracers on microstructures by ultrasonic atomization and traced the position and orientation of the tracers by a single-molecule detection technique with a three-dimensional (3D) orientation microscope, which consists of a conventional fluorescent microscope and a polarization-mode converter. By using 3D spline interpolation, we visualized the surface geometry of a microelectromechanical (MEMS) device. We tracked the 3D position and orientation of tracers attached to a supporting beam of the MEMS mirror. The surface declination angles calculated from the orientation of the tracers were in agreement with the tilt angle obtained from the 3D position of the tracers.
• リアルタイムCARS顕微鏡の開発と生細胞観測への応用

  橋本 守, 南川 丈夫, 新岡 宏彦, 荒木 勉

  日本レーザー医学会誌 = The Journal of Japan Society for Laser Medicine 30 4 421 - 426 特定非営利活動法人 日本レーザー医学会 2010年01月30日 [査読無し][通常論文]
   

  ラマン分光顕微鏡は，全ての分子が持つ分子振動を観測することで，無染色で分子種を見分けながら可視化する手法である．我々は，非線形なラマン散乱分光であるCARS（Coherent anti-Stokes Raman scattering）分光により，リアルタイムで観測可能なを多焦点CARS 顕微鏡を開発した．本稿では，開発した装置や，これを用いて観測した細胞の3次元イメージ，レーザーアブレーションと組み合わせて，細胞内小器官の破壊や細胞膜の破壊と修復過程の観測に応用した例を紹介する．
• T0302-2-3 立体配向顕微鏡を用いた非接触・非破壊歪み計測([T0302-2]高信頼マイクロ・ナノデバイスのための設計・計測技術(2):応力・ひずみ計測)

  吉木 啓介, 増田 恭佑, 橋本 守, 橋本 信幸, 栗原 誠, 生津 資大, 井上 尚三

  年次大会講演論文集 2010 257 - 258 一般社団法人日本機械学会 2010年 

  We developed a system to analyze microscopic deformation, which can visualize inhomogeneous deformation in MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) devices by using single-molecule markers. As MEMS devices become smaller, their mechanical properties seem to become inhomogeneous. This causes an undesirable distribution of deformation and stress, and decreases the reliability of the MEMS devices. We distributed fluorescent single molecules discretely on the microstructure of a MEMS device, and traced their relative displacements and rotations by observation under a three-dimensional orientation microscope, which provided information about normal, torsional, and bending displacements.
• High-speed CARS spectral imaging using acousto optic tunable filter

  Mamoru Hashimoto, Takeo Minamikawa, Tsutomu Araki

  Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 7569 2010年 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a high speed CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) spectral-imaging system using an acousto optic tunable filter and multi-focus excitation system. We compared two methods of CARS emission filtering and CARS excitation filtering. In both case, two laser pulses with narrow band (picosecond laser) and broad band (femotosecond laser)were used for the light source. For CARS emission filtering, the generated CARS was filtered by an AOTF, and for excitation filtering the broad band femtosecond laser pulse were filtered by an AOTF before excitation. The experimental results indicated that the CARS emission filtering was suitable for CARS microscopy. © 2010 Copyright SPIE - The International Society for Optical Engineering.
• Real-time molecular imaging of organelles in living cell by multifocus excitation CARS microscope

  Takeo Minamikawa, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 7569 2010年 [査読有り][通常論文]
   

  We demonstrated real-time imaging of organelles in a living HeLa cell using a multi-focus excitation CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) microscope. Chemical selective CARS imaging of lipids and proteins was demonstrated by observing CH2 and CH3 vibrations. Real-time imaging of lipid rich organelles such as the plasma membrane, mitochondria, and lipid rich vesicles was achieved by observing CH2 stretching vibrations of lipids. The image acquisition rate of 5 frames per second was achieved without any staining. We also demonstrated real-time CARS imaging of laser-induced disruption and reaction of organelles in a living HeLa cell. A near-infrared pulsed laser beam tightly focused on an organelle in a living cell produces ablation at the focal point, causing local disruption of the organelle. We visualized the spatial and temporal distributions of a lipid rich organelles in the cytoplasm of a living HeLa cell in laser-induced dissection. We also demonstrated real-time CARS imaging of disruption of a plasma membrane and its repair. © 2010 Copyright SPIE - The International Society for Optical Engineering.
• ラジアル偏光ビームを用いたSHG顕微計測

  新岡 宏彦, 蘆田幸一郎, 吉木 啓介, 荒 木 勉, 橋 本 守

  光学 39 8 401-403 - 403 応用物理学会分科会日本光学会 2010年 [査読有り][招待有り]
  
• High-speed CARS spectral imaging using acousto optic tunable filter

  Mamoru Hashimoto, Takeo Minamikawa, Tsutomu Araki

  MULTIPHOTON MICROSCOPY IN THE BIOMEDICAL SCIENCES X 7569 75690Q  2010年 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a high speed CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) spectral-imaging system using an acousto optic tunable filter and multi-focus excitation system. We compared two methods of CARS emission filtering and CARS excitation filtering. In both case, two laser pulses with narrow band (picosecond laser) and broad band (femotosecond laser) were used for the light source. For CARS emission filtering, the generated CARS was filtered by an AOTF, and for excitation filtering the broad band femtosecond laser pulse were filtered by an AOTF before excitation. The experimental results indicated that the CARS emission filtering was suitable for CARS microscopy.
• 多焦点CARS顕微鏡によるリアルタイム分子イメージング (特集 ラマン分光とその応用最新動向)

  南川 丈夫, 荒木 勉, 橋本 守

  オプトロニクス 28 8 103 - 107 オプトロニクス社 2009年08月 [査読無し][通常論文]
  
• Multi-focus excitation coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy and its applications for real-time imaging

  Takeo Minamikawa, Mamoru Hashimoto, Katsumasa Fujita, Satoshi Kawata, Tsutomu Araki

  OPTICS EXPRESS 17 12 9526 - 9536 2009年06月 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a multi-focus excitation coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscope using a microlens array scanner for real-time molecular imaging. Parallel exposure of a specimen with light from two highly controlled picosecond mode-locked lasers (jitter of 30 fs through an electronic low-pass filter with 150 Hz bandwidth, point-by-point wavelength scan within 300 ms) and parallel detection with an image sensor enabled real-time imaging. We demonstrated real-time CARS imaging of polystyrene beads (frame rate of 30 fps), a giant multi-lamellar vesicle of dipalmitoylphosphatidylcholine (frame rate of 10 fps), and living HeLa cells (frame rate of 10 fps). (C) 2009 Optical Society of America
• Enhancement of second-harmonic generation from self-assembled monolayers on gold by excitation with a radially polarized beam

  Mamoru Hashimoto, Koichiro Ashida, Keisuke Yoshiki, Tsutomu Araki

  OPTICS LETTERS 34 9 1423 - 1425 2009年05月 [査読有り][通常論文]
   

  We have studied the enhancement of second-harmonic generation (SHG) from self-assembled monolayers on Au surfaces excited by radially polarized beams. The electric field at the metal surface was enhanced by constructive interference between the incident and the reflected beams due to a longitudinal field, which is the field parallel to the optical axis, generated around the focus by the radially polarized beam. Since even-order nonlinear phenomena are surface sensitive, the combination of SHG and a radially polarized beam has the potential to be a powerful new imaging tool for characterization of metal surfaces. The SHG signal excited by the radially polarized beam was about 3 times higher than that excited by a linearly polarized beam; in addition, the SHG from a 7-(dimethylamino)-4-methylcoumarin-3-isothiocyanate monolayer was about 1.3 times higher than that from a bare Au. substrate. (C) 2009 Optical Society of America
• Multi-focus CARS microscopy using microlens array scanner for realtime molecular spectral-imaging

  Mamoru Hashimoto, Takeo Minamikawa, Tsutomu Araki, Katsumasa Fujita, Satoshi Kawata

  Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 7183 2009年 [査読有り][通常論文]
   

  We realized realtime molecular imaging with low excitation laser intensity using a multi-focus excitation CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) microscope. We demonstrated realtime CARS images of polystyrene beads and lipid vesicles. Time series CARS images of the polystyrene beads in water was obtained with the frame rate of 30 fps. The three dimensional lipids vesicle which consists of 50 slices was observed within 7 s (100 ms/image). © 2009 SPIE.
• Lipids distribution imaging of lipid vesicles by multi-focus excitation CARS microscope

  Takeo Minamikawa, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 7183 2009年 [査読有り][通常論文]
   

  We demonstrated high-speed imaging of the distribution of DPPC (dipalmitoylphosphatidylcholine), d62-DPPC (deuterated DPPC), and DOPC (dioleoylphosphatidylcholine) lipids in a lipid vesicle with a multi-focus ex-citation CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) microscope using a microlens array scanner. By the multi-focus excitation, the dwell time is increased in proportion to the number of focal spots compared with a single beam scanning, and high-speed and high-quality CARS imaging is possible without increasing the peak power of each spot. We demonstrated the selectively visualization of DPPC and d62-DPPC lipid vesicles, in which the vesicles contain a type of lipid, by observing at 2840 cm-1 and 2090 cm-1. We also visualized the DOPC and DPPC lipids distribution in a lipid mixture vesicle observed at 1440 cm-1 and 1655 cm-1. The image acquisition time of 10 s/image at each Raman shift was realized. The signal ratio of 1440 cm-1 and 1655 cm-1 was locally intense on the lipid vesicle. It must be because the gel phase domain of DPPC lipids was exists in the DOPC lipids which were liquid-crystalline phase at room temperature. © 2009 SPIE.
• Multifocus CARS microscopy for realtime vibrational imaging

  Mamoru Hashimoto, Takeo Minamikawa, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki

  Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 7507 75070H  2009年 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a multifocus excitation coherent anti-Stokes Raman scattering microscope using a microlens array scanner for realtime molecular imaging. Two picoseond mode-locked lasers tightly synchronized were splited to a few tens of foci with the microlens array, the foci excited the sample parallely and the generated CARS from each spot was detected with an image sensor at once. By the multifocus excitation, exposure time was prolonged proportionally to the number of the foci because of parallel excitation and detection. The video-rate (frame rate of 30 fps) imaging of polystyrene beads in water was demonstrated, and the Brownian motion of beads were clearly obtained. The three-dimensional reconstructed imaging of living HeLa cells (frame rate of 5 fps, 85 images) was also demonstrated. © 2009 SPIE.
• Multi-focus CARS microscopy using microlens array scanner for realtime molecular spectral-imaging

  Mamoru Hashimoto, Takeo Minamikawa, Tsutomu Araki, Katsumasa Fujita, Satoshi Kawata

  MULTIPHOTON MICROSCOPY IN THE BIOMEDICAL SCIENCES IX 7183 2009年 [査読無し][通常論文]
   

  We realized realtime molecular imaging with low excitation laser intensity using a multi-focus excitation CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) microscope. We demonstrated realtime CARS images of polystyrene beads and lipid vesicles. Time series CARS images of the polystyrene beads in water was obtained with the frame rate of 30 fps. The three dimensional lipids vesicle which consists of 50 slices was observed within 7 s (100 ms/image).
• Lipids distribution imaging of lipid vesicles by by multi-focus excitation CARS microscope

  Takeo Minamikawa, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  MULTIPHOTON MICROSCOPY IN THE BIOMEDICAL SCIENCES IX 7183 718328  2009年 [査読有り][通常論文]
   

  We demonstrated high-speed imaging of the distribution of DPPC (dipalmitoylphosphatidycholine), d62-DPPC (deuterated DPPC), and DOPC (dioleoylphosphatidylcholine) lipids in a lipid vesicle with a multi-focus excitation CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) microscope using a microlens array scanner. By the multi-focus excitation, the dwell time is increased in proportion to the number of focal spots compared with a single beam scanning, and high-speed and high-quality CARS imaging is possible without increasing the peak power of each spot. We demonstrated the selectively visualization of DPPC and d62-DPPC lipid vesicles, in which the vesicles contain a type of lipid,, by observing at 2840 cm(-1) and 2090 cm(-1). We also visualized the DOPC and DPPC lipids distribution in a lipid mixture vesicle observed at 1440 cm(-1) and 1655 cm(-1). The image acquisition time of 10 s/image at each Raman shift was realized. The signal ratio of 1440 cm(-1) and 1655 cm(-1) was locally intense on the lipid vesicle. It must be because the gel phase domain of DPPC lipids was exists in the DOPC lipids which were liquid-crystalline phase at room temperature.
• 生体組織の無染色顕微鏡観察術

  橋本 守, 福島 修一郎, 安井 武史, 荒木 勉

  光アライアンス Vol. 20, No. 3 3 24 - 28 日本工業出版 2009年 [査読無し][通常論文]
  
• ビーム断面内偏光分布制御と顕微観測への応用

  橋本 守, 吉木 啓介, 荒木 勉

  光アライアンス 20 4 21 - 25 日本工業出版 2009年 [査読無し][通常論文]
  
• SHG イメージングとCARS イメージング

  荒木勉, 橋本守, 安井武史, 福島修一郎

  ぶんせき No. 9 490 - 495 2009年 [査読無し][通常論文]
  
• 小型偏光モード変換器を用いた細胞内器官の高分解能観察

  吉木 啓介, 阿井川智正, 橋 本 守, 栗 原 誠, 橋本 信幸, 荒 木 勉

  生体医工学 46 6 698 - 702 社団法人日本生体医工学会 2008年 [査読有り][通常論文]
   

  The shape of focal spot is affected by the distribution of polarization and phase on the cross-section of the incident beam. We demonstrated the spatial resolution enhancement effect using the difference of the focal spots between a linearly polarized beam and an azimuthally polarized beam. The azimuthally polarized beam has the vortex of polarization on the cross-section of the beam. Since the vortex of the azimuthally polarized beam forms a doughnut shaped focal spot, the spatial resolution is expected to increase with the difference image between linearly polarized beam excitation/detection and azimuthally polarized beam excitation/detection. We applied an eight segmented polarization mode converter, which was developed by ourselves and could switch those polarization modes of the excitation beam electrically, to a commercial confocal microscope. We derived the suitable weight of subtraction theoretically, and demonstrated the spatial resolution enhancement effect by observing the stained cell cytoskeleton.
• Real-time terahertz color scanner for moving objects

  Takeshi Yasui, Ken-ichi Sawanaka, Atsushi Ihara, Emmanuel Abraham, Mamoru Hashimoto, Tsutomu Araki

  OPTICS EXPRESS 16 2 1208 - 1221 2008年01月 [査読有り][通常論文]
   

  Terahertz time-domain spectroscopic (THz-TDS) imaging is an interesting new tool for nondestructive testing and other applications. However, the current speed of image acquisition is relatively low, making it difficult to use for moving objects. In this paper, we propose a real-time THz-TDS line scanner based on electro-optical time-to-space conversion and line focusing of a THz beam. The proposed system functions as a color scanner in the terahertz spectral region with fast line-scanning and has been successfully used to image objects, which are moved on a translation stage. The achieved THz-TDS imaging rate is 23 200 pixels per second. This proposed THz-TDS line scanner has the potential to become a powerful tool for monitoring moving objects in various real-world applications. (c) 2008 Optical Society of America.
• Second-harmonic-generation microscope using eight-segment polarization-mode converter to observe three-dimensional molecular orientation: publisher's note (vol 32, pg 1680, 2007)

  Keisuke Yoshiki, Ryosuke Kanamaru, Mamoru Hashimoto, Nobuyuki Hashimoto, Tsutomu Araki

  OPTICS LETTERS 32 16 2465 - 2465 2007年08月 [査読有り][通常論文]
  
• Second-harmonic-generation microscope using eight-segment polarization-mode converter to observe three-dimensional molecular orientation

  Keisuke Yoshiki, Kanamaru Ryosuke, Mamoru Hashimoto, Tsutomu Araki, Nobuyuki Hashimoto

  OPTICS LETTERS 32 12 1680 - 1682 2007年06月 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a compact polarization-mode converter for microscopy to control three-dimensional polarization at the focus. The converter consisted of two homogeneously aligned liquid-crystal spatial light modulators with eight independently controllable electrodes (segments), and a quarter-waveplate. The converter converted a linearly polarized beam to three polarization modes: two orthogonal linear polarizations and a pseudo-radial polarization. We applied the converter to second-harmonic-generation microscopy and demonstrated the detection of three-dimensional molecular orientation. (C) 2007 Optical Society of America
• A compact polarization converter to observe molecular orientation

  Mamoru Hashimoto, Keisuke Yoshiki, Ryosuke Kanamaru, Nobuyuki Hashimoto, Tsutomu Araki

  THREE-DIMENSIONAL AND MULTIDIMENSIONAL MICROSCOPY: IMAGE ACQUISITION AND PROCESSING XIV 6443 64430L  2007年 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a compact polarization-converter using two liquid-crystal spatial-light-modulators with eight electrodes. The converter converted a linearly polarized beam to two orthogonal linearly polarized beams and a radially polarized beam, and the direction of the electric filed at the focal point were controlled three-dimensionally. We constructed a second-harmonic-generation microscope using the polarization-converter to observe three-dimensional molecular orientation and demonstrated the detectability of molecular orientation.
• 液晶空間光変調素子による偏光制御を用いた第二高調波顕微鏡

  橋本 守

  光学 36 3 143 - 148 2007年 [査読無し][通常論文]
  
• Jitter reduction of two synchronized picosecond mode-locked lasers using balanced cross-correlator with two-photon detectors

  Takeo Minamikawa, Naoki Tanimoto, Mamoru Hashimoto, Tsutomu Araki, Minoru Kobayashi, Katsumasa Fujita, Satoshi Kawata

  APPLIED PHYSICS LETTERS 89 19 191101  2006年11月 [査読有り][通常論文]
   

  The authors have developed a highly synchronized picosecond mode-locked laser system. A balanced cross-correlator using two-photon detectors was employed to observe femtosecond order timing jitter between two picosecond lasers (1.26 fs with 150 Hz bandwidth and 7.14 fs with 1 kHz bandwidth), and a signal from the correlator was used as a feedback control signal to reduce the timing jitter. The timing jitter between the two lasers was reduced to 8 fs through a low-pass filter with 150 Hz bandwidth.
• 分子の３次元的な向きを観測する偏光分布制御顕微鏡

  橋本守, 吉木啓介, 荒木勉

  レーザ加工学会誌 13 2 140 - 143 高温学会レーザ加工学会 2006年04月 [査読無し][通常論文]
  
• SHG microscopy excited by polarization controlled beam for three-dimensional molecular orientation measurement

  K. Yoshiki, M. Hashimoto, T. Araki

  LASER BEAM SHAPING VII 6290 62900F  2006年 [査読有り][通常論文]
   

  We have developed a second-harmonic-generation (SHG) microscope to observe the three-dimensional molecular orientation with three-dimensional high spatial resolution using a polarization mode converter. The mode converter consists of a parallel-aligned nematic-liquid-crystal spatial-light-modulator (PAL-SLM) and quarter-waveplates, and converts a incident linearly polarized beam to orthogonal linearly polarized beams or radially polarized beam. We combined the mode converter with SHG microscope to obtain the local information of the three-dimensional molecular orientation. We demonstrated the detection of three-dimensional molecular orientation of collagen fiber in human Achilles' tendon. For high precision three-dimensional molecular orientation measurement, we propose a technique to calibrate the dependence of SHG detection efficiencies on molecular orientation using a liposome.
• Finding of optimal calcium ion probes for fluorescence lifetime measurement

  K Yoshiki, H Azuma, K Yoshioka, M Hashimoto, T Araki

  OPTICAL REVIEW 12 5 415 - 419 2005年09月 [査読有り][通常論文]
   

  We have investigated the fluorescence lifetime properties of 8 calcium ion probes, calcium-green-1, calcium green-2, calcium green-5N, calcium orange, oregon green 488 BAPTA-6F, fluo-3, fluo-4, and fluo-5N. We found that the decay time of calcium green-5N varied more sensitively with calcium concentration than calcium green-1 which was known to be a highly sensitive probe. We have also found that the center of observable range of calcium concentration by fluorescence lifetime measurement is lower than that by fluorescence intensity measurement. (c) 2005 The Optical Society of Japan.
• 「平成17年度春季講演会・シンポジウム」報告

  橋本 守

  分光研究 = Journal of the spectroscopical research of Japan 54 3 180 - 180 The Spectroscopical Society of Japan 2005年06月15日
• Automatic pulse duration control of picose cond laser using two-photon absorption detector

  M Hashimoto, T Asada, T Araki, Y Inouye, S Kawata

  JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS 44 6A 3958 - 3961 2005年06月 [査読有り][通常論文]
   

  We have proposed and developed a new feedback control system to automatically minimize the pulse duration of an ultrafast laser using a two-photon absorption detector that has a Gires-Toumois interferometer (GTI) for compensating the positive group delay dispersion of the laser cavity. The signal of the two-photon detector is inversely proportional to the pulse duration when the average power, repetition rate, and pulse shape are maintained. The minimization of the pulse duration is accomplished by adjusting the voltage applied to the GTI to maximize the two-photon signal. We demonstrated the control of pulse duration minimization with the developed system.
• Multi-focus CARS microscopy using automatic pulse duration control system

  M Hashimoto, T Asada, T Araki, S Kawata

  2005 PACIFIC RIM CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS 660 - 661 2005年 [査読有り][通常論文]
   

  We have developed the automatic pulse duration control system using two-photon absorption detector for stable operation and pulse duration control. We have applied the developed system to the multi-focus CARS microscopy.
• Tip-enhanced near-field CARS microscopy for molecular nano-imaging

  S Kawata, T Ichimura, N Hayazawa, M Hashimoto, Y Inouye

  MULTIPHOTON MICROSCOPY IN THE BIOMEDICAL SCIENCES V 5700 52 - 59 2005年 [査読有り][通常論文]
   

  Optical microscopy that can visualize the molecular vibration with a nanometric spatial resolution has been realized by a combination of near-field optics and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) spectroscopy. A metallic probe with a sharp tip is used to strongly enhance optical near-field in the local vicinity of the tip owing to the excitation of local surface plasmon polariton. CARS signals of molecules in the local area can be strongly induced by the plasmonic field. We have visualized DNA molecules and single-walled carbon nanotubes (SWNTs) with a spatial resolution far beyond the diffraction limit by the tip-enhanced near-field CARS microscopy.
• 10 fs レーザー用自己相関計の製作

  橋本 守, 浅田崇裕, 荒木 勉

  分光研究 54 1 32 - 34 The Spectroscopical Society of Japan 2005年 [査読有り][通常論文]
  
• Second-harmonic-generation microscopy using excitation beam with controlled polarization pattern to determine three-dimensional molecular orientation

  K Yoshiki, M Hashimoto, T Araki

  JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 2-LETTERS & EXPRESS LETTERS 44 33-36 L1066 - L1068 2005年 [査読有り][通常論文]
   

  We have developed a second-harmonic-generation (SHG) microscope using an excitation beam with a controlled polarization pattern in order to detect three-dimensional molecular orientation. The electric field at the focus is controlled three-dimensionally by modifying the polarization distribution with a parallel-aligned nematic-liquid-crystal spatial-light-modulator without any mechanical moving parts. We demonstrated that the SHG signal from an Achilles tendon, sliced so that collagen fibers were aligned parallel to the optical axis, excited by a radially polarized beam was higher than those excited by linearly polarized beams. The possibility of determinating three-dimensional molecular orientation was thus shown.
• Proposition of single molecular orientation determination using polarization controlled beam by liquid crystal spatial light modulators

  M Hashimoto, K Yamada, T Araki

  OPTICAL REVIEW 12 1 37 - 41 2005年01月 [査読有り][通常論文]
   

  We have proposed a method to control the three-dimensional electric field in the focus of an optical microscope using two non-twisted liquid crystal spatial light modulators, and to detect the molecular orientation of a single molecule. The three-dimensional electric field is generated by focusing the beam with two dimensional spatial distribution of polarization. The possibility of detection of three-dimensional single molecular orientation was shown by numerical calculations. (c) 2005 The Optical Society of Japan.
• Tip-enhanced near-field CARS microscopy

  S Kawata, T Ichimura, N Hayazawa, Y Inouye, M Hashimoto

  JOURNAL OF NONLINEAR OPTICAL PHYSICS & MATERIALS 13 3-4 593 - 599 2004年12月 [査読無し][招待有り]
   

  We apply the field enhancement effect due to plasmon polariton excitation on a metallic nanostructure in order to improve the diffraction limited spatial resolution of coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy. A cantilever probe tip coated with a 25 nm-thick gold film is utilized as a near-field light source to locally excite the CARS polarizations near the tip. Our CARS microscope has effectively enhanced the CARS signals and realized vibrational imaging of single-wall carbon nanotubes (SWNTs) beyond the spatial resolution of far-field CARS microscopy.
• Tip-enhanced coherent anti-Stokes Raman scattering for vibrational nanoimaging

  T Ichimura, N Hayazawa, M Hashimoto, Y Inouye, S Kawata

  PHYSICAL REVIEW LETTERS 92 22 220801  2004年06月 [査読有り][通常論文]
   

  An electric field enhanced by a metallic nanoprobe has locally induced coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) of adenine molecules in a nanometric DNA network structure. Owing to the third-order nonlinearity, the excitation of the CARS polarization is extremely confined to the end of the tip apex, resulting in a spatial resolution far beyond the diffraction limit of light. Our tip-enhanced CARS microscope visualized the DNA network structure at a specific vibrational frequency (similar to1337 cm(-1)) corresponding to the ring-breathing mode of diazole of adenine molecules.
• Coherent anti-Stokes Raman nano-imaging with metal-tip field enhancement

  Norihiko Hayazawa, Taro Ichimura, Mamoru Hashimoto, Yasushi Inouye, Satoshi Kawata

  ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 227 U280 - U280 2004年03月 [査読無し][招待有り]
  
• Amplification of coherent anti-Stokes Raman scattering by a metallic nanostructure for a high resolution vibration microscopy

  N Hayazawa, T Ichimura, M Hashimoto, Y Inouye, S Kawata

  JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 95 5 2676 - 2681 2004年03月 [査読有り][通常論文]
   

  On the basis of the mechanism of surface enhanced Raman scattering, it is shown that coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) of molecules attached to isolated gold nanoparticles are strongly enhanced and the signal from each particle is well localized. In addition to well-known advantages of CARS, the surface enhanced CARS combined with a scanning system of metallic nanoprobe tip can realize high spatial resolution CARS microscopy beyond the diffraction limit of light by locally enhancing the weak signals from the small sample volume. This concept is realized by tip-enhanced coherent anti-Stokes Raman spectroscopy using a metallic nanoprobe of near-field scanning optical microscope. (C) 2004 American Institute of Physics.
• Application of tip-enhanced microscopy for nonlinear Raman spectroscopy

  T Ichimura, N Hayazawa, M Hashimoto, Y Inouye, S Kawata

  APPLIED PHYSICS LETTERS 84 10 1768 - 1770 2004年03月 [査読有り][通常論文]
   

  A tip-enhanced electric field at a metallic probe tip of apertureless near-field scanning optical microscope was applied to a third-order nonlinear optical process, coherent anti-Stokes Raman spectroscopy. The combination of the enhanced field and third-order nonlinearity resolved molecular vibrations of adenine molecules embedded in deoxyribonucleic acid double-helix nanocrystals beyond the diffraction limit of light. (C) 2004 American Institute of Physics.
• Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy for nano-imaging with a metallic near-field probe

  S Kawata, T Ichimura, N Hayazawa, M Hashimoto, Y Inouye

  NONLINEAR OPTICAL TRANSMISSION AND MULTIPHOTON PROCESSES IN ORGANICS II 5516 1 - 8 2004年 [査読有り][通常論文]
   

  A metallic nano-probe has locally induced coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) of adenine molecules in a nanometric DNA network structure. The excitation fields and CARS polarization are enhanced by the tip apex of the nano-probe through the excitation of local surface plasmons. Owing to the third-order nonlinearity- the excitation of the CARS polarization is extremely confined to the end of the tip apex. resulting in the spatial resolution far beyond the diffraction limit of light. Our CARS microscope using a silver-coated probe visualized the DNA network structure at a specific vibrational frequency (similar to1337 cm(-1)) of adenine molecules with a spatial resolution of similar to15 nm and sufficient sensitivity.
• Tip-enhanced NSOM

  S Kawata, N Hayaazawa, T Yano, H Watanabe, T Ichimura, M Hashimoto, Y Inouye

  NANOBIOPHOTONICS AND BIOMEDICAL APPLICATIONS 5331 1 - 12 2004年 [査読有り][通常論文]
   

  A light microscope capable to show images of molecules in nanometer scale has been a dream of scientists, which, however, is difficult clue to the strict limitation of spatial resolution due to the wave nature of light [1]. While there have been attempts to overcome the diffraction limit by using nonlinear response of materials [2, 3], near-field optical microscopy could provide better detecting accuracy [4-6]. In this paper, we present molecular distribution nano-imaging colored by Raman-scattering spectral shifting, which is probed with a metallic tip. The metallic probe tip has been used to enhance the optical field only in the vicinity of probe tip [7-11]. The effect is similar to the one seen in the detection of molecules on the metal-island film, known as surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) [12], while in this case a single metallic tip works for the field enhancement in nanometer scale.
• Local enhancement of coherent anti-Stokes Raman scattering by isolated gold nanoparticles

  T Ichimura, N Hayazawa, M Hashimoto, Y Inouye, S Kawata

  JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY 34 9 651 - 654 2003年09月 [査読有り][通常論文]
   

  We observed local enhancement of coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) by isolated gold nanoparticles. CARS signals from adenine molecules of a DNA base attached to isolated gold nanoparticles were strongly enhanced owing to the electromagnetic enhancement at the local proximity of the particles. The localization of the enhancement was successfully observed by a CARS microscope using a collinear configuration of tightly focused lasers. The CARS spectrum of adenine was enhanced by a factor of 2000 and was in good agreement with the measured spontaneous Raman spectrum. Copyright (C) 2003 John Wiley Sons, Ltd.
• コヒーレント反ストークスラマン散乱顕微鏡の開発

  橋本 守

  レーザー研究 31 6 375 - 379 The Laser Society of Japan 2003年06月15日 

  New multiphoton microscopy using CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) spectroscopy is described. In CARS microscopy, the image of molecular vibration that is sensitive to the molecular spices and conformation is obtainable without staining with three-dimensional resolution of sub-micrometer. In this article, optical property of CARS microscopy by the diffraction theory and the developed system using a picosecond tunable laser are described. The multi-focus excitation using a rotating-microlens array enables high speed spectral imaging.
• 高速ストロボ計測のための高精度白色ナノ秒パルス光源の開発

  伊丹 伸, 橋本 守, 荒木 勉

  日本機会学会論文集（C編） 69 684 210 - 215 一般社団法人日本機械学会 2003年 [査読有り][通常論文]
   

  We have developed a thyratron-gated, white nanosecond pulsed light source for high-speed stroboscopic measurement using a commercially available Xe shorr-arc lamp. To reduce time jitter, a grounded grid thyratron and an avalanche transistor are used for this light source. The grounded grid thyratron plays the role as switching component for high voltage and large current, and the avalanche transistor plays the role as main parts of fast trigger pulse generator. Time jitter was determined quantitatively using time to amplitude converter (TAC). The minimum value and maximum value of time jitter were 1.44 ns (FWHM : full width at half-maximum) and 4.5 ns (FWHM), respectively. As time jitter of the previous pulsed light source using grounded cathode thyratron was 8 ns, sufficient results were obtained. Intense light pulses as large as 85 W (peak value) of 15.3 ns duration (FWHM) was obtained from the proposed Xe lamp system. The reduction of the time jitter is suitable for an excitation light source in time-resolved spectroscopy and also for a stroboscopic illumination in a high-speed fluid experiment.
• コヒーレントアンチストークスラマン散乱顕微鏡

  橋本 守

  光学 31 6 496 - 498 応用物理学会分科会日本光学会 2002年06月10日
• Coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy

  M Hashimoto

  ACTA HISTOCHEMICA ET CYTOCHEMICA 35 2 83 - 86 2002年 [査読有り][招待有り]
   

  In this paper, new multiphoton microscopy using CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) spectroscopy is described. CARS microscopy has the features of non-staining molecular mapping by molecular vibration imaging and three-dimensional resolution by multiphoton process. A picosecond tunable laser and suitable optical filters provide the CARS imaging in the fingerprint region, and multi-focus excitation using a rotatory-microlens array enables the multi-spectral imaging.
• Visual demonstration of calcium accumulation in human arteries of upper and lower limbs

  Y Tohno, S Tohno, Y Tateyama, Y Kida, T Yasui, M Hashimoto, T Araki

  BIOLOGICAL TRACE ELEMENT RESEARCH 81 2 115 - 125 2001年08月 [査読無し][招待有り]
   

  To elucidate the calcium content of the arteries in the upper and lower limbs, the authors determined the calcium content of all the arteries in the upper and lower limbs continuously by microwave-induced plasma-atomic emission spectrometry. The subjects were an 87-yr-old man and a 72-yr-old woman. The calcium content was determined both in the arteries of the upper limbs continuously, such as the subclavian arteries and its distal arteries, and in the arteries of the lower limbs, such as the common iliac arteries and its distal arteries. The common finding that the higher accumulation of calcium occurred in the arteries of the lower limbs in comparison to the arteries of the upper limbs and extremely high accumulation of calcium occurred in the common, external, and internal iliac arteries was obtained in the two subjects. The calcium content of the arteries in the upper and lower limbs was visually demonstrated.
• Three-dimensional transfer functions of coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy

  M Hashimoto, T Araki

  JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA A-OPTICS IMAGE SCIENCE AND VISION 18 4 771 - 776 2001年04月 [査読有り][通常論文]
   

  The three-dimensional coherent transfer function of confocal coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy was derived theoretically. The three-dimensional optical transfer function was also derived under the weak-contrast assumption. The effect of a pinhole in front of the detector on the optical transfer function was estimated, and it was found that the cutoff frequency of the optical transfer function is independent of the pinhole. Micrometer-order spatial resolution along the optical axis was also experimentally demonstrated. (C) 2001 Optical Society of America.
• Three-dimensional transfer functions of coherent anti-stokes raman scattering microscopy

  Mamoru Hashimoto, Tsutomu Araki

  Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision 18 4 771 - 776 2001年 [査読有り][通常論文]
   

  The three-dimensional coherent transfer function of confocal coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy was derived theoretically. The three-dimensional optical transfer function was also derived under the weak-contrast assumption. The effect of a pinhole in front of the detector on the optical transfer function was estimated, and it was found that the cutoff frequency of the optical transfer function is independent of the pinhole. Micrometer-order spatial resolution along the optical axis was also experimentally demonstrated. © 2001 Optical Society of America.
• Molecular vibration imaging in the fingerprint region by use of coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with a collinear configuration

  M Hashimoto, T Araki, S Kawata

  OPTICS LETTERS 25 24 1768 - 1770 2000年12月 [査読有り][通常論文]
   

  We have developed a new coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy system with a collinear configuration for use in the fingerprint region. The system consists of a picosecond laser system and a transmission-type laser scanning microscope without a pinhole in front of the detector. The observable Raman-shift region is 900-1750 cm(-1), the spectral resolution is 30 cm(-1), and the spatial resolution is smaller than 1 mum in the lateral direction and 3.2 mum in the depth direction, with objectives with a numerical aperture of 0.65. CARS spectra and images of polystyrene beads are demonstrated, and CARS imaging of a viable yeast cell is attempted. (C) 2000 Optical Society of America.
• Correlations of calcium accumulations in arteries, veins, cartilages, ligaments, and bones in single humans

  Y Tateyama, Y Takano, Y Tohno, Y Moriwake, S Tohno, M Hashimoto, T Araki

  BIOLOGICAL TRACE ELEMENT RESEARCH 74 3 211 - 221 2000年06月 [査読有り][通常論文]
   

  To show the relationships of calcium accumulation in the thoracic aorta to the other tissues, calcium contents were determined with a microwave-induced plasma-atomic emission spectrometer on arteries, veins, cartilages, Ligaments, and bones. These tissues were resected from 18 individuals, consisting of 11 men and 7 women who died in the age range 59-91 yr. As thoracic and abdominal aortas are routinely used for radiographic examination of arterial calcification, they appear to be standard tissues of the calcium accumulation. The calcium accumulations were determined in the femoral artery, the superior and inferior venae cavae, the internal jugular vein, cartilages of the articular disk of the temporomandibular joint and the intervertebral disk, both the Ligaments of the anterior cruciate ligament and the ligamentum capitis femoris, and the calcaneus, in contrast with the thoracic aorta. As calcium increased in the thoracic aorta, it increased in the femoral artery, the articular disk of the temporomandibular joint, the intervertebral disk, both ligaments of the anterior cruciate ligament, and the Ligamentum capitis femoris, but it did not increase in veins, such as the superior and inferior venae cavae and the internal jugular vein. In contrast, it decreased in the calcaneus.
• コヒーレントアンチストークスラマン散乱を用いた顕微鏡

  橋本 守

  分光研究 49 2 51 - 61 The Spectroscopical Society of Japan 2000年 [査読有り][通常論文]
  
• Coherent anti-stokes Raman scattering microscope

  M Hashimoto, T Araki

  18TH CONGRESS OF THE INTERNATIONAL COMMISSION FOR OPTICS: OPTICS FOR THE NEXT MILLENNIUM, TECHNICAL DIGEST 3749 496 - 497 1999年 [査読有り][通常論文]
   

  We propose a new laser scanning microscope using coherent anti-Stokes Raman spectroscopy. As the proposed method is a kind of Raman spectroscopy, molecular structural informations are obtained without any staining. The imaging property is theoretically estimated by using the three-dimensional optical transfer function. It is shown that the proposed microscope has three-dimensional resolution in any case of measuring for the weak or the high contrast object with or without a pinhole before a detector. Spatial resolution of micrometer order along the optical axis is demonstrated. key words: Microscope, Nonlinear Optics, Raman spectroscopy.
• Real-time pursuit of crystal growth by millisecond time-resolved multichannel Fourier transform infrared spectroscopy

  Mamoru Hashimoto, Hiro-O. Hamaguchi

  Applied Spectroscopy 52 2 222 - 225 1998年 [査読有り][通常論文]
   

  The surface (about 130 molecular layers) of an oriented thin crystal of decanoic acid was subjected to sudden melting by a laser-induced temperature jump (T-jump), and the process of subsequent crystal re-growth was monitored by millisecond time-resolved multichannel Fourier transform infrared spectroscopy. The gauche-trans structural change of the alkane part of the molecule has been probed by the CH stretch bands in the 2800-3000 cm-1 region. The change in the molecular orientation has been detected by the OH stretch band around 3065 cm-1. The recovery curves for the CH2 antisymmetric stretch and the OH stretch bands are markedly different from each other in the first 200 ms, suggesting that the gauche-trans structural changes precedes the crystal re-growth. After 500 ms, the recovery curves become identical. This result means that the rate of the gauche to the trans structural change is equal to the rate of the recovery of the molecular orientation. It is highly likely that a fast equilibrium is attained between the gauche and the trans conformations in the liquid phase after 500 ms from the sudden melting and that the crystal re-growth takes place solely via the all-trans structure in the liquid phase.
• Time-resolved infrared study of ground-state phototautomer formed in the excited-state proton transfer of 7-hydroxyquinoline in methanol

  K Tokumura, M Natsume, T Nakagawa, M Hashimoto, T Yuzawa, H Hamaguchi, M Itoh

  CHEMICAL PHYSICS LETTERS 271 4-6 320 - 326 1997年06月 [査読有り][通常論文]
   

  Time-resolved infrared absorption spectra of 7-hydroxyquinoline (7-HQ) in methanol were measured to investigate the relaxation processes following S-l --> S-l proton transfer tautumerization. Deuterium and nitrogen isotope effects were observed for the transient infrared spectra of 7-HQ-N-14 and -N-15 in MeOD and MeOH. The 1644 (1628) cm(-1) band in MeOH (MeOD) is ascribed to the H(D)-bonded C = O stretching of the phototautomer in the ground state (S-0'). Transient absorption decay exhibits a remarkable deuterium isotope effect, It is thus demonstrated that the ground-state reverse proton transfer of S-0', is responsible for the observed transient decay.
• 発光ダイオードの高速パルス電流に対する応答特性

  藤澤 泰充, 橋本 守, 荒木 勉

  照明学会誌 81 8A 656 - 663 1997年05月 [査読有り][通常論文]
  
• An ultraviolet nanosecond light pulse generator using a light emitting diode for test of photodetectors

  Tsutomu Araki, Yasumitsu Fujisawa, Mamoru Hashimoto

  Review of Scientific Instruments 68 3 1365 - 1368 1997年 [査読有り][通常論文]
   

  An optical function pulse generator that emits (1) short pulse of 1 ns duration, (2) double pulse with variable time interval, and (3) square waveform pulse of variable width in nanosecond range is devised using an InGaN/AlGaN double heterostructure light emitting diode (LED). Although the LED emits a 450 nm (blue) light under conventional dc operation below 30 mA, 380 nm light due to the InGaN/AlGaN component appears when a current larger than 50 mA is applied. This phenomenon is used to realize a pulsed ultraviolet light source. Under large nanosecond current pulsing (peak current > 1 A), an intense pulsed emission of 380 nm is obtained. Pulse waveform of the LED emission can be adjusted electrically by applying a shaped current to the LED. To evaluate the potential of the pulse generator as a test source of photodetectors, the response waveforms of photomultiplier tubes were measured. © 1997 American Institute of Physics.
• Construction of a multichannel Fourier transform infrared spectrometer for single-event time-resolved spectroscopy

  M Hashimoto, HO Hamaguchi

  APPLIED SPECTROSCOPY 50 8 1030 - 1033 1996年08月 [査読有り][通常論文]
   

  A newly designed multichannel Fourier transform infrared spectrometer has been constructed for single-event time-resolved spectroscopy. It is capable of measuring unrepeatable transient events such as phase transitions, explosions, etc., with a time resolution of up to 5.14 ms. The mid-infrared region of 4500-2500 cm(-1) is covered with a maximum spectral resolution of 13 cm(-1). The developed system is used to measure the phase transitions of alkanes. The solid-solid and solid-liquid phase transitions of octadecane and nonadecane have been studied with time resolutions of 5-50 ms.
• ナノ秒時間分解赤外分光法とその光分子科学への応用

  橋本 守, 湯沢 哲朗, 浜口 宏夫

  Jacso Report 37 3 27 - 33 1995年06月 [査読有り][招待有り]
  
• Structure of the Twisted-Intramolecular-Charge-Transfer Excited Singlet and Triplet States of 4-(Dimethylamino)benzonitrile As Studied by Nanosecond Time-Resolved Infrared Spectroscopy

  Mamoru Hashimoto, Hiro-o Hamaguchi

  The Journal of Physical Chemistry 99 20 7875 - 7877 1995年05月 [査読有り][通常論文]
  
• マルチチャンネルフ-リエ分光法のSN比

  橋本 守, 河田 聡

  分光研究 41 5 317 - 326 The Spectroscopical Society of Japan 1992年08月 [査読有り][通常論文]
   

  The signal-to-noise ratio of multi-channel Fourier-transform spectroscopy is compared with those of multi-channel dispersive spectroscopy, conventional Fourier-transform spectroscopy and conventional dispersive spectroscopy in the detector-noise or the photon-noise dominant cases. The results show that multi-channel Fourier-transform spectroscopy is not superior to others with the same optical thorouput but higher signal-to-noise ratio is obtained in the case when its large optical throughput can be utilized.
• Multichannel fourier-transform infrared spectrometer

  Mamoru Hashimoto, Satoshi Kawata

  Applied Optics 31 28 6096 - 6101 1992年 [査読有り][通常論文]
   

  A compact Fourier-transform IR spectrometer without a moving mechanism was developed. The spectrometer consists of a shearing interferometer for forming a spatially distributed interferogram and an IR array detector for observing the interferogram. The shearing interferometer of the developed system is a birefringent interferometer with a Savert plate the IR array detector is a PtSi Schottky- barrier detector with 4096 elements. The optics and the system configuration are described in detail, and the experimental results of the IR absorption spectra of polystyrene and polyethylene terephthalate film are shown. The developed optics is as small as 20 x 6 cm-1 in size. The spectral resolution of the prototype system is ∼27.6 cm-1 between 5000 and 2000 cm-1. The methods and their possibilities of resolution improvement are also described. © 1992 Optical Society of America.
• MULTICHANNEL FT-IR SPECTROMETER WITH A 4096-ELEMENT INFRARED CCD

  Satoshi Kawata, Mamoru Hashimoto

  ANALYTICAL SCIENCES 7 575 - 576 1991年 [査読有り][通常論文]
   

  A multichannel Fourier-transform spectrometer in infrared was developed with birefringent interferometer with a Saverts plate and a infrared CCD with 4096 elements. The optics and the system configuration are described, and some experimental results of infrared spectrum measurement are shown for standard samples and an infrared radiation source. The resolution attained by the present system is -27.6 cm(-1) between 5000-2000 cm(-1)

書籍

• CARS Microscopy: Implementation of nonlinear vibrational spectroscopy for far-field and near-field imaging

  Mamoru Hashimoto, Taro Ichimura, Katsumasa Fujita 
  2012年 

  Raman microscopy has been attracting researchers in biology and medicine due to its capability of detecting molecular vibrations that provide information of molecular species, structures, conditions, and environments. Raman scattering can be obtained by simply illuminating molecules with monochromatic light, and providing molecular vibration frequency as wavelengths of scattered light. This does not require labeling of target molecules, such as chemical or biological staining with fluorophore, which may modify the condition of living biological specimens. © 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
• 顕微分光法 ナノ・マイクロの世界を見る分光法

  (担当:分担執筆範囲:赤外・ラマン顕微分光法)
  講談社サイエンティフィク 2009年
• バイオイメージングがわかる

  橋本守, 福島修一郎, 荒木勉 (担当:分担執筆範囲:LIM蛍光寿命イメージング)
  2005年
• Biological Imaging and Sensing

  S. Kawata, O. Nakamura, T. Kaneko, M. Hashimoto, K. Goto, N. I. Smith, T. Sugiura, I. Fujimasa, H. Matsumoto (担当:分担執筆範囲:Biological imaging and sensing from basic techniques to clinical application)
  Springer 2004年 1-68
• Handbook of Vibrational Spectroscopy

  Mamoru Hashimoto, Teturo Yuzawa, Chihiro Kato, Koichi Iwata, Hiro‐o Hamaguchi (担当:分担執筆範囲:Fast time-resolved mid-infrared spectroscopy using grating spectrometers)
  John Wiley & Sons, Ltd 2001年 666-676

講演・口頭発表等

• CMOSイメージセンサーを用いたマルチプレックス誘導ラマン散乱分光法”, "新しいイメージングを実現する最先端CMOSイメージセンサ

  De Xing Lioe, Shukri Bin Korakkottil, Kunhi Mohd, 本間 宗一郎, 大和 尚記, 安富 啓太, 香川 景一郎, 橋本 守, 川人 祥二

  Optics & Photonics Japan 2023 2023年11月 シンポジウム・ワークショップパネル（指名）
• Development of Lissajous scanning fluorescence endomicroscope using polarization-maintaining fiber

  N. Yamato, M. Hashimoto

  OSJ-JSAP Joint Symposia on Optics, Optics & Photonics Japan 2023 2023年11月 口頭発表（一般）
• Imaging of trans lipid-mobilization by coherent Raman microspectroscopy  [通常講演]

  S. Homma, N. Yamato, M. Hashimoto

  OSJ-JSAP Joint Symposia on Optics, Optics & Photonics Japan 2023 2023年11月 口頭発表（一般）
• Label-free imaging by coherent Raman scattering endoscopy  [招待講演]

  M. Hashimoto

  2023 International Workshop on the New Frontiers in Convergence Science and Technology of Hokkaido University - Seoul National Universty 26th Joint Symposium 2023年11月 口頭発表（招待・特別）
• 第二高調波発生関節鏡の開発とビーム走査手法の検討  [招待講演]

  橋本守

  第21回医用分光学研究会 2023年10月 口頭発表（招待・特別）
• 光ファイバーレーザーを用いた無染色コラーゲン可視化間接鏡の開発

  橋本 守, 大和 尚紀, 松田 陸

  第62回日本生体医工学会北海道支部大会 2023年10月
• Multiplex coherent anti-Stokes Raman 散乱分光顕微鏡を用いた脂肪様細胞のトランス脂肪動員観察  [通常講演]

  本間 宗一郎, 大和 尚記, 橋本 守

  第84回応用物理学会秋季学術講演会 2023年09月 口頭発表（一般）
• Lipid metabolism imaging by elliptical spots scanning multiplex coherent anti-stokes raman scattering spectromicroscopy  [招待講演]

  M. Hashimoto

  8th Asian Spectroscopy Conference 2023 2023年09月 口頭発表（招待・特別）
• 二台の電気光学偏光素子を用いた偏光補償法の検討  [通常講演]

  五十﨑 凜太郎, 川﨑 優花, 大和 尚紀, 橋本 守

  第58回応用物理学会北海道支部／第19回日本光学会北海道支部合同学術講演会 2023年01月 口頭発表（一般）
• 楕円スポット走査マルチプレックスCARS 顕微分光イメージング  [招待講演]

  橋本守

  第19 回医用分光学研究会 2021年11月 口頭発表（招待・特別）
• Ybファイバーレーザーを用いた第二高調波発生関節鏡の開発

  松田陸, 橋本守

  Optics & Photonics Japan 2021 2021年10月 口頭発表（一般）
• 楕円スポット型コヒーレント反ストークスラマン散乱分光顕微鏡のCARS光強度増強効果の実験的検証  [通常講演]

  本間宗一郎, 橋本守

  第82回応用物理学会秋季学術講演会 2021年09月 口頭発表（一般）
• 非線形ラマン散乱硬性内視鏡と深層学習による実時間神経抽出  [通常講演]

  大和尚記, 松谷真奈, 新岡宏彦, 三宅淳, 橋本守

  第60回日本生体医工学会大会・第36回日本生体磁気学会大会 2021年06月
• 超音波照射下におけるドキソルビシン付着型アルブミンナノ粒子の徐放性の評価

  新里美瑠, 加藤祐次, 橋本守, 工藤信樹

  第60回日本生体医工学会大会・第36回日本生体磁気学会大会 2021年06月 口頭発表（一般）
• CARS硬性内視鏡の神経イメージングと深層学習による神経抽出ー実時間イメージングに向けた短時間露光神経画像の画像解析ー  [通常講演]

  大和尚記, 松谷真奈, 新岡宏彦, 三宅淳, 橋本守

  第68回応用物理学会春季学術講演会 2021年03月 口頭発表（一般）
• 非線形ラマン散乱を用いた顕微内視鏡の開発  [招待講演]

  橋本守

  4大学医工連携オンラインセミナー ～光×超音波×近赤外蛍光による医工連携イメージングと健康長寿への道～（onLine） 2021年02月 口頭発表（招待・特別）
• 楕円スポットを用いたコヒーレント反ストークスラマン散乱分光顕微鏡による信号増強効果の実験的検証

  本間 宗一郎, 阿部 隆爾, 橋本 守

  第 56 回 応用物理学会北海道支部／第 17 回 日本光学会北海道支部 合同学術講演会 2021年01月 口頭発表（一般）
• 光ファイバーバンドルを用いた非線形ラマン散乱顕微内視鏡  [招待講演]

  橋本守, 小川拓希

  第18回医用分光学研究会 2020年11月 口頭発表（招待・特別）
• 非線形ラマン散乱内視鏡に向けた光ファイバーバンドル内での四光波混合発生の低減法  [通常講演]

  小川拓希, 橋本守

  Optics & Photonics Japan 2020 2020年11月 口頭発表（一般）
• 光ファイバーバンドルを用いた非線形ラマン散乱内視鏡の開発  [招待講演]

  橋本守

  北海道大学 新技術説明会 2020年11月 口頭発表（招待・特別）
• 神経を可視化するコヒーレントアンチストークスラマン散乱硬性内視鏡の可搬化のためのファイバーレーザー光源の開発

  松田陸, 大和尚記, 橋本守

  第59回日本生体医工学会北海道支部大会 2020年10月 口頭発表（一般）
• 非線形ラマン散乱硬性内視鏡と深層学習による無染色な末梢神経イメージングの検討  [招待講演]

  大和尚記, 松谷真奈, 新岡宏彦, 三宅淳, 橋本守

  日本蛍光ガイド手術研究会第3回学術集会 2020年10月 口頭発表（招待・特別）
• 非線形ラマン散乱硬性内視鏡と深層学習による神経イメージング装置の開発  [通常講演]

  大和尚記, 松谷真奈, 新岡宏彦, 三宅淳, 橋本守

  レーザー学会第547回研究会 2020年10月 口頭発表（一般）
• ビーム走査・スリット取得型偏光マルチプレックスコヒーレントアンチストークスラマン散乱分光顕微鏡による生細胞の高速分光イメージング

  阿部隆爾, 橋本守

  第81回応用物理学会秋季学術講演会 2020年09月 口頭発表（一般）
• 非線形ラマンイメージングの高速化 –深層学習と楕円形スポット–  [招待講演]

  橋本 守

  日本学術振興会 生体ひかりイメージング技術と応用第185委員会 2020年09月 口頭発表（招待・特別）
• ノイズ除去のアンサンブル学習による非線形ラマン硬性内視鏡神経イメージングの高速化

  大和尚記, 新岡宏彦, 橋本守

  第59回日本生体医工学会大会 2020年05月 口頭発表（一般）
• 楕円スポットを用いたスリット走査型マルチプレックスコヒーレントアンチストークスラマン散乱顕微鏡による生細胞の高速分光イメージング

  阿部隆爾, 堀尾京太郎, 木澤駿, 橋本守

  第67回応用物理学会春季学術講演会 講演会中止(発表は成立) 2020年03月 口頭発表（一般）
• 非線形ラマン硬性鏡による神経イメージの人工知能解析  [招待講演]

  橋本守

  レーザー学会学術講演会第40回年次大会 2020年01月 口頭発表（招待・特別）
• 二波長の後方散乱光を用いた無侵襲静脈血中脂質濃度推定法の提案  [通常講演]

  下川部一真, 橋本守, 加藤祐次

  レーザー学会学術講演会第40回年次大会 2020年01月 口頭発表（一般）
• 非線形ラマン散乱硬性内視鏡のイメージング高速化における深層学習モデルの比較

  大和尚記, 新岡宏彦, 三宅淳, 橋本守

  第55回応用物理学会北海道支部/第16回日本光学会北海道支部合同学術講演 2020年01月 口頭発表（一般）
• 非線形ラマン散乱硬性内視鏡と深層学習による神経イメージング  [通常講演]

  大和尚記, 松谷真奈, 工藤信樹, 新岡宏彦, 三宅淳, 橋本守

  第32回日本内視鏡外科学会総会 2019年12月 口頭発表（一般）
• Nerve imaging and segmentation used by coherent Raman endoscopy and deep learning  [招待講演]

  M. Hashimoto, N. Yamato, M. Matsuya, H. Niioka, J. Miyake

  Biomedical Raman Imaging 2019 2019年11月 口頭発表（招待・特別）
• スリット走査マルチプレックスCARS顕微鏡の開発  [招待講演]

  橋本守, 木澤駿

  第17回医用分光学研究会 2019年11月 口頭発表（招待・特別）
• 楕円スポットを用いたスリット走査型マルチプレックスコヒーレントアンチストークスラマン散乱分光顕微鏡による生細胞観測  [通常講演]

  木澤駿, 橋本守

  第80回応用物理学会秋季学術講演会 2019年09月 口頭発表（一般）
• 転移学習を用いた深層学習による非線形ラマン像からの神経セグメンテーション  [通常講演]

  松谷真奈, 大和尚記, 新岡彦, 工藤信樹, 三宅淳, 橋本守

  第80回応用物理学会秋季学術講演会 2019年09月 口頭発表（一般）
• コヒーレント反ストークスラマン散乱硬性鏡の開発と神経検出への応用  [招待講演]

  橋本守

  第3期 第5回レーザー学会「レーザーバイオ医療」技術専門委員会 2019年07月 口頭発表（招待・特別）
• Deep Learningと転移学習を用いたCARS硬性内視鏡イメージングの高速化  [通常講演]

  新岡 宏彦, 大和 尚記, 三宅 淳, 橋本 守

  レーザ顕微鏡研究会第44回講演会・シンポジウム 2019年07月 口頭発表（一般）
• 非線形ラマン散乱硬性鏡による神経イメージングの転移学習を用いた高速化  [通常講演]

  大和尚記, 新岡宏彦, 橋本守

  第58回日本生体医工学会大会 2019年06月 口頭発表（一般）
• 転移学習を用いた深層学習による蛍光画像からの神経抽出

  松谷真奈, 大和尚記, 新岡宏彦, 橋本守

  日本分子イメージング学会;回学会総会;学術集会 2019年05月 口頭発表（一般）
• 楕円スポットを用いたスリット走査型マルチプレックスコヒーレントアンチストークスラマン散乱分光顕微鏡の開発  [通常講演]

  木澤駿, 橋本守

  第66回応用物理学会春季学術講演会 2019年03月 口頭発表（一般）
• CARS 硬性鏡による神経イメージング  [招待講演]

  橋本守

  第39回レーザー学会学術講演会 年次大会 2019年01月 口頭発表（招待・特別）
• 非線形ラマン散乱硬性鏡を用いた神経イメージング  [招待講演]

  橋本守

  第57回日本生体医工学会大会 2018年06月 口頭発表（招待・特別）
• 非線形ラマンを用いたラベルフリージング  [招待講演]

  橋本守

  一般社団法人レーザー学会学術講演会第３８回年次大会 2018年01月 口頭発表（招待・特別）
• 術中での無染色神経イメージングを目指したコヒーレントアンチストークスラマン散乱硬性鏡の開発

  廣瀬 敬吾, 青木 拓也, 福島 修一郎, 坂口 良幸, 古川 太一, 橋本 守

  生体医工学 2016年 一般社団法人 日本生体医工学会
   

  We have developed a coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) rigid endoscope for label-free nerve imaging during an operation. The CARS rigid endoscope consists of a single-mode fiber which delivers two color lasers, a galvano scanning system, and homemade ϕ12 mm lens tubes which include two relay lenses and an objective lens. The label-free imaging of rat sciatic nerve is demonstrated. To attain CARS image with high- speed, correcting chromatic aberration is focused on. The split between the focal spots of two lasers passed through the lens tubes is 21 μm and a numerical simulation shows that the intensity of CARS signal by correcting the chromatic aberration is 2.3 times as strong as non-correcting. The rigid endoscope has been modified to suppress the chromatic aberration by using two single-mode fibers which deliver the two lasers individually. The experimental result shows the increase of CARS intensity at least 1.5 times.

• Label free bioimaging using nonlinear coherent Raman microscopy  [通常講演]

  Mamoru Hashimoto

  IEEE CPMT Symposium Japan 2015: Packaging is Everywhere, ICSJ 2015 2015年12月 Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.
   

  Raman imaging visualizes the biomolecule without staining however, the low cross section of Raman scattering requires long observation time. We have developed a nonlinear Raman microscope and endoscope for fast biomolecular imaging without staining. In the presentation, I would like to talk about the present status of nonlinear Raman imaging and medical applications.
• Nonlinear Raman microscopy for biomedical applications(Workshop on microscopy, biology, medicine, and advanced CMOS imagers)

  Hashimoto Mamoru, Kawahito Shoji

  映像情報メディア学会技術報告 2015年11月 一般社団法人映像情報メディア学会
   

  Nonlinear Raman imaging enables high-speed visualization of the biomolecules without staining. We have developed a multimodal microscopy and an endoscopy systems observing nonlinear Raman scattering. The developed systems are applied to the imaging of atherosclerosis legion. The performances of label-free imaging are demonstrated. Lock-in image sensor for parallel excitation/detection of stimulated Raman imaging is also demonstrated.
• Label free bioimaging using nonlinear coherent Raman microscopy  [招待講演]

  M. Hashimoto

  2015 IEEE CPMT Symposium Japan (ICSJ) 2015年11月 口頭発表（招待・特別）
• Nonlinear Raman microscopy for biomedical applications  [招待講演]

  M. Hashimoto, S. Kawahito

  2015年11月 口頭発表（一般）
• PS2-3 Label free imaging of atherosclerotic lesions using stimulated Raman scattering, second harmonic generation, and two-photon fluorescence microscopy(PS2: Poster Short Presentation II,Poster Session)

  Aoki Takuya, Tao Tomoyo, Fukushima Syuichiro, Araki Tsutomu, Hashimoto Mamoru

  Proceedings of the ... Asian Pacific Conference on Biomechanics : emerging science and technology in biomechanics 2015年09月 一般社団法人日本機械学会
  
• PS2-14 OBSERVATION OF CELLULLAR RESPONSE TO OXYGEN TENSION USING MICROFLUIDIC DEVICES(PS2: Poster Short Presentation II,Poster Session)

  Fujitaka Naoya, Fukushima Shuichiro, Hashimoto Mamoru, Funamoto Kenichi, Araki Tsutomu

  Proceedings of the ... Asian Pacific Conference on Biomechanics : emerging science and technology in biomechanics 2015年09月 一般社団法人日本機械学会
  
• Plasmonic-nanoparticle-enhanced hyper-Raman spectroscopy  [通常講演]

  B. Ranjan, M. Hashimoto, Y. Saito, P. Verma

  2015年09月 口頭発表（一般）
• Label free imaging of atherosclerotic lesions using stimulate Raman scattering, second harmonic generation, and two-photon fluorescence microscopy  [通常講演]

  T. Aoki, T. Tao, S. Fukushima, T. Araki, M. Hashimoto

  Abstract of the 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics 2015年09月 口頭発表（一般）
• Discrete fourier transform infrared spectroscopy using precisely periodic pulse  [通常講演]

  Y.-D. Hsieh, S. Okubo, H. Inaba, M. Hashimoto, T. Yasui

  2015年05月 口頭発表（一般）
• マルチモーダル非線形光学顕微鏡によるアテローム性動脈 硬化症病変のイメージング”  [招待講演]

  橋本 守

  2015年05月 口頭発表（一般）
• Biological high-resolution imaging in wet-condition using cathodoluminescence microscopy  [通常講演]

  T. Furukawa, S. Fukushima, H. Niioka, M. Ichimiya, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  Proceedings of The 5th Asian and Pacific-Rim Symposium on Biophotonics 2015年05月 口頭発表（一般）
• 近赤外発光・カソードルミネッセンスによるマルチスケール生体観察  [通常講演]

  福島昌一郎, 新岡宏彦, 一宮正義, 三宅 淳, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2015年03月
• Discrete Fourier Transform Infrared Spectroscopy Using Precisely Periodic Pulse  [通常講演]

  Y. -D. Hiseh, S. Okubo, H. Inaba, M. Hashimoto, T. Yasui

  2015 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS (CLEO) 2015年 IEEE
   

  A stabilized Fabry-Perot cavity with a 2.2 MHz-linewidth resonance-mode and a 566MHz FSR was fully characterized over the spectral range from 186 to 200 THz by discrete Fourier transform infrared spectroscopy using precisely periodic pulse.
• Highly luminescent rare-earth doped Y2O3 ceramics in near-infrared region by codoping Li+ ions and its application for imaging  [通常講演]

  J. Yamasaki, S. Fukushima, H. Niioka, T. Araki, M. Hashimoto, J. Miyake

  2014年12月
• Gadolinium oxide doped rare earth nanophosphors for trimodal imaging  [通常講演]

  D. T, K. Dung, S. Fukushima, H. Niioka, M. Ichimiya, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto, J. Miyake

  2014年12月
• Observation of organic nonlinear optical crystal by multiplex fourth order Raman microscope  [通常講演]

  C. Ninagawa, T. furukawa, H. Niioka, T. Araki, M. Hashimoto

  2014年12月
• A low-noise stimulated Raman scattering CMOS imager using high-speed lock-in pixels(Poster session,2nd Asian Image Sensors and Imaging Systems Symposium)

  Lioe De Xing, Mars Kamel, Han Sang Man, Takasawa Taishi, Yasutomi Keita, Kagawa Keiichiro, Hashimoto Mamoru, Kawahito Shoji

  映像情報メディア学会技術報告 2014年11月 一般社団法人映像情報メディア学会
   

  We demonstrate a low-noise stimulated Raman scattering (SRS) CMOS imager using high-speed lock-in pixels. To detect small SRS signal under an extremely large offset due to probing laser signal of which the ratio is 10^<-5>, a lock-in pixel using a high-speed demodulator, low-pass filter, and multiple-sampling amplifier is designed. The residual offset and low-frequency noise are reduced by two steps; one is sampling phase adjusting in the multiple-sampling amplifier and the other is a double modulation technique. The double modulation effectively reduces the offset and low-frequency noise, or 1/f noise. A SRS CMOS imager chip for the proof of concept is implemented and a successful operation is demonstrated. The detectable AC signal level under the large DC offset is measured to be smaller than ratio of 10^<-4>. This finding suggests that the detection of a very small SRS signal from a biological sample is feasible using this technique.
• 近赤外光・電子顕微鏡による相関バイオイメージング  [通常講演]

  福島昌一郎, 新岡宏彦, 一宮正義, 三宅 淳, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2014年10月
• Observation of arteriosclerotic lesion using coherent nonlinear Raman imaging  [通常講演]

  Mamoru Hashimoto, Shoji Kawahito

  Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 2014年08月 Japan Soc. of Med. Electronics and Biol. Engineering
   

  We have developed a nonlinear optical multimodal microscopy system for diagnosis of atherosclerosis. By using a fast tuning picosecond mode-locked laser with an acoutso-optic tunable filter and modifying to synchronize with another mode-locked laser, fast spectral nonlinear Raman imaging becomes available. The combination of nonlinear Raman and second harmonic generation visualize lipid and collagen without any pre-treatment of sample. The developed system is applied to observe the artery of atherosclerotic lesion.
• Histological assessment of atherosclerosis by nonlinear optical multimodal microscopy  [通常講演]

  Tomoyo Tao, Harsono Cahyadi, Shuichiro Fukushima, Mamoru Hashimoto, Tsutomu Araki

  Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 2014年08月 Japan Soc. of Med. Electronics and Biol. Engineering
   

  We have developed a nonlinear optical multimodal microscopy system for diagnostic tool of atherosclerosis. Nonlinear coherent optical imaging never requires invasive dyes to visualize the sample with three-dimensional resolution. In particular, coherent Raman scattering (CRS) and second harmonic generation (SHG) techniques provide label-free detection of lipid and collagen, respectively, which are keys of atherosclerotic plaques formation. Therefore, CRS/SHG multimodal imaging has a potential of quantitative diagnosis of atherosclerosis. In this study, we provide a histological assessment of abnormally produced collagen in aorta samples of mice, and show that the abnormally produced collagen has a correlation with the progression of lesion. Furthermore, we perform CRS/SHG imaging of the sample with the developed system, and lipid distribution and collagen in adventitia was visualized invasively.
• 近赤外・カソードルミネッセンス相関観察を目指したナノ蛍光体粒子の開発  [通常講演]

  福島昌一郎, 新岡宏彦, 一宮正義, 三宅 淳, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2014年07月
• 希土類添加ナノ蛍光体粒子を用いたカソードルミネッセンス・蛍光細胞イメージング  [招待講演]

  新岡 宏彦, 古川 太一, 橋本 守

  顕微鏡 2014年04月
• カソードルミネッセンス顕微鏡と光学顕微鏡の融合  [招待講演]

  新岡宏彦, 古川太一, 福島昌一郎, 一宮正義, 三宅 淳, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  日本顕微鏡学会バイオメディカルニュ－マイクロスコ－プ分科会 平成25年度シンポジウム講演会 2014年03月
• 希土類ナノ蛍光体を用いたマルチカラーカソードルミネッセンス・アップコンバージョン生体観察  [通常講演]

  福島昌一郎, 古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 芦田昌明, 三宅 淳, 荒木 勉, 橋本 守

  2014年03月
• Synthesis of nanophosphors for correlative cathodoluminescence, up-conversion, and near-infrared bioimaging  [通常講演]

  S. Fukushima, T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  2014年03月
• Visible to near-infrared luminescent nanoparticles for multimodal bioimaging on nanometer to millimeter scale  [通常講演]

  S. Fukushima, T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  Japan Taiwan Bilateral Conference on Biomedical and Plasmonic Imaging 2014年02月
• 1F16 非線形光学マルチモーダル顕微鏡によるアテローム性動脈硬化症病変の組織学的評価(GS8:軟組織)

  田尾 知世, 福島 修一郎, 橋本 守, 荒木 勉

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2014年01月 一般社団法人日本機械学会
  
• Development of nonlinear optical multimodal microscopy system for histological assessment of atherosclerosis

  Tao Tomoyo, Harsono Cahyadi, Fukushima Shuichiro, Hashimoto Mamoru, Araki Tsutomu

  生体医工学 2014年 Japanese Society for Medical and Biological Engineering
   

  We developed a nonlinear optical multimodal microscopy system for diagnostic tool of atherosclerosis. Nonlinear optical microscopy is based on the nonlinear optcal phenomena originated from optical properties of materials. It avoids the need for invasive dyes. In particular, coherent Raman scattering (CRS) techniques provide label-free detection due to the intrinsic vibrational signatures of the specific molecules. Therefore it offers a non-invasive imaging of lipid in atherosclerotic plaques. The second harmonic generation (SHG) is exclusively sensitive to noncentrosymmetric materials. Hence, it enables a label-free detection of collagen which is known to be unpredictably formed around the plaques. Therefore, CRS/SHG multimodal microscopy system is a potential tool for quantitative diagnosis of atherosclerosis.
  In this study, we provided a histological assessment of abnormally produced collagen in aorta samples of mice, and our results indicated that the collagen had a correlation with the progression of lesion. Furthermore, we performed CRS/SHG imaging with the developed system.
• B204 近赤外光・電子顕微鏡による相関バイオイメージング(B2-1 分子・細胞計測)

  福島 昌一郎, 新岡 宏彦, 一宮 正義, 芦田 昌明, 三宅 淳, 荒木 勉, 橋本 守

  バイオフロンティア講演会講演論文集 2014年 Japan Society of Mechanical Engineers
  
• Lock-in Pixels Readout Circuit Using a High Speed Lateral Electric Field Modulator with Differential Charge Accumulation for Stimulated Raman Scattering Imager  [通常講演]

  Kamel Mars, Ken Egawa, Lioe De Xing, Han Sang Man, Taishi Takasawa, Keita Yasutomi, Keiichiro Kagawa, Mamoru Hashimoto, Shoji Kawahito

  2014 IEEE 12TH INTERNATIONAL NEW CIRCUITS AND SYSTEMS CONFERENCE (NEWCAS) 2014年 IEEE
   

  In this paper, a lock-in pixel readout circuits using a high speed lateral electric field modulator with differential charge accumulation for a stimulated Raman scattering imager is presented. The stimulated Raman scattering works by detecting the vibrations in chemical bonds between atoms, and the generated Raman signal after stimulated scattering processes is very low compared to offset signal. By using a high-speed lateral electric field modulator with lock-in pixels differential charge accumulation technique using a sample-and hold circuit with a fully differential amplifier, very small effective Raman signal can be extracted from large offset signal and high dynamic range is achieved.
• 3P-247 再生医療応用を目指した近赤外光深部イメージング用蛍光体の開発(生体医用工学,人工臓器,一般講演)  [通常講演]

  新岡 宏彦, 福島 昌一郎, 橋本 守, 荒木 勉, 小野島 大介, 湯川 博, 馬場 嘉信, 三宅 淳

  日本生物工学会大会講演要旨集 2014年 日本生物工学会
  
• Tens nanometer scale cathodoluminescence bioimaging with rare-earth doped nanophosphors  [通常講演]

  Shoichiro Fukushima, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Masayoshi Ichimiya, Jun Miyake, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  JSAP-OSA Joint Symposia, JSAP 2014 2014年01月
• Observation of anhydrated and hydrated DAST crystals using multiplex fourth order Raman microscope  [通常講演]

  Chikako Ninagawa, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto

  JSAP-OSA Joint Symposia, JSAP 2014 2014年01月
• Multimodal bioimaging probes based on lanthanide doped Gd2O3 nanophosphors  [通常講演]

  Doan T. Kim Dung, Shoichiro Fukushima, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Masayoshi Ichimiya, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto, Jun Miyake

  JSAP-OSA Joint Symposia, JSAP 2014 2014年01月
• 電子線及び近赤外光照射による発光を用いたバイモーダル生体観察  [通常講演]

  福島昌一郎, 古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 芦田昌明, 三宅 淳, 荒木 勉, 橋本 守

  2013年11月
• マルチスケール生体イメージングを目指したカソードルミネッセンス・アップコンバージョンナノ蛍光体の作製  [通常講演]

  福島昌一郎, 古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 芦田昌明, 三宅 淳, 荒木 勉, 橋本 守

  2013年11月
• Upconversion fluorescence and CL imaging for multiscale biological imaging  [通常講演]

  H. Niioka, T. Furukawa, S. Fukushima, M. Ichimiya, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  Proceedings of 2013 Annual Meeting of the Spectroscopical Society of Japan 2013年11月
• Bimodal biological observation with luminescence emitted under electron beam and near-infrared light irradiation  [通常講演]

  S. Fukushima, T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  Proceedings of 2013 Annual Meeting of the Spectroscopical Society of Japan 2013年11月
• A220 第二高調波発生顕微鏡によるアテローム性動脈硬化症病変の観察(A2-4 循環器系バイオメカニクス2)

  田尾 知世, 福島 修一郎, 橋本 守, 荒木 勉

  バイオフロンティア講演会講演論文集 2013年10月 一般社団法人日本機械学会
  
• マルチスケール相関生体イメージングを実現するバイモーダルナノ蛍光体の合成  [通常講演]

  福島昌一郎, 古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 三宅 淳, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2013年10月
• アップコンバージョンナノ蛍光体を用いたCL・蛍光イメージング  [通常講演]

  H. Niioka, T. Furukawa, S. Fukushima, M. Ichimiya, T. Nagata, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  2013年10月
• Towards multicolor correlative light and cathodoluminescence imaging with using upconversion nanophosphors  [通常講演]

  S. Fukushima, T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, M. Ichimiya, T. Nagata, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  JSAP-OSA Joint Symposia 2013 2013年09月
• カソードルミネッセンス顕微鏡を用いたバイオイメージング  [通常講演]

  古川太一, 新岡宏彦, 福島昌一郎, 一宮正義, 市川 聡, 永田智啓, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2013年07月
• 誘導ラマン散乱分光法のための差電荷蓄積技術を用いた高速変調ロックインピクセルイメージャ

  マース カメル, 白 グスル, 韓 相萬, 高澤 大志, 安富 啓太, 香川 景一郎, 橋本 守, 川人 祥二

  電気学会研究会資料. BMS, バイオ・マイクロシステム研究会 = The papers of Technical Meeting on Bio Micro Systems, IEE Japan 2013年03月
• アップコンバージョン発光とカソードルミネッセンスによる生体観察を目指した希土類ナノ蛍光体プローブの作製  [通常講演]

  福島昌一郎, 古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 永田智啓, 三宅 淳, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2013年03月
• カソードルミネッセンス生体イメージングのための微小希土類添加ナノ蛍光体作製  [通常講演]

  古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 市川 聡, 永田智啓, 三宅 淳, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2013年03月
• Synthesis of Rare-earth Doped Nano Phosphors for Biological Cathodoluminescence Imaging  [通常講演]

  T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, S. Ichikawa, T. Nagata, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  Focus on Microscopy 2013 (Maastricht, The Netherlands) (Poster) 2013年03月
• C212 マルチスケール生体イメージングを目指したカソードルミネッセンス・アップコンバージョンナノ蛍光体の作製(C2-3 生体計測2)  [通常講演]

  福島 昌一郎, 古川 太一, 新岡 宏彦, 一宮 正義, 芦田 昌明, 三宅 淳, 荒木 勉, 橋本 守

  バイオフロンティア講演会講演論文集 2013年 Japan Society of Mechanical Engineers
  
• Rare-earth Doped Y2O3 Nanophosphors Synthesized for Bio-imaging with Using CL and Fluorescence Microscopy  [通常講演]

  H. Niioka, T. Furukawa, M. Ichimiya, T. Nagata, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  8th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium 2012年12月
• 排出制御電荷変調素子DOMによる蛍光寿命CMOSイメージセンサ

  安富 啓太, 李 卓, 香川 景一郎, 新岡 宏彦, 橋本 守, 川人 祥二

  映像情報メディア学会技術報告 2012年11月 一般社団法人映像情報メディア学会
   

  排出のみの制御によって電荷変調を行うことが可能な排出制御型電荷変調素子DOMとこれを用いた蛍光寿命イメージセンサについて述べる.信号経路から転送ゲートをなくすことで,バリアレスで界面トラップの影響の受けない構造となり,極微弱光に対してもロスのない繰り返し蓄積が可能である.標準CMOSイメージセンサプロセスで時間分解型イメージセンサを試作して得られた評価結果と,これを用いて構築した蛍光寿命顕微鏡システムによる実細胞の観察実験について報告する.
• 希土類添加Y2O3ナノ蛍光体を用いたマルチモーダル蛍光・CL細胞イメージング  [通常講演]

  新岡宏彦, 古川太一, 一宮正義, 永田智啓, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2012年11月
• OS3-1-3 希土類添加ナノ蛍光体を利用したカソードルミネッセンス細胞イメージング(OS3 マイクロ・ナノ生体医工学(1))

  古川 太一, 新岡 宏彦, 一宮 正義, 永田 智啓, 芦田 昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  マイクロ・ナノ工学シンポジウム 2012年10月 一般社団法人日本機械学会
   

  Bio molecular imaging is important to clarify cellular functions. Cathodoluminescence (CL) is light emission from the materials excited by accelerated electron beam, and CL microscopy has the potential to enable color imaging of individual biomolecular distributions with using immunolabeling at high spatial resolution. Because of electron beam excitation the spatial resolution reaches about 10 nm. In this study, we demonstrated CL imaging for cells using rare-earth doped nanophosphors at high spatial resolution.
• 光学顕微鏡とカソードルミネッセンス顕微鏡を用いたマルチモーダル細胞イメージング  [通常講演]

  新岡宏彦, 古川太一, 一宮正義, 永田智啓, 芦田昌明, 荒木勉, 橋本守

  2012年09月
• Multimodal Imaging via Light Microscopy and Cathodoluminescence Microscopy for Biological Specimens with Rare-earth Doped Nanophosphors  [通常講演]

  T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, T. Nagata, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  JSAP-OSA joint Symposia 2012, the 73th Autumn Meeting 2012年09月
• ナノ蛍光体粒子とカソードルミネッセンス顕微鏡を用いたマルチカラー生体イメージング  [招待講演]

  新岡宏彦, 古川太一, 一宮正義, 芦田昌明, 荒木勉, 橋本守

  日本顕微鏡学会 (つくば国際会議場, 2012/5/14-16, 招待講演) 2012年05月
• Well-dispersed nanophosphors for cathodoluminescence microscopy produced by using laser ablation method  [通常講演]

  T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, T. Nagata, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  Program and Abstract Book, Focus on Micrscopy 2012 (FOM2012) 2012年04月
• 希土類ナノ蛍光体を用いた生体カソードルミネッセンスイメージングの高輝度化  [通常講演]

  古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 永田智啓, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2012年03月
• ナノ蛍光体粒子を用いたカソードルミネッセンス生体イメージング  [通常講演]

  新岡宏彦, 古川太一, 一宮正義, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2012年02月
• 7D32 CARS顕微鏡による細胞内抗がん剤のイメージング(GS10 生体計測(イメージング))

  池田 晃平, チャフヤディ ハルソン, 新岡 宏彦, 荒木 勉, 橋本 守

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2012年01月 一般社団法人日本機械学会
  
• 7D45 ハイパーラマン分光顕微鏡を用いた生体分子の観測(GS10 生体計測(光計測))

  加納 寛人, 新岡 宏彦, 荒木 勉, 橋本 守

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2012年01月 一般社団法人日本機械学会
  
• 7D44 ラマン散乱顕微鏡と多変量解析を用いた中性脂肪蓄積心筋血管症と虚血性心筋症の識別(GS10 生体計測(光計測))

  松村 直和, 新岡 宏彦, 池田 善彦, 平野 賢一, 荒木 勉, 橋本 守

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2012年01月 一般社団法人日本機械学会
  
• 7D31 ピコ秒高速波長走査レーザーを用いたCARS分光顕微鏡の開発(GS10 生体計測(イメージング))  [通常講演]

  岩塚 純一, 南川 丈夫, 新岡 宏彦, 荒木 勉, 橋本 守

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2012年 一般社団法人 日本機械学会
  
• 7D46 多焦点非線形ラマン顕微鏡における細胞への光ダメージ(GS10 生体計測(光計測))  [通常講演]

  村上 貴親, 南川 丈夫, 荒木 勉, 橋本 守

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2012年 一般社団法人 日本機械学会
  
• Super-resolution imaging of nano phosphors via cathodoluminescence microscopy for biological imaging  [通常講演]

  H. Niioka, T. Furukawa, M. Ichimiya, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto

  2011年12月
• ナノ蛍光体粒子を用いたマルチカラー生体カソードルミネッセンスイメージング  [通常講演]

  古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 永田智啓, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2011年11月
• カソードルミネッセンスを用いた細胞の超解像イメージング  [通常講演]

  古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2011年09月
• カソードルミネッセンスを利用した生体細胞の超解像イメージング手法  [通常講演]

  古川太一, 新岡宏彦, 一宮正義, 芦田昌明, 荒木 勉, 橋本 守

  2011年07月
• T0302-2-3 立体配向顕微鏡を用いた非接触・非破壊歪み計測([T0302-2]高信頼マイクロ・ナノデバイスのための設計・計測技術(2):応力・ひずみ計測)

  吉木 啓介, 増田 恭佑, 橋本 守, 橋本 信幸, 栗原 誠, 生津 資大, 井上 尚三

  年次大会講演論文集 2010年 一般社団法人日本機械学会
   

  We developed a system to analyze microscopic deformation, which can visualize inhomogeneous deformation in MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) devices by using single-molecule markers. As MEMS devices become smaller, their mechanical properties seem to become inhomogeneous. This causes an undesirable distribution of deformation and stress, and decreases the reliability of the MEMS devices. We distributed fluorescent single molecules discretely on the microstructure of a MEMS device, and traced their relative displacements and rotations by observation under a three-dimensional orientation microscope, which provided information about normal, torsional, and bending displacements.
• B201 レーザー誘起アブレーションによる生細胞応答の無染色・高速CARSイメージング(B2-1 細胞工学・マイクロバイオメカニクス2)  [通常講演]

  南川 丈夫, 新岡 宏彦, 荒木 勉, 橋本 守

  バイオフロンティア講演会講演論文集 2009年 一般社団法人 日本機械学会
  
• Realtime biomolecular imaging by multifocus CARS microscopy  [通常講演]

  2009年
• High-speed non-staining biomolecular imaging by nonlinear Raman microspectroscopy  [通常講演]

  2009年
• 第2高調波発生顕微鏡を用いたコラーゲンの非染色的な可視化

  福島 修一郎, 安井 武史, 橋本 守, 荒木 勉

  可視化情報学会誌. Suppl. 2008年07月
• 1203 ラジアル偏光を用いた金属上有機分子の第二高調波顕微検出法(GS-10 微小構造と組織化)

  蘆田 幸一郎, 吉木 啓介, 橋本 守, 荒木 勉

  関西支部講演会講演論文集 2008年03月 一般社団法人日本機械学会
  
• 602 リアルタイムCARS顕微鏡による無染色・高速イメージング(GS-2 システム開発と光計測)  [通常講演]

  南川 丈夫, 橋本 守, 荒木 勉

  関西支部講演会講演論文集 2008年 一般社団法人 日本機械学会
  
• 329 第2高調波発生顕微鏡による生体内分子の3次元配向計測(GS-10:再生組織・細胞(1),一般セッション,学術講演)

  吉木 啓介, 橋本 守, 荒木 勉

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2006年01月 一般社団法人日本機械学会
  
• Three dimensional polarization control and its application to SHG imaging  [通常講演]

  K. Yoshiki, M. Hashimoto, T. Araki

  2005 Pacific Rim Conference on Lasers & Electro-Optics 2005年07月 IEEE
  
• Multi-focus CARS microscopy using automatic pulse duration control system  [通常講演]

  Proceedings of International Conference on Quantum Electronics 2005 and the Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics 2005 (IQEC/CLEO-PR 2005) 2005年
• 金属プローブを用いた近接場CARSイメージング  [通常講演]

  市村垂生, 早沢紀彦, 橋本守, 井上康志, 河田聡

  日本分光学会講演要旨集 2004年05月
• 局所プラズモン増強効果を用いた高空間分解CARSイメージング  [通常講演]

  市村垂生, 早沢紀彦, 橋本守, 井上康志, 河田聡

  応用物理学関係連合講演会講演予稿集 2004年03月
• チップ増強非線形ラマン散乱を用いた近接場振動分光  [通常講演]

  市村垂生, 早沢紀彦, 橋本守, 井上康志, 河田聡

  応用物理学関係連合講演会講演予稿集 2004年03月
• Coherent anti-stokes Raman nano-imaging with metal-tip field enhancement  [通常講演]

  N Hayazawa, T Ichimura, M Hashimoto, Y Inouye, S Kawata

  ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 2004年03月 AMER CHEMICAL SOC
  
• Coherent anti-Stokes Raman microscope for identification of cellular molecule  [通常講演]

  Proceedings of the Second Asian and Pacific Rim Symposium on Biophotonics 234-235 2004年
• Fluorescence lifetime properties of various calcium ion indicators  [通常講演]

  Proc. ICO-14 2004年
• 金ナノ微粒子によるコヒーレントアンチストークスラマン散乱の局所増強  [通常講演]

  市村垂生, 早沢紀彦, 橋本守, 荒木勉, 井上康志, 河田聡

  レーザ顕微鏡研究会講演会論文集 2003年07月
• 金属ナノ微粒子による局所増強コヒーレントアンチストークスラマン散乱  [通常講演]

  市村垂生, 早沢紀彦, 橋本守, 井上康志, 河田聡

  応用物理学関係連合講演会講演予稿集 2003年03月
• 511 コヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱顕微鏡における近赤外励起と紫外励起の比較

  上田 圭, 橋本 守, 荒木 勉, 河田 聡

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2003年01月 一般社団法人日本機械学会
  
• 117 非同期サンプリング法による蛍光寿命イメージング

  東 洋喜, 稲本 浩久, 橋本 守, 荒木 勉, 近森 憲助

  関西支部講演会講演論文集 2003年 一般社団法人日本機械学会
   

  We have developed a confocal microscope for fluorescence lifetime imaging by asynchronous sampling. This system consists of a fast response photomultiplicr, a fast sampling module, and a low-pass filter and a colnfocal microscope. Since imaging by laser scanning and detection is asynchronous with laser excitation. It is possible to attach the detection system to the commercial confocal microscopy system. We also observed the relationship between the concentration of Ca^<2+> and the fluorescence lifetime of fluo-3,and confirmed that the fluorescence lifetime is sensitive to the concentration of Ca^<2+>.
• CARS顕微鏡

  橋本 守

  電子顕微鏡 2002年11月 日本電子顕微鏡学会
  
• コヒーレントアンチストークスラマン散乱を用いた顕微鏡

  橋本 守, 荒木 勉, 河田 聡

  電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2002年10月 一般社団法人電子情報通信学会
   

  CARS(coherent anti-Stokes Raman scattering)分光を顕微鏡に適用したCARS顕微鏡は,分子種や分子構造に敏感な分子振動を観測することによって,サブマイクロメートルの分解能をもって,非染色に分子分布の3次元計測が可能である.我々は,ピコ秒波長可変レーザーを用いた指紋領域を観測可能なシステムを開発した.また,観測した分子を特定して分子分布を観測するためには,CARSスペクトルとイメージの両方の情報が必要となる.そこで,我々は,マイクロレンズアレイによる多焦点化を行い,観測時間を100分の1程度まで短縮化することが可能となった.
• C112 電子共鳴によるコヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱顕微鏡の高感度化

  上田 圭, 橋本 守, 荒木 勉, 河田 聡

  バイオエンジニアリング学術講演会・セミナー講演論文集 2002年 一般社団法人日本機械学会
  
• 106 蛍光標識された細胞をセンサーとしたキャピラリー電気泳動システム

  古本 政嗣, 佐藤 達也, 橋本 守, 安井 武史, 荒木 勉

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2001年01月 一般社団法人日本機械学会
  
• 108 CARS 顕微鏡による分子振動イメージング

  橋本 守, 井上 桂吾, 藤田 克昌, 中村 收, 河田 聡, 荒木 勉

  バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2001年01月 一般社団法人日本機械学会
  
• Multi-spectral imaging by multi-focus CARS microscopy  [通常講演]

  Proceedings of Multi-dimensional Microscopy 2001, 23 2001年
• 1117 ヒト血管組織Ca含有量の加齢と部位による変化(OS-5 生体組織・細胞のバイオメカニクス)

  荒木 勉, 舘山 豊, 橋本 守, 桝田 充彦, 東野 義之

  関西支部講演会講演論文集 2000年03月 一般社団法人日本機械学会
   

  We have determined Ca contents in human vessels by Ar-microwave induced plasma atomic emission spectroscopy. 0n the basis of this measurement, we have studied relation between Ca content and age, and that of between Ca content and vessel region. Ca contents are femoral artery > thoracic aorta > internal jugular vein > superior vena cava > inferior vena cava. In the case of arterial tissue, Ca content increases with aging. Ca contents in umbilical artery and umbilical vein, which are used as the reference to aging and mechanical stress, are the same level as those in adult veins. Ca contents in monkey arteries are much smaller than those in human vessels, and the difference between Ca content in upper limb and that in lower one is not evident. In the case of human, however, Ca content in artery of lower limb is larger than that of upper one, and especially large in the part of elbow, thigh and knee. These results suggest that the effect of mechanical stress is one important factor for increase of Ca content in the arterial tissue.
• 1441 単一細胞の生理反応をセンサープローブとしたキャピラリー電気泳動分析システム

  佐藤 達也, 橋本 守, 安井 武史, 荒木 勉

  年次大会講演論文集 2000年 一般社団法人日本機械学会
   

  We have constructed a capillary electrophoresis (CES) system using living cells as the sensor tip of CES to monitor the change of cellar environment. In the present system, yeast cell stained with fluorescence dye was applied as the sensor cell. Fluorescence intensity of the probe cell changes according to the change of cellar environment. To confirm the performance of the proposed CES system, the pollutant (Hg^<2+>) and the biological substance (acetylcholine) were applied. Fluorescence intensity of Rhodamine123 (membrane potential sensitive dye for mitochondria), decreased gradually due to effect of the pollutant, while that of Fluo-3 (calcium sensitive dye) increased.
• 233 ヒト象牙質自己蛍光特性の齲食による変化

  中本 和伸, 安井 武史, 橋本 守, 荒木 勉

  バイオエンジニアリング学術講演会・セミナー講演論文集 2000年 一般社団法人日本機械学会
  
• Effect of the detector side pinhole on 3D optical properties of CARS microscopy  [通常講演]

  Proceedings of Focus on Microscopy 2000 2000年 口頭発表（一般）
• Molecular Vibrational Imaging in the Fingerprint Region by Cars Microscopy  [通常講演]

  Proceedings of Focus on Microscopy 2000, p.~4 2000年
• 同期式ナノ秒Xeアークランプ低ジッター化とその応用  [通常講演]

  藤澤泰充, 橋本 守, 伊丹 伸, 荒木 勉

  中国四国支部第35期総会・講演会講演論文集 1997年

その他活動・業績

• Tens nanometer scale cathodoluminescence bioimaging with rare-earth doped nanophosphors

  Shoichiro Fukushima, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Masayoshi Ichimiya, Jun Miyake, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto JSAP-OSA Joint Symposia, JSAP 2014 2014年01月 [査読無し][通常論文]
  
• Observation of anhydrated and hydrated DAST crystals using multiplex fourth order Raman microscope

  Chikako Ninagawa, Hirohiko Niioka, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto JSAP-OSA Joint Symposia, JSAP 2014 2014年01月 [査読無し][通常論文]
  
• 3P-247 再生医療応用を目指した近赤外光深部イメージング用蛍光体の開発(生体医用工学,人工臓器,一般講演)

  新岡 宏彦, 福島 昌一郎, 橋本 守, 荒木 勉, 小野島 大介, 湯川 博, 馬場 嘉信, 三宅 淳 日本生物工学会大会講演要旨集 66 256 -256 2014年 [査読無し][通常論文]
  
• Multimodal bioimaging probes based on lanthanide doped Gd2O3 nanophosphors

  Doan T. Kim Dung, Shoichiro Fukushima, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Masayoshi Ichimiya, Masaaki Ashida, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto, Jun Miyake JSAP-OSA Joint Symposia, JSAP 2014 2014年01月 [査読無し][通常論文]
  
• 生体相関イメージングを目指したCUPLナノ蛍光体の合成

  福島 昌一郎, 橋本 守 ホソカワ粉体工学振興財団年報 22 117 -120 2014年
• Towards multicolor correlative light and cathodoluminescence imaging with using upconversion nanophosphors

  S. Fukushima, T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, M. Ichimiya, T. Nagata, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki, M. Hashimoto Optics InfoBase Conference Papers 2013年12月 [査読無し][通常論文]
  
• 7D31 ピコ秒高速波長走査レーザーを用いたCARS分光顕微鏡の開発(GS10 生体計測(イメージング))

  岩塚 純一, 南川 丈夫, 新岡 宏彦, 荒木 勉, 橋本 守 バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2012 (0) _7D31 -1_-_7D31-2_ 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• 7D46 多焦点非線形ラマン顕微鏡における細胞への光ダメージ(GS10 生体計測(光計測))

  村上 貴親, 南川 丈夫, 荒木 勉, 橋本 守 バイオエンジニアリング講演会講演論文集 2012 (0) _7D46 -1_-_7D46-2_ 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• B201 レーザー誘起アブレーションによる生細胞応答の無染色・高速CARSイメージング(B2-1 細胞工学・マイクロバイオメカニクス2)

  南川 丈夫, 新岡 宏彦, 荒木 勉, 橋本 守 バイオフロンティア講演会講演論文集 2009 (0) 93 -94 2009年 [査読無し][通常論文]
  
• 602 リアルタイムCARS顕微鏡による無染色・高速イメージング(GS-2 システム開発と光計測)

  南川 丈夫, 橋本 守, 荒木 勉 関西支部講演会講演論文集 2008 (0) _6 -2_ 2008年 [査読無し][通常論文]
  
• 研究費を獲得しよう

  橋本 守 光学 31 (11) 843 -844 2002年11月10日
• 光応用計測

  橋本 守 光学 31 (5) 395 -395 2002年05月10日

特許

• 特許6817623:偏光制御装置および偏光制御方法    2021年01月20日

  吉木啓介, 橋本守  公立大学法人兵庫県立大学
• 特許6425242:変調光検出のＳＮ比を向上する方法    2018年11月21日

  橋本 守, 川人 祥二  国立大学法人静岡大学, 国立大学法人大阪大学
• 特許6032574:スペクトル分解能とスペクトル確度を向上するフーリエ変換型分光法、分光装置および分光計測プログラム    2016年11月30日

  安井 武史, 橋本 守, 荒木 勉, 弥永 祐樹  国立大学法人大阪大学
• 特許5984112:カソードルミネッセンス用標識試薬    2016年09月06日

  新岡 宏彦, 橋本 守, 古川 太一  国立大学法人大阪大学
• 特許5926055:波長走査パルス光同期システムおよびその制御方法  2016年05月25日

  橋本 守, 丸山 真幸  国立大学法人大阪大学, 株式会社メガオプト
• 特許5831901:誘導ラマン散乱顕微鏡    2015年12月09日

  橋本 守  国立大学法人大阪大学
• 特許4862164:パルスレーザ光のタイミング調整装置，調整方法及び光学顕微鏡    2012年01月25日

  橋本 守, 南川 丈夫, 谷本 尚生, 小林 実, 藤田 克昌, 河田 聡, 荒木 勉  国立大学法人大阪大学  

  特願2006-135293

受賞

• 2014年07月 国立大学法人 大阪大学 第3回 大阪大学総長顕彰 研究部門
   

  受賞者: 橋本守
• 2010年02月 財団法人 中谷医工計測技術財団 中谷賞
   コヒーレントアンチスト―クスラマン散乱による生体分子の無染色な高解像・高速観測 

  受賞者: 橋本 守
• 2009年08月 高速電子処理応用技術学会 優秀発表賞
   DSPを用いたピコ秒レーザーの高精度制御システムの開発 

  受賞者: 橋本 守
• 2009年03月 社団法人 日本機械学会 2008年度日本機械学会船井賞
   テラヘルツ・カラースキャナーの開発 

  受賞者: 安井武史;橋本守;荒木勉
• 2006年01月 財団法人 コニカミノルタ画像科学振興財団 コニカミノルタ画像科学奨励賞
   分子のベクトル場的分布画像を観測する光学顕微鏡システム 

  受賞者: 橋本 守
• 2002年05月 社団法人 日本分光学会 日本分光学会賞論文賞
   コヒーレントアンチスト―クスラマン散乱を用いた顕微鏡 

  受賞者: 橋本 守

共同研究・競争的資金等の研究課題

• 血中脂質成分常時モニタリングのための無侵襲光学計測技術の高度化

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 2023年04月 -2026年03月 

  代表者 : 加藤 祐次, 清水 孝一, 松村 健太, 橋本 守
• トポロジカル超音波ビームで形成した生体内螺旋光導波路による近赤外光の生体深部伝送

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 2022年06月 -2025年03月 

  代表者 : 橋本 守, 工藤 信樹, 加藤 祐次
• 非線形ラマン散乱顕微内視鏡の開発と無染色その場診断への応用

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(A)

  研究期間 : 2021年04月 -2024年03月 

  代表者 : 橋本 守, 七戸 俊明, 新岡 宏彦

   

  色素の静脈投与なしに癌を内視鏡検査で確定診断するために，上部消化管内視鏡(胃カメラ)の 鉗子孔に挿入可能な非線形ラマン散乱プローブ顕微内視鏡の開発を目指している．非線形ラマン散乱の一種であるコヒーレント反ストークスラマン散乱（CARS）を用いることで，無染色・高空間分解能・高速な細胞，細胞核の形状観測を可能とする．本年は，CARSプローブ顕微内視鏡におけるキーデバイスである，2波長板（DWP）の設計を行なった．DWPは，直交する偏光を持つ２波長の励起光を，互いに平行な偏光へと変換するデバイスである．このために，709 nmnの励起光に対してはリタデーションをゼロとし，888 nmの励起光に対してはλ/2となるように設計する必要がある．２波長に対してこのような特性を持つ波長板は，2種類の１軸性結晶を用いれば可能であるが高コストとなるため，1種類の結晶で設計可能かシミュレーションした．結晶には水晶を用い，発生するCARS光強度を最大となるように結晶の厚さを最適化したところ，0.1980 mmで，完全に平行な光を用いて励起した際の99%のCARS信号が得られることが分かった．また，同様に90%以上のCARS信号が得られるラマンシフト領域は，2,530 to 2,980 cm-1であることが分かった．したがって，このDWPでCH伸縮振動に対応する高波数領域のCARS信号を十分取得できることが分かった．また，励起光源としてファイバーレーザーベースの光源を作成し1550 nmでのパルス発振を確認できた．これまでに開発してきた原理検証システムを用いて，ポリスチレンビーズや培養細胞やラット組織の観測を行なった．ポリスチレンビーズの観測は行えたが，培養細胞や組織のCARS信号を得ることはできなかった．
• 無侵襲血液成分モニタリングのための血中微粒子濃度の経皮光学計測技術の開発

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(C)

  研究期間 : 2020年04月 -2023年03月 

  代表者 : 加藤 祐次, 清水 孝一, 橋本 守, 松村 健太

   

  本研究の大きな目標である血中中性脂肪濃度の無侵襲光学計測の実現のため、計測手法は生体透過性の高い可視から近赤外の波長領域での後方散乱光の空間分解計測を基礎としている。前年度まで、計測対象の一つとしている前腕部静脈の数値モデルに対するモンテカルロ・シミュレーションにより、静脈の形状・位置に対して光源と検出器の距離を調整する必要性が分かったため、センサー配置の最適化について検討した。また、推定アルゴリズム精度のさらなる向上のため、静脈が走行していない箇所での周囲媒質のみの光学特性推定を組み合わせて、個人差や計測箇所による変動を抑えたロバスト性の向上を進めた。さらに、メディカルフォトニクス社の協力により試作機を用いて、これまで準備してきた実験ファントムを用いて実測し、シミュレーションや光拡散理論と比較検討を行った。その結果シミュレーションで検討してきた推定アルゴリズムに対して修正指針を得た。 一方、毛細血管を対象とした光電式脈波計測法の応用について、スマートフォンアプリおよび多色のLEDとPDからなる計測モジュールを用い、前年度までの検討を踏まえて接触圧力をコントロールしつつ、脂肪食摂取前後の光電脈派信号の変化について評価した。その結果、現状では脂質濃度変化に対する光電脈波信号の変化は見出すことはできなかった。今後、脈波信号の解析について単純な信号強度の変化のみではなく、周波数解析等による解析を要することが課題となった。さらに、ハードウェア面で通常の光電脈波計測のみならず、干渉法に基づくスペックル計測法の適用等の計測法の拡張についても今後の課題とし、基礎実験データを得た。
• 非線形ラマン散乱内視鏡実現のための4光波混合現象の削減法の開発

  公益財団法人 村田学術振興財団：研究助成

  研究期間 : 2020年06月 -2021年05月
• ハイパースペクトル非線形ラマン散乱イメージングによる人工知能病理診断

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)

  研究期間 : 2017年04月 -2020年03月 

  代表者 : 橋本 守, 高松 哲郎, 加藤 祐次, 三宅 淳, 新岡 宏彦

   

  人工知能を用いた次々世代の病理診断およびスクリーニング技術を確立することを目的として，ハイパースペクトル非線形ラマン散乱イメージの人工知能を用いた解析により，病変部や正常部の分別，組織の分別する手法の確立を目指す. まずは，人工知能により観測データのノイズ低減による観測時間の短縮化について検討した．非線形ラマン散乱顕微鏡を用いて異なる露光時間によるCARS画像を観測し，長時間露光で観測した画像を教師データ，短時間露光で観測した画像を入力データとして深層学習を行った．また，様々な露光時間で観測した画像の画質を評価し，深層学習によって再構成した画像と比較することにより，深層学習によるノイズ低減効果を見積もった．実験結果から，深層学習を用いた再構成により，露光時間を10から15としたことに相当するイメージを取得できることがわかった．一般に広く用いられるガウシアンフィルターの場合には分解能の低下が見られるが，深層学習によれば分解能の低下を抑えながら，画質の向上をはかれることがわかった．これらの学習結果を非線形ラマン散乱硬性鏡イメージへと適用（転移学習）し，数秒の露光時間でも十分なSN比の観測が可能であることが示された． 蛍光画像により組織の分別の学習を行い，これを非線形ラマン散乱像へ転移学習することで分別精度が向上することも確かめた．非線形ラマン散乱像の取得は，蛍光観測に比べて観測時間を要するため大量のデータを取得することが難しいが，容易に大量な画像を取得することが容易な蛍光画像を用いて予備学習を行うことで，非線形ラマン散乱像の精度向上を目指すことができることがわかった．
• 非線形光学顕微鏡を用いた細胞培養過程の非侵襲観測

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(C)

  研究期間 : 2015年04月 -2019年03月 

  代表者 : 福島 修一郎, 紀ノ岡 正博, 橋本 守

   

  細胞の培養環境を細胞スケールで制御することの重要性をマイクロ流体デバイスを用いて検証した．酸素濃度制御型デバイスにより，従来法では制御が困難な異なる酸素環境の細胞の共培養を実現することができた．また，細胞培養過程の非侵襲観測の方法として，非線形光学顕微鏡の有用性を示した．コラーゲンゲルを培養基質とする場合は，第2高調波発生光を用いた基質構造の可視化および変形解析が力学的環境要因の検討に有効である．
• 非線形ラマン原子間力顕微鏡による超解像イメージング

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)

  研究期間 : 2017年06月 -2019年03月 

  代表者 : 橋本 守

   

  光の回折限界を越える，非線形ラマン散乱と原子間力顕微鏡(AFM)とを組み合わせた超解像分子振動イメージング顕微鏡を開発した．非線形ラマン散乱過程を利用して特定の分子振動を励起し，この分子振動励起に伴う体積膨張をAFMで観測する．レーザー光をAFMのプローブ付近に集光するため，この影響を除去しながら高感度に体積膨張を検出する必要がある．そこで探針の試料接触の際のみに2台のパルス光が同時に試料に照射されるように，2台のレーザーのパルス発振の周波数差が，カンチレバーの共振と同期させるシステムの開発した．開発した装置を使って，非線形ラマン散乱によって誘起された体積膨張と思われる信号の検出に成功した．
• 象牙質におけるコラーゲン糖化反応の解明と次世代歯科治療法への応用

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)

  研究期間 : 2016年04月 -2019年03月 

  代表者 : 三浦 治郎, 北條 裕信, 橋本 守, 久保 美寿穂, 荒木 勉

   

  長期的に糖尿病に罹患している人の歯髄内には顆粒状石灰化が認められ、病理組織学的には進行性病変の副産物として考えられている。しかし、周囲が硬組織かつ未脱灰での観察が必要であるため試料加工が難しく電子顕微鏡による超微形態観察の報告は少ない。本研究では、２型糖尿病モデルラットの臼歯の石灰化結石に対して、多面的な解析を行った。結果として、石灰化時期は糖尿病ラットにおいて10週齢前後＝高値（1000mg/dl付近）あたりで歯髄内石灰化が観察され始めることが分かった。石灰化メカニズムを解明することで新規治療法の提案や全身疾患、加齢やう蝕に関連する歯の糖化現象についての詳細な研究を行った。
• ナノ秒蛍光を指標とした非侵襲生体糖化検出法の開発と糖尿病スクリーニングへの応用

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究

  研究期間 : 2016年04月 -2018年03月 

  代表者 : 三浦 治郎, 橋本 守

   

  蛋白質による糖化反応は複雑で未解明の部分も多いが、最終的に非常に安定なAGE架橋がコラーゲン線維間に生成される. AGEｓ架橋が過度に形成されるとコラーゲン線維の色調や物性が変化する。同時にコラーゲンの自家蛍光の蛍光寿命がAGEｓの産生に伴い短くなるという報告もある。AGEｓの局在や組織への蓄積を光学的に分析することで組織の糖化レベルを評価ことができ、糖化現象が生体にあたえる影響を解明できそれらを応用することで生体老化の指標を策定できるのではないかと考えた。本研究で人及びラット組織のAGEs沈着状況と蛍光寿命の変化を詳細に測定し生体の糖化が蛍光寿命を基準として評価できる可能性が示唆された。
• 周波数走査型離散フーリエ変換分光法～THz及び近赤外領域における実証と応用展開～

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(A)

  研究期間 : 2014年04月 -2017年03月 

  代表者 : 安井 武史, 岩田 哲郎, 橋本 守, 木戸口 善行, 埴淵 昌毅

   

  本研究では、周期的な繰り返し現象を観測するフーリエ変換分光法において、観測時間窓と繰り返し周期とを厳密に一致させて時間波形を取得し、その時間波形をフーリエ変換することにより、無限小スペクトル分解の離散フーリエ変換スペクトルが取得可能であることを確認した。さらに、繰り返し周期の走査で離散スペクトルを高密度化することにより、フーリエ変換分光法の分光性能を大幅に向上出来ることを、テラヘルツ領域及び近赤外領域の分光計測で実証した。
• 高速誘導ラマン散乱スペクトルイメージングシステムの開発

  科学技術振興機構：産学共創基礎基盤研究プログラム「ヒト生体イメージングを目指した革新的バイオフォ トニクス技術の構築」

  研究期間 : 2010年12月 -2017年03月 

  代表者 : 橋本 守
• 高次非線形ラマン散乱顕微鏡による結晶化モニタリング

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)

  研究期間 : 2013年04月 -2016年03月 

  代表者 : 橋本 守, 福島 修一郎, 新岡 宏彦, 新岡 宏彦

   

  ４次ラマン散乱（FOCRS）分光顕微鏡を結晶化モニタリングに用いることを提案した．結晶化は飽和溶液中でのプロセスであり，結晶と飽和溶液からの信号を分別する必要がある．偶数次の非線形光学現象は，中心対称性を持つ物質からは禁制となるため，４次の非線形光学効果であるFOCRSを用いることで，非中心対称性の結晶の分子振動情報の，溶液の影響ない観測が期待できる． FOCRS分光顕微鏡を開発し，対称心を持つ水和DAST結晶と対称心を持たない無水DAST結晶のFOCRSとCARSを観測した．CARSでは両者でラマンバンドが得られるが，FOCRSでは無水結晶のみラマンバンドを示し，FORCSの選択性を示した．
• 細胞・組織の診断と評価のための多次元顕微分子イメージングシステムの開発と応用

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(A)

  研究期間 : 2011年04月 -2014年03月 

  代表者 : 荒木 勉, 橋本 守, 福島 修一郎, 新岡 宏彦

   

  複雑系の中から所定の生体分子の形態・高次構造および変化をイメージングする手法の開発と応用を目指す。ここでは第二高調波発生光顕微鏡（SHG顕微鏡）とカソードルミネッセンス(CL)顕微鏡について研究した。SHG顕微鏡では人の皮膚をin vivo測定し、光老化におけるSHG光強度の変化を追跡した。また本方法を培養細胞のコロニー状況観測に利用し、さらにコラーゲンゲルと細胞との機械的な相互干渉を可視化した。 CL顕微鏡では10 nmレベルの空間分解で観察できうるナノ蛍光体作製に成功した。また、ナノ蛍光体を細胞内に取り込ませ、細胞内においてもCLイメージングに成功した。
• カソードルミネッセンス顕微鏡による細胞中の高空間分解能蛋白質イメージング

  立石科学技術振興財団：

  研究期間 : 2011年04月 -2013年03月 

  代表者 : 橋本 守
• レーザーアブレーションに対する細胞応答のリアルタイムCARSイメージング

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)

  研究期間 : 2010年 -2012年 

  代表者 : 橋本 守, 福島 修一郎, 新岡 宏彦

   

  多焦点コヒーレントアンチストークスラマン散乱顕微鏡とレーザーアブレーション法を組み合わせ,レーザー光による遠隔的な刺激に対する試料の応答をリアルタイム・無染色に観測可能なシステムを構築した.アブレーション用レーザー光は,観測システムとは独立にその照射位置をコンピュータ制御可能である.開発した装置を,生細胞の細胞膜破壊に対する応答観測,ならびにレーザー放射圧による結晶化プロセスの観測へ応用した
• 非線形フォトニクスによるリアルタイム生体分子イメージング顕微鏡群の開発と応用

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(A)

  研究期間 : 2008年 -2010年 

  代表者 : 荒木 勉, 橋本 守, 福島 修一郎, 紀ノ岡 正博, 岩田 哲郎, 安井 武史

   

  極短パルスレーザーによって誘起される非線形光学現象を利用して、無染色で生体分子を可視化することができる生体分子イメージング顕微鏡を開発し、これらによって実際の細胞や生体組織を観察し生理活性に関する情報の取得することを目的としている。具体的にはSHG顕微鏡とCARS顕微鏡を対象とし、初年度は装置基盤技術の確立を進め、次年度以降はその改良を通じて実用機器の開発を目指すとともに、ヒト真皮コラーゲンのin situ測定や生細胞のリアルタイム計測ならびに応用や目指した。
• 非線形ラマンによる膜タンパク質の選択的観測

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)

  研究期間 : 2007年 -2009年 

  代表者 : 橋本 守, 福島 修一郎, 藤田 克昌, 吉木 啓介

   

  ラマンイメージングの実時間観測を目指して,多焦点非線形ラマン散乱顕微鏡を開発した.2台のpsレーザーを高精度に同期させ(ジッター30fs),かつ波長を300msで走査可能なレーザーシステムを開発し光源に用いた.生細胞の実時間観測(100ms/image),レーザーアブレーションによる細胞膜の破壊とその修復過程の観測等が可能であることを示した.また,膜たんぱく質の選択的な観測を目指して,集光スポットでの電磁場の向きを自在に制御するシステムを構築し,液晶分子の配向観測によってその可能性を示した.
• サブミクロンの分解能で液晶分子の 3 次元配向を観測する顕微鏡

  新エネルギー・産業技術総合開発機構：平成 17 年度 第 2 回産業技術研究助成事業

  研究期間 : 2006年01月 -2008年12月 

  代表者 : 橋本 守
• 分子-金属原子錯体形成機構のナノ分光学的解明

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)

  研究期間 : 2007年 -2008年 

  代表者 : 井上 康志, VERMA Prabhat, 橋本 守, 藤田 克昌, 橋本 守, 藤田 克昌

   

  金属ナノ構造に誘起される局在プラズモンは、光(フォトン)と共鳴的に結合することで、光をナノ領域に閉じ込め、さらに光電場を増強する。本研究では、この近接場ナノプラズモニクス技術を駆使することで、距離に強く依存した分子-金属原子間の相互作用を計測するナノラマン分光装置を開発し、さらにこれを用いて、距離に応じて分子とナノ探針先端の金属原子の間に電磁気学的、化学的、さらに力学的な相互作用が各々働くことを明らかにした。
• リアルタイム CARS 顕微鏡

  稲盛財団：平成 18 年度稲盛財団研究助成金

  研究期間 : 2006年04月 -2007年03月 

  代表者 : 橋本 守
• テラヘルツ光照射に対する細胞応答のマルチフォトニクス・モニタリング

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 萌芽研究

  研究期間 : 2006年 -2007年 

  代表者 : 安井 武史, 福島 修一郎, 橋本 守, 荒木 勉, 東野 義之

   

  過渡的テラヘルツ光照射に対する細胞応答を観察する手段として利用する非同期光サンプリング式テラヘルツ・ポンプ・プローブ法において、テラヘルツ・スペクトルの広帯域化を実現するため、2台の極超短パルスレーザー(パルス幅10fs)を用いた非同期光サンプリング光源を開発した。また、2台のレーザーのモード同期周波数及び両レーザーのモード同期周波数差の高安定化に取り込み、従来光源と比較して10倍以上の高安定化を達成した。そして、本光源を用いた非同期光サンプリング式テラヘルツ時間領域分光装置で低圧水蒸気ガスのスペクトル計測を行い、本装置のスペクトル分解能が7GHzであることを確認した。テラヘルツ・ポンプ・プローブ法で細胞応答を観察するためにはスペクトル分解能がまだ不足しており、レーザー制御手法を再検討し、さらなる高分解能化をはかる必要がある。 定常的テラヘルツ照射に対する細胞内応答の観察のために、アクティブ周波数逓倍器と周波数シンセサイザーを用いた連続発振(CW)テラヘルツ光源を開発し、パワー10mW、スペクトル線幅1Hz以下、周波数安定度10-11、チューニング範囲75GHz〜110GHzの基本特性を得た。一方、生体SHG(第2高調波発生光)イメージングは細胞内コラーゲン産生に関する情報を抽出するために利用する。今年度は、深部プローブ型SHGイメージング装置(レーザー波長1250nm)及び高分解SHGイメージング装置(レーザー波長800nm)を様々な生体サンプルに適用し、その有用性を評価した。その結果、細胞培養コラーゲンゲル、光老化真皮、心臓弁膜症によるコラーゲン変性、軟骨表層部、などの観察に有用であることが分かった。
• 擬似ランダム符号を用いたパルスシェーピング多焦点CARS顕微鏡

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 萌芽研究

  研究期間 : 2006年 -2007年 

  代表者 : 橋本 守

   

  生きたままの生体組織・細胞を構成する分子ならびにその機能を観測する"分子イメージング"技術は,ポストゲノム研究において必要不可欠な研究ツールとなる.CARS(コヒーレントアンチストークスラマン散乱)顕微鏡は,全ての分子が持つ分子振動を観測することにより,無染色に分子種ならび分子構造情報を得ることができ,また非線形光学効果による回折限界を超えた空間分解能と誘導放出過程による高い感度を備えた観測手段である.しかしながら,これまでのCARS顕微鏡では2色のレーザーを必要としていたために,装置が複雑なものとなっていた。本研究では,一台の超短パルスレーザーを使用し,パルスシェーピングすることによって選択的に分子振動を励起する手法の開発を行った. 昨年度,作製したパルスシェーピング装置を改造し,2ビームを同時にパルスシェーピング可能なえるものとした.これにより,相互相関を容易に観測できるようになった.パルスシェーピング時に与える変調方法の比較を行った.正弦波状の位相変調を与えるものと,擬似ランダム符号を与えた時との比較を行ったところ,擬似ランダム符号を与えた方が,相互相関信号のパルス列の数が多くなる(正弦波では3-5本,擬似ランダム符号では9-13本)ことが確認できた.また,四塩化炭素を試料にCARS信号を観測した結果,分子振動が選択的に励起(周波数分解能が約3倍に向上)されていることが確認できた.
• 無染色・生体分子イメージング顕微鏡の開発と培養細胞の品質制御への応用

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(A)

  研究期間 : 2005年 -2007年 

  代表者 : 荒木 勉, 橋本 守, 紀ノ岡 正博, 安井 武史, 岩田 哲郎, 東野 義之

   

  無染色・生体分子イメージング顕微鏡の開発と培養細胞の品質制御への応用を目的としている。初年度は要素技術・基盤技術の確立を進め、次年度はその改良を通じて実用機器の開発を目指した。さらに培養細胞の品質制御への応用を目指した。最終年度には、開発機器の評価と応用を進め、その研究成果を論文にまとめる作業を行った。具体的な成果は以下の通りである。 (1)真皮コラーゲンの高速経皮測定を目的とし、高機能SHG顕微鏡を開発した。その結果、表皮から深さ300ミクロンまでのコラーゲンの断層像を得ることた成功した。また、心臓弁など各種組織のコラーゲン配向像の取得に成功した。断層画像1枚あたりの取得時間は従来は1分程度であったが1秒にまで短縮した。 (2)SHG発生分子の3次元方向ベクトルを同定できるラジアル偏光を用い、生体分子の3次元配向イメージングに成功した (3)細胞培養の培地としてのコラーゲンに着目し、細胞の増殖によってコラーゲンゲルの分子配向が変化していく様子をSHG顕微鏡によってはじめて追跡するなど、品質管理に関する研究を行った。 (4)生体分子を無染色で同定するためのCARS顕微鏡について、レーザー間のタイミングを高精度で制御し、かつマルチビーム測定を行うことでビデオレートのリアルタイム測定を試みた。本顕微鏡によってリポゾームの形態変化の様子を捉えることが出来た。 (5)原子発光分析装置を駆使して加齢と生体元素間の相関を調査した。また、力学的所見から局所のカルシウム沈着についての解析を行った。 (6)時間分解蛍光測光に関して、カルシウムイオン定量への応用を行い、また歯の加齢との相関を求めた。さらに歪んだ波形から真の蛍光寿命を求めるための新しい手法を開発した。
• 分子のベクトル分布観測顕微鏡の開発

  伊藤科学振興会：平成 17 年度研究助成

  研究期間 : 2005年09月 -2006年08月 

  代表者 : 橋本 守
• 2 光子検出器を用いた二台のピコ秒モードロックレーザーの高精度同期

  村田学術振興財団：第 21 回 (平成 17 年度) 研究助成

  研究期間 : 2005年06月 -2006年08月 

  代表者 : 橋本 守
• ピコ秒レーザーの自動安定発振・パルス長最適化機構の開発

  科学技術振興機構：シーズ育成試験

  研究期間 : 2006年01月 -2006年03月 

  代表者 : 橋本 守
• 非線形光学効果による赤外発生とプローブレス近接場赤外顕微鏡への展開”

  日本学術振興会：若手研究 A

  研究期間 : 2003年04月 -2005年03月 

  代表者 : 橋本 守
• ファン・デル・ワールス力制御ラマン散乱ナノ分光法

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)

  研究期間 : 2004年 -2005年 

  代表者 : 井上 康志, 橋本 守, 藤田 克昌

   

  ナノ材料の代表格であるカーボンナノチューブ(CNT)にファン・デル・ワールス力を印加することで特定のラマンバンドだけがシフトする現象を見出し、解析した。具体的には、単一のCNTバンドルに、原子間力顕微鏡用のカンチレバーに銀をコーティングした金属ナノ探針で応力を印加しながらチップ増強近接場ラマンスペクトルを測定し、CNTのラマンバンドの変化をin situで観察した。応力を0nNから2.4nNまで段階的に印加していくと、CNTの電気的性質を反映するG-bandと呼ばれるラマンバンドに対応する1600cm^<-1>付近に観測される2つのピークのうち、低波数側のピークは18cm^<-1>だけ低波数側にシフトした。一方、高波数側のピークは変化しなかった。この現象は、2つのピークが振動方向の異なる振動モードに対応し、それぞれの振動方向によってせん断応力が異なることに起因すると考えている。さらに、200cm^<-1>〜300cm^<-1>付近に観測されるCNTの直径に依存した振動モードであるRadial Breathing Modeのピークは最大で5cm^<-1>だけ低波数側にシフトすることを観察した。この低波数シフトは、探針によって一軸性の応力がカーボンナノチューブに印加されたことにより、カーボンナノチューブの断面が楕円形に歪んだことに起因すると考えている。また、応力を印加するとすべてのラマンバンドのラマン散乱光強度が増幅することも観察した。これはCNTが直径方向に歪むことで、バンドギャップエネルギーが共鳴エネルギー(2.33eV)に近づき、共鳴ラマン効果の寄与が大きくなったことを示唆している。 さらに、複数の金属原子により形成されるクラスターと分子とによる錯体の振動計算を密度汎関数法により行った。その結果、銀原子数が4つ以上あれば、錯体形成によるバンドシフトが実験値にほぼ一致することを確かめた。
• 3次元偏光制御顕微鏡による3次元分子配向の3次元観測

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 萌芽研究

  研究期間 : 2004年 -2005年 

  代表者 : 橋本 守, 安井 武史, 福島 修一郎

   

  従来の光学顕微鏡技術では,高い空間分解能を持ちながら3次元的な分子の配向を観測することは不可能であった.これは,通常の直線偏光ビームを集光しても焦点での電場の向きは光軸に対して直行しているために,光軸方向に向いた分子を観測することはできないためである.一方,ラジアル偏光と呼ばれる放射状の偏光を高い開口数を持つ対物レンズで集光すると焦点で光軸方向の電場が形成されるために光軸方向に向いた分子も観測することができることが知られている.したがって,レーザー走査顕微鏡においてレーザービーム断面内の偏光分布を自由に制御し,直線偏光やラジアル偏光を高速に変化させることができれば焦点の電場の方向を3次元的に変化させることができる.また,この偏光分布制御と非線形光学効果を組み合わせることで,6次元観測(3次元空間+3次元配向)することが可能となる. フェムト秒超短パルスレーザー光を,平行配向した液晶からなる液晶空間位相変調素子(SLのM)を2回通すことにより,任意の空間的偏光分布を形成し,この光を励起光に用いた第二高調波発生顕微鏡を構築した.SLMに印加するパターンを変え,直交した一様な偏光直線偏光ビームと,ラジアル偏光を試料に入射し,その第二高調波発生を観測することで,試料の分子配向を観測することが可能かどうか検証した.試料には,コラーゲンを主成分とし,コラーゲン線維が一方向に並んだヒトアキレス腱を用いた.コラーゲンは線維方向と入射電場の方向が一致した場合に強い第二高調波を発生することが知られているが,光軸方向にコラーゲン線維が向いた試料を開発した装置で観測したところ,ラジアル偏光励起で強い信号が得られ,提案手法の原理確認を行うことができた.
• 極短パルスレーザーによる生体分子認識イメージング法の開発と組織診断への応用

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)

  研究期間 : 2003年 -2004年 

  代表者 : 荒木 勉, 橋本 守, 安井 武史, 東野 義之, 岩田 哲郎

   

  複雑系の中から所定の生体分子を非侵襲・非染色、生きたまま、かつリアルタイムで認識し、その形態・高次構造および変化をイメージングする技術の開発を目的としている。そこで我々は、高速レーザー誘起で現れる生体組織のフォトニクス現象を総合し、ミクロレベルでの細胞・組織の診断に利用することを試みた。具体的にはナノ秒蛍光と第二高調波光(SHG光)および非線形ラマン分光法に着目した。この中でフェムト秒レーザー光によってSHG光がコラーゲンから特異的に発生することに注目し、in situでコラーゲン分子の配向分布画像を観測できる顕微鏡システムを開発した。この成果の概要を記すと次のようになる。(1)フェムト秒レーザー光(波長810nm)をコラーゲン組織に照射し、波長405nmのSHG光を発生させた。(2)偏光レーザービームで誘起されたSHG光を検光子を通じて検出することで、線維配向の方位分布を知ることができた。(3)奥行き方向20μmの分解を持つ共焦点光学系顕微鏡システムを構築し、コラーゲン配向の3次元断層イメージング取得に成功した。(4)この計測システムを用いて、ヒト海綿骨および経皮測定による真皮のコラーゲン配向計測を試み、各組織のコラーゲン分子の配向方位マップ取得に成功した。次にナノ秒蛍光寿命分布画像取得システムを試作した。ここで得られた結果から、SHGと蛍光の情報を合わせて生体診断に寄与できるとの確証を得た。さらに非線形ラマン分光画像においては赤血球の周辺に存在するヒアルロン酸の分布像取得に成功した。また、フェムト秒レーザーを血糖値計測へ応用する試みに着手し、基本手法を論文として報告した。
• 非線形光学効果による赤外発生とプローブレス近接場赤外顕微鏡への展開

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 若手研究(A)

  研究期間 : 2003年 -2004年 

  代表者 : 橋本 守

   

  近年のナノテクノロジーの発達に伴い,高い空間分解能を持ちながら微小物体の組成や分子構造を観測する手法の開発が望まれている.すべての分子は分子振動を有し,その周波数は分子構造に非常に敏感であるため,分子振動を観測する振動分光による高空間分解能観測に関する研究を行った. 赤外光をそのまま集光しても回折限界により波長程度までしか集光できないために,赤外顕微鏡の空間分解能は10ミクロン程度に限定される.しかしながら,可視あるいは近赤外光を用いて赤外光を発生させることができたなら,可視光あるいは近赤外光の波長程度の空間分解能を持った顕微鏡を構成することができる.大気中でレーザー光を集光して誘電破壊(レーザーブレイクダウン)により発生するマイクロプラズマを光源とした近接場顕微鏡の開発を目指して,マイクロプラズマの発生,観測に関する研究を行った.高強度なフェムト秒レーザーをNA=0.6の対物レンズで強く集光することにより,直径2ミクロン程度のマイクロプラズマを生成することに成功した.また,このプラズマから1000cm^<-1>から4000cm^<-1>に渡る赤外光が放射されていることを実験的に確認した.しかし,本手法を近接場へと展開した場合,プラズマにより試料が破壊されてしまった.そこで,金属薄膜での非線形光学効果を利用した波長変換技術を用いることを検討し,金属薄膜での差周波発生の確認を行った. また,コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)と呼ばれる非線形光学現象を,近接場顕微鏡へと適用した.これは,金属プローブ先端付近での電場増強効果と非線形光学効果による相乗効果により従来にない高空間分解能化した振動分光を行うことであり,波長約800nmの光を用いて15nmの空間分解能と,回折限界の数十分の1まで向上させることに成功した.光を用いた振動分光において従来にない空間分解能を達成することができた.
• 紫外励起 CARS 顕微鏡のシステムの開発と生物組織観察への応用

  日本学術振興会：基盤 B 展開

  研究期間 : 2001年04月 -2003年03月 

  代表者 : 橋本 守
• 多焦点 CARS 顕微鏡による 3 次元分子分布イメージング

  日本学術振興会：奨励研究 A

  研究期間 : 2001年04月 -2003年03月 

  代表者 : 橋本 守
• 生体反応を利用した新しい細胞センサー型キャピラリー・クロマトグラフィの開発と応用

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 2001年 -2002年 

  代表者 : 荒木 勉, 東野 義之, 安井 武史, 橋本 守, 近森 憲助

   

  細胞の環境感知能力と光学的手法による情報・収集技法利用したキャピラリー電気泳動細胞センサーシステムに関する研究を行った。さらに局所水質環境をモニターするため、遊泳する単一細胞の動きのパターンを解析する研究を行うとともに、研究過程で得た知見や技術を派生研究に導入し、新たに生体第二高調波発生光(SHG光)に関する研究も展開した。また細胞の蛍光励起光源としての発光ダイオードの分光研究も平行して行い、成果を発表した。紙面の関係でここでは助成主題であるキャピラリー電気泳動システム細胞センサーについて概説する。 ミトコンドリアに吸着するローダミン123蛍光色素(R123)を指標にし、細胞呼吸と関連した活性を知る。そのため酵母菌を長さ31cm,内径25μmのガラス管(キャピラリー)内の中央付近に付着させ、キャピラリー両端に5kVの直流電圧をかける。新たな技法としてキャピラリーにクラックを入れ、細胞に高電界がかからぬようにした。サンプル槽に2mMの水銀イオン溶液を注入した場合とpH2.5の酸性溶液注入ではR123の蛍光上昇に時間差が生じた。これらの液によって細胞が反応を起こし、一時的に活性が上がって蛍光ピークができた。しかもキャピラリーの分離効果によって水銀と酸では到達時間が異なっていた。以上の結果より、細胞をセンサーチップとした新しい電気泳動システムが実現可能であることがわかった。クラックの作製に関して、フェムト秒レーザーによる原子蒸散法を導入した。今回の試みでは、まだ機械的な位置決め精度の不足でクラックをうまく作りえていないが、完結するまで技術開発を継続する。以上、申請にあたっての研究計画について所期の成果を得たと思われる。
• コヒーレントアンチストークスラマン散乱による生体組織の3次元局所空間分子分光分析

  仲谷電子計測技術財団：第16回研究助成

  研究期間 : 2000年04月 -2001年03月 

  代表者 : 橋本 守
• コヒーレントアンチストークスラマン散乱顕微鏡の開発と生体計測への応用

  日本学術振興会：奨励研究 A

  研究期間 : 1999年04月 -2001年03月 

  代表者 : 橋本 守
• 架橋コラーゲンの光学特性を指標とした生体組織老化診断法の開発と老化局在因子の探究

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 2000年 -2001年 

  代表者 : 荒木 勉, 東野 義之, 安井 武史, 橋本 守, 山田 源

   

  (1)ナノ秒パルスレーザーを励起光源とした、時間分解顕微蛍光画像測光システムを開発した。奥行き方向の分解能を持っており、3次元過渡蛍光画像を収集できるようになった。 (2)ヒト象牙質切片の蛍光成分可溶化に成功した。切片と抽出溶液の蛍光スペクトルを測定した結果、スペクトル波形は一致し、いずれも蛍光強度は加齢に伴って上昇した。リボース反応切片からの抽出液の蛍光強度は、非反応試料よりも大きくなった。これはAGEの存在を示すものである。 (3)人の動脈切片について、糖尿病患者と健常の蛍光を比較した。AGEは糖尿病患者で多く産生され、したがって蛍光強度も大きいと予測されたが有意な差がでなかった。高齢者の血管サンプルであるため、加齢の効果と糖尿病による影響が重畳しているため、両者の分離が課題となる。 (4)SHGを利用したコラーゲン分子配向検知システムを提唱した。象牙質、エナメル質、アキレス腱、皮膚などについて、800nmのフェムト秒パルスレーザーを照射し、400nmの第二高調波(SHG)光を得た。この偏光特性はコラーゲン分子配向に敏感である。これを利用し、ヒトの真皮のコラーゲン配向分布を求めた。加齢による生体コラーゲン変性検出の有効な手法であると期待される。 (5)マイクロ波励起プラズマ発光光源の改良が完了し、フツ素の定量に成功した。環境汚染微量体元素のトレースに有効であると思われる。この装置で下記(7)の計測を行った。 (6)人の上肢動脈のカルシウム分布を血管分岐部を中心に求め、カルシウム沈着を指標とした動脈硬化進行を考察した。その結果、カルシウム含有量は加齢とともに増大した。また、分布プロファイルから、血流による剪断応力が小さい部位に動脈硬化が進行しやすいとの結論を得た。
• コヒーレントアンチストークスラマン散乱顕微鏡による生体試料の3次元イメージング

  住友財団基礎科学研究助成：

  研究期間 : 1999年11月 -2000年10月 

  代表者 : 橋本 守
• 細胞の持つ優れた分子選択能力を活用したバイオセンサー型クロマトグラフィの開発

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 1999年 -2000年 

  代表者 : 荒木 勉, 橋本 守

   

  細胞の環境感知能力と光学的手法による情報・収集技法を併用した生物マイクロセンサー方式のキャピラリー電気泳動システムの開発を目的としている。細胞に薬物や環境汚染物質などの刺激が加わるとミトコンドリア膜電位が変化したり、細胞質にカルシウムが放出されることに着目した。具体的には、細胞刺激物質の検出をCaを指標にして行う。センサー細胞として前年度には酵母菌を用い、Ca指示蛍光色素であるFluo-3で染色したが、キャピラリー両端にかかる電界(約150V/cm)によって蛍光強度が漸減するため、応用性に問題があった。そこで今年度は2波長励起による比測定法を採用した。そのための専用の顕微蛍光測光システムを製作した。センサー細胞には人の白血球を用いた。全血より白血球を分離し、Ca指示色素Fura-2で染色する。細胞を長さ31cm,内径25μmのガラス管(キャピラリー)内の中央付近に付着させ、キャピラリー両端に2-10kVの直流電圧をかける。はじめに蛍光強度の電界依存性を調査したが、印加電圧が4.5kVまでは影響がなかった。次にサンプル槽にアセチルコリンを注入すると、4.5kVの電圧ではアセチルコリンが約7分かかって細胞まで到達し、細胞を刺激する。これによって細胞内Caが上昇して、蛍光信号が得られた。その際、2波長情報からCa濃度が定量できた。さらにMgイオンについても、その検出のためにMag-fura-2の染色を試みた。以上の結果より、細胞をセンサーチップとした新しい電気泳動システムが実現可能であることがわかった。これらの結果を日本機械学会にて発表した。
• AGE(ブドウ糖誘導体)のナノ秒自己蛍光を指標にした生体組織加齢情報の検出

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 1999年 -2000年 

  代表者 : 荒木 勉, 山田 源, 東野 義之, 橋本 守

   

  本研究目的はナノ秒蛍光測光を中心とした、さまざまなフォトニクス技法によって生体組織老化によって生じる変化を検出する方法を提案することである。以下にその成果を列記する。 (1)組織に紫外線を照射すると青色の自己蛍光が生じ、蛍光の強度は加齢とともに増大する。象牙質と動脈のナノ秒蛍光は加齢とともに減衰時間が減少する。 (2)遺伝子的変異がある老化促進マウスでも蛍光減衰の差異を確認した。 (3)蛍光減衰時間は多成分となり、同じ個体でも部位によって含有率が異なった。高速減衰成分である2.8ns成分とそれより遅い9ns成分が主体となったが、そのうち2.8ns成分が老化指標となる。マウスでは上肢よりも下肢の老化指標が大きい。ヒトでは臨床的に下肢に動脈硬化が顕著となる。 (4)蛍光の主因はAGE(ブドウ糖誘導体)であると推察し、タイプIコラーゲンプレート、ヒト象牙質切片、ラット尾腱に対し、還元糖であるリボースを反応させてAGEを作成した。その結果、糖反応によって蛍光強度が増大し、2.8ns成分が増大した。 (5)本研究は蛍光を持つコラーゲンの老化架橋に注目したもので、組織の如何に関わらず存在するため、生体部位全てを統一的に論ずることが可能であることがわかった。 (6)原子発光分析を用いヒト血管組織のカルシウム含有量と年齢、部位、動静脈差を調査した。加齢によって動脈Ca量が増加したが、静脈は変化が無かった。肘、膝など局部でCa濃度が大きかった。 (7)コラーゲンの高次構造変化を検出することを目指し、非線形光学効果を利用した新しいラマン顕微鏡を提案した。
• 細胞内微量金属イオンの可視化・定量システムの開発と妊娠循環へのMg動態関与の解明

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 1998年 -1999年 

  代表者 : 荒木 勉, 橋本 守, 山崎 峰夫, 東野 義之

   

  本研究の目標は、マグネシウムを中心とした細胞・組織内金属イオンの可視・定量化を図り、その手法を用いて妊娠中毒症とマグネシウムとの関係を考察することである。カルシウムとマグネシウムは互いに拮抗関係に有るためカルシウムの同時定量が必要であり、可視定量化は蛍光指示で行う。そのために専用の高感度顕微蛍光画像測定システムの開発に着手した。具体的にはFura-2で細胞を蛍光染色し、顕微鏡下で得た微弱蛍光をイメージインテンシファイアで増強しコンピューターへ取り込む。この種の顕微測光システムは市販されているが、今後の発展性を考えると測光系およびデーター処理手法の開発は独自に行う必要が有る。ここで培われた技術は細胞センサー、血管組織内沈着カルシウム分析、細胞内酵素活性定量などの分野へ応用できうる。 顕微Fura-2蛍光測光システムについては一応の完成を見、検量線が作成できた。一方、妊娠血液より血小板を得、Mg-fura2で蛍光染色をして正常妊娠と妊娠中毒症における血小板内マグネシウムイオン濃度を比較した。その結果、妊娠中毒症ではマグネシウム濃度が低値になることが判明した。この手法を拡張すべく現在、ヒト白血球の染色に取り掛かっている。 本研究の周辺的研究として、マイクロ波誘起プラズマ発光分析装置を製作し、ヒト血管組織のカルシウム濃度を定量化した。その結果、動脈のカルシウム濃度が静脈よりも高く、血圧、運動などが有意にカルシウム沈着に関与することがわかった。さらに献体一体分について上肢と下肢の動脈連続切片を作り、カルシウムの定量を行った結果、分岐部と関節部位のカルシウム濃度が高くなる知見を得た。

教育活動情報

主要な担当授業

大学運営

委員歴

• 2020年01月 - 現在   レーザ顕微鏡研究会 監査
• 1998年 - 現在   レーザ顕微鏡研究会   幹事   レーザ顕微鏡研究会
• 2019年04月 - 2021年03月   日本分光学会 北海道支部   支部長
• 2019年01月 - 2020年12月   日本光学会北海道支部   幹事
• 2005年 - 2016年09月   日本分光学会 関西支部   幹事   日本分光学会 関西支部
• 2007年01月 - 2008年12月   日本光学会   光科学及び光技術調査委員会 委員長   日本光学会