Development of ultra-trace radiocarbon analytical method for biomedical and environmental applications

开发用于生物医学和环境应用的超痕量放射性碳分析方法

• 批准号: 18J14881
• 负责人: 寺林 稜平
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14881/
• 关键词: 放射性炭素; レーザー吸収分光; 中赤外; 植物RIトレーサー応用; 光共振器; レーザー安定化; 半導体レーザー

本研究は高反射率光共振器と中赤外レーザーの高効率カップリングにより、天然同位体比レベルに迫るアバンダンス感度と高いスループットを同時に有する、より簡便なレーザー吸収分光に基づくC-14分析法を開発し、実試料分析の実証を行うことで生体・環境トレーサーにおけるC-14定量分析への有用性を明らかにすることを目的とする。採用第2年度は前年度の結果を受けて植物生理学にける炭素動態評価に本手法を適用する基礎実験を行った。植物生理学にける炭素動態評価への適用実証として、特に、植物生理学におけるイネなどの作物の乾燥ストレス応答に関する研究に注目した。乾燥ストレス下で栽培された作物は、通常の環境で栽培された作物と比較して、根の成長に大きな差異があることが分かっており、光合成産物の動態に差異が生じることが示唆されている。本研究では、生命農学分野の研究者の協力を得て、C-14を含む二酸化炭素ガスを充満させたチャンバー内に乾燥ストレス有/無で栽培したイネ試料を導入し、光合成により葉から吸収させることでC-14標識を行った。標識後一定時間経過ごとに生体活動を停止させ、地上部と茎葉部に分割して測定試料とし、本研究により開発したC-14分析法によりC-14定量を行うことで、乾燥ストレス下での炭素動態の差異を評価した。光合成により葉から吸収されたC-14が、光合成産物として茎葉部から根へと送られたことを示唆する結果を得ることができ、乾燥ストレス有無でそのトレンドに顕著な差を確認することができた。本結果については、再現性・妥当性を検証したうえで、植物生理学的な視点から詳細な解釈を進める必要があるものの、本システムを用いて、光合成産物の動態を評価することができ、植物中炭素動態評価を実証できた。これより、本研究によって開発されたC-14分析法の生体・環境トレーサーにおける有用性を明らかにすることができた。

该研究采用高反射率光腔和中红外激光器的高效耦合，基于更简单的激光吸收光谱来分析C-14，同时具有接近天然同位素比水平的丰度灵敏度和高通量的目的。本研究的目的是开发一种方法，并通过对实际样品的分析来证明其作为生物和环境示踪剂对 C-14 进行定量分析的有用性。入职第二年，我们在前一年成果的基础上，进行了基础实验，将该方法应用于植物生理学中碳动态的评价。为了展示其在植物生理学碳动态评估中的应用，我们特别关注植物生理学中水稻等作物的干旱胁迫反应的研究。研究发现，在干旱胁迫下生长的作物与在正常环境中生长的作物相比，根部生长存在显着差异，这表明光合产物的动态存在差异。在这项研究中，我们与生物农业领域的研究人员合作，将在干旱胁迫和非干旱胁迫下生长的水稻样品放入充满含有 C-14 的二氧化碳气体的室中，这些二氧化碳气体通过光合作用通过叶子吸收。标记是由标记后一定时间后，生物活性停止，将地上部分和茎叶部分分为测定样品，利用本研究开发的C-14分析方法对C-14进行定量。评估了碳动力学。我们得到的结果表明，通过光合作用从叶子吸收的C-14作为光合产物从茎和叶输送到根，并且我们能够确认，根据不同的条件，趋势存在显着差异。无论是否存在干旱胁迫，我都能做到。虽然有必要验证该结果的重现性和有效性，并从植物生理角度进行详细解释，但该系统可用于评估光合产物的动力学，并且我们能够演示中碳动力学评估。由此，我们能够阐明本研究中开发的 C-14 分析方法作为生物和环境示踪剂的有用性。

项目成果

Mid Infrared Cavity Ring-Down Spectroscopy for Radiocarbon Analysis toward Medical Applications

用于医学应用放射性碳分析的中红外腔衰荡光谱

• 发表时间: 2018
• 作者: Ryohei Terabayashi;Volker Sonnenschein;Hideki Tomita;Noriyoshi Hayashi;Shusuke Kato;Shin Takeda;Lei Jin;Masahito Yamanaka;Norihiko Nishizawa;Atsushi Sato;Kenji Yoshida;Kohei Nozawa;Tetsuo Iguchi
• 通讯作者: Tetsuo Iguchi

中赤外レーザー分光に基づく放射性炭素分析の生体トレーサー応用に向けた研究

基于中红外激光光谱的放射性碳分析生物示踪剂应用研究

• 发表时间: 2019
• 作者: 寺林 稜平;Volker Sonnenschein;富田 英生;加藤 修介;武田 晨;齊藤 圭亮;仲田（狩野） 麻奈;山中 真仁;西澤 典彦;吉田 賢二;神谷 直浩;井口 哲夫
• 通讯作者: 井口 哲夫

Yb-doped Fiber Laser Based Coherent Mid-Infrared Frequency Comb at λ = 4.5 μm for CRDS application

基于掺镱光纤激光器的相干中红外频率梳（λ = 4.5 μm），适用于 CRDS 应用

• 发表时间: 2018
• 作者: Lei Jin; Volker Sonnenschein;Ryohei Terabayashi;Noriyoshi Hayashi;Shusuke Kato; Masahito Yamanaka; Hideki Tomita;Tetsuo Iguchi;Atsushi Sato; Kohei Nozawa;Kenji Yoshida;Norihiko Nishizawa
• 通讯作者: Norihiko Nishizawa

中赤外光周波数コム-キャビティリングダウン分光システムの開発

中红外光频梳腔衰荡光谱系统的研制

• 发表时间: 2018
• 作者: 寺林 稜平;Volker Sonnenschein;富田 英生;加藤 修介;武田 晨;齊藤 圭亮;山中 真仁;西澤 典彦;吉田 賢二;井口 哲夫
• 通讯作者: 井口 哲夫

キャビティリングダウン分光に基づく放射性炭素分析法の植物生理学への応用

基于腔衰荡光谱的放射性碳分析方法在植物生理学中的应用

• 发表时间: 2020
• 作者: 齊藤 圭亮;寺林 稜平;仲田（狩野） 麻奈;奥山 雄貴;Sonnenshein Volker;富田 英生;吉田 賢二;二宮 真一;井口 哲夫
• 通讯作者: 井口 哲夫