静水圧をリアルタイムに計測可能な高感度蛍光ナノセンサーを開発 ー深海や生体内の微小環境における圧力動態の解明に期待ー

2026-10-05 東京科学大学

東京科学大学などの研究チームは、約100 nmの高分子ナノカプセル「PICsome」に蛍光分子ピレンを組み込み、0.1~50 MPaの静水圧をリアルタイムで検出できる高感度ナノセンサー「Pyr-PICsome」を開発した。カプセル膜の架橋度を変えて硬さを制御すると、圧力による膜変形とピレン分子間距離の変化を通じて、エキシマ蛍光の強度や蛍光寿命を自在に変化させられることを発見。最も柔らかいセンサーでは、硬いものと比べ約14倍の圧力感度を実現した。また、水溶性・生体適合性に優れ、高塩濃度の海水や細胞培養液でも安定して作動する。蛍光寿命が生体の自家蛍光より大幅に長いため、FLIMによる低ノイズ計測も可能となる。深海微生物の圧力応答研究に加え、組織浮腫、緑内障、関節疾患など、生体内の微小環境における圧力分布の可視化・診断への応用が期待される。

静水圧をリアルタイムに計測可能な高感度蛍光ナノセンサーを開発 ー深海や生体内の微小環境における圧力動態の解明に期待ー
図1. 静水圧により蛍光が変化する「硬さ」の異なるナノ粒子
“Reproduced with permission from ACS Applied Nano Materials. Copyright: 2026 American Chemical Society.”
DOI:10.1021/acsanm.6c02728

<関連情報>

メガパスカル圧力センシングのためのプログラム可能なナノベシクルプラットフォーム A Programmable Nanovesicle Platform for Megapascal Pressure Sensing

Hayato L. Mizuno;Jumpei Norimatsu;Tomokazu Kinoshita;Yuki Takechi-Haraya;Kumiko Sakai-Kato;Yuki Akagi;Gaku Fukuhara;Yasutaka Anraku
ACS Applied Nano Materials  Published:August 15, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsanm.6c02728

Abstract

Hydrostatic pressure (HP) is a subtle yet pervasive force that shapes chemistry and biology from the ocean floor to living cells─yet real-time HP sensing at the microscale remains elusive. Here, we report pyrene-modified polyionic complex vesicles (Pyr-PICsomes) as a class of programmable smart materials that translate HP changes into ratiometric and lifetime-modulated fluorescence. By engineering the mechanical stiffness of the vesicular membrane, we demonstrate a unique platform where material mechanics directly dictate photophysical outcomes. Specifically, we show that tuning the membrane’s elastic modulus allows for the precise control of pressure-sensitive excimer emission within the 0.1–50 MPa range. While softer membranes enhance excimer formation and signal responsiveness, stiffer architectures offer distinct lifetime modulation─enabling dual-mode sensing for both intensity-based and fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) applications. This modular platform uniquely bridges mechanical design and photophysical control, unlocking a robust paradigm for probing pressure dynamics in biological, marine, and space-relevant environments.

0110情報・精密機器
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