| |
| 第1章 | 序論：バイオフォトニクス―ヘルスケアへの貢献に向けて |
| 1.1 | ドイツおよびその他の国におけるバイオフォトニクスの現状 |
| 1.2 | 物質と光の間でのやりとり：周囲の理解を可能にする相互作用 |
| 1.3 | バイオフォトニクス概観 |
| 1.4 | バイオフォトニクスに関するリンクと文献 |
|
| 第2章 | 浮遊アレルゲン粒子のオンラインモニタリング（OMNIBUSS） |
| 2.1 | 序 論 |
| 2.1.1 | 健康に対するエアロゾルの影響（インパクト） |
| 2.1.2 | アレルギー |
| 2.1.3 | 花粉の計数―最近の状況 |
| 2.1.4 | 花粉情報および花粉予報の新規アプローチ |
| 2.2 | バイオエアロゾルの最先端モニタリング技術 |
| 2.2.1 | 環境アレルゲンの捕集のために使われている装置 |
| 2.2.2 | 顕微鏡技術 |
| 2.2.3 | パターン認識法 |
| 2.3 | 顕微鏡技術とパターン認識を使った顕微法による浮遊アレルゲンのオンラインモニタリング |
| 2.3.1 | 装 置 |
| 2.3.1.1 | 捕 集 |
| 2.3.1.2 | 標本調製（コラム 顕微鏡分析用バイオエアロゾルの標本作製） |
| 2.3.1.3 | 顕微鏡イメージングとシステムの統合 |
| 2.3.1.4 | パターン認識（コラム パターン認識） |
| 2.3.1.5 | 環境モニタリングのオンラインネットワークへの花粉モニターの統合 |
| 2.3.2 | 最初に得られた結果 |
| 2.3.2.1 | 自動サンプリング |
| 2.3.2.2 | サンプリングの自動スキャン |
| 2.3.2.3 | 連続サンプリングとオンライン解析 |
| 2.3.2.4 | パターン認識−花粉 |
| 2.3.2.5 | パターン認識−カビ胞子 |
| 2.3.2.6 | 実生活の場におけるサンプル |
| 2.3.2.7 | 野外実験 |
| 2.4 | 要約と展望 |
|
| 第3章 | バイオエアロゾルのオンラインモニタリングとオンライン同定（OMIB） |
| 3.1 | バイオエアロゾルと微生物の重大性 |
| 3.2 | 微生物の識別：最新の状況 |
| 3.2.1 | 微生物学的な識別 |
| 3.2.2 | 振動スペクトルによる識別（コラム ラマン分光） |
| 3.3 | 新規の光学的手法を使ったバイオエアロゾルの識別 |
| 3.3.1 | 蛍光スペクトル法を使った生物性汚染のモニタリング |
| 3.3.2 | ラマン分光と統計的なデータ評価の組み合わせを使った単一微生物の識別 |
| 3.3.2.1 | 紫外線励起共鳴ラマン分光法を使った微生物の属の識別 |
| 3.3.2.2 | サポートベクトルマシン（SVM）（コラム ラマン分光の組み立てと共焦点ラマン分光） |
| 3.3.2.3 | 可視光励起顕微ラマン分光を使ったバルク微生物標本の解析（表現型の識別） |
| 3.3.2.4 | 顕微ラマン分光法を使った単一バクテリア解析 |
| 3.4 | 全自動微生物指紋センサー装置 |
| 3.4.1 | オンラインモニタリングの概念と微生物性異物の同定 |
| 3.4.2 | 最新型の小型スペクトルセンサー装置 |
| 3.4.2.1 | 2配列（ダブルアレイ）回折格子分光計の基本原理 |
| 3.4.2.2 | 分解能、収差の可調性、多焦点の利点 |
| 3.4.2.3 | 2次元入射スリット配列によるスループットの増強 |
| 3.4.2.4 | OMIB ラマンスペクトルセンサー |
| 3.4.3 | OMIB 装置の実現 |
| 3.4.4 | 応用 |
| 3.5 | 展望 |
|
| 第4章 | 微生物の識別、抗微生物薬への耐性発現遺伝子および突然変異の検出、
および腫瘍の診断のための新規単一ラベルプローブ（SMART PROBES） |
| 4.1 | 序論：新規プローブの必要性 |
| 4.1.1 | 歴史の概観 |
| 4.1.2 | 分子微生物学（コラム PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）） |
| 4.1.3 | 21 世紀の分子診断に対する要請と期待 |
| 4.1.4 | 新規プローブおよび新規アッセイの開発 |
| 4.1.5 | 試験管内診断および生体内診断のための新規プローブ |
| 4.2 | SMART プローブの原理 |
| 4.2.1 | SMART プローブの設計（コラム 単一分子の蛍光分光） |
| 4.2.2 | 不均一アッセイにおけるSMART プローブ |
| 4.3 | 装置 |
| 4.3.1 | 単一分子蛍光分光法 |
| 4.3.2 | 3D蛍光ナノ分光法 |
| 4.4 | 応用例 |
| 4.4.1 | 専用SMARTプローブを使った微生物の識別 |
| 4.4.2 | 均一アッセイにおける抗酸菌の種選択的識別 |
| 4.4.2.1 | ハイブリッド化の温度 |
| 4.4.2.2 | PCR増幅産物 のフラグメント長 |
| 4.4.2.3 | ハイブリッド化の効率 |
| 4.4.2.4 | 検出限界 |
| 4.4.3 | 抗生物質耐性を持つ微生物のDNA レベル同定（単一点突然変異の識別）（コラム 抗生物質耐性） |
| 4.4.4 | 腫瘍診断におけるCOMBO-FISH（高感度・DNA 照準型腫瘍マーカーの設計と応用） |
| 4.4.5 | 生細胞中のナノターゲットに対する高選択性ラベリングのためのCOMBO-FISH |
| 4.5 | 要約と展望 |
|
| 第5章 | 癌の早期診断（PLOMS） |
| 5.1 | 癌の諸相：疫学的側面、医学的側面、および生物学的側面 |
| 5.1.1 | 癌の発病、進行、および死亡率 |
| 5.1.2 | 発癌機構 |
| 5.1.3 | 発癌物質とその作用機作 |
| 5.1.4 | 癌の早期診断が果たす役割 |
| 5.2 | 癌の診断：最新状況 |
| 5.2.1 | 診断の原理 |
| 5.2.2 | 癌診断の最新技術 |
| 5.2.2.1 | 肺癌および気管支癌 |
| 5.2.2.2 | 胃 癌 |
| 5.2.2.3 | 肝臓癌 |
| 5.2.2.4 | 乳癌（女性） |
| 5.2.2.5 | 結腸癌および直腸癌 |
| 5.2.2.6 | 白血病 |
| 5.2.2.7 | リンパ腫および多発性骨髄腫 |
| 5.2.2.8 | 食道癌 |
| 5.2.2.9 | 頭頸部癌 |
| 5.2.2.10 | 子宮頸癌 |
| 5.2.2.11 | 膵臓癌 |
| 5.2.2.12 | 卵巣癌 |
| 5.2.2.13 | 前立腺癌 |
| 5.2.2.14 | 膀胱癌 |
| 5.2.2.15 | 皮膚癌 |
| 5.2.2.16 | 子宮癌 |
| 5.3 | 癌診断に対する光学的手法の導入 |
| 5.3.1 | 顕微鏡によるその場観察 |
| 5.3.1.1 | 表皮の顕微鏡観察 |
| 5.3.1.2 | 深部組織の顕微鏡観察 |
| 5.3.2 | 散乱光を使う手法：拡散光トモグラフィ |
| 5.3.3 | スペクトル測定 |
| 5.3.3.1 | 赤外線（IR）分光 |
| 5.3.4 | 蛍光分光法：内在性蛍光 |
| 5.3.4.1 | 生物発光 |
| 5.4 | 癌診断における蛍光法の今後の展開 |
| 5.4.1 | マーカー戦略とラベリング戦略 |
| 5.4.1.1 | 非特異的ラベル |
| 5.4.1.2 | 特異的ラベル−細胞表面に存在する受容体ターゲット |
| 5.4.1.3 | 特異的ラベル−腫瘍の発現 |
| 5.4.2 | 蛍光イメージングの手法−蛍光トモグラフィ |
| 5.5 | 要約 |
|
| 第6章 | マーカーフリー生細胞解析および腫瘍解析の新手法（MIKROSO） |
| 6.1 | 序論 |
| 6.2 | 干渉を利用した顕微鏡による細胞解析 |
| 6.2.1 | 背景と動機 |
| 6.2.2 | デジタルホログラフィー顕微鏡（DHM）：ラベルフリー生体細胞の定量的イメージングに対する新手法 |
| 6.2.2.1 | DHMの原理 |
| 6.2.2.2 | デジタルホログラムの評価 |
| 6.2.3 | DHMの性能 |
| 6.2.3.1 | 横方向解像度と高さ方向解像度 |
| 6.2.3.2 | 多焦点顕微鏡 |
| 6.2.4 | 位相コントラストおよび蛍光イメージングとDHM の組み合わせ |
| 6.2.4.1 | モジュール型DHM の構成 |
| 6.2.5 | 標準的な顕微鏡法による細胞観察とDHM による観察の比較 |
| 6.2.5.1 | 明視野・位相差顕微法によるイメージングとDHM の違い |
| 6.2.5.2 | 共焦点蛍光イメージングとDHM の組み合わせ |
| 6.2.6 | 細胞のマイクロマニピュレーション（顕微操作）におけるホログラフィーマイクロ干渉解析 |
| 6.2.6.1 | レーザーマイクロキャプチャ顕微鏡と生細胞のマニピュレーション |
| 6.2.6.2 | レーザーマイクロマニピュレーション（顕微操作）と組み合わせたDHM の構成 |
| 6.2.6.3 | 生細胞マイクロマニピュレーション（顕微操作）に対するDHM モニタリング |
| 6.2.7 | 生きた腫瘍細胞に対するDHM の適用 |
| 6.2.7.1 | 背 景 |
| 6.2.7.2 | 生きた細胞の形状測定 |
| 6.2.8 | 光コヒーレンストモグラフィ（OCT） |
| 6.2.8.1 | 原 理 |
| 6.2.8.2 | OCM の構成 |
| 6.2.8.3 | 測定結果 |
| 6.2.9 | 結 論 |
| 6.3 | 侵襲性を最小にするホログラフィー内視鏡 |
| 6.3.1 | 背景と動機 |
| 6.3.2 | デジタルホログラフィー内視鏡のためのモジュールシステム |
| 6.3.2.1 | 原 理 |
| 6.3.3 | 位相を空間的にシフトさせたインターフェログラムの評価 |
| 6.3.4 | 測定結果 |
| 6.3.5 | 結 論 |
| 6.4 | マーカーフリー型バイオセンサー技術のための超高感度干渉分光 |
| 6.4.1 | 背景と動機 |
| 6.4.2 | 干渉分光法の感度 |
| 6.4.3 | 親和力センサーに使う多孔質シリコン |
| 6.4.4 | 結 論 |
| 6.5 | 展 望 |
|
| 第7章 | 再生手術（MeMo） |
| 7.1 | 再生手術と組織工学：医学的および生物学的背景 |
| 7.2 | 最先端技術とマーケット（コラム 自己軟骨細胞を使った軟骨修復(1)(2)） |
| 7.3 | 細胞および組織の培養技術 |
| 7.4 | レーザー光学的オンラインモニタリングで制御された組織培養 |
| 7.5 | 改良型バイオフォトニクス技術を用いた組織の評価 |
| 7.5.1 | 顕微鏡の基礎と技術 |
| 7.5.1.1 | 汎用顕微鏡（コラム 励起、蛍光発光、および2 倍波発生(1)(2)） |
| 7.5.1.2 | 3 次元レーザー走査顕微鏡 |
| 7.5.1.3 | 2 光子レーザー走査顕微法および2倍波発生イメージング顕微法 |
| 7.5.2 | 多焦点多光子顕微法 |
| 7.5.3 | 検出方法 |
| 7.5.3.1 | descanned 検出とnon-descanned 検出 |
| 7.5.3.2 | スペクトル分離したイメージング |
| 7.5.3.3 | 蛍光寿命測定 |
| 7.6 | 開発研究の結果と応用 |
| 7.6.1 | 光学系 |
| 7.6.1.1 | 高速高解像度組織イメージングのための並列2光子測定システムの開発 |
| 7.6.1.2 | システムの制御と自動化 |
| 7.6.1.3 | 強い散乱性を持つ組織をイメージングするための新規測定法の開発 |
| 7.6.2 | 軟骨と軟骨細胞 |
| 7.6.2.1 | 人体の軟骨組織 |
| 7.6.2.2 | コラーゲン培養担体（スカフォールド）上の軟骨組織 |
| 7.7 | 要約と展望 |
|
| 第8章 | マイクロアレイバイオチップ−小さなチップ上での無数の反応（MOBA） |
| 8.1 | 序 論 |
| 8.2 | マイクロアレイ：生物学から見た背景 |
| 8.2.1 | マイクロアレイ実験の原理 |
| 8.2.2 | オリゴヌクレオチドマイクロアレイ |
| 8.2.3 | cDNA アレイ |
| 8.2.4 | cDNA マイクロアレイの製作 |
| 8.2.5 | cDNA マイクロアレイのハイブリッド化 |
| 8.2.6 | マイクロアレイ実験で得られたデータの解析 |
| 8.2.6.1 | 低レベルデータ解析 |
| 8.2.6.2 | 高レベル解析 |
| 8.2.7 | 医学研究におけるマイクロアレイの利用 |
| 8.2.7.1 | 新規遺伝子制御の解読 |
| 8.2.7.2 | 遺伝子制御の時系列データ |
| 8.2.7.3 | 診 断 |
| 8.2.7.4 | 薬理ゲノム学（pharmacogenomics）27, 28） |
| 8.3 | 蛍光法 |
| 8.3.1 | 蛍光解析のためのCCD センサー：最新情報31〜33） |
| 8.4 | 蛍光解析のための光学系 |
| 8.4.1 | バイオチップリーダー：最新情報 |
| 8.4.2 | 新しい進歩 |
| 8.4.2.1 | マイクロアレイバイオチップの動的ホログラフィック励起 |
| 8.4.2.2 | 回折光学素子：基本的要件 |
| 8.4.2.3 | DDOE を用いるホログラフィック励起の最適化 |
| 8.4.3 | 蛍光の分光的検出 |
| 8.4.3.1 | 装 置 |
| 8.4.3.2 | 濃度の定量的検出 |
| 8.4.3.3 | 発光スペクトルの検出 |
| 8.4.4 | バイオチップマイクロアレイの動的ホログラフィック励起の利点 |
| 8.5 | ラベルフリーの手法 |
| 8.5.1 | 表面化学 |
| 8.5.2 | 表面特性の評価 |
| 8.5.3 | 反射率測定干渉分光法（RIfS）によるセンシング |
| 8.5.4 | 表面プラズモン共鳴（SPR）法とマッハ・ツェンダー法 |
| 8.6 | テラヘルツ分光 |
| 8.6.1 | テラヘルツ分光の原理 |
| 8.6.1.1 | THz 時間ドメイン分光 |
| 8.6.1.2 | 光混合 |
| 8.6.2 | 実験的な進展 |
| 8.6.2.1 | 光ファイバーでガイドされたフェムト秒光パルス |
| 8.6.2.2 | スパイラル光遅延線路 |
| 8.6.2.3 | 2 色発光レーザーの安定化 |
| 8.6.3 | オンチップ技術 |
| 8.6.4 | 効率的なフィルターの設計と構築 |
| 8.6.5 | 生体分子のテラヘルツ分光 |
| 8.6.6 | RNA スポットのテラヘルツ分光 |
| 8.6.7 | テラヘルツ分光：高い将来性を持つ技術 |
| 8.7 | 展 望 |
|
| 第9章 | ハイブリッドオプトード（HYBOP、光学的化学センサーデバイス） |
| 9.1 | 序 論 |
| 9.2 | 光学センサー：最新の状況 |
| 9.2.1 | 光学センシングの手法 |
| 9.2.2 | オプトード（光学センサーデバイス）：測定の原理（コラム 分析的手法における減衰時間測定の応用） |
| 9.3 | 平面型オプトードと繊維状オプトード：非侵襲的および低侵襲性解析のための新しい光学ツール |
| 9.4 | 蛍光用光学的ハイブリッドオプトード：明日のための技術 |
| 9.4.1 | 測定原理 |
| 9.4.2 | ハイブリッドオプトードの例 |
| 9.4.2.1 | 酸素-温度ハイブリッドオプトード |
| 9.4.2.2 | 酸素-pH ハイブリッドオプトード |
| 9.4.2.3 | 酸素-二酸化炭素ハイブリッドオプトード |
| 9.5 | ハイブリッドオプトード：バイオテクノロジーにおける応用と将来性 |
| 9.5.1 | 序 論 |
| 9.5.1.1 | バイオテクノロジー |
| 9.5.1.2 | 現在の培養技術 |
| 9.5.1.3 | システムコンセプト |
| 9.5.2 | 現在の開発状況 |
| 9.5.3 | 応用と将来性 |
| 9.6 | 展 望 |
|
| 第10章 | デジタル顕微鏡（ODMS） |
| 10.1 | 序 論 |
| 10.2 | デジタル顕微鏡：最先端の状況 |
| 10.2.1 | 真に多目的型のデジタル顕微鏡プラットホーム：接眼素子を使わないデジタル顕微鏡システム（ODMS） |
| 10.2.2 | 多目的ODMS に対する基本骨格の考え方 |
| 10.2.2.1 | ODMS プラットホームモジュールの一般的特性および特定の応用のための特性 |
| 10.2.3 | デジタル顕微鏡のための革新技術 |
| 10.2.3.1 | ソフトウェアの構造 |
| 10.2.3.2 | システムの扱い |
| 10.3 | ライフサイエンスへのODMS の応用 |
| 10.3.1 | レーザーマニピュレーションと自動化広視野顕微鏡の組み合わせ |
| 10.3.1.1 | 序 論 |
| 10.3.1.2 | 装置の概要 |
| 10.3.1.3 | UV ビームの結合と走査 |
| 10.3.1.4 | 同期およびソフトウェア |
| 10.3.1.5 | 性 能 |
| 10.3.2 | ODMS 技術が現代の医薬研究に新規な選択肢を与える |
| 10.3.2.1 | 現代の医薬研究における細胞アッセイ（cellular assay） |
| 10.3.2.2 | 必要性に応える |
| 10.3.2.3 | ハイコンテンツ分析：リード化合物の効果的な同定および薬物プロファイリングのための改良型ツール |
| 10.3.2.4 | ハイコンテンツ分析：医薬化合物の効率的発見過程への寄与 |
| 10.3.2.5 | シェーリング社（Schering AG）におけるハイコンテンツ分析へのアプローチ |
| 10.3.2.6 | 結 論 |
| 10.3.2.7 | ターゲットの確証および化合物の検定のための生細胞イメージング |
| 10.3.3 | 遠隔病理診断（テレパソロジー）からバーチャルスライド技術まで |
| 10.3.3.1 | 遠隔病理診断の必要性 |
| 10.3.3.2 | 遠隔病理診断の限界：評価研究から得られた結果 |
| 10.3.3.3 | 遠隔病理診断の限界の克服 |
| 10.3.3.4 | バーチャルスライド：遠隔会議に限られない多目的用途のためのツール |
| 10.3.3.5 | 遠隔病理診断が将来にもたらすもの |
| 10.4 | 要約と展望 |
|
| 第11章 | バイオフォトニクスの将来展望 |
| 11.1 | 今後の研究課題 |
| 11.2 | 顕微鏡に対する有望な改良技術 |
