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バイオフォトン(biophoton;生物フォトン)とは、生物がその生命活動に伴って放射している極めて弱い発光発光です。生体での酸化的代謝過程における生体物質の化学反応に主に起因するものであり、その発光強度は10-16 W/cm2(103 photon/s/cm2)程度以下の紫外域から可視、近赤外波長領域の発光です。生物の生命活動や生理作用に付随して観測される発光ですが、ホタルや発光バクテリアなどの生物発光として知られている現象とは区別されます。生物発光はルシフェリン-ルシフェラーゼ反応として知られている酵素反応に基づく、ある特定の発光代謝機構や発光器官を有する一部の生物種にみられる発光ですが、それに対しバイオフォトンは通常の生化学反応過程で生じる活性酸素種や、フリーラジカルなどを主にその起源とし，それらによる生体構成物質の酸化的修飾過程における励起分子種の生成に由来するものです。バイオフォトンは生物種によらず生物一般において普遍的に観測されます。図は、バイオフォトンの発光強度レベルを目でみることのできる光のレベルと比較して表したものです。
図 バイオフォトンの発光強度と検出方法
バイオフォトンは細胞の呼吸やエネルギー代謝過程などの生理現象に関連して観測されることがわかっています。また外因的に生体内で発生した活性酸素種による酸化作用と、それに対する抗酸化作用とのバランス関係が酸化側に崩れた状態を「酸化的ストレス状態」と呼びますが、酸化的ストレスに起因する各種疾患とバイオフォトンの関連がこれまでに知られています。発光メカニズムは活性酸素が関与したタンパク質のアミノ酸残基や、不飽和脂肪酸、核酸DNAなど生体構成物質の酸化過程におけるフリーラジカルの生成とこれにより形成された酸素化中間体，あるいはその電荷分離を経て生起する励起状態、またさらに蛍光性物質へのそのエネルギー移行などがメカニズムとして知られています。あるいはまた活性酸素種である励起一重項酸素もバイオフォトンの発光種として推定されています。しかし、このようにすべての動植物から微生物にわたり，ミクロからマクロの生体系の階層構造の各レベルにおいて協同的に生ずるバイオフォトン発光現象のメカニズは複雑多岐にわたるため、その全貌についてはまだ解明されていません。図は酸化的ストレスにより進行する細胞等の脂質過酸化過程における発光メカニズをその一例として示したものです。
図　酸化的ストレスとバイオフォトン発光メカニズムの例　脂質過酸化過程

バイオフォトン放出のエネルギー源は、代謝すなわち生化学反応にあるため、その検出には外からのエネルギーの投入による励起を必要としません。すなわちバイオフォトンによる計測は、非侵襲・非接触という大きな特長をもっています。しかしそ一方で、物理的・化学的プローブと生体物質との相互作用により生じる光学的特性変化を観測して情報を得る、いわゆる選択（外部励起）的な計測手法と異なり、様々な起源により自発的に発生する発光現象から、いかにして有効な情報を分離・抽出し分析するかが重要な課題です。そのような視点から、われわれはバイオフォトンの情報分析手法、分析システムの研究開発を進めてきました。その一つの手法として、バイオフォトンの時空間特性分析や，光子統計・光子相関分析による新しい計測・解析手法を提起し、これらを生体医用計測に応用すべく研究を行っています。

【これまでのバイオフォトン研究プロジェクト】

【主な解説論文、図書】

  • 稲場文男: “生物フォトン”，BME 日本ME学会雑誌 Vol. 1, 628-635 (1987)
  • Special issue of "biophotons": Experientia, Vol. 44, pp 543-600 (1988)
  • 稲場文男: “生物フォトンの超微弱発光計測”，病態生理 Vol. 9, pp101-110 (1990)
  • H. Inaba: "New bio-information from ultraweak photon emission in life and biological activities: Biophoton", Modern Radio Science 1990, ed. J.B. Andersen (Oxford Univ. Press, Oxford, 1990), pp.163-184
  • 小林正樹、稲場文男:“極微弱生物フォトン発光による生体計測”　臨床検査, Vol.35, No.6, pp.610-615 (1991)
  • 小林正樹、稲場文男:“極微弱生物フォトン発光による生体計測”　臨床検査, Vol. 35, pp 610-615 (1991)
  • 創造科学技術推進事業 稲場生物フォトンプロジェクト研究概要集　稲場文男編 新技術事業団 (1992)
  • 稲場文男:"生物フォトンの計測とその応用" レーザー技術総合研究, (1995)
  • 小林正樹、稲場文男:“光子統計と光子相関 -光子放出の時空間相関・統計解析とそのための光電子計測法"?OPTRONICS, Vol. 14, pp. 110-117 (1995)
  • 小林正樹:“極微弱生物フォトン発光” 光技術動向調査報告書XII　pp. 278-284,（財）産業技術振興協会(1996)
  • 小林正樹、稲場文男:“フォトンイメージング”，光コンピューティングの辞典　稲場文男、一岡芳樹編　(朝倉書店　1997)，pp. 280-287
  • B. Devaraj, M. Usa and H. Inaba: "Biophotons: ultraweak light emission from living systems", Current Op. in Solid State Mat. Sci., Vol. 2, pp. 188-193 (1997)
  • 小林正樹:“極微弱光を用いた生体内活性酸素の高感度画像検出" OPTRONICS, Vol. 18, No.12, pp.139-147 (1999)
  • 小林正樹:“バイオフォトン計測” 電気学会技術報告第832号 臨床医学への光応用技術，pp.36-45 (2001)
  • M. Kobayashi: "Modern technology on physical analysis of biophoton emission and its potential extracting the physiological information,"Energy and Information Transfer in Biological System, F.Musumeci, L.S.Brizhik and M.W.Ho eds. (World Sci. Pub., Singapore 2003), pp157-187
  • 小林正樹:"生命科学・医学応用のための極微弱発光・蛍光イメージング”, 顕微鏡, Vol. 43, No. 3, pp. 202-206 (2008)
  • 小林正樹:”生物フォトンに学ぶ生体医用技術への応用”, 光技術コンタクト Vol. 48, No. 4, pp. 155-163 (2010)
  • 小林正樹:”生物フォトンイメージングによる生体情報計測”, 光アライアンス, Vol. 22, No. 3, pp. 1-5 (2011)
  • 稲場文男、清水慶昭: "生物フォトンによる生体情報の探究"（東北大学出版 2011)