高速信号処理技術を用いた３次元AFMのリアルタイムインテリジェント制御
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20K15172
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
宮田 一輝 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 助教 (10788243)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 高速信号処理 / 機械学習 / バクテリオロドプシン |
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| Outline of Research at the Start |
近年の原子間力顕微鏡（AFM）の高速化や３次元化により、固液界面の構造や動態を原子・分子スケールで捉えることが可能となったが、その制御手法は高速化・３次元化に対応しておらず、構造や性質の変化を常に最適な条件で計測することが困難だった。本研究では高速信号処理技術を用いたインテリジェントなリアルタイム測定条件制御機構を開発し、生体分子や高分子など幅広い試料の高速３次元分子スケール構造・動態解析を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高速信号処理技術をAFM計測へ適用することで、幅広い試料の高速３次元サブナノスケール構造・動態解析を実現することを目的としている。これまでにインテリジェントなリアルタイム測定制御を実現するため、AFM画像認識システムの技術基盤構築やField Programmable Gate Array（FPGA）を用いたAFMコントローラの開発に取り組んだ。
今年度は、開発した装置の実用性を実証するため、実際に構造変化を持つ試料のAFM計測に取り組んだ。ここではカルサイトの純水中における結晶溶解過程に着目し、表面に形成されたエッチピットの純水中での構造変化を1 s/frameの速度で原子分解能観察を行った。その結果、エッチピットの内部に表面吸着層を形成することや、それがエッチピット形状を安定化させる効果があることを明らかにした（J. Phys. Chem. Lett., 2021）。また、開発したAFMコントローラで複雑な構造の計測が可能であることを確認するために、広域走査可能なスキャナを搭載した市販のAFM装置に接続した。これを用いて、実際に細胞全域を３次元的にスキャンできることを確認した。
このように、本研究期間全体を通して、高速信号処理を用いたAFMによる高速・３次元解析を行うための基盤技術を開発し、それを用いた応用研究を実施した。今後も、様々な試料の固液界面計測を通してデータを蓄積し、高速３次元AFMの精度向上を実現する。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
