Development of microscopy techniques to simultaneously visualize the dynamics of the structure and local physical properties of a single protein
| Project/Area Number |
22K18943
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
内橋 貴之 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30326300)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
|
|---|
| Keywords | 高速原子間力顕微鏡 / 一分子計測 / タンパク質 / 物性 / 機械特性 / 電荷分布 / 一分子 / 局所物性 / ダイナミクス |
|---|
| Outline of Research at the Start |
高速原子間力顕微鏡(AFM)技術をベースとして、プローブ-試料間の力学的相互用を全て記録しながら、試料の機械特性と電荷情報をリアルタイムに抽出するマルチモーダル単一分子イメージング技術を開発する。これにより、溶液環境にある生体分子の構造と同時に、機械特性や電荷などの物性分布とそれらの時空間ダイナミクスの1 nm以下の空間分解能、100 ms以下の時間分解能での可視化を実現する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、溶液環境にある生体分子の構造と同時に、機械特性や電荷などの物性分布とそれらの時空間ダイナミクスを、1 nm以下の空間分解能、100 ms以下の時間分解能で可視化できるマルチモーダル単一分子イメージング技術を開発することである。具体的には、高速AFMイメージング中にプローブ-試料間の力学的相互用を全て記録し、そこから試料の局所物性をリアルタイムに抽出する技術を開発する。
本年度は赤外レーザー光によるカンチレバーの非共振振動ための準備を行なった。まず現行の赤色レーザーによるカンチレバーの変位検出レーザーに加えて、励振用のパワー変調赤外レーザーを導入できるよう高速AFMに取り付ける治具を製作した。また、フォースボリュームイメージングに向けて、高速AFMイメージングのための走査信号とカンチレバーの振動を同期させて、画像の各ピクセルでカンチレバーが一回だけ振動するような制御ソフトウェアを実装した。次に、フォースカーブの大量取得に向けた測定システムの検討を行ない、デジタルオシロスコープによるデータ取得とPCへの転送が最適であるとの結論に至り、予備的実験を進めるためにデジタルオシロスコープを用いて高速AFMとフォースボリューム計測を組み合わせたシステムを構築した。このフォースボリューム計測によりモデル脂質膜での凝着力と硬さの分布を3s/frameのイメージング速度で計測することができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
高速AFMイメージングの各ピクセルとカンチレバーの振動を同期させてフォースカーブを取得できるようになったが、全ピクセルでのフォースボリューム計測は未だ実現できていない。これは、フォースカーブのデータ数が大きすぎてメモリフローを起こすためであり、それにくらべてデジタルオシロスコープの搭載メモリが少なすぎるためである。フォースカーブの全データを取得しようとした方針を変更し、探針が試料に近接した領域だけデータを保存することにソフトウェアを変更する必要がある。このソフトウェアの改良に開発に時間を要しているため、予定より進捗が遅れている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
フォスカーブの取得領域を最適化することでデータ点を少なくするとともに、赤外レーザーによるカンチレバーの非共振振動により全ピクセルでの高速フォースボリューム計測を実現する。また、フォースボリューム計測と同時に定量的物性情報をリアルタイムで抽出できるフォースカーブの解析手法を開発し、モデル試料を用いて開発した装置の有効性を実証する。
|
Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
