2015 Fiscal Year Annual Research Report
超解像単一分子イメージングによって明らかにする高分子ゲルのナノ構造・ダイナミクス
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15H03867
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
青木 裕之 京都大学, 先端医工学研究ユニット, 准教授 (90343235)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高島 義徳 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40379277)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超解像顕微鏡 / 単一分子 / ゲル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度においては、高分子ネットワークの内部構造を直接的に高分解能観察することを実現する、超解像光学顕微鏡の開発を中心に行った。超解像顕微鏡観察法としては様々な方法論が提案されているが、ここではdSTORM（direct stochastic optical reconstruction microscopy）と呼ばれる手法を採用する。この超解像顕微鏡では、励起光強度によって蛍光状態と非蛍光状態を制御することのできる色素分子を用いることが必要となる。本研究では色素分子としてローダミンBの利用を検討した結果、dSTORM観察に有用であることが分かった。ローダミンBは、一般的にdSTORMで用いられているAlexa系色素に対して発光強度や寿命の点で劣るものの、価格や高分子試料への導入の面で有利であるため、今後の実験でこちらを中心に利用することとした。一方、超解像光学顕微鏡のハードウェア面からの改良についても検討した。本年度では、最新の高量子収率のsCMOS（科学計測用相補型金属酸化膜半導体）カメラを導入することで、高い感度での蛍光シグナル検出と高速イメージングを目指した。これに併せて光強度のレーザー光源を導入するとともに、顕微鏡光学系における光学素子を最適化することで高感度・高速イメージングを目指した。その結果、単一蛍光分子を8 msの露光時間で検出し、ゲルの高速なdSTORM計測を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
年度当初に計画していた、超解像顕微鏡の高感度・高速化および試料のラベルに用いる色素の選定を行い、ほぼ計画通りの進捗となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度で改良した計測系を用いてゲルのネットワーク鎖の直接イメージングを試みるとともに、マイクロレオロジーによるゲル内の局所的な複素弾性率の定量的な評価を実現することを目指す。ゲル試料内部に分散したナノメートルスケールの微小粒子のブラウン運動の軌跡を超解像顕微鏡によって記録することには前年度までに成功しているため、この軌跡データから一般化Einstein-Stokesの関係式に基づいて周波数依存複素弾性率を見積もるソフトウェア開発を行う。角周波数範囲0.01～100 Hzにおける局所粘弾性評価を実現する。一方、ゲルの内部構造評価においては、蛍光プローブ分子の導入に課題が生じたため、使用する蛍光プローブにおいても、キサンテン系分子やカルボシアニン系分子について広く試用することで、より高解像度の超解像イメージングを実現するための条件検討を行う。また側鎖に蛍光性色素分子をラベルしたアクリルアミド系モノマー分子を合成し、ネットワーク鎖を直接的に蛍光観察することを試みる。最終的には、超解像イメージングとマイクロレオロジー法を融合し、ゲル内部のネットワーク構造と、その局所力学特性のin situ計測を実現する測定システムを完成させることを目指す。
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Research Products
(2 results)
