2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H05737
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西野 吉則 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40392063)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 隆志 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (50531472)
大島 泰郎 東京薬科大学, 生命科学部, 名誉教授 (60167301)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | Ｘ線自由電子レーザー / 可視化 / 細菌 / 超精密計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、Ｘ線自由電子レーザー（ＸＦＥＬ）のフェムト秒オーダーのパルス幅を利用して、異なる状態の細胞を、独自開発したパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（ＰＣＸＳＳ）法により放射線損傷なくイメージングすることにより、生細胞のナノレベルダイナミクスを観察することを目指している。異なる状態の細胞の調製方法として、同調培養による細胞周期の同期、温度制御、ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスなど異なる手法の検討を進めた。
同調培養に関しては、ＰＣＸＳＳ測定に適するMicrobacterium菌の細胞周期を検討し、同調培養の条件を定めた。さらに、調製したMicrobacterium菌に対してＸＦＥＬ施設ＳＡＣＬＡを用いたＰＣＸＳＳ測定を行い、細胞の画像をナノレベルで得ることに成功した。温度制御に関しては、装置の仕様を検討・策定し開発を行った。ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスに関しては、ケージドプロトンによるpHの制御やMicrobacterium菌への適用などのスタディーに着手した。
また、細胞のダイナミクスをＸＦＥＬとは相補的に観察することを目的として、高速原子間力顕微鏡および蛍光顕微鏡のカメラシステムを導入した。さらに、ＰＣＸＳＳ測定技術や試料像再構成（位相回復）技術を高度化する技術開発などを進めた。
ＳＡＣＬＡを用いたＰＣＸＳＳ測定に関して、ドラッグデリバリーにおける薬剤のキャリアなどへの応用に向けて開発された金ナノ粒子集合体や自動車排ガス浄化用触媒材料の溶液中の構造をナノレベルでイメージングすることに成功し、論文発表を行った。
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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
細胞の状態を同期させる方法として取り組んだ、同調培養、温度制御、フラッシュ・フォトリシスのいずれにおいても、当初の計画通りに技術開発が進行した。また、ＰＣＸＳＳ測定技術、試料像再構成（位相回復）技術、高速原子間力顕微鏡、蛍光顕微鏡などに関しても、新たな技術開発や装置の導入が予定通りに進行した。さらに、ＳＡＣＬＡを用いたＰＣＸＳＳ測定も順調に進み、論文発表や学会発表等を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、いくつかのアプローチにより細胞の状態を同期させ、異なる状態の細胞を、Ｘ線自由電子レーザー（ＸＦＥＬ）を用いたパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（ＰＣＸＳＳ）法でイメージングすることにより、生きた細胞のナノレベルダイナミクスの観察を目指す。
同調培養に関しては、今後、細胞分裂周期の特定の段階にある細胞を調製する手法を開発し、ＳＡＣＬＡにおいて細胞分裂周期の各段階でのイメージングを目指す。温度制御に関しては、平成２７年度に開発を行った装置を用いてＰＣＸＳＳ測定を進める。フラッシュ・フォトリシスでは、ＰＣＸＳＳ測定において細胞を封入するマイクロ液体封入アレイ（ＭＬＥＡ）チップ内で、ケージド化合物により細胞環境を制御する技術開発を行い、その後のＰＣＸＳＳ測定に繋げる。
さらに、ＭＬＥＡチップやＰＣＸＳＳ測定技術や試料像再構成（位相回復）技術を高度化する研究を進める。細胞試料に関しては、既知の好熱菌などの加工・調製を行うほか、測定により適した新規微生物の探索を行う。
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[Journal Article] Yolk/Shell Assembly of Gold Nanoparticles by Size Segregation in Solution2016
Author(s)
Jinjian Wei, Kenichi Niikura, Takeshi Higuchi, Takashi Kimura, Hideyuki Mitomo, Hiroshi Jinnai, Yasumasa Joti, Yoshitaka Bessho, Yoshinori Nishino, Yasutaka Matsuo, and Kuniharu Ijiro
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 138
Pages: 3274-3277
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Extending the potential of x-ray free-electron lasers to industrial applications - an initiatory attempt at coherent diffractive imaging on car-related nanomaterials2015
Author(s)
Rikiya Yoshida, Hisao Yamashige, Masahide Miura, Takashi Kimura, Yasumasa Joti, Yoshitaka Bessho, Mayumi Kuramoto, Jian Yu, Krishna Khakurel, Kensuke Tono, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, and Yoshinori Nishino
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Journal Title
Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics
Volume: 48
Pages: 244008
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト2016
Author(s)
X線自由電子レーザーによる溶液中試料ダイナミクス計測の試み
Organizer
第29回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
Place of Presentation
東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト（千葉県柏市）
Year and Date
2016-01-09 – 2016-01-11
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[Presentation] X-ray Laser Diffraction In-Solution Imaging Using Environmental Cell Array Chips with Graphene Windows2015
Author(s)
Yuki Takabatake, Takashi Kimura, Kenji Yamazaki, Yosuke Maehara, Jinjian Wei, Kenichi Niikura, Kuniharu Ijiro, Yasumasa Joti, Yositaka Bessho, Kazutoshi Gohara, and Yoshinori Nishino
Organizer
The 16th Ries-Hokudai International Symposium
Place of Presentation
Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo (Sapporo, Hokkaido)
Year and Date
2015-11-10 – 2015-11-11
Int'l Joint Research
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