2019 Fiscal Year Annual Research Report
Cell dynamics studied by X-ray laser diffraction
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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) |
鈴木 明大 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (20781850)
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 / 細胞 / 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・フォトリシスなど複数の手法の研究を進めた。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、ポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージング用試料チャンバ（MAXIC-II）を用いて、がんのフォトサーマル治療用に近年開発されたpH応答性金ナノ粒子の凝集・分散過程を観察すべく、ケージドプロトンを用いたポンプ・プローブPCXSS測定を行い、材料開発に資する再現性の良いデータを取得した。
結晶化されていない微小な生物試料からのＸ線散乱能は極めて小さく、散乱シグナルが検出限界を下回ると観察ができなくなる。この困難を克服する試みとして、弱散乱体である試料粒子と強散乱体である金ナノ粒子のヘテロダイン干渉を利用したシグナル増強をXFELにおける生物試料イメージングに初めて適用した。
PCXSS測定では、従来、1マイクロメートルほどに集光したXFELを用いて、サブマイクロメートルサイズの細菌細胞等の試料を測定してきた。更に集光度を高めた100ナノメートルほどに集光したXFELを用いたPCXSS測定を行い、生体粒子に対してコヒーレントＸ線回折測定を実現した。また、生体膜に埋め込まれ活性を保った膜タンパク質のXFEL観察に向けて試料セルを開発し論文発表した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(31 results)
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[Journal Article] Design of a liquid cell toward three-dimensional imaging of unidirectionally-aligned particles in solution using X-ray free-electron lasers2020
Author(s)
Akihiro Suzuki, Takashi Kimura, Ying Yang, Yoshiya Niida, Akiko Nishioka, Tatsuro Tachibana, Masashi Takei, Kensuke Tono, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Tairo Oshima, Yoshitaka Bessho, Yasumasa Joti, and Yoshinori Nishino
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Journal Title
Physical Chemistry Chemical Physics
Volume: 22
Pages: 2622-2628
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] XFEL coherent diffraction imaging for weakly scattering particles using heterodyne interference2020
Author(s)
C. F. Huang, W. H. Chang, T. K. Lee, Y. Joti, Y. Nishino, T. Kimura, A. Suzuki, Y. Bessho, T. T. Lee, M. C. Chen, S. M. Yang, Y. K. Hwu, S. H. Huang, P. N. Li, P. Chen, Y. C. Tseng, C. Ma, T. L. Hsu, C. H. Wong, K. Tono, T. Ishikawa, and K. S. Liang
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Journal Title
AIP Advances
Volume: 10
Pages: 055219
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The C‐terminal flexible region of branched‐chain polyamine synthase facilitates substrate specificity and catalysis2019
Author(s)
Ryota Hidese, Masataka Toyoda, Ken‐ichi Yoshino, Wakao Fukuda , Gita Adhirani Wihardja, Seigo Kimura, Junso Fujita, Masaru Niitsu, Tairo Oshima, Tadayuki Imanaka, Eiichi Mizohata, and Shinsuke Fujiwara
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Journal Title
The FEBS Journal
Volume: 286
Pages: 3926-3940
DOI
Peer Reviewed
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