2017 Fiscal Year Annual Research Report
単一細胞内タンパク質のイメージング質量分析を実現する撮像型分子検出器
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16H06092
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
全 伸幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20455439)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 計測工学 / 超伝導材料・素子 / 量子細線 / 生体分子 / 細胞・組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子が入射した位置を決定できる超高感度な撮像型の分子検出器を開発する。現有の飛行時間型質量分析装置（TOF MS）の検出部に搭載し、単一細胞内におけるタンパク質の質量と空間分布を同時に測定できるイメージング質量分析を実現する。
本年度の研究実施計画は下記のとおりであった。
１．超伝導ストリップ線をマイクロストリップ伝送線路として設計・製作する。２．単一分子が超伝導ストリップ線に衝突した際にストリップ両端から出力される正・負極一対の電流パルスを確認する。３．時間デジタル変換器を現有の冷凍機に実装してパルス到達時間差を計測する。４．レーザ走査機構等を用いてタイミングジッタを評価する。５．2500画素の撮像型検出器を開発する。
項目１～３について、超伝導ストリップ層とグランド層としてニオブ、誘電層として二酸化ケイ素を用いた構造で、全長30 cm のマイクロストリップ伝送線路を作製した。現有の冷凍機に搭載し、飛行時間型質量分析装置から射出される単一分子を伝送線路に衝突させたところ、計画どおりに正・負極一対の電流パルスが出力された。時間デジタル変換器を用いて正・負極一対の電流パルスの伝搬時間差を測定すると、最大7.5 ns の遅延時間差であった。本研究の最終目標である全長2 mのストリップに換算すると遅延時間差は50 nsになるが、これは研究実施計画書に記載したとおりの値である。
しかしながら、項目５を実施するためには項目４のタイミングジッタの評価が必須となるが、タイミングジッタを評価できるほど出力電流パルスのS/N比が良好ではないことが分かった。S/N比を向上させるための対策が現在の課題である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
超伝導ストリップ粒子検出器をマイクロストリップ伝送線路として活用することで、単一分子が衝突した際にストリップ両端から正・負極一対の電流パルスが出力されるという基本原理を世界で初めて実証したことは評価できるものの、タイミングジッタを評価できるほどS/N比の高い出力信号ではなく、それが理由で今年度後半に予定していた2500画素の撮像型検出器もまだ実現できていない。
従って現在の進捗状況として「(3)やや遅れている。」が妥当であるが、ネットワークアナライザを用いた実験系の測定によって、小さいS/N比の原因が検出器を搭載するチップキャリアに存在することを突き止めている。さらに【今後の研究の推進方策】に記載のとおり、より誘電率の大きな材料をマイクロストリップ伝送線路の誘電層に用いることでも当該課題をより克服し易くなると考えており、研究実施スピードを取り戻すことができると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
タイミングジッタを評価できないことで次の実施計画に進めない現状を打破する方策は次の二点である。まず、本研究の原理を実証する上では簡便なデバイス作製手法が望ましく、誘電層として二酸化ケイ素を選択したが、より誘電率の大きな材質であるチタン酸ストロンチウム等を選択することで、正・負一対の電流パルスは時間軸上でより分離しやすくなり、タイミングジッタの評価を容易にする。もう一点の方策は、出力パルスの波高値を大きくすることであるが、S/N比劣化の原因がチップキャリアの高周波伝送特性が不良であることを突き止めている。次年度は、高周波対応のチップキャリア等の実装技術を強化し、タイミングジッタの評価を実施した後、2500画素の撮像型検出器の開発に移行する。
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