2016 Fiscal Year Annual Research Report
マルチスライスＸ線タイコグラフィによる広視野・高分解能・三次元バイオイメージング
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16J00329
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
下村 啓 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | X線顕微鏡 / タイコグラフィ / コヒーレントX線光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、観察領域100×100×100um3、空間分解能10×10×10nm3での観察を可能にする三次元X線タイコグラフィの実現を目標としている。本年度では、以下の2点を中心に研究を進め、成果を得た。
（1）高スループットX線タイコグラフィ観察の実現
高スループットX線タイコグラフィ観察の実現に向け、高カウントレートのピクセルアレイ検出器を導入した。また、検出器に移動機構を持たせた測定装置を開発し、単体のピクセルアレイ検出器ではカバーできない高角散乱の測定を可能とした。さらに、測定中は高強度なX線照射により実験室内部へのアクセスが不可能であるため、実験室外部からタイコグラフィ測定を統括的に行うための制御プログラムを作成した。これらに加え、部分コヒーレントX線が利用可能な集光光学系・位相回復計算法を用いることで、従来の6倍程度の測定スループットを実現することに成功した。
（2）ランダムアレイを利用したマルチスライスX線タイコグラフィの高分解能化
X線タイコグラフィにおいて達成可能な分解能は、取得可能な回折強度パターンの最大散乱角だけでなく、試料厚さによっても制限されるが、マルチスライス法を位相回復計算に導入することでこの問題を解決することができる。本手法では、試料が複数の層からなると仮定し、その層間での波動場の変化を考慮して位相回復計算を行うことで試料像を再構成する。マルチスライスX線タイコグラフィにおいて、分割する層間が理論分解能よりに近づくにつれ、位相回復計算の収束性が悪化することが知られている。そこで、試料上流に構造体を配置し層間での波動場の変化を大きくすることで、各層の再構成が容易になると考えた。計算機シミュレーションを行ったところ、構造体を配置しない場合に比べ、像質の良い試料像を取得することができ、モデル画像とほぼ同等の試料像を再構成することに成功した。
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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
数百の入射X線角度での測定が現実的な測定時間で見込めるようになったことが理由の1つとして挙げられる。マルチスライスX線タイコグラフィを用いた三次元観察の実現には、数百の入射X線角度でのタイコグラフィ測定が必要である。現状では、一方向のタイコグラフィ測定で数時間要しており、三次元観察の実現には、タイコグラフィ測定の高スループット化が必須である。測定スループットは、現状では主に検出器のダイナミックレンジで制限されており、高カウントレートのピクセルアレイ検出器の導入した測定光学系を構築することで、従来の6倍の測定スループットを実現することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新しく構築した測定光学系を用いて、生体試料の三次元高分解能観察に向けての研究を進める。具体的には、プリセッションX線タイコグラフィ測定を行い、テスト試料ではなく実試料に近い多層配線の三次元観察を目指す。さらに、連続体を測定試料としたマルチスライスX線タイコグラフィの計算機シミュレーションを行い、本手法の特性の調査・改善を行う。
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