2019 Fiscal Year Annual Research Report
Ion concentration imaging system with electron beam excitation for observation of a single ion channel
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18K19032
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
川田 善正 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (70221900)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
居波 渉 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30542815)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | イオンセンサー / 電子顕微鏡 / 光学顕微鏡 / イオン感応膜 / イオンチャネル / 半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、イオン感応膜の電荷検出に集束電子線を用いることにより、ナノスケールの分解能をもつイオンイメージングシステムを実現するとともに、細胞の単一イオンチャンネルを観察可能なシステムを実現することを目的として研究を実施してきた。研究代表者および研究分担者がこれまで進めてきた電子線励起アシスト光学顕微鏡をイオンチャンネルの直接観察に適用することにより、これまでに比して圧倒的に高い分解能を有するイオンイメージングシステムを実現した。本手法は、集束電子線を用いるためナノメートルスケールの空間分解能を実現することが可能であり、さらに微小領域に電子線を照射し、細胞刺激やイオン分布の制御も可能である点に特徴を持つ。さらに、イオン感応膜上の電荷分布の検出に集束電子線を用いることにより、空間分解能を飛躍的に向上させ、ナノ領域の細胞機構の解明を行うことを目的とした。
イオン感応膜としてSiN薄膜を用いて、ナノイメージングシステムのためのセンサー基板を設計、作製した。電子線散乱による分解能の低下を抑制させるため、可能な限り薄い基板構成を設計した。基板の作製は、NTT アドバンスおよびAdvantecに依頼し、それらを評価した。その結果、ともに電子線照射によりイオン濃度分布測定が可能であることを確認し、原理検証を行った。電子線の加速電圧、照射電流量、ビームスポット径などのパラメーターによるセンサーの特性を明らかにした。フォトレジスト膜により作製したエッジ構造による分解能評価により、1μm以下の分解能が実現可能であることを確認した。またイオン濃度の時間変化をイメージングすることにも成功した。これらの結果から開発を目指しているセンサーシステムにおいて、より薄い基板を設計・作製することより100nm以下の分解能を実現できる可能性を示した。
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