2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19H00870
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
VERMA Prabhat 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60362662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
馬越 貴之 大阪大学, 工学研究科, 講師 (00793192)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 先端増強ラマン散乱顕微鏡 / 近接場光学 / プラズモニクス / バイオイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、生体試料の観察に特化した先端増強ラマン顕微鏡の開発を主たる目的としている。ナノスケールの空間分解能で生体試料を染めることなくラベルフリーに観察できる先端増強ラマン顕微鏡は、真に生命を観察するためのナノ顕微鏡へと性能を高めることができれば、生命科学の発展に極めて重要な役割を担う基盤技術になり得る。
初年度は、液中環境下で動作する原子間力顕微鏡をラマン顕微鏡と複合化させ、バイオ特化型先端増強ラマン顕微鏡の基本構成を構築できた。また、再現性の高い金属探針作製法の開発など、要素技術にも尽力した。
本年度は、この先端増強ラマン顕微鏡の性能をさらに高めていくことに注力した。先端増強ラマン顕微鏡では、金属探針にレーザー光を照射することによって、高強度な近接場光を得る。そのため、レーザー光の集光スポット中心にナノ精度で金属探針を配置する必要がある。一方で、外部からの振動や温度揺らぎなど、様々な要因で金属探針の位置が集光スポット中心からドリフトしてしまうため、このドリフトによってイメージング時間が数十分程度に制限される。特に、生体試料などのラマン散乱光強度の弱い試料では、1ピクセル辺りに長い露光時間を要するため、ドリフトが生体試料をイメージングする上で大きな課題となっていた。そこで、金属探針を集光スポット中心に長時間保持する技術を開発した。具体的には、面内方向（xy方向）と面外方向（z方向）共に、集光スポットとの相対位置ズレを検出・補正する機構を組み込むことによって、3次元的に金属探針を集光スポット内に保持する技術を実現した。これによって、数十分程度だったイメージング時間を数時間にまで延長させることに成功した。生体試料の先端増強ラマン観察において、極めて重要な要素技術を開発することができた。
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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
2年目も、引き続き生体試料の観察に向けた先端増強ラマン顕微鏡の要素技術開発が主たる研究計画であった。本年度は、金属探針のドリフト補正技術を開発することによって、長時間のイメージングを実現しただけでなく、測定の安定性を飛躍的に向上することができた。生体試料の先端増強ラマン観察において、極めて重要な要素技術である。次年度には、計画通り生体試料への応用も見据えることができていることから、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
バイオ特化型先端増強ラマン顕微鏡の基本構成から種々の要素技術まで、首尾良く開発を進められている。今後は、まず生体試料観察に特化した金属探針の開発に注力する。生理条件下で金属探針を用いた超解像ラマンイメージングを行う場合、溶液中の浮遊物が金属探針表面に吸着するため、大きなノイズ源となる。また、ノイズだけでなく、金属探針の光学特性そのものも劣化させてしまう。そのため、液中環境下での先端増強ラマン計測には、金属探針の保護が不可欠である。既に、塩化イオンを添加することによって、一定の耐性が得られることは分かっているが、より安定的に測定できるようシリカコーティングを実装する。化学的な手法や、微細加工的な手法など、様々にシリカコーティング法を検討する。
金属探針保護技術が完成すれば、実際に液中での先端増強ラマン計測を行なっていく。ポリスチレンビーズなどのテスト資料から、脂質二重膜などの実際の生体試料まで、様々に観察・分析を試みる。もちろん、生体応用と並行して、測定から得られた課題を装置開発へフィードバックし、更なる計測能の向上へ繋げていく。
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