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2011 Fiscal Year Annual Research Report

生命現象の解明に資する革新的高速AFMの開発

Research Project

Project/Area Number 20221006
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

安藤 敏夫  金沢大学, 数物科学系, 教授 (50481320)

Keywords原子間力顕微鏡 / AFM / 高速AFM / タンパク質 / ダイナミクス / 細胞 / 非接触 / 細胞内観察
Research Abstract

本研究では、我々が世界に先駆けて開発してきた新しい顕微鏡(高速AFM)を完成させ、その生命科学における有効性・革新性を実証するとともに、細胞にも適用可能な更に革新的な高速AFM(広域走査高速AFM、非接触高速AFM、高速内視AFM)、及び、これらの装置の基盤となるTip走査型高速AFMを開発することを目指している。
(1)精製した生体分子の動的プロセスを観察する高速AFMは完成し、この装置を使って種々のタンパク質の動的プロセスの観察を行っている。本年度には、これらの観察結果の一部を論文で発表した(回転軸のないF1-ATPaseの構造変化の伝搬とCellulaseのCellulose分解反応の研究成果は両方ともScience誌に発表)。
(2)細胞のように大きい試料を観察するに必要な広範囲走査可能なスキャナと振動のアクティブダンピング技術の開発をほぼ完成させた。XY方向に最大43μm走査可能である。これにより、生きた細胞(神経・Hela・Bacillus細胞),のダイナミックな形状変化を高解像で撮影することに成功した。更には、バクテリア細胞観察後にその局所をイメージングし、細胞膜表面にあるタンパク質分子(Porinと同定)のダイナミクスの観察にも成功した。
(3)蛍光顕微鏡に搭載可能なTip-走査方式の高速AFMについては、新たに設計・試作し直し、これまで問題であった振動の問題を解決できた。
(4)非接触高速イメージング可能であると去年度実証した溶液振動高速AFMの空間分可能を向上させるためにカンチレバーの形状を種々検討した。
(5)表面下構造(試料内部の構造)を観察可能とする超音波を利用した新しい原理の検討を行った。試料中を伝搬してきた超音波の検出を確実にするために、超音波発射後に遅れて現れる超音波のみを検出する方法の開発に着手した。

  • Research Products

    (55 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (12 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (36 results) Book (4 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] High-speed atomic force microscopy coming of age2012

    • Author(s)
      T. Ando
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 23 Pages: 062001

    • DOI

      DOI:10.1088/0957-4484/23/6/062001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Guide to video recording of structure dynamics and dynamic processes of proteins by high-speed atomic force microscopy2012

    • Author(s)
      T.Uchihashi, N.Kodera, T.Ando
    • Journal Title

      Nature Protocols

      Volume: (In press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ナノメーター世界の動態を動画撮影する高速AFM2012

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Journal Title

      O plus E

      Volume: 34 Pages: 217-222

  • [Journal Article] Traffic jams reduce hydrolytic efficiency of cellulase on cellulose surface2011

    • Author(s)
      K. Igarashi, T. Uchihashi, A. Koivula, M. Wada, S. Kimura, T. Okamoto, M. Penttila, T. Ando, and M. Samejima
    • Journal Title

      Science

      Volume: 333 Pages: 1279-1282

    • DOI

      DOI:10.1126/science.1208386

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-speed atomic force microscopy reveals rotary catalysis of rotorless F1-ATPase2011

    • Author(s)
      T. Uchihashi, R. Iino, T. Ando, and H. Noji
    • Journal Title

      Science

      Volume: 333 Pages: 755-758

    • DOI

      DOI:10.1126/science.1205510

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural changes in bacteriorhodopsin in response to alternate illumination observed by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      M. Shibata, T. Uchihashi, H. Yamashita, H. Kandori, and T. Ando
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 50 Pages: 4410-4413

    • DOI

      DOI:10.1002/anie.201007544

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-speed atomic force microscopy and biomolecular processes2011

    • Author(s)
      T.Uchihashi, T.Ando
    • Journal Title

      Methods Mol.Biol.

      Volume: 736 Pages: 285-300

    • DOI

      DOI:10.1007/978-1-61779-105-5_18

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-assembly properties and dynamic of synthetic proteo-nucleic building blocks in solution and on surfaces2011

    • Author(s)
      A.Laisne, M.Ewald, T.Ando, E.Lesniewska, D.Pompon
    • Journal Title

      Bioconjugate Chem.

      Volume: 22 Pages: 1824-1834

    • DOI

      DOI:10.1021/bc2002264

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamics of nucleosomes assessed with time-lapse high speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      A.Miyagi, T.Ando, Y.L.Lyubchenko
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 50 Pages: 7901-7908

    • DOI

      DOI:10.1021/bi200946z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Imaging of nucleic acids with atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      Y.L.Lyubchenko, L.S.Shlyakhtenko, T.Ando
    • Journal Title

      Methods

      Volume: 54 Pages: 274-283

    • DOI

      DOI:10.1016/j.ymeth.2011.02.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct Observation of Surfactant Aggregate Behavior on a Mica Surface using High-Speed Atomic Force Microscopy2011

    • Author(s)
      S.Inoue, T.Uchihashi, D.Yamamoto, T.Ando
    • Journal Title

      Chem.Commun.

      Volume: 47 Pages: 4974-4976

    • DOI

      DOI:10.1039/c0cc05762b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 歩くタンパク質"ミオシンV"を捉えた!-世界最高の高速原子間力顕微鏡を開発-2011

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Journal Title

      化学

      Volume: 66(3) Pages: 36-40

  • [Presentation] Molecular movies of proteins in action captured by high-speed AFM2012

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      日本生理学会第89回年会シンポジウム"Motion pictures of the functional membrane molecules in actin--What we want to see in the movies and what they will teach us--
    • Place of Presentation
      信州大学松本キャンパス、長野県(招待講演)
    • Year and Date
      20120329-20120331
  • [Presentation] Nanoscale video imaging of proteins in action by high-speed AFM2012

    • Author(s)
      T.Ando
    • Organizer
      ABRF 2012
    • Place of Presentation
      Disney's Contemporary Resort, Orland, Florida, USA(招待講演)
    • Year and Date
      20120317-20120320
  • [Presentation] Current state of high-speed AFM : its advantages & limitations2012

    • Author(s)
      T.Ando
    • Organizer
      6th international conference on Structural Analysis of Supramolecular Assemblies by Hybrid Methods
    • Place of Presentation
      Granlibakken Resort and Conference Center, Lake Tahoe, CA, USA(招待講演)
    • Year and Date
      20120314-20120318
  • [Presentation] Direct visualization of cellobiohydrolase on crystalline cellulose using high-speed atomic force microscopy2012

    • Author(s)
      K.Igarashi, T.Uchihashi, A.Loivula, M.Wada, S.Kimura, M.Penttila, M.Samejima, T.Ando
    • Organizer
      56^<th> Annual Meeting of Biophysical Society
    • Place of Presentation
      San Diego Convention Center, San Diego, CA, USA(一般ポスター発表)
    • Year and Date
      20120225-20120229
  • [Presentation] Direct Visualization of Proteins in Action by High-Speed Atomic Force Microscopy2012

    • Author(s)
      T.Uchihashi, N.Kodera, T.Ando
    • Organizer
      The 10th Asia-Pacific Microscopy Conference (APMC 10)
    • Place of Presentation
      Perth Convention & Exhibition Center, Western Australia, Australia(招待講演)
    • Year and Date
      20120205-20120209
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡で探るタンパク質のダイナミクス2012

    • Author(s)
      内橋貴之, 古寺哲幸, 安藤敏夫
    • Organizer
      日本表面科学会平成23年度関西支部セミナー
    • Place of Presentation
      京都大学宇治キャンパス、京都府(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-07
  • [Presentation] 高速AFMの過去、現在、未来2012

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      原子分解能顕微鏡の歴史と最先端公開研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学吹田キャンパス銀杏会館、大阪府(招待講演)
    • Year and Date
      2012-02-10
  • [Presentation] High-resolution video imaging of functioning proteins by high-speed atomic force microscopy2012

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      熊本大学医学・生命科学セミナー
    • Place of Presentation
      熊本大学発生医学研究所、熊本県(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-25
  • [Presentation] High-speed Atomic Force Microscopy coming of age2011

    • Author(s)
      T.Ando, N.Kodera, T.Uchihashi
    • Organizer
      19th International Colloquium of Scanning Probe Microscopy
    • Place of Presentation
      Toyako-Manseikaku, Hokkaido, Japan(招待講演)
    • Year and Date
      20111219-20111221
  • [Presentation] タンパク質のナノダイナミクス高速撮影装置の開発2011

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      CREST「生命現象計測」公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京ガーデンパレス、御茶ノ水、東京都(招待講演)
    • Year and Date
      20111212-20111213
  • [Presentation] High-speed atomic force microscopy for filming biomolecular processes2011

    • Author(s)
      T.Ando
    • Organizer
      AVS 58th Annual International Symposium, Applied Surface Science Div., Advances in Scanning Probe Microscopy
    • Place of Presentation
      Renaissance Nashville Hotel, Nashville, TN, USA(招待講演)
    • Year and Date
      20111030-20111104
  • [Presentation] Structural dynamics of Gli349 and Gli521 isolated from the gliding machinery of Mycoplasma mobile studied by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      N.Kodera, Y.Tahara, M.Miyata, T.Ando
    • Organizer
      Joint Congress of The 5th Meeting of the Asian Organization for Mycoplasmology (AOM) and The 38th Meeting of the Japanese Society of Mycoplasmology (JSM)
    • Place of Presentation
      Nagasaki-ken Medical Association, Nagasaki, Japan(招待講演)
    • Year and Date
      20111019-20111021
  • [Presentation] Simultaneous observation of structure and dynamics of functioning bio-molecules by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      N.Kodera, T.Uchihashi, T.Ando
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学姫路書写キャンパス、兵庫県(招待講演)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] High-Speed Atomic Force Microscopy : a tool for elucidating structural dynamics of membrane proteins2011

    • Author(s)
      内橋貴之, 柴田幹大, 山下隼人, 神取秀樹, 安藤敏夫
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会シンポジウム,New experimental tools for structural changes of membrane proteins : Beyond X-ray structure
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学姫路書写キャンパス、兵庫県(招待講演)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Observation and characterization of dynamic ATP-dependent movements of the p97 AAA ATPase using high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      K.Noi, D.Yamamoto, S.Nishikoro, K.Arita, T.Ando, T.Ogura
    • Organizer
      日本生物物理学会第49回年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス、兵庫県(一般口頭発表)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Development of a wide-view high-speed AFM scanner with displacement magnification mechanism2011

    • Author(s)
      T.Kobashi, T.Uchihahsi, T.Ando
    • Organizer
      日本生物物理学会第49回年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス、兵庫県(一般口頭発表)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Development of high-speed AFM combined with fluorescence microscopy2011

    • Author(s)
      S.Fukuda, T.Uchihashi, T.Ando
    • Organizer
      日本生物物理学会第49回年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス、兵庫県(一般口頭発表)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Direct visualization of intrinsically disordered proteins PQBP-1, MeCP2, and FliK using high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      T.Mori, N.Kodera, S.Mizuno, S.Aizawa, M.Mizuguchi, H.Szerlong, M.Porter-Goff, J.C.Hansen, T.Ando
    • Organizer
      日本生物物理学会第49回年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス、兵庫県(一般口頭発表)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Direct visualization of DNA degradation processes by RecBCD enzyme using high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      Y Moriguchi, N.Handa, N.Kodera, T.Ando
    • Organizer
      日本生物物理学会第49回年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス、兵庫県(一般口頭発表)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Live cell surfgace imaging of magnetic bacteria at molecular resolution by high-speed AFM2011

    • Author(s)
      H.Yamashita, A.taoka, T.Uchihashi, Y.Fukumori, T.Ando
    • Organizer
      日本生物物理学会第49回年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス、兵庫県(一般口頭発表)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] High-speed bio-AFM coming of age2011

    • Author(s)
      T.Ando
    • Organizer
      4th AFM BioMed Conference
    • Place of Presentation
      Institut Curie, Paris, France(招待講演)
    • Year and Date
      20110823-20110827
  • [Presentation] Video imaging of walking myosin V by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      N.Kodera, D.Yamamoto, T.Ando
    • Organizer
      4th AFM BioMed Conference
    • Place of Presentation
      Institut Curie, Paris, France(招待講演)
    • Year and Date
      20110823-20110827
  • [Presentation] 高速バイオAFM-タンパク質の動作を直接観る-2011

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      第17回藤目記念セミナー
    • Place of Presentation
      早稲田大学軽井沢セミナーハウス、長野県(招待講演)
    • Year and Date
      20110814-20110816
  • [Presentation] Direct observation of molecular machines by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      T.Ando
    • Organizer
      25th Anniversary Symposium of Protein Society, Molecular machines
    • Place of Presentation
      Boston Marriott Copley Place, Boston, MA, USA(招待講演)
    • Year and Date
      20110723-20110727
  • [Presentation] Motor proteins in action filmed by high-speed AFM2011

    • Author(s)
      T.Ando
    • Organizer
      Gordon Research Conference on Muscle and Molecular Mortors
    • Place of Presentation
      Colby-Sawyer College, New London, NH, USA(招待講演)
    • Year and Date
      20110710-20110715
  • [Presentation] Direct and dynamic visualization of protein molecules in action by high-speed AFM2011

    • Author(s)
      T.Ando
    • Organizer
      European Science Foundation Research Conference on Biological Surfaces And Interfaces
    • Place of Presentation
      Hotel Eden Roc, Sant Feliu de Guixols, Spain(招待講演)
    • Year and Date
      20110626-20110701
  • [Presentation] Dynamic imaging of protein molecules in action by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      T.Ando
    • Organizer
      5th IUMAS & ALC'll Conference
    • Place of Presentation
      Olympic Parktel, Seoul, Republic of Korea(招待講演)
    • Year and Date
      20110523-20110527
  • [Presentation] 液中ナノメートル世界をリアルタイム観察する高速原子間力顕微鏡2011

    • Author(s)
      古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第67回学術講演会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場、福岡県(招待講演)
    • Year and Date
      20110516-20110518
  • [Presentation] 生体分子の動的プロセスを直接可視化する高速AFM2011

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      日本顕微鏡学会関西支部特別講演会AFMバイオイメージングフォーラム
    • Place of Presentation
      ウィンク愛知、名古屋、愛知県(招待講演)
    • Year and Date
      2011-12-27
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡で明らかにするタンパク質のダイナミクス2011

    • Author(s)
      内橋貴之, 古寺哲之, 安藤敏夫
    • Organizer
      日本顕微鏡学会走査型プローブ顕微鏡(SPM)分科会平成23年度オープン研究会走査型プローブ顕微鏡における最先端技術~イノベーションのキーテクノロジー~
    • Place of Presentation
      独立行政法人物質・材料研究機構、つくば、茨木県(招待講演)
    • Year and Date
      2011-12-12
  • [Presentation] タンパク質分子の構造と動的挙動の高解像度撮影2011

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      第52回日本組織細胞化学会学術集会
    • Place of Presentation
      金沢大学医学部十全講堂ホール、金沢、石川県(特別招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-24
  • [Presentation] Waking mechanism of myosin V revealed by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      日本生化学会第48回年会シンポジウム"Unexpected mechanisms and functions of actin and myosin"
    • Place of Presentation
      京都国際会館、京都府(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] ナノメータ世界の動態を動画撮影する高速AFM2011

    • Author(s)
      安藤敏夫, 内橋貴之
    • Organizer
      2011年精密工学会秋季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      金沢大学、金沢、石川県(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] タンパク質のダイナミックプロセスー高速AFMによるアプローチ2011

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      理研ASI細胞システムコロキウムシリーズII細胞を観る・読む・計る:不可能を可能にするテクノロジーの最前線
    • Place of Presentation
      理研鈴木梅太郎ホール、和光市、埼玉県(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-09
  • [Presentation] Real-time imaging of protein molecules in action by high-speed AFM2011

    • Author(s)
      内橋貴之, 安藤敏夫
    • Organizer
      第63回細胞生物学会大会Symposium : Frontier in Imaging Technology for Cell Biology
    • Place of Presentation
      北海道大学、札幌、北海道(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-28
  • [Presentation] 実用と応用展開の時期を迎えた高速AFM2011

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      (株)生体分子計測研究所主催超高速AFMシンポジウム
    • Place of Presentation
      ビジョンセンター日本橋、東京都(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-10
  • [Book] Control Technologies for Emerging Micro and Nanoscale Systems (Lecture Notes in Control and Information Sceinces, Vol.413) (Chapter 1 : Techniques developed for high-speed AFM)(Ed.by Eleftheriou, Evangelos ; Moheimani, S.O.Reza.)2011

    • Author(s)
      T.Ando (Chapter contribution)
    • Total Pages
      287 (Chapter 1 : 16pp)
    • Publisher
      Springer
  • [Book] Atomic force microscopy in liquid, (Chapter 7 : High-speed AFM for observing dynamic processes in liquid)(edited by Arturo M Baro and Donald Refenberger)2011

    • Author(s)
      T.Ando, T.Uchihashi, N.Kodera, M.Shibata, D.Yamamoto, H.Yamashita (Chapter contribution)
    • Total Pages
      362 (Chapter 7 : 21pp)
    • Publisher
      Wiley-VCH Verlag GmbH
  • [Book] Life at the Nanoscale-Atomic force microscopy of live cells, (Chapter 8 : High-speed atomic force microscopy for dynamic biological imaging)(Ed.by Yves Dufrene)2011

    • Author(s)
      T.Uchihashi, T.Ando
    • Total Pages
      444 (Chapter 8 : 22pp)
    • Publisher
      Pan Stanford Publishing Pte.Ltd.
  • [Book] Atomic force microscopy in biomedical research : Methods and Protocols (Methods in Molcular Biology (Clifton, N.J.), 2011, Vol.736,) (Chapter 18 : High-speed Atomic Force Microscopy and Biomolecular Processes)(Pier C.Braga & Davide Ricci (Eds.))2011

    • Author(s)
      T.Uchihashi, T.Ando
    • Total Pages
      508 pp (Chapter 18 : 16 pp)
    • Publisher
      Humana Press (Springer)
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/phys/biophys/index.htm

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.kanazawa-u.ac.jp/university/administration/prstrategy/eacanthus/1109/01.html

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.kanazawa-u.ac.jp/university/administration/prstrategy/eacanthus/1108/05.html

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Published: 2013-06-26  

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