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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

研究課題

研究課題/領域番号 16J00329
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 量子ビーム科学
研究機関大阪大学

研究代表者

下村 啓  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードX線顕微鏡 / タイコグラフィ / マルチスライス / トモグラフィ / 3次元再構成 / コヒーレントX線光学 / 位相回復
研究実績の概要

観察領域100×100×100 um3、空間分解能10×10×10 nm3での3次元観察を行うためには、Crowther limitの見積もりから30000を超える試料角度での測定が必要となり、1方向のタイコグラフィ測定で1時間程度要している現状では、実現不可能であることが明らかとなった。そこで、解析的に再構成に必要な測定角度数を低減することが可能か検討した。通常の3次元再構成計算法では、各角度で測定した試料全体の投影像から3次元像を再構成するため、マルチスライス位相回復計算で再構成された複数層の試料像から3次元再構成する場合には、各層を積算する必要があった。そこで、各層を積算することなく3次元再構成するために、逐次近似法とマルチスライス位相回復計算を融合した再構成アルゴリズムを開発した。本手法では、原理的には必要な角度数を(Crowther limit)/(分割層数)まで低減させることが可能である。開発した位相回復計算法を利用して、スチレン・ブタジエンゴムと金ナノ粒子から構成される3次元モデルを利用した計算機シミュレーションを行ったところ、3次元再構成に必要な測定角度数がCrowther limitの1/6程度の場合、-5°~ 5°の制限角度下での測定を想定した場合の両方において、FBPや加算型ARTなどの従来法に比べ、信頼性の高い試料像の再構成が可能であることが明らかとなった。また、SPring-8においてIntel社製CPUのタイコグラフィ測定を21の試料角度で行い、新たに開発した計算法を利用した再構成計算を実行したところ240 nm間隔で配置された多層配線の微細構造を可視化することに成功した。開発したアルゴリズムと現在、建設が計画されている東北放射光でのタイコグラフィ測定により、目標とする視野・分解能を両立した3次元観察が現実的な時間で達成可能になると期待される。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 6件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Multislice imaging of integrated circuits by X-ray ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Takaya Higashino, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 24 号: S2 ページ: 24-25

    • DOI

      10.1017/s1431927618012552

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nanoscale Chemical Imaging of Three-Way Catalyst Pt/Ce2Zr2Ox particles by Ptychographic-XAFS2018

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose, Nozomu Ishiguro, Kei Shimomura, Hirosuke Matsui, Mizuki Tada, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 24 号: S2 ページ: 12-13

    • DOI

      10.1017/s1431927618012497

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Three-dimensional iterative multislice reconstruction for ptychographic X-ray computed tomography2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Takaya Higashino, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 26 号: 24 ページ: 31199-31208

    • DOI

      10.1364/oe.26.031199

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multislice imaging of integrated circuits by precession X-ray ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica Section A

      巻: 74 号: 1 ページ: 66-70

    • DOI

      10.1107/s205327331701525x

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of Heterogeneous Oxygen Storage Behavior in Platinum-Supported Cerium-Zirconium Oxide Three-Way Catalyst particles by Hard X-ray Spectro-Ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose, Nozomu Ishiguro, Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Hirosuke Matsui, Mizuki Tada, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 130 号: 6 ページ: 1490-1495

    • DOI

      10.1002/ange.201710798

    • NAID

      120006473548

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Use of Kramers-Kronig relation in phase retrieval calculation in X-ray spectro-ptychography2017

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose, Kei Shimomura,Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 25 号: 8 ページ: 8593-8603

    • DOI

      10.1364/oe.25.008593

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dark-field X-ray ptychography: Towards high-resolution imaging of thick and unstained biological specimens2016

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Suzuki, Kei Shimomura, Makoto Hirose, Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1 ページ: 35060-35060

    • DOI

      10.1038/srep35060

    • NAID

      120005890051

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiple defocused coherent diffraction imaging: Method for simultaneously reconstructing objects and probe using X-ray free-electron lasers2016

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose, Kei Shimomura, Akihiro Suzuki, Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 24 号: 11 ページ: 11917-11925

    • DOI

      10.1364/oe.24.011917

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] マルチスライス逐次近似再構成法を利用した 高分解能三次元X線タイコグラフィ2019

    • 著者名/発表者名
      下村啓、広瀬真、東野嵩也、高橋幸生
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Multislice observation of integrated circuits by X-ray ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Takaya Higashino, Yukio Takahashi
    • 学会等名
      Coherence 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multislice Imaging of Integrated Circuits by X-ray Ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Takaya Higashino, Yukio Takahashi
    • 学会等名
      XRM 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マルチスライスX線タイコグラフィによる厚い試料の高分解能観察2018

    • 著者名/発表者名
      下村啓、広瀬真、東野嵩也、高橋幸生
    • 学会等名
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 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2017

    • 著者名/発表者名
      下村啓、広瀬真、Nicolas Burdet、高橋幸生
    • 学会等名
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      神戸芸術センター(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2017-01-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] マルチスライスX線タイコグラフィによる高分解能三次元イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      下村啓、広瀬真、高橋幸生
    • 学会等名
      新学術領域「ナノ構造情報のフロンティア開拓-材料科学の新展開」第5回若手の会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Multislice x-ray ptychography towards 3D high-resolution imaging2017

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
    • 学会等名
      SPIE 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Feasibility study of multislice X-ray ptychography with precession measurement towards high-resolution 3D imaging of thick objects2017

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
    • 学会等名
      The 24th Congress of the International Commission for Optics(ICO-24)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マルチスライスX線タイコグラフィによる多層配線回路の観察2017

    • 著者名/発表者名
      下村啓、広瀬真、高橋幸生
    • 学会等名
      2017年度精密工学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Efficient use of coherent X-rays in ptychography:Towards high-resolution and high-throughput observation of weak-phase objects2016

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Makoto Hirose, Akihiro Suzuki, Yukio Takahashi
    • 学会等名
      XRM 2016
    • 発表場所
      University of Oxford(Oxford, UK)
    • 年月日
      2016-08-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient Use of Coherent X-rays in Ptychography2016

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Makoto Hirose, Akihiro Suzuki, Yukio Takahashi
    • 学会等名
      Coherence 2016
    • 発表場所
      LE GRAND LARGE(SAINT MALO, France)
    • 年月日
      2016-06-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] タイコグラフィ-X線吸収微細構造法の開発 -酸素吸蔵・放出材料の酸素拡散分布を可視化-

    • URL

      http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2018/180112/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 新手法「暗視野X線タイコグラフィ」の実証に成功

    • URL

      http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/161014/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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