非線形ラマン原子間力顕微鏡による超解像イメージング

• 研究課題/領域番号: 17K19063
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用物理工学およびその関連分野
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 橋本 守 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (70237949)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: ラマンイメージング / 非線形ラマン / 超解像イメージング / 非線形ラマン散乱 / 原子間力顕微鏡

研究成果の概要

光の回折限界を越える，非線形ラマン散乱と原子間力顕微鏡(AFM)とを組み合わせた超解像分子振動イメージング顕微鏡を開発した．非線形ラマン散乱過程を利用して特定の分子振動を励起し，この分子振動励起に伴う体積膨張をAFMで観測する．レーザー光をAFMのプローブ付近に集光するため，この影響を除去しながら高感度に体積膨張を検出する必要がある．そこで探針の試料接触の際のみに2台のパルス光が同時に試料に照射されるように，2台のレーザーのパルス発振の周波数差が，カンチレバーの共振と同期させるシステムの開発した．開発した装置を使って，非線形ラマン散乱によって誘起された体積膨張と思われる信号の検出に成功した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

光の回折限界を越えたイメージング手法は，超解像イメージングと呼ばれ近年その進展には著しいものがあり，2014年にはノーベル化学賞を受賞するに至った．超解像技術に用いられている手法は，主に蛍光を利用したものであるが，蛍光発色団は非常に大きな分子量を持つために，実際の生体・細胞反応とは反応が異なる可能性を持つ．そこで，無染色で分子種を分別し，超解像イメージング可能な手法に注目が集まっている．本研究で，安定的にナノメートルオーダーの空間分解能で水溶液中での無染色分子イメージングが可能となれば，生きたままの細胞の膜タンパクの動態を検出可能となり，薬理作用の解明等に貢献することができる．