超高感度カソードルミネッセンス・電子相関バイオイメージング法の開発

• 研究課題/領域番号: 21K04847
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分28040:ナノバイオサイエンス関連
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 古川 太一 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助教 (70749043)
• 研究分担者: 丸尾 昭二 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (00314047)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: カソードルミネッセンス / バイオイメージング / 希土類蛍光体 / STEM

研究開始時の研究の概要

本研究では、特定分子種のカラー分布と細胞内微細構造の観察を同時かつ分子分解能で実現する超高感度カソードルミネッセンス(CL)・電子相関イメージングシステムの開発を行うことを目的とする。この目的実現のために、①従来にない大立体角CL検出系、②低加速電子線、③透過電子検出系の3つを特徴とするイメージングシステムを開発する。また、イメージングに必要な粒径20 nm程度のCLイメージングに特化した高輝度希土類蛍光体の開発を行う。

研究実績の概要

生命機能は、複数種の分子の相互作用により機能を発現しているため、それらの分布とその周囲の微細構造を同時に高い空間分解能で可視化する手法は極めて重要である。この実現に有力な手法として、電子線励起による発光であるカソードルミネッセンス(CL)によるカラー分子種観察と二次電子もしくは透過電子による微細構造観察を同時に行うCL・電子相関顕微鏡法がある。しかしながら、この方法は、CL検出系の感度不足や蛍光体の輝度不足、電子線照射での発光褪色が課題となっている。そこで本研究では、大きな立体角を持つCL検出系、透過電子検出系、低加速電子線の3つを特徴とする高感度STEM-CLイメージングシステムを開発することで、従来の課題を解決することを目的とした。
開発した大立体角の放物面ミラーと透過電子線検出器をSEMに組み込み、STEM-CLイメージングシステムを構築した。その結果、市販装置の約5倍のS/B比でCLイメージングが可能となった。これにより、粒径100 nm以下のY2O3:Euナノ蛍光体のCLイメージングが可能となった。このときのCL像の空間分解能はSTEM像とほぼ同等であることを確認した。細胞構造のSTEMイメージングにおいては、細胞切片における細胞構造をSEM像より高いコントラストでイメージング可能であることを確認した。また、同じ細胞試料を用いてCLイメージングを行った結果、細胞内に食作用で取り込まれたY2O3:Euナノ蛍光体のSTEM像とCL像の同時取得に成功した。さらに、より高い空間分解能でのCLイメージングを目指して、直径約10 nmのNaGdF4:Euナノ蛍光体の合成を行い、STEM像とCL像を取得することに成功した。