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タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。１分子からの信号は微弱であるため、このような高精度な測定には数分が必要である。生理条件では、分子は自由に運動しており、観察している間に画像がぼけてしまう。そこで、当該研究では、試料を温度数ケルビンに冷却することで分子の動きを凍結させ、凍結した瞬間の様子を鮮明に撮影し、分子間相互作用について研究ができる基盤作りを目指した。
このような目標の元、クライオ蛍光顕微鏡を新規に開発し、蛍光波長が異なる二つの蛍光色素の１分子イメージングに挑戦した。クライオ蛍光顕微鏡の開発では、ナノレベルの機械的安定性に焦点を絞り開発を進めた。その結果、クライオ蛍光顕微鏡の安定性には、温度安定化が重要であることが分かった。そこで、1 mK (peak to valley)の温度安定性を持つ冷却水循環装置を独自開発し、顕微鏡全体の温度を１０時間に渡り、<10 mK (peak to valley)に抑えることに成功した。その結果、温度変化による画像ドリフトがゼロになり、１０時間で画像安定性を5 nm (peak to valley)にすることに成功した。これは、まぎれもなく、世界最高の安定性のクライオ蛍光顕微鏡である。
このように開発したクライオ蛍光顕微鏡を用いて、二本鎖DNAの１分子蛍光イメージングに挑戦した。その結果、二本鎖DNA（３０塩基対、長さ10 nm）の両端を１分子ごとに光イメージングすることに成功した。これは光により世界初の１分子ナノイメージングである。
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