破壊計測用マイクロ流路による液中反応X線レーザーイメージング

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05989
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 木村 隆志 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (50531472)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: X線自由電子レーザー / コヒーレント回折イメージング / X線ミラー / X線イメージング / マイクロ流路

研究実績の概要

本研究では、溶液中で反応過程にあるナノ試料の高分解能に観察することを目標に、X線自由電子レーザー(X-ray free-electron laser : XFEL)を利用したコヒーレント回折イメージング法と、マイクロ流路デバイスによる液中反応制御技術を組み合わせた新たな顕微法を開発することを目指した。計画最終年度にあたる本年度は、これまでの成果を踏まえ、本イメージング開発のために必要なXFEL用マイクロ流路デバイスを作製しその高度化に取り組むとともに、兵庫県播磨のXFEL施設SACLAを利用した溶液中試料のイメージング実験を行った。また、取得したコヒーレント回折パターンデータの解析に関しても高度化に取り組んだ。
本研究で使用するマイクロ流路デバイスは、研究者所有のリソグラフィシステムとともに、東京大学浅野キャンパス武田先端知クリーンルーム施設所有の半導体プロセス装置群を利用して作製を行った。作製したマイクロ流路デバイス中での溶液試料の状態を、SACLAでのXFEL実験を行う前に評価するため、新たな暗視野ナノ粒子観察法を開発した。短波長の高輝度ファイバーレーザー光源を利用することにより、SACLAでの液中イメージングを目指す数十 nmサイズのナノ粒子のX線透過窓越しの状態観察が可能であることを確認した。
XFELによるイメージング実験はSACLAの硬X線ビームラインであるBL２において行い、理化学研究所や高輝度光科学研究センターと共同開発を行った高分解能コヒーレント回折イメージング装置MAXIC-Sを利用した。表面をアニオン・カチオンで表面修飾したナノ粒子を混合し、結合したナノ構造体をおよそ１０ナノメートル弱の高空間分解能でイメージングすることに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Academia Sinica(台湾)(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: Academia Sinica(台湾)
• [雑誌論文] Design of a liquid cell toward three-dimensional imaging of unidirectionally-aligned particles in solution using X-ray free-electron lasers (2020)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Suzuki, Takashi Kimura, Ying Yang, Yoshiya Niida, Akiko Nishioka, Tatsuro Tachibana, Masashi Takei, Kensuke Tono, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Tairo Oshima, Yoshitaka Bessho, Yasumasa Joti, Yoshinori Nishino
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 22 ページ: 2622 - 2628
  • DOI: https://doi.org/10.1039/C9CP03658J
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] XFEL coherent diffraction imaging for weakly scattering particles using heterodyne interference (2020)
  • 著者名/発表者名: Chi-Feng Huang, Wei-Hau Chang, Ting-Kuo Lee, Yasumasa Joti, Yoshinori Nishino, Takashi Kimura, Akihiro Suzuki, Yoshitaka Bessho, Tsung-Tse Lee, Mei- Chun Chen, Shun-Min Yang, Yeukuang Hwu, Shih-Hsin Huang, Po-Nan Li, Peilin Chen, Yung-Chieh Tseng, Che Ma, Tsui-Ling Hsu et al.
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 10 ページ: 055219-1-11
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5129406
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Micro-liquid enclosure array and its semi-automated assembling system for x-ray free-electron laser diffractive imaging of samples in solution (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kimura, Akihiro Suzuki, Ying Yang, Yoshiya Niida, Akiko Nishioka, Masashi Takei, Jinjian Wei, Hideyuki Mitomo, Yasutaka Matsuo, Kenichi Niikura, Kuniharu Ijiro, Kensuke Tono, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Tairo Oshima, Yoshitaka Bessho Yasumasa Joti, and Yoshinori Nishino
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 91 ページ: 083706-1-8
  • DOI: https://doi.org/10.1063/5.0008398
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] X線自由電子レーザーを用いたコヒーレント回折イメージングの高度化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木村隆志
  • 学会等名: 第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム（日本、愛知）
• [学会発表] マイクロ流体デバイスを用いた液中試料X線計測技術の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本豊、江川悟、山口豪太、横前俊也、湯本博勝、小山貴久、大橋治彦、三村秀和、木村隆志
  • 学会等名: 精密工学会2020年度春季大会（日本、東京）
• [学会発表] 電鋳法とホログラフィック露光を組み合わせた新規光学素子開発に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 東駿吾、横前俊也、山口豪太、三村秀和、木村隆志
  • 学会等名: 精密工学会2020年度春季大会（日本、東京）
• [学会発表] コヒーレント X 線光源を利用したイメージング技術の高度化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村隆志
  • 学会等名: 光科学技術研究会（日本、東京）
• [学会発表] New Design of Environmental Cells for X-ray Laser Diffraction Imaging of Samples in Mixed Solution (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kimura
  • 学会等名: X Ibero American Optics Meeting, XIII Latin American Meeting on Optics, Lasers and Applications, and Mexican Optics and Photonics Meeting 2019(Mexico, Cancun)
  • 国際学会
• [学会発表] コヒーレントX線光源を利用した新規イメージング技術の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村隆志
  • 学会等名: LASORセミナー（日本、千葉）
  • 招待講演