2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of soft X-ray microscope in Water window wavelength region using Flash LPP light source
| Project/Area Number |
16H03902
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
江島 丈雄 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80261478)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加道 雅孝 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子ビーム科学研究部門, 室長代理(定常) (30360431)
刀袮 重信 東京電機大学, 理工学研究科, 特別専任教授 (70211399)
東口 武史 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80336289)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 軟Ｘ線顕微鏡 / 水の窓 / レーザー励起プラズマ光源 / 反射多層膜 / アポトーシス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的に基づき、平成29年度は下記の実績を達成した。
①研究計画に沿ってLPP光源の高輝度化は、ターゲットにBiを用いることで、UTA放射の利用とUTA放射を実現するための電子温度Teの高温化が達成できた。また励起レーザーにフェムト秒レーザーを用いることで、プラズマによる発生軟X線の再吸収を妨ぐためのプラズマ臨界密度ncの低密度化を行うことができ、水の窓波長域の発光強度を従来から大幅に改善することに成功した。
② 29年度には新たに開発した平均で0.3程度の反射率を示すCr/Sc/Mo多層膜を蒸着したトロイダルミラーを、①で完成した光源からの光を集光するための照明光学系として①の軟X線光源と共に軟X線顕微鏡に組み込みテストを行った。テストはポリスチレン球、風乾したHeLa細胞、溶液中のHeLa細胞等を薄片化したシンチレーター上に載せて密着法により撮像を行った結果、これまで難しかった溶液中の細胞が撮像できることが確認できた。
③ アポトーシス過程の軟Ⅹ線撮像を行うために、アポトーシス過程で変化するDNA中のリン酸基の化学結合状態に注目し、その化学結合状態変化がP-L2,3吸収端で観測できるかどうかの確認を分子科学研究所UVSOR BL4U STXMビームラインを用いて行った。まずリン酸基として化学結合状態のことなるAAとAAA、AMPとcAMP、プラスミドのリン酸基の切断の有無の3組の試料を用意し、リン酸基の変化による化学結合状態の変化がP-L2,3吸収端で観測可能かどうかの検証を行った。その結果、いずれもリン酸基の変化を示すと考えられるスペクトル形状の変化が見られた。特にアポトーシス過程を示した細胞核の状態に近いプラスミドにおいてもリン酸基の化学変化が観測できた事は特筆に値する。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究課題内の各テーマごとに進捗状況に多少違いはあるものの、全体としては概ね順調に推移していると考えている。
これまで研究計画に沿ってLPP光源の高輝度化を行ってきたが、前年度に新たに見出した窒素雰囲気下でのLPP光源の使用により水の窓波長域の軟Ⅹ線強度が増大する現象に関しては、現象の確認と定性的な理解が得られたものの現象を理解するまでには至らなかった。本研究においてこの現象の解明を行うのは研究計画から大幅に逸脱するため、今後この現象の解明には新たな枠組みで継続的な基礎実験を行う必要があることを認識しつつ、本課題ではこの現象についての取り組みを中断することにした。一方で、研究目的のLPP光源の高輝度化は、前年度の研究成果を踏まえ、フェムト秒幅の赤外レーザーによりBi金属を励起してプラズマを生成することにより、従来より大幅に水の窓波長領域の発光強度を増大することに成功した。
この励起光源の発光波長に合わせたCr/Sc/Mo反射多層膜を蒸着したトロイダルミラー２台を新たに作製し、軟X線顕微鏡の照明光学系としてインストールし、光軸調整を行い、撮像実験を行った。現状ではまだ最適な撮像条件を探し出すことに成功していないものの、実用的な時間内で溶液中のHeLa細胞を撮像することに成功した。
アポトーシス過程の解明のためには、これまで注目していなかったリン酸基の化学状態変化に着目し、各種リン酸基を持つ有機化合物と大腸菌由来のDNA構造であるプラスミドのリン酸基の結合状態変化を、P-L2,3吸収端を用いて観測できるかどうかを試みたところ、P-Oのπ結合とσ結合由来のピーク構造の中間部分においてピーク強度の変化が現れることを見出した。以上から、Pの吸収端構造を利用することにより、アポトーシス過程の変化を調べることが可能になった、と考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
29年度の研究結果に基づき、軟X線顕微鏡は引き続き撮像条件の最適化を行う。当面はレーザー光学系の口径を拡げ集光光学系の開口数を大きくすることでプラズマ温度の高温度化を図るとともに、照明光学系の最適化を行う。また撮像する試料の状態によっても画像の質が異なることが明らかとなったので、より鮮明な画像を得るために試料側の条件を変化させることも検討している。
またアポトーシス過程の可視化については、リン酸基の化学結合状態変化を検出できることが明らかとなったことから、細胞核においてアポトーシスの進行度合いの異なる試料を作製し、化学結合状態の違いの可視化を試みる。
|
Research Products
(29 results)
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Characteristics of laser produced plasmas of hafnium and tantalum in the 1-7 nm region2017
Author(s)
Bowen Li, Takamitsu Otsuka, Emma Sokell, Padraig Dunne, Gerry O’Sullivan, Hiroyuki Hara, Goki Arai, Toshiki Tamura, Yuichi Ono, Thanh-Hung Dinh, and Takeshi Higashiguchi
-
Journal Title
European Physical Journal D
Volume: 71
Pages: 278-287
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
[Journal Article] High ionization states observed in soft x-ray spectra from plasmas of second row transition elements produced by femtosecond laser pulses2017
Author(s)
Ragava Lokasani, Ellie Floyd Barte, Petr Gavrilov, Petr Hribek, Alexandr Jancarek, Domagoj Kos, Michal Nevrkla, Ladislav Pina, Takeshi Higashiguchi, Gerry O’Sullivan, and Jiri Limpouch
-
Journal Title
Journal of Physics B
Volume: 50
Pages: 145001-1-10
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
[Journal Article] Analysis of soft x-ray emission spectra of laser-produced dysprosium, erbium and thulium plasmas2017
Author(s)
John Sheil, Padraig Dunne, Takeshi Higashiguchi, Domagoj Kos, Elaine Long, Takanori Miyazaki, Fergal O’Reilly, Gerard O’Sullivan, Paul Sheridan, Chihiro Suzuki, Emma Sokell, Elgiva White, and Deirdre Kilbane
-
Journal Title
Journal of Physics B
Volume: 50
Pages: 065006-1-8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
[Journal Article] Lasing and thermal characteristics of Yb:YAG/YAG composite with atomic diffusion bonding2017
Author(s)
Siva Sankar Nagisetty, Patricie Severova, Taisuke Miura, Martin Smrz, Hitoe Kon, Miyuki Uomoto, Takehito Shimatsu, Masato Kawasaki, Takeshi Higashiguchi, Akira Endo, and Tomas Mocek
-
Journal Title
Laser Physics Letters
Volume: 14
Pages: 015001-1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
[Journal Article] Analysis of unresolved transition arrays in XUV spectral region from highly charged lead ions produced by subnanosecond laser pulse2017
Author(s)
Tao Wu, Takeshi Higashiguchi, Bowen Li, Goki Arai, Hiroyuki Hara, Yoshiki Kondo, Takanori Miyazaki, Thanh-Hung Dinh, Fergal O’Reilly, Emma Sokell, and Gerry O’Sullivan
-
Journal Title
Optics Communications
Volume: 385
Pages: 143-152
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
[Journal Article] Extreme ultraviolet spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device2017
Author(s)
Chihiro Suzuki, Izumi Murakami, Fumihiro Koike, Naoki Tamura, Hroyuki A. Sakaue, Shigeru Morita, Motoshi Goto, Daiji Kato, Hayato Ohashi, Takeshi Higashiguchi, Shigeru Sudo, and Gegard O’Sullivan
-
Journal Title
Plasma Physics and Controlled Fusion
Volume: 59
Pages: 014009-1-8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Biプラズマ光源水の窓軟X線顕微鏡のための Cr/Sc/Mo 多層膜コンデンサーミラーの開発2017
Author(s)
羽多野忠, 江島丈雄, 小野祐一, 陳文博, 近藤芳希, Thanh-Hung Dinh, 田村賢紀, 宜寿次拓弥, 原広行, 荒居剛己, 東口武史
Organizer
第14回Ｘ線結像光学シンポジウム
-
-
-
-
