クライオ電子顕微鏡による多様な材料分析を可能とする有機溶媒急速凍結法の確立

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 23H05219
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: 2190:Physical chemistry, functional solid state chemistry, organic chemistry, inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, polymers, organic materials, inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, biomolecular chemistry and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Unabara Daisuke 東北大学, 多元物質科学研究所, 技術一般職員
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: クライオ電子顕微鏡 / 有機溶媒 / トモグラフィー

Outline of Final Research Achievements

有機溶媒試料の凍結において、レース状グリッドを用いることで高効率かつ再現良く凍結膜が形成出来ることが分かった。凍結膜の形成効率は、有機溶媒と支持膜の親和性、支持膜上に空いた孔の大きさ・形状等に大きく左右されることが示唆された。
検討に用いたいくつかの有機溶媒について、寒剤として液体エタンを用いた場合には凍結膜の形成・維持が困難であったが、液体窒素を用いることで凍結可能な条件を見出すことが出来た。
金ナノ粒子を分散させたメタノールの凍結グリッドを作製し、トモグラフィー測定についても検討を行った。得られた傾斜像から、三次元再構成を行い、粒子間距離や凍結膜厚等を評価可能であることを示すことが出来た。

Free Research Field

機器分析化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、有機溶媒試料の凍結に適したグリッドや寒剤、凍結条件を見出し、実際に、金ナノ粒子が分散した試料溶液のクライオ電子顕微鏡観察が可能であることを実証した。クライオ電子顕微鏡法では水溶液試料を用いることが一般的であるが、本研究成果によって、有機溶媒試料へも適用範囲が広がり、生命科学研究のみならず、材料科学研究への応用が可能となる。特に、従来観察困難であった樹脂、油脂、塗料・インク等、広範な液体材料のクライオ電子顕微鏡による構造観察が可能となり、材料研究の飛躍が期待される。