Development of the next-generation high-speed AFM and detailed dynamic behavior analysis of biomolecules

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本年は、昨年度までに開発に成功していた高速振幅計測器を実用化するために、広帯域の電子回路の製作得意とする企業とともに更なる広帯域化と操作性を向上させた電子回路を共同開発した。自作したものの帯域の数倍の高速化が見込まれている。また、昨年度までに開発していた超小型高速カンチレバーの変位をより精密に計測するために、変位計測のためのレーザースポットの微小化に取り組んだ。レーザースポット径を精密に計測する手法を開発し、レーザーダイオード、コリメーションレンズ、対物レンズを検討することで、従来のスポット径の21%程度にまでスポット径を微小化することができた。さらに、昨年度までに考案していた逆伝達関数法とアクティブダンピング法を組み合わせた電子回路（共振コントローラー）では、Zスキャナーの共振周波数とQ値を一緒にコントロールできることが実証できたため特許出願を行った（特願2022-141581）。また、開発途中の次世代型高速AFMを用いて、バイオ応用研究を進めた。たとえば、慢性腎臓病や骨粗鬆症などに関与するビタミン D 代謝酵素の過剰発現を抑えるために、ビタミン D 代謝酵素とDNAアプタマーの複合体の観察に成功した（ACS applied materials & interfaces誌）。また、新規のゲノム編集タンパク質CRISPR-Cas3が、狙ったDNA配列周辺のDNAを大規模に切断する様子の直接観察に成功した（Nat. Commun.誌）。その他にも、微小管結合タンパク質であるEB1とSka1の複合体（J. Biol. Chem.誌）、アクチン結合タンパク質であるRng2がミオシンIIの運動の下げること（Life Science Alliance誌）などを明らかにした。これにより開発した顕微鏡装置の性能を示すとともに、生物学的に意義深い新知見を得ることができた。