Molecular electron microscopy for dynamic studies on molecules and their assemblies

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2021年度は，2020年度に導入した高速カメラを活用して，3次元情報の取得，電子線と有機分子の相互作用の本質および機械的刺激と化学現象の関連の解明，電顕試料の担持法の開発を中心に研究進めることで「動的分子電子顕微鏡学」の確立に向けた取り組みを進めた. 1)　3次元情報取得に向けたハードおよびソフトウエア整備:「電圧可変，温度可変，収差補正，高速カメラ，ノイズ・振動除去ソフト」を備えたSMART-EM研究に特化した世界唯一の電顕を最大限に活用して分子三次元情報の時間展開，すなわち四次元情報の取得に挑んだ．既設のOneViewカメラでの予備的検討では，サンプル分子の配座変化がかなり早いために像のブレが生じて望みの結果が得られていない．そこでベンチマークとしてカーボンナノチューブ（CNT）の立体構造決定を取り上げ，K3-ISカメラのための自動焦点合わせソフトの開発から検討を開始し，所期の成果を得た. 2)機械的刺激と化学現象の関連の解明:化学現象が機械的振動によって影響を受けるという現象は，これまでの化学の標準的な考え方の範疇を超えた発見である.この問題を精査するために、カメラの高速性能を活かして，化学反応と振動の関係を原子レベルで調べ，食塩結晶の成長が入れ物であるCNTの振動と同期していることを発見した．3)電子線と有機分子の相互作用の本質の解明:電顕観察下での電子線と有機分子の相互作用の本質を解明するために，有機結晶の電子回折のシグナル強度の減衰のキネティクスを測定して，減衰が一次速度式に乗ることを発見した．4)試料担持の新手法開発:電顕観察を実施する上での鍵の1つが試料担持の仕組みである．フラーレンの形成する二重膜構造の調製法を開発し、それを透過及び走査電顕観察に役立つサンプル支持膜としての開発を進めた.