Development of super-resolution three-dimensional non-fluorescent single particle tracking method for nanospaces utilizing light scattering

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100 nm空間の流体科学・工学の進展に伴い、表面支配の極小空間における溶質分子輸送現象を解明する超解像度計測法が重要となっている。しかし、従来の超解像度計測法の大多数は蛍光を用いるため、溶質分子に相当する数nmサイズの粒子には適用できない。本研究では、独自の技術と方法論に基づき光散乱を用いた新たな超解像度非蛍光1粒子追跡法の開発を目的とする。具体的には、研究項目A：計測システムの構築とナノ粒子像の検出、研究項目B：ナノ粒子像解析法の構築と超解像度分解能の検証、研究項目C：ナノ流路における非蛍光1粒子追跡の検証、研究項目D：ナノ流路における非蛍光1分子追跡への応用に取り組む。2022年度は、研究項目Aに取り組んだ。ナノ流路を流れるナノ粒子からの散乱光を周囲の反射光との干渉を利用して検出するために、連続光レーザと高速度カメラを用いた計測システムを構築した。周囲の反射光はバックグラウンドとして計測におけるS/B比の低下も招くことから、ナノ流路のガラス材質、流路加工の有無、ナノ流体デバイスの構造が干渉散乱光検出におけるバックグラウンドに及ぼす影響を評価した。その結果、デバイス構造に由来するバックグラウンドについては光学系を工夫すれば大幅に低減できること、ドライエッチングによる流路加工はバックグラウンドにほとんど影響しないことを見出した。また、バックグラウンドを低減するガラス材質として石英ガラスが最適であることも明らかにした。以上の検討にもとづき、ナノ流路を流れるポリスチレンナノ粒子から生じる干渉散乱光を検出することに成功した。この結果にもとづき、次年度はナノ流体デバイスの構造と計測システムの光学系を最適化し、ナノ流路を流れる10 nmサイズのナノ粒子から生じる干渉散乱光の検出の検証に取り組む。