毎秒100フレーム取得可能な高速AFMの開発と実証応用研究

每秒100帧采集的高速AFM开发及示范应用研究

• 批准号: 22H00405
• 负责人: 安藤 敏夫
• 金额: $ 25.71万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00405/
• 关键词: 高速AFM; タンパク質; ダイナミクス; 分子プロセス; バイオイメージング; 低侵襲イメージング; 高速イメージング; 機能動態

代表者が開発した高速AFMは個々の蛋白質分子の動的な構造とプロセスを毎秒10画像（10 fps）前後の速度で直接可視化できる唯一の顕微鏡である。現在高速AFMは世界中で利用されているが、10 fpsでは観察できない動的現象や試料系が未だ多く存在する。本研究は、代表者が最近開発した新X走査法(OTI)の優れた低侵襲性能を、以前開発したダイナミックPIDフィードバック制御法(D-PID)と組み合わせるなどして、更に向上させ、最終的に100 fpsの実現を目指している。初年度である本年度は、OTIとD-PIDの組み合わせ効果を実証することから開始した。まず、D-PID回路を改造して、閾値を使ったフィードバックゲインの自動調整のパラメータ設定を容易にできるようにした。その結果、比較的脆弱なアクチン線維を対象にした場合、OTI単独では25 fps程度が限界であったが、OTIとD-PIDを組み合わせると、40-50 fpsにまでイメージング速度が向上した。この組み合わせが、フィードバック制御のどのような要素を改善するものであるのかを現在定量的に調べている。100 fpsを目指すには、ハードウェア側の更なる高速化に向けた改良も必須だが、主律速因子である微小カンチレバーの更なる微小化（共振周波数の更なる向上）はメーカーの協力なしには進まない。そこで、２つの戦略で進めた。第一は、メーカーとの共同開発、第二は、質量を見かけ上小さくするM値制御法の開発である。前者は開始したが、未だ成果はない。後者はカンチレバーの超音波励振で試み、共振周波数を2 MHz程度まで上げることができた。但し、超音波の水中伝搬による位相遅れの補償は不安定であるため、光励振用の光学系を作製した。装置開発と並行して、今後試す試料系の調製法を検討した。また、共同研究により、その時々の性能の高速AFMを使って応用研究を進めた。

The representative is the high-speed AFM, which directly visualizes the structure of the moving protein molecules in 10 images per second (10 fps) and the unique micromirror. In today's world of high-speed AFM, there is a phenomenon of unused motion and 10 fps inspection, as well as a large number of sample systems. The representative of this study has recently developed a new X-ray inspection method (OTI) with excellent low invasiveness, and has previously developed a new X-ray inspection method (OTI).クPID control method (D-PID) and group み合わせるなどして, more に上させ, and the final に100 fps の実appears を Eye refers to している. The first year of the year, the current year of the year, the OTI and D-PID group, the effect of the combination, the effect of the year, the start of the year.まず, D-PID loop modification して, threshold value ったフィードバックゲインのAutomatic adjustment of the のパラメータ setting is easy and easy.そのRESULTS, COMPARATIVE FRAGILE なアクチン线dimensional を対 resemble にした occasion, OTI 単多では25 The fps level is limited, the OTI D-PID group is combined, and the 40-50 fps speed is up.この集团み合せが, フィードバックcontrol のどのような Elements を Improvement するものであるのかをNow quantitative に Adjustment べている. 100 fps すには, ハードウェアlateral の update なる に directional けた improvement もnecessary, main rhythm factor であるTiny カンチレバーのなるminiaturization (resonance frequency number のchangerなるUP) はメーカーの合力なしには入まない.そこで、２つの戦论で进めた. The first one is joint development, the second one is the quality control method, the quality control method is open to the public. The former is the beginning and the end is not the end. The latter is a test of ultrasonic excitation and a resonance frequency of about 2 MHz. However, the ultrasonic wave is moved in water and the phase compensation is unstable, and the optical system for light excitation is manufactured. The device will be developed in parallel, and the preparation method of the sample system will be tested in the future.また、Joint research on により、その时々のperformance のHigh-speed AFM を use of って応応用 Research を Advance めた.

项目成果

High-speed atomic force microscopy in biology

生物学中的高速原子力显微镜

• 发表时间: 2022
• 作者: Matsuo Yoshitaka;Uchihashi Takayuki;Inada Toshifumi;Toshio Ando;Toshio Ando
• 通讯作者: Toshio Ando

液中生物ナノメーター世界の高速観察の実現

实现液体纳米世界中生物体的高速观测

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomomatsu Shota;Watanabe Atsuya;Tesina Petr;Hashimoto Satoshi;Ikeuchi Ken;Li Sihan;Matsuo Yoshitaka;Beckmann Roland;Inada Toshifumi;Toshio Ando;安藤敏夫;安藤敏夫;安藤敏夫
• 通讯作者: 安藤敏夫

NanoLSI Research Highlights

纳米LSI研究亮点

ATP energy usage in biomolecular machinery

生物分子机械中 ATP 能量的使用

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomomatsu Shota;Watanabe Atsuya;Tesina Petr;Hashimoto Satoshi;Ikeuchi Ken;Li Sihan;Matsuo Yoshitaka;Beckmann Roland;Inada Toshifumi;Toshio Ando
• 通讯作者: Toshio Ando

高速原子間力顕微鏡の仕組みと応用

高速原子力显微镜机理及应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomomatsu Shota;Watanabe Atsuya;Tesina Petr;Hashimoto Satoshi;Ikeuchi Ken;Li Sihan;Matsuo Yoshitaka;Beckmann Roland;Inada Toshifumi;Toshio Ando;安藤敏夫;安藤敏夫
• 通讯作者: 安藤敏夫