3次元フォースマッピング法による生体分子-溶液界面の構造・機能可視化

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本研究では、これまでに開発されてきた、超低雑音FM-AFM技術および液中環境において動作する3次元フォースマッピング技術に基づいて、生体分子周囲の水和構造および静電的相互作用を可視化することで、生体膜上のさまざまな機能性分子の機能・構造を分子スケールでイメージングする手法を確立することを目的としており、今年度は、探針-試料間にはたらく相互作用力の定量的測定が可能なように装置を改良し、定量的3次元フォースマッピング法の確立に向けて注力した。FM-AFMにおいては、探針-試料間相互作用による共振周波数シフトを測定することで相互作用力を求めるが、液中においてカンチレバーを圧電素子などにより機械的に励振すると、カンチレバー近傍に位置する液体セルや試料ホルダーなどの機構部品の機械応答がカンチレバー振動に強く結合し、カンチレバーは理想的な共振周波数特性から大きく逸脱するため、結果的に定量的な力測定が困難になることが知られている。従って、これまでにもカンチレバーの励振には、光熱励振法などカンチレバー部分だけを局所的に励振する方法を用いて定量的相互作用力測定を行ってきたが、本研究では、光熱励振の高効率化、自励/検出系の高速化を行い、より複雑な表面構造をもつ生体試料上の3次元フォースマッピング法計測を可能にした。