Selective observation of protein secondary structure by IR super-resolution microscopy based on nonlinear optical effects

基于非线性光学效应的红外超分辨显微镜选择性观察蛋白质二级结构

• 批准号: 22H02111
• 负责人: 酒井 誠
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Okayama University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02111/
• 关键词: 赤外超解像; 非線形光学; タンパク質二次構造; ナノ空間; イメージング

本研究は、様々な機能性生体試料に対して２種類の超解像赤外分光イメージングを適用することで、生体試料中の特定のタンパク質二次構造の選択的観察を実現し、分布・配向・濃度を含めた精密な分子構造解析により、新たな「ナノ空間局所構造解析」法の確立を目指している。具体的な研究計画の手順としては、１）四光波混合を利用した赤外超解像顕微鏡の開発、２）羽毛サンプルを標準試料としてシステムの性能評価、３）新規生体試料の探求、の３つのテーマに分類して研究推進する。２２年度は、１）四光波混合を利用した赤外超解像顕微鏡部分の開発・整備を中心に作業を行った。具体的には、既存のVSFG検出赤外超解像顕微鏡システムの光学系と全く同じレイアウトで併用することで、VSFG法と四光波混合法による赤外顕微鏡観察の切り替えを簡略化することができ、同一試料に対して両者の超解像赤外分光イメージを得ることに成功した。その一方で、四光波混合光は極めて微弱であったため、研究の進捗に応じて、検出感度向上の対策を今後は検討したい。また、検出している信号がVSFG光であるか四光波混合光であるかを発光スペクトルで確認できるように分光器も取り付けた。新規開発した四光波混合検出赤外超解像顕微鏡システムの空間分解能、エネルギー分解能、検出感度等の性能評価は羽毛サンプルを標準試料として行った。また、本研究で得られた研究成果については、論文・学会等で発表を行い、情報発信した。なお、本研究では、試料作成を強力に推進することが最重要課題と考え、ウルトラミクロトームを１０月に新規購入する計画を立てていたが、業者からの納品が大幅に遅れて３月にずれ込むこととなった。そのため、試料作成部分の整備については順調に研究推進することが困難であった。

This study aims to investigate the application of two kinds of ultra-resolution infrared spectroscopy methods for functional biological samples, to detect, distribute, align, and concentrate specific organic secondary structures in biological samples, and to establish a new method for the analysis of molecular structures. The detailed research plan is as follows: 1) Development of infrared ultra-resolution micro-mirror using four-light wave mixing; 2) Performance evaluation of feather sample; 3) Exploration of new biological sample; 3) Classification and research progress. In 2002, the development and maintenance center of four-light wave mixing system was established. The optical system for detecting infrared super-resolution micro-mirrors by VSFG method and four-wave mixing method is simplified. The four light waves are very weak, and the research progress is very sensitive. The signal is detected by a spectroscope, and the signal is detected by a four-wave mixed light. The new regulations are developed to evaluate the performance of the four-wave hybrid system, such as spatial resolution energy, biological resolution energy, detection sensitivity, etc. This research has been conducted in the form of research results, papers and societies, etc. The most important issue of this study is to make a strong contribution to the preparation of samples. The new regulations for the purchase of products in October will be established in March. The preparation of the sample is difficult.

项目成果

２種類の赤外超解像顕微鏡を用いた動物毛の内部構造観察

使用两种红外超分辨率显微镜观察动物毛发的内部结构

• 发表时间: 2023
• 作者: 古和田丈人;野津山駿;高橋広奈;酒井誠
• 通讯作者: 酒井誠

赤外超解像顕微鏡による爪ケラチンタンパク質の分布・配向観察

红外超分辨显微镜观察指甲角蛋白的分布和方向

• 发表时间: 2022
• 作者: 高橋広奈;伊田哲也;片山康平;酒井誠
• 通讯作者: 酒井誠

二波長レーザー分光法を利用した生体試料内部の赤外超解像イメージング

使用双波长激光光谱对生物样品内部进行红外超分辨率成像

• 发表时间: 2023
• 作者: Izumiya Rumi;Atobe Mahito;Shida Naoki;酒井誠
• 通讯作者: 酒井誠

赤外超解像顕微鏡による毛髪の内部構造観察ー熱処理・化学処理の影響についてー

使用红外超分辨率显微镜观察头发的内部结构 - 热处理和化学处理的效果 -

• 发表时间: 2023
• 作者: 岡野夏暉;石川大翔;高橋広奈;酒井誠
• 通讯作者: 酒井誠

赤外超解像顕微鏡による爪ケラチンタンパク質二次構造の選択的観察

使用红外超分辨率显微镜选择性观察指甲角蛋白二级结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 高橋広奈;片山康平;伊田哲也;酒井誠
• 通讯作者: 酒井誠