原子間力顕微鏡とフェムト秒レーザーを用いた植物組織の微小領域の力学計測

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本研究では、マイクロ流体デバイス、原子間力顕微鏡（AFM）、フェムト秒レーザーを用いて、植物細胞が刺激として受容する力学作用の特性とそれに対する応答を明らかにする。近年、植物試料の力学特性計測にAFMが多く用いられており、その課題として、外力を付加する際に植物試料がガタつき、標的微小領域への外力の付加や応答の検出が乱される点が挙げられる。この点を、ポリジメチルシロキサン（PDMS）を用いて植物試料を傷めずに安定して固定できるデバイスを作製することで解決し、AFM・フェムト秒レーザーと組み合わせた力学計測を行う。平成28年度の前半は、PDMSデバイスを安定して作製できる環境・体制を整えた。また、PDMSデバイスの他にも、より簡便に植物試料を保持できるデバイスに関しても探索を進めた。その結果、ガラス基板に穴や溝を作製することで、比較的大きい植物試料（mmスケール）をAFM下で固定することに成功した。これらの保持デバイスを用い、シロイヌナズナの芽生えの力学計測を行い、その形状依存性について考察した。この結果は、第64回応用物理学会春季学術講演会にて発表した。さらに、平成29年度に実施予定であったフェムト秒レーザー誘起衝撃力を用いた力学特性計測の原理検証実験をゼブラフィッシュ胚を用いて行った。ゼブラフィッシュ胚は受精後12時間程度までは球形であり、植物組織に比べてシンプルな形状なため、原理検証実験の試料に用いた。その結果、フェムト秒レーザー誘起衝撃力をゼブラフィッシュ胚に付加することで微小な変位を引起し、それをAFMで検出することに成功した。さらに、変位の解析には有限要素解析を導入し、胚を伝搬する応力波に関する考察を行った。この結果は、RIEC International Workshop on Biomedical Optics 2017にて発表した。