超解像位相差電子顕微鏡法による原子レベルDNAゲノム解析

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DNAの分子構造は、X線回折からその構造が知られているが、原子レベルの構造解析は未だなされていない。そのような高分解能解析には、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察が非常に有効であるが、従来のTEMの結像系は理想的なものではなく、収差(特に球面収差)が残存していること、焦点を合わせると位相像が観察できないことなどが問題であった。特に、DNAのような生体分子は位相像でなければ観察することができないため、これまでは十分な分解能が発揮されていなかった。そこで本研究では、フォーカスの異なる複数枚画像を用いることで位相像が再構成できる3次元フーリエフィルタリング法という超解像位相差電子顕微鏡法を確立し、それを応用して、DNAの原子レベル観察を試みている。本年度に行なった研究の概要を以下にまとめる。(1)再生位相像における原子位置再現性の定量評価本手法によって得られる位相像は、試料が薄ければ原子位置を正確に再現することが可能である。その精度は、試料の厚さが増すほど劣化するが、DNAを観察する場合であれば、ピコ・メートルの精度で原子の位置情報が得られることをシミュレーションによって明らかにした。(2)球面収差補正のための電子光学素子の開発3次元フーリエフィルタリング法と合わせて、球面収差補正素子を電子顕微鏡装置に組み込むことで、さらなる高分解能化が可能となる。そこで、その開発の第1段階として、計算機シミュレーションを行なうことで電子光学素子の構造に関する知見を得ることを試みた。