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

使用超分辨率相差电子显微镜进行原子水平 DNA 基因组分析

• 批准号: 02J04515
• 负责人: 川崎 忠寛
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Nagoya University (2003)Osaka University (2002)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J04515/
• 关键词: DNA; 位相差電子顕微鏡法; 3次元フーリエフィルタリング法; 透過型電子顕微鏡; 原子レベル分解能; 球面収差補正; 電子光学素子; 計算機シミュレーション; 位相像再生; 3次元フーリエ解析; スルー・フォーカス像

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。

DNA molecular structure の は, X-ray inflexion か ら そ の tectonic が know ら れ て い る が, atomic レ ベ ル の structure は not だ な さ れ て い な い. そ の よ う な high decomposition can parse に は, through type electronic 顕 micro mirror (TEM) に よ る 観 examine が very に have sharper で あ る が, 従 to の TEM の "as the ideal な of は も の で は な く, poor 収 (poor に spherical 収) が residual し て い る こ と, focus を わ せ る と a similar が 観 examine で き な い こ と な ど が problem で あ っ た. に, DNA の よ う な raw body molecular は a similar で な け れ ば 観 examine す る こ と が で き な い た め, こ れ ま で は very な can decompose が 発 swing さ れ て い な か っ た. そ こ で this study で は, フ ォ ー カ ス の different な る plural pieces of portrait を with い る こ と で a similar が reconstitution で き る 3 dimensional フ ー リ エ フ ィ ル タ リ ン グ method と い う super solution as a difference between electronic 顕 を micro mirror method establishing し, そ れ を 応 with し て, DNA の atomic レ ベ ル 観 examine を try み て い る. A summary of に line なった research for this year を にまとめる. (1) a similar に お け る atomic positions reproducibility の quantitative evaluation 価 this gimmick に よ っ て have ら れ る alike は, sample が thin け れ ば atomic positions を right に reappearance す る こ と が may で あ る. そ の は accuracy, sample の thick さ が raised す ほ ど degradation す る が, DNA を 観 examine す る occasions で あ れ ば, ピ コ · メ ー ト ル で atomic の の precision position the intelligence が ら れ る こ と を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て Ming ら か に し た. (2) spherical 収 differential corrections の た め の electron optical element child の 発 driving three dimensional フ ー リ エ フ ィ ル タ リ ン グ diagram と わ せ て, spherical 収 difference correction element を electronic 顕 micromirror device に group み 込 む こ と で, さ ら な る high decomposition can turn が may と な る. そ こ で, そ の open 発 の paragraph 1 order と し て, computer シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line な う こ と で electron optical element child の tectonic に masato す る knowledge を have る こ と を try み た.

项目成果

T.Kawasaki, Y.Takai: "Quantitative Analysis of Phase Image Reconstructed by Three-dimensional Fourier Filtering Method"Proc. of 15th International Congress on Electron Microscopy. Vol.3. 435-436 (2002)

T.Kawasaki，Y.Takai：“三维傅立叶滤波法重建相位图像的定量分析”Proc。

T.Kawasaki, Y.Takai: "Phase Reconstruction with Simulataneous Correction of Spherical and Astigmatic Aberrations by Three-Dimensional Fourier Filtering Method"Surface and Interface Analysis. Vol.35 No.1. 51-54 (2003)

T.Kawasaki，Y.Takai：“通过三维傅立叶滤波方法同时校正球面和像散像差的相位重建”表面和界面分析。

T.Kawasaki, Y.Takai: "Principles of Phase Reconstruction with Aberration Correction using Three-dimensional Fourier Filtering Method"Porc. of Microscopy and Microanalysis 2002. Vol.1. 474-475 (2002)

T.Kawasaki，Y.Takai：“使用三维傅立叶滤波方法进行像差校正的相位重建原理”Porc。

高井義造, 川崎忠寛: "3次元フーリエフィルタリング法による金微粒子の球面収差補正位相像"まてりあ. Vol.41. 886-887 (2002)

Yoshizo Takai、Tadahiro Kawasaki：“使用三维傅立叶滤波方法校正细金颗粒的球面像差图像”，第 41 卷（2002 年）。

Y.Takai, T.Kawasaki, Y.Kimura: "Phase transmission electron microscopy with aberration correction based on active defocus modulation"Proc.of 3rd International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '03. Vol.1. 182 (2003)

Y.Takai、T.Kawasaki、Y.Kimura：“基于主动散焦调制的像差校正相透射电子显微镜”Proc.of 第三届新材料和器件原子级表征国际研讨会 03。