コヒーレントＸ線回折イメージングによるソフトマター空間階層構造可視化技術の開発

相干X射线衍射成像软物质空间层次结构可视化技术的发展

• 批准号: 15J01831
• 负责人: 小林 周
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J01831/
• 关键词: コヒーレントX線回折イメージング; 細胞イメージング

コヒーレントX線回折イメージング(CXDI)は、マイクロメートルサイズの非結晶粒子丸ごとを数十~数nmの分解能で可視化する構造解析手法である。CXDI実験ではX線を試料に照射して得られる回折強度パターンからX線入射方向に投影した電子密度像を回復する。本研究では、X線自由電子レーザー(XFEL)及び第三世代放射光光源を用いたCXDI実験技術の開発を行っている。本年度の成果を以下2点について報告する。1. XFEL光源の性質について評価鮮明な回折強度パターンを得るためには、入射X線光源に高強度かつ高い空間コヒーレンスが要求される。XFEL施設SACLAでは、X線パルスをミラーで集光して、約2x2マイクロメートル四方の集光点領域に10の10乗/パルスもの光子を提供する。1パルスで信号対雑音比の良い回折X線を記録できるが、X線パルスが照射された物質はクーロン爆発を起こして破壊されてしまうため、検出器等の計測器を集光点に設置することはできない。そのため、集光点での空間コヒーレンスが高いか否か評価することは非常に困難であった。そこで、本研究では、一昨年度に開発した試料調整手法及び試料固定照射装置を用いて取得できる金コロイド粒子の回折強度パターンから空間コヒーレンスを1パルスごとに評価する手法を考案した。本手法を用いて、集光点における空間コヒーレンスがほぼ完全であることが明らかとなった。2. SPring-8におけるCXDIトモグラフィー実験第三世代放射光施設SPring-8のBL29XULでは試料を回転させながら配向ごとの回折強度パターンを取得し、三次元電子密度分布を回復するCXDIトモグラフィー実験を実施した。本年度は、試料調整手法における条件によって得られる細胞試料の電子密度分布に影響することが明らかとなった。得られた知見より最適な試料調整手法を確立する見通しを得た。

コ ヒ ー レ ン ト X-ray inflexion イ メ ー ジ ン グ CXDI は, マ イ ク ロ メ ー ト ル サ イ ズ の noncrystalline particles pill ご と を dozens to several nm の can decompose で visualization す る structure parsing technique で あ る. CXDI be 験 で は X-ray を sample に irradiation し て have ら れ る inflexion strength パ タ ー ン か ら X-ray incident direction projection し に た electron density as を reply す る. This study で は, X-ray free electrons レ ー ザ ー (XFEL) and び radiation light source を using the third generation い た CXDI be 験 technology の open 発 を line っ て い る. The following are the two points of the を achievements of this year: に て て report する. 1. XFEL light の nature に つ い て review 価 distinct な inflexion strength パ タ ー ン を have る た め に は, incident X-ray source に か high strength high つ い space コ ヒ ー レ ン ス が requirements さ れ る. XFEL facilities SACLA で は, X-ray パ ル ス を ミ ラ ー で concentrated し て, about 2 x2 マ イ ク ロ メ ー ト ル sifang の set light field に 10 の 乗 / パ ル ス も の photon を provide す る. 1 パ ル ス で signal 雑 seaborne sounds good than の い inflexion X-ray を record で き る が, X-ray パ ル ス が irradiation さ れ た material は ク ー ロ ン detonation 発 を up こ し て broken 壊 さ れ て し ま う た め, の 検 out meter sensor を set points に set す る こ と は で き な い. そ の た め, set points で の space コ ヒ ー レ ン ス が high い か no か review 価 す る こ と は very difficult に で あ っ た. そ こ で, this study で は, a yesterday's annual に 発 し た try adjusting technique and び material fixed irradiation device を い て obtain で き る gold コ ロ イ ド particle の inflexion strength パ タ ー ン か ら space コ ヒ ー レ ン ス を 1 パ ル ス ご と に review 価 す る gimmick を test case し た. This technique を い て, set points に お け る space コ ヒ ー レ ン ス が ほ ぼ completely で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. 2. SPring - 8 に お け る CXDI ト モ グ ラ フ ィ ー be 験 emissive third generation facilities SPring - 8 の BL29XUL で は sample を back planning さ せ な が ら match to ご と の inflexion strength パ タ ー ン を し, three dimensional electron density distribution を reply す る CXDI ト モ グ ラ フ ィ ー be 験 を be applied し た. は, try this year is expected to adjust tactics に お け る conditions に よ っ て have ら れ る cell sample の electron density distribution に す る こ と が Ming ら か と な っ た. It is found that られた the most suitable な sample adjustment method を is established in する, and the general <s:1> を is た.

项目成果

低温コヒーレントX線回折イメージング・ トモグラフィー実験による細胞試料の三次元構造解析

利用低温相干X射线衍射成像和断层扫描实验对细胞样品进行三维结构分析

• 发表时间: 2018
• 作者: 小林 周;高山裕貴;関口優希;大出真央;福田朝陽;山本隆寛;岡島公司;苙口友隆;香村芳樹;山本雅貴;中迫雅由
• 通讯作者: 中迫雅由

Three-dimensional structure of Cyanidioschyzon merolae by using coherent X-ray diffraction imaging tomography at cryogenic temperature

利用低温相干 X 射线衍射成像断层扫描技术研究 Cyanidioschyzon merolae 的三维结构

• 发表时间: 2017
• 作者: 小林周;高山裕貴;関口優希;大出真央;福田朝日;岡島公司;苙口友隆;松永幸大;幸村芳樹;山本雅貴;中迫雅由
• 通讯作者: 中迫雅由

Automated data analyses for 3D structural reconstruction of yeast nuclei in coherent diffraction imaging using X-ray free-electron laser

使用 X 射线自由电子激光进行相干衍射成像中酵母细胞核 3D 结构重建的自动数据分析

• 发表时间: 2016
• 作者: 関口優希;小林周;岡島公司;苙口友隆;中迫雅由;山本雅貴
• 通讯作者: 山本雅貴

Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of cellar organelles by using XFEL

使用 XFEL 对细胞器进行低温相干 X 射线衍射成像

• 发表时间: 2015
• 作者: Y. Sekiguchi;A. Kobayashi;T. Oroguchi;M. Nakasako;Y. Takayama;M. Yamamoto;Y. Inui;S. Mastunaga;Y. Ichikawa;H. Kurumizaka;M. Shimizu
• 通讯作者: M. Shimizu

XFEL低温コヒーレント回折イメージングによる 異なる細胞周期における酵母細胞核の構造解析

使用 XFEL 低温相干衍射成像对不同细胞周期期间酵母细胞核的结构进行分析

• 发表时间: 2018
• 作者: 山本隆寛;関口優希;小林周;大出真央;福田朝陽;岡島公司;苙口友隆 ;山本雅貴;中迫雅由
• 通讯作者: 中迫雅由