熱ゆらぎ高速AFMによる構造物性可視化技術の開発

利用热波动高速AFM的结构特性可视化技术的开发

• 批准号: 21K18883
• 负责人: 山本 大輔
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Fukuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18883/
• 关键词: 走査プローブ顕微鏡; 原子間力顕微鏡; 生物物理; 脂質膜; 1分子計測; 蛋白質

本研究課題では、原子間力顕微鏡（AFM）の測定に用いるカンチレバーの熱揺らぎを利用してナノ構造物性を可視化する測定法を開発する。カンチレバーの熱揺らぎには弾性エネルギーと運動エネルギーに相当する信号が含まれており、これらを利用することによりカンチレバーの熱力学パラメーターを評価し、試料の表面物性を解析する。昨年度は、カンチレバーの先端に取り付けられた探針が試料表面と相互作用する際に、カンチレバー熱揺らぎのたわみ信号と速度信号がそれぞれどのような変化を示すか評価を行い、試料の物性に応じて熱揺らぎ信号に差が生じることを明らかにした。また、熱揺らぎ速度信号に含まれるノイズが測定精度を下げていることを明らかにした。今年度は、はじめに、熱揺らぎ速度信号のさらなる低ノイズ化に取り組んだ。そのために、速度信号測定回路の構成を見直し、速度信号のシグナルノイズ比の向上を行った。標準試料としてDPPCとDOPCで構成される平面脂質膜を測定し、AFM測定において表面構造画像と同時に得られる運動エネルギー画像のコントラストが大幅に向上していることを確認した。つぎに、探針と試料との距離を変化させながらカンチレバーの信号を計測するフォースカーブ測定において、たわみ信号と速度信号を同時に取得できるようにAFM装置の改変を行った。本測定においては、高いサンプリングレートでデータを取得し、また、データを解析するプログラムを新しく構築することにより、探針と試料との間の距離に対するカンチレバー信号のスペクトルの変化を解析することが可能になった。これにより、試料の表面物性に応じたカンチレバーの熱揺らぎ変化を詳細に評価できると考えられる。

This research topic で は, interatomic force 顕 に measure micro mirror (AFM) の い る カ ン チ レ バ ー の hot 揺 ら ぎ を using し て ナ ノ structure sex を visualization す る measurement を open 発 す る. カ ン チ レ バ ー の hot 揺 ら ぎ に は 弾 sex エ ネ ル ギ ー と movement エ ネ ル ギ ー に quite す が contain ま る signal れ て お り, こ れ ら を using す る こ と に よ り カ ン チ レ バ ー の thermodynamics パ ラ メ ー タ ー を review 価 し, try の を analytic surface physical properties す る. Yesterday annual は, カ ン チ レ バ ー の apex に take り pay け ら れ た probe が と sample surface interaction す る interstate に, カ ン チ レ バ ー hot 揺 ら ぎ の た わ み signals と speed が そ れ ぞ れ ど の よ う な variations change を shown す か review 価 を い, sample の property に 応 じ て hot 揺 ら ぎ born poor signal に が じ る こ と を Ming ら か に し た. ま た, hot 揺 ら ぎ speed signal に ま れ る ノ イ ズ が measurement accuracy under を げ て い る こ と を Ming ら か に し た. This year, the <s:1>, じめに じめに, and thermal らぎ velocity signals are <s:1> さらなる with low ノ ズ ズ and ズ. Youdaoplaceholder5 is taken as the んだ group んだ. Youdaoplaceholder0 ために ために, the speed signal measurement circuit <e:1> is composed of を as shown in the straight line, and the speed signal <s:1> シグナ ノ ノ ズ ズ ズ is in the を line った above the そ. Standard sample と し て DPPC と DOPC で constitute さ れ る plane determination of lipid membrane を し, AFM に お い て surface structure portrait と while に ら れ る movement エ ネ ル ギ ー portrait の コ ン ト ラ ス ト が に sharply upward し て い る こ と を confirm し た. つ ぎ に, probe と sample と を の distance variations change さ せ な が ら カ ン チ レ バ ー を の signal measuring す る フ ォ ー ス カ ー ブ determination に お い て, た わ み while signals と speed を に get で き る よ う に AFM device の change - line を っ た. This determination に お い て は, high い サ ン プ リ ン グ レ ー ト で デ ー タ を obtain し, ま た, デ ー タ を parsing す る プ ロ グ ラ ム を new し く build す る こ と に よ り, probe と sample と の distance between の に す seaborne る カ ン チ レ バ ー signal の ス ペ ク ト ル の variations change を parsing す る こ と が may に な っ た. こ れ に よ り, try の surface property に 応 じ た カ ン チ レ バ ー の hot 揺 ら ぎ variations change を に detailed review 価 で き る と exam え ら れ る.

项目成果

熱揺らぎ一定モード原子間力顕微鏡の開発

恒定热波动模式原子力显微镜的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: Yukiko Kamiya;Fuminori Sato;Tomonari Mizuno;Hiroyuki Asanuma;藤田恭之;Kiyoshi Takeda;山本大輔
• 通讯作者: 山本大輔

高速 AFM によるグラナ膜に内在する PSII 側方運動の可視化

使用高速 AFM 可视化 Grana 膜内的 PSII 横向运动

• 发表时间: 2021
• 作者: 井手美里;山本大輔
• 通讯作者: 山本大輔

AFM Imaging of Biological Macromolecules on Supported Lipid Bilayers

支持脂质双层上生物大分子的 AFM 成像

• DOI: 10.5360/membrane.47.10
• 发表时间: 2022
• 期刊: MEMBRANE
• 作者: En Yu;Yamaji Naoki;Ma Jian Feng;Yamamoto Daisuke
• 通讯作者: Yamamoto Daisuke

Observation of photosynthetic proteins in thylakoid membrane by high-speed atomic force microscopy

高速原子力显微镜观察类囊体膜中的光合蛋白

• 发表时间: 2022
• 作者: Huang Sheng;Ma Jian Feng;Yamamoto D
• 通讯作者: Yamamoto D

チラコイド膜中に存在する光化学系II超複合体の高速AFMによる可視化

使用高速 AFM 对类囊体膜中存在的光系统 II 超级复合物进行可视化

• 发表时间: 2022
• 作者: Rintaro Kobayashi;Taiji Chida;Tsugumi Seki;Yuichi Niibori;小林凜太朗，千田太詩，関亜美，新堀雄一;小林凜太朗，関亜美，千田太詩，新堀雄一;Yamamoto Daisuke;Daisuke Yamamoto;山本大輔
• 通讯作者: 山本大輔