走査型Ｘ線回折トモグラフィーによる３次元ナノメートル空間分解バイオイメージング

使用扫描 X 射线衍射断层扫描进行三维纳米空间分辨生物成像

基本信息

批准号：
13J02959
负责人：
鈴木明大
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

X線タイコグラフィとは、コヒーレントX線回折と反復的位相回復計算に基づく、レンズを用いないX線イメージング技術である。本研究の目的は、手法開発・装置開発・解析技術開発の3つの観点からX線タイコグラフィを高度化させ、生体試料の高空間分解能内部構造観察を実現することである。前年度に我々は、試料の上流に円柱構造体を配置しインラインホログラムを取得することで、回折パターンの強度ダイナミックレンジを圧縮する“暗視野X線タイコグラフィ”を提案し、計算機シミュレーションによって有効性を確かめた。本年度は、大型放射光施設SPring-8において本手法の実証を目指した。はじめに、試料に厚さ30 nmのTaジーメンススターテストチャートを用いて、円柱構造体がある場合とない場合の2通りで回折パターンを取得した。円柱構造体の直径、高さ、材質はそれぞれ100 nm、488 nm、Taであり、電子線リソグラフィ技術を用いて作製した。2つの回折パターンデータセットを利用する位相回復アルゴリズムを開発し、位相回復計算を行った。その結果、計算機シミュレーションで示唆されていた通り、再構成された試料像の空間分解能と位相感度は円柱構造体を利用しない場合と比較して向上し、12 nmの空間分解能、0.01 rad以下の位相感度を達成した。さらに本手法を磁性細菌MO-1へ応用した。Taジーメンススターテストチャートの場合と同様に、円柱構造体がある場合とない場合で回折パターンを取得し、位相回復計算を行った。再構成された試料像より、MO-1の細胞小器官であるマグネトソームが鮮明に確認できた。さらに、マグネトソームを形成するマグネタイト微粒子の一つ一つを解像できており、空間分解能は20 nm以下と見積もられる。以上のように、暗視野X線タイコグラフィを実証し、生物試料の内部構造観察に応用したことが今年度の研究成果である。

X射线鼓声是一种基于连贯的X射线衍射和重复的相恢复计算的无镜头X射线成像技术。这项研究的目的是从三个角度改善X射线鼓：方法开发，设备开发和分析技术开发，并实现高空间分辨率的内部结构观察生物样品。在上一年，我们提出了“暗场X射线鼓”，它通过在样品上游上游放置圆柱结构并获得直列全息图，从而压缩了衍射模式的强度动态范围，并通过计算机模拟确认了其有效性。今年，我们旨在在较大的同步加速器辐射设施弹簧-8中证明这种方法。首先，使用有或没有圆柱结构的TA SIEMENS Star测试图，以两种方式获得衍射图，厚度为30 nm。圆柱结构的直径，高度和材料分别为100 nm，488 nm和Ta，并使用电子束光刻技术制造。开发了使用两个衍射模式数据集的相恢复算法，并进行了相恢复计算。结果，与计算机模拟所建议的那样，与使用圆柱结构时相比，重建样品图像的空间分辨率和相位灵敏度得到了改善，达到12 nm的空间分辨率和0.01 rad或更少的相位灵敏度。此外，该方法应用于磁性细菌MO-1。与TA Siemens Star测试图一样，使用有圆柱结构的衍射模式，并进行了相恢复计算。重建的样品图像清楚地显示了磁体，即Mo-1的细胞器。此外，可以分辨出形成磁体的每个磁铁矿细颗粒，并且空间分辨率估计低于20 nm。如上所述，今年的研究结果通过黑场X射线鼓学证明，并将其应用于对生物样品内部结构的观察。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Development of high-accuracy x-ray ptychography apparatus

高精度X射线叠层描记仪的研制

DOI：
10.1088/1742-6596/463/1/012039
发表时间：
2013
期刊：
Journal of Physics : Conference Series
影响因子：
0
作者：
A. Suzuki;Y. Senba;H. Ohashi;Y. Kohmura;K. Yamauchi;T. Ishikawa;and Y. Takahashi
通讯作者：
and Y. Takahashi

暗視野X線タイコグラフィによる弱位相物体の高分解能イメージング

使用暗场 X 射线叠层成像技术对弱相物体进行高分辨率成像

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
鈴木明大;下村啓;広瀬真;Nicolas Burdet;高橋幸生
通讯作者：
高橋幸生

Dark-field X-ray ptychography

DOI：
10.1364/oe.23.016429
发表时间：
2015-06-15
期刊：
OPTICS EXPRESS
影响因子：
3.8
作者：
Suzuki, Akihiro;Takahashi, Yukio
通讯作者：
Takahashi, Yukio

X線タイコグラフィによる磁性細菌の観察

X射线叠层描记法观察磁性细菌

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
医学生物学電子顕微鏡技術学会誌
影响因子：
0
作者：
鈴木明大;下村啓;古宅伸;高橋幸生
通讯作者：
高橋幸生

マルチスライスアプローチを用いた高分解能X線タイコグラフィー

使用多切片方法的高分辨率 X 射线叠层成像

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
鈴木明大;古宅伸;下村啓;山内和人;香村芳樹;石川哲也;高橋幸生
通讯作者：
高橋幸生

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通讯作者：
鈴木明大