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射线叠层成像是一种基于相干X射线衍射和迭代相位检索计算的无透镜X射线成像技术。本研究的目的是从方法开发、设备开发、分析技术开发三个角度推进X射线叠层成像技术，实现生物样品内部结构的高空间分辨率观察。去年，我们提出了“暗场X射线叠层成像”，通过在样品上游放置圆柱形结构并获取在线全息图来压缩衍射图案的强度动态范围，并通过计算机模拟验证了其有效性。那。今年，我们的目标是在大型同步加速器辐射设施 SPring-8 上演示这种方法。首先，以厚度为30 nm的塔西门子星测试图为样本，通过有柱状结构和无柱状结构两种方式获得衍射图。圆柱形结构的直径、高度和材料分别为100 nm、488 nm和Ta，并采用电子束光刻技术制造。我们使用两个衍射图案数据集开发了相位恢复算法并进行了相位恢复计算。结果，计算机模拟表明，与没有圆柱结构的情况相比，重建样本图像的空间分辨率和相位灵敏度得到提高，空间分辨率达到12 nm，相位灵敏度小于0.01 rad。。此外，我们将此方法应用于磁性细菌 MO-1。与塔西门子星测试图的情况一样，在有和没有圆柱形结构的情况下获得了衍射图案，并进行了相位恢复计算。从重建的样本图像中，可以清晰地看到作为 MO-1 的细胞器的磁小体。此外，我们能够解析形成磁小体的每个磁铁矿微粒，并且空间分辨率估计小于20 nm。如上所述，今年的研究成果是暗场X射线叠层成像技术的论证及其在生物样本内部结构观察中的应用。

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