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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本研究主题中，我们将开发一种测量方法，该方法使用用于测量的悬臂的热波动可视化纳米结构的特性，用于测量原子力显微镜（AFM）。悬臂的热波动包含对应于弹性能和动能的信号，通过使用这些信号，评估了悬臂的热力学参数，并分析了样品的表面特性。去年，当连接到悬臂尖端的探针与样品表面相互作用时，偏转信号的变化和悬臂热波动的速度信号显示，表明在热波动信号中发生差异，具体取决于样品的物理特性。还发现，热波动速度信号中包含的噪声降低了测量精度。今年，我们首先致力于进一步降低热波动速度信号的噪声。为此，审查了速度信号测量电路的结构，以提高速度信号的信号噪声比。测量了由DPPC和DOPC组成的平面脂质膜，测量了标准样品，并证实，在AFM测量中同时获得的表面结构图像和动能图像的对比显着改善。接下来，在更改探针和样品之间的距离时测量来自悬臂的信号的力曲线测量值，对AFM设备进行了修改，以便可以同时获得偏转信号和速度信号。在此测量中，可以以较高的采样率获取数据，并可以构建用于分析数据的新程序，从而相对于探针和样品之间的距离分析悬臂信号频谱的变化。这可以被认为能够根据样品的表面特性详细评估悬臂热波动的变化。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
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

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
影响因子：
0
作者：
En Yu;Yamaji Naoki;Ma Jian Feng;Yamamoto Daisuke
通讯作者：
Yamamoto Daisuke

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

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