生体分子の可視化・計測技術

生体分子の可視化・計測技術は、最新鋭の走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用い、細胞、細菌、タンパク質、DNA等の生体試料測定で培った弊社の “柔かい”試料の測定や“液中”測定を行う高度な技術です。

走査型プローブ顕微鏡 (Scanning Probe Microscope:SPM)

数ナノメートルあるいは数マイクロメートル四方の領域を探針(Probe)で走査(Scanning)することで、表面の凹凸形状の画像化や探針-サンプル間に発生する量子力学的な相互作用を検出できる顕微鏡。大気中、溶液中、ガス中、真空中で観察ができ、サンプルによっては、原子像を得ることができる。

凹凸形状を測定するSPM

  • 走査型トンネル顕微鏡 (Scanning Tunneling Microscope:STM)
    1982年にIBMのZurich研究所で、Binning、Rohrer、Gerber、Weibelらにより開発された。
  • 原子間力顕微鏡 (Atomic Force Microscope:AFM)
    1986年にIBMのBinning、スタンフォード大のQuateらの共同研究から開発された。

凹凸形状測定以外のSPM

水平力(摩擦力)顕微鏡(LFM)、フォースモジュレーション、位相イメージング、磁気力顕微鏡(MFM)、電気力顕微鏡(EFM)、表面電位顕微鏡(SPoM)、電気化学AFM/STM(ECM)、キャパシタンス顕微鏡(SCM)、サーマル顕微(SThM)、ナノインデンテーション、近接場光学顕微鏡(NSOM or SNOM)  など

原子間力顕微鏡(AFM)の原理

AFMのプローブは一般にカンチレバー(片持ち梁)と呼ばれ、柔らかいレバーの先に先端の尖った針が付いたものである。これは光学顕微鏡の対物レンズに対応し、針先端が試料表面と接して力がかかると、その力に比例してレバーは撓む。この撓み量を計測することで、針-試料間に働く力を求めることができる。

図:原子間力顕微鏡(AFM)の原理 探針と試料を非常に近づけると、探針-試料間に量子力学的(ファン・デル・ワールス力等)な作用が働く。最適な相互作用の値になるように探針を上下させ、相互作用を一定に保つようにフィードバック回路でZ軸を制御しながら、XY面を走査する。XY面を走査した情報と、Z軸を制御した情報から、三次元の画像が形成される。

走査モード

図:走査モード

分子間力(結合力)測定原理

図:分子間力(結合力)測定原理

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