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凍結溶媒内のナノ材料の元素分布を直接可視化できる技術を開発 ?生命科学から材料科学に至る広範な物質研究への寄与に期待?

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所 技术职员 海原大辅

多元物质科学研究所 教授 米仓功治、准教授 濵口祐

多元物质科学研究所 准教授 佐藤庸平

【発表のポイント】

  • クライオ电子顕微镜を用いた新たな元素マッピング技术を开発しました。
  • 冻结溶媒内のナノ粒子や粒子表面を修饰するタンパク质に由来する元素の検出と可视化に成功しました。
  • 冻结溶媒内のナノ粒子から、生体の构成元素であるカルシウムやリンの検出?可视化に成功しました。
  • 広范な物质研究における新しい分析?评価技术となることが期待されます。

【概要】

タンパク质などの构造を调べる际、试料を急速冻结した后、液体窒素で极低温を维持したまま観察できるクライオ电子顕微镜(注1)を用いることによって、电子线照射による损伤が抑えられ、溶媒中あるいは溶媒を含んだ状态における试料の本来に近い姿を捉えることが可能です。この技术は、生体分子や细胞などの生物试料の観察や构造解析に広く利用されています。近年では、生物试料にとどまらず、非生物试料や生物-非生物ハイブリッド试料の観察にも利用が広がっています。

东北大学多元物质科学研究所の海原大輔技術職員(同大学事業支援機構 総合技術部 分析?評価?観測群)、佐藤庸平准教授、濵口祐准教授、米倉功治教授(理化学研究所放射光科学研究センター グループディレクター兼任)らの共同研究チームは、クライオ電子顕微鏡を用いて、凍結した溶媒内に存在するナノ材料の元素分布を高精度で可視化して分析する技術を開発しました。これにより、溶液中での材料の構造と状態に加えて、構成元素に関する情報が得られることから、ナノ環境で構築される生命科学および材料科学研究の飛躍的な発展が期待されます。

本成果は、米国化学会の専門誌Analytical Chemistryオンライン版に、2025年7月31日付で掲載され、本誌のSupplementary Coverにも選出されました。

図1. クライオ電子顕微鏡を用いた表面修飾ナノ粒子の元素マッピング観察。(左下)通常のクライオ電顕像からは、ナノ粒子の大きさ?形状?分散状態などが分かる。(右上)ケイ素のマッピングでは、シリカナノ粒子由来のケイ素が検出?可視化された。(右下)炭素のマッピングでは、表面修飾タンパク質由来の炭素に加え、グリッド支持膜由来の炭素が検出?可視化された。

【用语解説】

注1. クライオ電子顕微鏡:タンパク質やウィルスなどの生体分子や細胞を含む水溶液を液体エタンによって急速凍結(非晶質凍結)し、液体窒素冷却下、電子線による損傷を抑えながら、自然に近い状態で観察する電子顕微鏡。

【论文情报】

タイトル:Low-Dose Elemental Mapping of Light Atoms in Liquid-phase Materials Using Cryo-EELS
着者:海原大辅、佐藤庸平、濵口祐*、米仓功治*
*責任著者:东北大学多元物质科学研究所 教授 米仓功治、准教授 濵口祐
掲載誌:Analytical Chemistry
DOI:

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问い合わせ先

(研究に関すること)
东北大学多元物质科学研究所
教授 米倉 功治(よねくら こうじ)
TEL: 022-217-5380
Email: koji.yonekura.a5*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

东北大学多元物质科学研究所
准教授 濵口 祐(はまぐち たすく)
TEL: 022-217-5381
Email: tasuku.hamaguchi.c3*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

东北大学多多元物质科学研究所
技術職員 海原 大輔(うなばら だいすけ)
TEL: 022-217-5381
Email: daisuke.unabara.c1*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

(报道に関すること)
东北大学多元物质科学研究所 広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

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