金沢大学 超然プロジェクト×先魁プロジェクト

革新的原子間力顕微鏡技術によるナノサイエンス研究拠点の形成

プロジェクト代表者 
福間 剛士
所属・役職 
 理工研究域 電子情報学系 教授
研究分野 
Biophysics(生物物理学),Nanoscience & Nanotechnology(ナノ科学、ナノテクノロジ),Microscopy(顕微鏡検査)
原子間力顕微鏡,ナノバイオサイエンス,固液界面計測,原子分解能計測,1分子動態イメージング
Atomic Force Microscopy, Nanoscale biology, Measurement of solid/liquid interfaces, Atomic-scale measurement, Single molecule imaging

 物質は、ナノスケールすなわち原子や分子のスケールの構造によって様々な性質を示します。また、複雑にみえる生命現象の多くもタンパク質や水分子・イオンの挙動によって説明できます。このように、ナノスケールでの構造、動態を知ることは、材料の性質や、生命現象の根本的理解に必要不可欠です。

世界をリードしてきた金沢大学の原子間力顕微鏡(AFM)技術
 私たちが研究を行っているAFMは、表面・界面の構造や物性を計測できる強力な表面分析技術です。このAFMは、鋭く尖った探針を試料に近づけ、探針と試料の間に働く力を検出し、それが一定になるように探針と試料間の距離を制御します。この状態で探針を移動させると、探針は、表面の凹凸をなぞるように上下するため、その軌跡を記録することで、表面の構造を知ることが出来ます。つまり、AFMは、針で試料の表面をスキャンし、針と試料の物理的相互作用によって形を観察するというものです。このAFMは、真空、大気中、液中など様々な環境下で動作する点、金属、半導体、絶縁体を含む幅広い試料を観察できる点、観察対象に化学修飾を必要としない点から、液中で分子やその集合体の構造・挙動を高分解能に観察することが望まれる化学・生物学分野において、特に大きな需要があります。しかし、これまでAFMは、動作速度、分解能が足りないなど課題があり実用化レベルには達していませんでした。そのようななか、私たちは動作速度を飛躍的に向上させ、一秒に数枚の画像が得られる高速AFMを世界ではじめて開発し、タンパク質の動きを液中でリアルタイムに捉えることに成功しました。その後も、革新的なAFM技術を次々と開発し、AFM分野において世界をリードしてきました。

革新的AFMの開発とナノサイエンス研究拠点形成を目指して
 私たちは、本研究において、さらなる高速AFMの性能と機能を向上させ、様々な分野において応用範囲を拡大することを考えています。その一つは、タンパク質などの生体分子が機能を発揮するメカニズムの包括的理解です。更に、既存の光学的手法とAFMとの複合化によって得られる情報の多角化を進めることで、タンパク質だけでなく、生きた細胞や細胞内オルガネラの観察を行うことが出来るようになると考えています。細胞の情報伝達時の形態変化を直接観察することも可能になり、情報伝達機構の理解が飛躍的に進むと考えられます。このように、本研究で開発する革新的AFMは、様々な生命現象をナノスケールで捉えることができるようになることから、医学応用に繋がる研究を積極的に展開して行きます。また、新規高速超解像AFMを開発し、世界最高性能の分解能を提供することで、光触媒反応のメカニズム解明、新機能を有するナノ材料開発などにも貢献出来ると考えています。
 以上、現在既に世界最高レベルにある金沢大学のAFM技術をベースとし、さらなる性能の向上を進め、さらには革新的なナノ計測を様々な分野へ応用することで、革新的ナノサイエンスの研究拠点形成を目指します。

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