일본 과학 기술 기관 (JST) 독립 행정 기관의 기본 연구 프로젝트의 일환으로 국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (AIST)Nanotube 응용 연구 센터및 기타의 머리 인 Suenaga Kazutomo는 유기 분자, 생체 분자 등의 분석을 가능하게하는 스피드 바카라 현미경을 개발했습니다
이 새로운 스피드 바카라 현미경은 단일 분자 및 모노 톰에 대한 원소 분석 기술을 극적으로 향상시키고, 특히 칼슘 모노 톰의 원소 분석을 달성했습니다 구체적으로 완전히 새로운구형 수차보정 메커니즘 (델타 형 수차 보정 메커니즘)을 고안하고 통합하여 일반적으로 200 ~ 1000 킬로 볼트 (KV)가속 전압를 줄이는 데 성공했습니다 30-60kV
이 기술을 통합함으로써, 각 유기 분자 또는 생체 분자를 관찰 할 수 있었는데, 이는 이전에 고전압 스피드 바카라 빔에 의해 쉽게 파손되었고 관찰하기 어려웠다 이 중에서, 생체 물질에서 중요한 칼슘과 같은 가벼운 요소는 모노 토믹 수준에서 검출 될 수 있으며, 이는 기존 기술로는 불가능했습니다
이 연구는 일본 재료 및 재료 연구소 (NIMS)의 Nanomeasurement Center (NIMS)의 최고 연구원 인 Kimoto Koji 및 Nippon Electronics Co, Ltd의 스피드 바카라 광학 장비 본부 팀장 인 Kanayama Toshikatsu와 공동으로 수행되었습니다
이 연구 결과는 2009 년 7 월 5 일 (영국 시간)에 영국 과학 저널에서 발표되었습니다자연 화학"에서 출시됩니다
이러한 결과는 다음 프로젝트, 연구 분야 및 연구 주제를 통해 얻었습니다
전략적 창의적 연구 촉진 프로젝트 팀 유형 연구 (CREST)
연구 영역 : "재료 현상의 해명 및 적용에 기여하는 새로운 측정 및 분석 재단 기술"
(연구 책임자 : Tanaka Michiyoshi, Tohoku University의 명예 교수)
연구 주제 이름 : 분자 및 원자 수준에서 연질 물질을 관찰 할 수있는 저속 고도도 고감도 스피드 바카라 현미경의 개발
교장 연구원 : Suenaga Kazutoshi
(독립 행정 기관, Nanotube 응용 프로그램 센터, Nanotube 응용 프로그램 센터 연구팀의 이사
연구 기간 : 2006 년 10 월 ~ 3 월
이 분야에서 JST는 자재 및 재료와 관련된 과학 및 기술 개발의 원동력 인 새로운 원리를 탐구하고 새로운 현상의 발견 및 설명에 기여할 새로운 측정 및 분석 기술을 만들기위한 새로운 원칙을 탐구하는 것을 목표로합니다 위의 연구 주제에서, 우리는 이전에 불가능했던 스피드 바카라 현미경을 사용하여 "광 원소 (소프트 물질)로 구성된 aperiodic substances (소프트 물질)의 관찰을 가능하게하기 위해 저속 스피드 바카라 현미경 및 새로운 수차 보정 기술을 갖는 스피드 바카라 현미경을 개발하고 있습니다
최근의 분자 생물학에서, 단일 분자를 직접 관찰하는 단일 분자 영상 기술에 대한 수요가 급격히 증가하고, 분자 내에서 분포되는 요소와 분자에 분포되는 방법을 조사하기위한 원소 매핑 기술에 대한 수요가 급격히 증가한다
스피드 바카라 현미경은 광학 현미경 등에 비해 매우 높은 공간 분해능을 가지고 있습니다전극 에너지 손실 분광법 (EELS)라는 스피드 바카라 분광법 기술과 결합 할 때 요소 매핑도 가능합니다 그러나, 스피드 바카라 빔 손상에 취약한 생체 분자에 대한 고해상도 요소 매핑의 성공적인 예는 거의 없다 이는 스피드 바카라 현미경이 일반적으로 가속 전압을 200 kV 이상의 높은 공간 분해능으로 설정하고, 생체 분자는 관찰 전에 스피드 바카라 빔 (스피드 바카라 빔 손상 저항)에 의해 파손되기 때문입니다
스피드 바카라 현미경을 사용하여 생체 분자의 원소 맵핑을 실현하기 위해,이 연구 그룹은 가속도 전압을 평소보다 훨씬 낮게 설정하면서 (30-60kV) 약 01 나노 미터 (NM)의 충분한 공간 해상도를 달성함으로써 스피드 바카라 빔 손상을 줄임으로써 스피드 바카라 빔 손상을 줄일 수있는 새로운 기술을 개발하려고 시도했습니다
첫째, 저속 스피드 바카라 현미경을 개발하는 첫 번째 단계로서, 스피드 바카라 빔의 가속 전압이 낮더라도 높은 공간 분해능을 달성하기 위해 구형 수차가 필요하다5 차 기하학적 수차10083_10430 | (그림 1과 2) 이 개발의 핵심은 3 개의 12 개의 기둥이있는 다중 공포 렌즈를 도입하는 것입니다 hexapole 2 단계 렌즈를 사용하여 기존의 구형 수차 보정을 사용할 때, 구형 수차를 제로 (구형 수차 제외)로 줄여 고차 지오메트리 수차 (구형 수차 이외의)를 크게 보일 수 있습니다 이 문제를 극복하기 위해, 우리는 구형 수차 (제 3 차 기하학적 수차)뿐만 아니라 고차 기하학적 수차 (4 차 및 5 차)를 동시에 수정하는 새로운 메커니즘을 고안했습니다 3 단계 렌즈를 사용하여 2 단계 렌즈를 사용할 때 이전에 강조된 5 차 기하학적 수차는 이제 균형 잡힌 방식으로 수정할 수 있습니다 이것은 세계 최초의 기하학적 수차를 5 번째로 완전히 수정하는 기술입니다
다음Carbon Nanotube4 개의 금속 원자가 포함Fullerene분자가 포획되었습니다 (그림 3) 금속 원자, 칼슘 (CA), 란타넘 (LA), 세륨 (CE), 에르 비움 (ER) 및 기타로 선택되었습니다 우리가 칼슘에 초점을 맞춘 이유는 살아있는 유기체에서 칼슘 원자의 움직임이 신경 전달을 지배하는 이온 채널이라는 단백질의 구조와 기능을 조사하는 데 중요하기 때문입니다 과거에는 이온 채널의 구조를 조사하기위한 많은 연구가 있었지만, 이온 채널은 관찰 중에 매우 깨지기 쉽기 때문에 원소 분석에 의해 아무도 분석 된 적이 없습니다 이 방법은 기존의 방법으로 전혀 보이지 않고 전혀 보이지 않는 관측 객체에 적용될 것으로 예상됩니다
도 4, 5 및 6은 각 단일 원자에 대한 관찰 결과를 보여준다 이 관찰은 분자를 깨지 않고 다양한 요소에 대해 자극성 분석이 수행 될 수 있음을 보여준다
예를 들어, 그림 4는 칼슘 원자의 원소 매핑 이미지를 보여줍니다 왼쪽은 정상적인 스피드 바카라 현미경 이미지이며, 칼슘 원자는 관찰되지 않았지만 오른쪽의 원소 매핑 이미지를 볼 때 7 개의 칼슘 원자가 감지되었습니다 이 7 개의 칼슘 원자는 각각 왼쪽의 스피드 바카라 현미경 이미지에서 볼 수있는 풀러렌 분자 내에 위치합니다
도 5는 60kV의 가속 전압에서 촬영 된 에르 비움 원자를 함유 한 탄소 나노 튜브의 스피드 바카라 현미경 이미지를 보여준다 200 kV의 가속 전압에서 정상적인 스피드 바카라 현미경 이미지를 사용하여 사진을 찍을 때 빠르게 파손되는 분자는 새로운 스피드 바카라 현미경으로 깨지지 않고 관찰 될 수 있음을 알 수 있습니다
다른 요소를 다른 색상의 요소 맵으로 촬영할 수도 있습니다 그림 6은 두 가지 유형의 원자, 란타늄 및 에르 비움을 함유하는 탄소 나노 튜브의 원소 맵을 보여줍니다 이것은 둘 이상의 원소가 존재하더라도 각 원자의 분포 상태를 매핑 할 수 있음을 보여줍니다
구형 수차 보정만성 수차교정은 이미 광학 현미경 및 카메라 렌즈의 자연 기술이되었지만 아직 스피드 바카라 현미경으로 설정되지 않았습니다 스피드 바카라 현미경의 성능을 향상시키는 데 다양한 수차 보정 기술이 필수적이며, 이러한 기술의 개발은 현재 전 세계적으로 적극적으로 경쟁하고있는 최신 기술입니다
이번에 개발 된 기술은 이전의 구형 수차 보정 기술 외에도 5 차 기하학적 수차를 교정하는 획기적인 기술이지만, 스피드 바카라 현미경은 여전히 크게 수차라고하는 해상도를 제한하는 매우 중요한 수차를 가지고 있습니다 우리는 스피드 바카라 현미경을 더 넓은 범위의 나노 물질 및 생체 물질 관찰에 적용 할 수 있도록이 색수차 교정 기술의 개발에 대한 연구를 계속할 것입니다
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| 그림 1 : 델타 형 수차 보정 메커니즘 (AIST) |
광을 사용하는 광학 현미경은 일반적으로 빛의 파장보다 작은 구조를 구별 할 수 없지만 스피드 바카라 현미경에서 조명 (광원)에 사용되는 스피드 바카라 빔은 가속 전압을 변화시켜 스피드 바카라 빔의 파장을 변화시킬 수 있으므로 스피드 바카라 현미경에 사용 된 가속 전압이 100 내지 200 kV이고, 파장은 00025 NM이면 00025 NM이라면 00025 NM이라면 00025 NM이라면 00025 NM이라면 전압은 파장이 짧을수록 빛의 파장보다 훨씬 짧으므로 더 미세한 구조 또는 원자 수준 (몇 개의 NM)에서 정보를 허용합니다 또한, 스피드 바카라 현미경 렌즈는 유리가 아닌 스피드 바카라기 조합으로 구성된 자기장 렌즈를 사용합니다 여기서는 스피드 바카라 빔을 사용합니다스피드 바카라 렌즈확대 된 이미지를 형성합니다
스피드 바카라 현미경은 두 가지 유형으로 크게 분할 될 수 있습니다 스피드 바카라 건에서 스피드 바카라 빔을 관찰하는 샘플과 얇은 샘플을 통해 (통과) 스피드 바카라를 관찰하는 스피드 바카라에 조사 된 샘플에 조사 된 스피드 바카라 스피드 바카라 현미경 (TEM)은 샘플의 확대 이미지와 충돌하여 샘플의 두꺼운 샘플을 보는 스캐닝 스피드 바카라 미세한 미세한 스피드 바카라식이되며, 표면에 스피드 바카라식이되는 스캐닝 스피드 바카라 미세한 미세한 스피드 바카라가 스피드 바카라식으로 충돌합니다 이번에는 디스플레이 장치를 통해 생성되고, 이번에는 개발 대상이 변속기 스피드 바카라 현미경입니다 투과 스피드 바카라 현미경에는 기존의 TEM 및 STEM (Scanning Transmission Electron Microscopes)이 포함되며, 이번에 개발 된 델타 수차 보정 메커니즘은 둘 다에 적용될 수 있습니다
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| 그림 2 : 델타 유형 수차 보정 메커니즘 및 그 효과 (Lonchigram)의 메커니즘
왼쪽 : 수차 보정 메커니즘 없음
중간 : 기존 수차 보정 메커니즘 (66 진수 2 단계)
오른쪽 : 뉴 델타 유형 수차 보정 메커니즘 (12 극 3 단계)
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Ronchigram (렌즈 이후의 초점 평면)에서의 더 넓은 균일 대비, 수차 보정의 영향이 커집니다 새로운 델타 보정 메커니즘은 기존 수차 보정보다 거의 두 배의 수렴 각도를 제공합니다 더 넓은 수렴 각도는 스피드 바카라 현미경의 해상도를 향상시킵니다
수차 보정 메커니즘이없는 스피드 바카라 현미경은 11 MRAD의 좁은 면적에서만 렌즈 만 사용할 수 있습니다 기존의 수차 보정 메커니즘을 사용할 때, 영역은 34 MRAD에 의해 확장되지만 육각형의 모양은 5 차 기하학적 수차 (6 대칭 비대칭)가 해상도를 제한 함을 보여줍니다 델타 형 수차 보정 메커니즘이 사용될 때, 육각형 패턴은 Ronchigram에서 제거되고, 더 넓은 영역 (약 71 MRAD)에서 균일 대비가 얻어진다 (MRAD : Milliradian, 각도 단위 1 라디안은 약 5729도입니다) 이것은 헥사 폴 2 단계 렌즈를 사용할 때 각 렌즈가 6 배 대칭 석회화 (5 차 기하학적 수차)를 강조하는 반면, 12 폴의 3 단계 렌즈에 대한 세 가지 렌즈는 각각의 6 개의 렌즈가 얻어지기 때문입니다 난시
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| 그림 3 다양한 금속 원자를 함유하는 풀러렌 분자 |
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그림 4 : 금속 금속 함유 풀러 렌 (왼쪽) (오른쪽)의 원소지도 이미지
오른쪽의 컬러 디스플레이의 노란색 부분은 칼슘이고 빨간색은 탄소입니다 7 개의 칼슘 원자 (화살표)가 올바르게 검출되었습니다
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그림 5 : 새로운 스피드 바카라 현미경으로 촬영 한 Erbium 금속 함유 풀러 렌스의 스피드 바카라 현미경 이미지
가속 전압이 낮아지기 때문에 (60kV) 풀러렌 분자는 파손되지 않고 촬영됩니다 |
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그림 6 탄소 나노 튜브에서 금속 원자의 원소 매핑의 예
(a) : 스피드 바카라 현미경의 어두운 필드 이미지 두 가지 유형의 금속 원자가 빛납니다
(b) (c) (d) : 란타넘 (LA), Erbium (ER), 탄소 (C), 요소 맵 이미지 개별적으로 요소 맵 이미지
(E) : 이러한 분석 결과를 기반으로 생성 된 구조 모델 다이어그램
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