JP2014126439A - Observation method for scanning type probe microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走査型プローブ顕微鏡の観察方法に関する。 The present invention relates to an observation method of a scanning probe microscope.
生命現象を解明するために生体を構成する個々の細胞を研究することは重要である。 It is important to study the individual cells that make up living organisms in order to elucidate life phenomena.
細胞は、細胞膜に覆われた細胞質、細胞内小器官および核によって構成されている。 A cell is composed of a cytoplasm, an organelle and a nucleus covered with a cell membrane.
細胞を外界と分かつ細胞膜上には外界との情報のやり取りを行う受容体を形成する膜タンパクや糖鎖またはこれらの複合体であるラフトが存在している。また、細胞膜の内側には細胞の形状や機能性分子の配置を支える細胞骨格が存在している。さらに細胞膜の外には細胞外マトリックスが存在している。これらの組織が協同して細胞外界とのやり取りを制御し、生体として活動できるように、維持している。 Rafts that are membrane proteins, sugar chains, or a complex of these are present on the cell membrane that separates cells from the outside world and forms receptors that exchange information with the outside world. In addition, a cytoskeleton that supports the shape of cells and the arrangement of functional molecules exists inside the cell membrane. Furthermore, an extracellular matrix exists outside the cell membrane. These tissues cooperate to control exchanges with the outside world and maintain them so that they can act as living bodies.
したがって、細胞の研究の中で細胞膜上の生体分子の形状、配置、動態を知ることは重要なことである。 Therefore, it is important to know the shape, arrangement, and dynamics of biomolecules on the cell membrane during cell research.
このため、生体分子の配置や形状を知るために、細胞を化学的にまたは液体窒素によって固め、その表面を電子顕微鏡により形状観察することがおこなわれている。 For this reason, in order to know the arrangement and shape of biomolecules, cells are solidified chemically or with liquid nitrogen, and the shape of the surface is observed with an electron microscope.
また、生体分子の動態を知るために、細胞を構成している分子を蛍光修飾したり、タンパク分子の設計図である遺伝子に蛍光タンパクが発現するように遺伝子修飾することで目的タンパク分子が蛍光を発するように変更したりして、分子の動きや分布を蛍光顕微鏡により観察することもおこなわれている。 In addition, in order to know the dynamics of biomolecules, the molecules that make up the cells are fluorescently modified, or the target protein molecules are fluorescent by modifying them so that the fluorescent protein is expressed in the gene that is the design drawing of the protein molecule. The movement and distribution of molecules are also observed with a fluorescence microscope.
また、その大きさが数nmないし数10nmであることから、生体分子を走査型プローブ顕微鏡により観察することもおこなわれている。たとえば、単離精製された膜タンパクを脂質二重膜に融合したものをマイカやガラスのような硬い基板上に展開したり、同様の基板上に自己組織化膜を形成したりして、生理食塩水や緩衝溶液や培養液などの水溶液中で形状および構造変化を原子間力顕微鏡により観察することもおこなわれている。 In addition, since the size is several nanometers to several tens of nanometers, biomolecules are also observed with a scanning probe microscope. For example, an isolated and purified membrane protein fused with a lipid bilayer can be developed on a hard substrate such as mica or glass, or a self-assembled membrane can be formed on the same substrate, Observation of changes in shape and structure in an aqueous solution such as a saline solution, a buffer solution, or a culture solution with an atomic force microscope is also performed.
その高い分解能と溶液中測定に対応できることから、原子間力顕微鏡を用いて生細胞上の生体分子を観察する試みが続けられている。 Attempts to observe biomolecules on living cells using an atomic force microscope are continuing because of their high resolution and ability to handle measurements in solution.
しかしながら、電子顕微鏡は真空中で使用されるため、細胞の生理活性は完全に失われる。 However, since the electron microscope is used in a vacuum, the physiological activity of the cells is completely lost.
また、蛍光顕微鏡は、蛍光修飾が前提として本来の分子そのものの動きを反映しているとは言えず、光学的な分解能を超えることはできない。 Moreover, it cannot be said that the fluorescence microscope reflects the movement of the original molecule itself on the premise of the fluorescence modification, and cannot exceed the optical resolution.
非特許文献1(Cytoskeleton, February 2012 69:101−112; Forced Extension of Delipidated Red Blood Cell Cytoskeleton with Little Indication of Spectrin Unfolding)では、原子間力顕微鏡を用いて、細胞上の膜タンパクと相互作用する分子との相互作用力を測定している。引力測定のために、前記非特許文献1の103ページにおいて、赤血球をガラス上に固定するためにガラス基板をアミノ化する手法が示されている。赤血球の内部の細胞質は流体であるため、カンチレバーの先端が接触したときに容易に変形してしまうため斥力に基づく画像化は困難で、前記非特許文献1においても原子間力顕微鏡は、カンチレバーの先端が観察対象物に接触した際に吸着した分子と、カンチレバーの先端に働く引力に基づく解析のみを行い、原子間力顕微鏡像の詳細は開示していない。
In Non-Patent Document 1 (Cytoskeleton, February 2012 69: 101-112; Forced Extension of Delipidated Red Blood Cell Cytoskeleton with Little Indication of Spectrin Unfolding), molecules that interact with membrane proteins on cells using atomic force microscopy The interaction force is measured. In order to measure attractive force,
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、プローブの走査により細胞を水溶液中で良好に観察し得る観察方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an observation method capable of observing cells in an aqueous solution satisfactorily by scanning with a probe.
本発明による観察方法は、光の照射を受けて硬くなる細胞を溶液中で保持する細胞保持工程と、溶液中で保持された細胞に光を照射して細胞の硬さを調整する光照射工程と、硬さが調整された細胞をプローブの走査により溶液中で観察する観察工程を有している。 The observation method according to the present invention includes a cell holding step for holding cells that are hardened by irradiation with light in a solution, and a light irradiation step for adjusting the hardness of the cells by irradiating the cells held in the solution with light. And an observation step of observing the cells whose hardness has been adjusted in a solution by scanning with a probe.
本発明によれば、プローブの走査により細胞を水溶液中で良好に観察し得る観察方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the observation method which can observe a cell favorably in aqueous solution by the scanning of a probe is provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態において、観察に供される細胞は、光の照射を受けて細胞質が、光の照射を受ける前と比べて硬くなる細胞である。細胞の代表的な例として赤血球の場合を示す。 In the present embodiment, cells to be observed are cells that are irradiated with light and whose cytoplasm becomes harder than before receiving light irradiation. The case of erythrocytes is shown as a typical example of cells.
図8に示すように、赤血球は、通常の細胞と同様に、ヘモグロビンを多く含む細胞質41が細胞膜42(脂質二重膜)で覆われた形態をしている。細胞膜42上には、脂質二重膜に埋め込まれた形で膜タンパク43(例えばバンド3タンパク等)が存在しており、これらは、細胞内外の物質の出入りや情報の伝達を行っている。
As shown in FIG. 8, erythrocytes have a form in which a
これまで、赤血球の細胞膜表面の膜タンパク43の配置や形状を生体中とほぼ同じ水溶液中で原子間力顕微鏡により良好に観察することはできていなかった。それは、赤血球の細胞膜42は非常に柔らかいため、図9に示すように、カンチレバー44の先端の探針45が膜タンパク43に接触して膜タンパク43が探針45から力を受けたときに、液体状の細胞質41が変形して細胞膜42が動いてしまうためである。
Until now, the arrangement and shape of the
本発明者らは、このような原子間力顕微鏡を用いた細胞の観察の研究を進めるなか、細胞に光を適当な条件で照射すると、細胞が硬くなって変形しにくくなり、細胞膜上の生体分子を良好に観察できるようになるという新規な知見を得た。細胞が硬くなる理由は、明確ではないが、細胞質に含まれる分子の光変性がかかわっていると考えられる。たとえば、つぎのように推測される。 As the inventors proceeded with research on observation of cells using such an atomic force microscope, when the cells were irradiated with light under appropriate conditions, the cells became hard and difficult to deform, and living bodies on the cell membrane We obtained a new finding that the molecules can be observed well. The reason why the cells become hard is not clear, but is thought to involve photodenaturation of molecules contained in the cytoplasm. For example, it is estimated as follows.
光の照射によって細胞質に含まれる生体分子の3次構造が壊れて粒子状から直鎖状の分子構造に変性する。これにより分子同士の絡み合いが進み細胞質がゲル化する。これにより、細胞質の弾性率が高まり、細胞骨格の動きが減衰され、細胞膜の支えができる。その結果、細胞膜上に存在する膜タンパクや細胞外マトリックスの動きが少なくなる。 By irradiation with light, the tertiary structure of the biomolecule contained in the cytoplasm is broken and denatured from a particulate form to a linear molecular structure. As a result, the entanglement between the molecules advances and the cytoplasm gels. Thereby, the elastic modulus of the cytoplasm increases, the movement of the cytoskeleton is attenuated, and the cell membrane can be supported. As a result, movement of membrane proteins and extracellular matrix existing on the cell membrane is reduced.
細胞質が光の照射を受けて変性する分子を含んでいる細胞であれば、細胞に光を照射することによって細胞自体の硬さを調整することができるものと予想される。 If the cytoplasm contains cells that denature upon irradiation with light, it is expected that the hardness of the cells themselves can be adjusted by irradiating the cells with light.
本実施形態の観察方法は、このような知見に基づいたものであり、図1に示すように、光の照射を受けて硬くなる細胞を溶液中で保持する細胞保持工程S1と、溶液中で保持された細胞に光を照射して細胞の硬さを調整する光照射工程S2と、硬さが調整された細胞をプローブの走査により溶液中で観察する観察工程S3を有している。 The observation method of the present embodiment is based on such knowledge, and as shown in FIG. 1, a cell holding step S1 for holding cells that are hardened by irradiation with light in the solution, and in the solution. A light irradiation step S2 for adjusting the hardness of the cells by irradiating the held cells with light, and an observation step S3 for observing the cells with adjusted hardness in the solution by scanning with a probe.
細胞は、たとえば、ヘモグロビンを含んでいる。より具体的には、細胞は赤血球であってよい。細胞保持工程S1は、たとえば、細胞の吸着性を高めるための物質をあらかじめ透明部材たとえばガラス基板の表面に吸着させておくことを含む。細胞の吸着性を高めるための物質は、たとえば、細胞が吸着すべき表面にアミノ基が出るようになっている。 The cell contains, for example, hemoglobin. More specifically, the cell may be a red blood cell. The cell holding step S1 includes, for example, preliminarily adsorbing a substance for enhancing the adsorptivity of cells onto the surface of a transparent member such as a glass substrate. As a substance for enhancing the adsorptivity of cells, for example, an amino group appears on the surface to be adsorbed by the cells.
照射する光は、たとえば、505nmよりも短い波長の光である。より具体的には、照射する光は、360nm〜370nmの波長帯域の光や、400〜440nmの波長帯域の光であってよい。光照射工程S2は、たとえば、光学顕微鏡を用いて光の照射をおこなう。光照射工程S2は、光学顕微鏡の照明視野によって光の照射領域を規定する。また光照射工程S2は、光学顕微鏡の照明時間によって光の照射時間を規定する。光学顕微鏡は、たとえば、レーザ顕微鏡であってよい。この場合、光照射工程S2は、レーザ顕微鏡のレーザ光の走査範囲によって光の照射領域を規定する。また光照射工程S2は、レーザ顕微鏡のレーザ光の走査速度および走査回数によって光の照射時間を規定する。 The light to irradiate is light having a wavelength shorter than 505 nm, for example. More specifically, the irradiated light may be light in a wavelength band of 360 nm to 370 nm or light in a wavelength band of 400 to 440 nm. In the light irradiation step S2, for example, light irradiation is performed using an optical microscope. In the light irradiation step S2, a light irradiation region is defined by the illumination field of view of the optical microscope. Moreover, light irradiation process S2 prescribes | regulates the light irradiation time with the illumination time of an optical microscope. The optical microscope may be, for example, a laser microscope. In this case, in the light irradiation step S2, the light irradiation region is defined by the laser light scanning range of the laser microscope. In the light irradiation step S2, the light irradiation time is defined by the scanning speed and the number of scans of the laser light of the laser microscope.
観察工程S3は、細胞保持工程S1によって保持された細胞の保持部の反対側から細胞をプローブで走査する。 In the observation step S3, the cells are scanned with a probe from the opposite side of the cell holding portion held in the cell holding step S1.
この観察方法によれば、細胞に光を照射することにより細胞が硬くなるため、走査型プローブ顕微鏡のプローブ(探針)が接触しても容易に変形しなくなるので、走査型プローブ顕微鏡により細胞を水溶液中で良好に観察できるようになる。たとえば、これまで測定できなかった細胞膜上の生体分子の形状や配置を良好に観察できるようになる。 According to this observation method, the cells are hardened by irradiating the cells with light, so that even if the probe of the scanning probe microscope contacts the probe, the cells are not easily deformed. It becomes possible to observe well in an aqueous solution. For example, it becomes possible to satisfactorily observe the shape and arrangement of biomolecules on the cell membrane that could not be measured so far.
図2は、光照射工程S2をおこなうための装置を示している。この装置は、倒立型の光学顕微鏡10で構成されている。
FIG. 2 shows an apparatus for performing the light irradiation step S2. This apparatus includes an inverted
光学顕微鏡10は、水銀ランプ11と、コリメートレンズ13と、減衰フィルタ14と、ダイクロイックミラー15と、対物レンズ17、観察ステージ18を備えている。対物レンズ17は、倍率を切り替えられるようになっている。すなわち、倍率の異なる複数の対物レンズの一つが光路上に選択的に配置されるようになっている。
The
光学顕微鏡10はまた、光学顕微鏡像を取得するために、水銀ランプ11と代替的に使用されるハロゲンランプ12と、ダイクロイックミラー15と代替的に使用されるハーフミラー16と、光学像を取得するためのカメラ19を備えている。
The
観察ステージ18の上には、緩衝溶液23中で赤血球22を保持したスライドガラス21が乗せられる。このようなスライドガラス21は次のようにして作成される。まず、緩衝溶液23で適当な濃度に希釈した赤血球22を、アミノ化したスライドガラス21上に展開する。アミノ化したスライドガラス21には、ある比率で赤血球22が吸着する。次に、緩衝溶液23を入れ替える。これにより、アミノ化したスライドガラス21上に吸着しなかった赤血球が取り除かれる。
On the
赤血球22を保持するための基板は、アミノ化したスライドガラス21に限らず、赤血球22の物理吸着を妨げないものであればどのようなものが適用されてもよい。
The substrate for holding the
光照射工程S2をおこなう場合、光学顕微鏡10の光路上に、水銀ランプ11と減衰フィルタ14とダイクロイックミラー15を配置する。水銀ランプ11で発せられた光は、コリメートレンズ13で平行化され、減衰フィルタ14で減衰され、ダイクロイックミラー15で反射され、対物レンズ17によって集束されて、スライドガラス21上の一部の領域に照射される。たとえば、水銀ランプ11の出力は100W、減衰フィルタ14の透過率は6%、対物レンズ17の倍率は60倍、照射時間は30分である。ダイクロイックミラー15は、505nm以下の波長の光を反射する特性を有している。したがって、水銀ランプ11から発生された光のうち、505nm以下の波長の光が赤血球22に照射される。
When the light irradiation step S <b> 2 is performed, the
光照射工程S2の終了後、必要に応じて、水銀ランプ11をハロゲンランプに切り替え、減衰フィルタ14をはずし、ダイクロイックミラー15をハーフミラー16に切り替える。これにより、カメラ19によって赤血球22の状態を光学顕微鏡像として観察することができる。
After completion of the light irradiation step S2, the
光照射工程S2の終了後のスライドガラス21は、その後、走査型プローブ顕微鏡たとえば原子間力顕微鏡による観察に供される。
The
ヘモグロビンを構成するヘムタンパク質の光吸収のピークは400nmから450nmにあり、505nm以下の波長の光を受けることにより、赤血球の細胞質の主成分であるヘモグロビンが、照射光のエネルギーを吸収し、3次構造が壊れ粒子状から直鎖状の分子構造に変性する。これにより分子同士の絡み合いが進み細胞質がゲル化する。 The peak of light absorption of the hemoprotein constituting hemoglobin is from 400 nm to 450 nm. By receiving light having a wavelength of 505 nm or less, hemoglobin, which is the main component of the cytoplasm of red blood cells, absorbs the energy of the irradiation light, and the tertiary The structure is broken and the particle structure is changed to a linear molecular structure. As a result, the entanglement between the molecules advances and the cytoplasm gels.
一方、光照射を受けていない赤血球は、緩衝溶液を滅菌水に入れ替えると、細胞膜を通して塩濃度の濃い細胞内に水分が入ることで、形状を維持できなくなり、最後には破裂してしまう。 On the other hand, if the red blood cells that have not been irradiated with light are replaced with sterilized water, the shape of the erythrocytes cannot be maintained due to the water entering the cells having a high salt concentration through the cell membrane, and eventually ruptures.
図3は、60倍の対物レンズを用いて505nm以下波長の光を照射した赤血球の緩衝溶液を滅菌水と入れ替えた後の赤血球を40倍の対物レンズを用いて観察した光学顕微鏡像である。図3の光学顕微鏡像は、スライドガラス21が載置された観察ステージ18を移動させて60倍の対物レンズを通して光が照射された領域と光が照射されなかった領域の境界を視野の中心に位置合わせして、40倍の対物レンズを通して観察したものである。図3の破線の左側には、光照射によって細胞質がゲル化した赤血球が見てとれる。一方、図3の破線の右側には、光が照射されなかった赤血球が緩衝溶液と滅菌水の入れ替えによって破裂した赤血球の痕跡が見てとれる。
FIG. 3 is an optical microscopic image obtained by observing erythrocytes using a 40 × objective lens after replacing the buffer solution of erythrocytes irradiated with light having a wavelength of 505 nm or less using a 60 × objective lens with sterile water. The optical microscope image of FIG. 3 moves the
図4の光学顕微鏡像は、60倍の対物レンズを通して光を照射した領域の中心を視野の中心に合わせて、4倍の対物レンズを通して観察したものである。1点鎖線の円で囲まれた領域内に、ゲル化して細胞質の形状を維持した赤血球が見てとれる。 The optical microscope image in FIG. 4 is an image observed through a 4 × objective lens with the center of the region irradiated with light through the 60 × objective lens aligned with the center of the field of view. In the region surrounded by the one-dot chain line circle, red blood cells that have gelled and maintained the cytoplasmic shape can be seen.
前述したように、光学顕微鏡10を用いて光照射工程S2をおこなうため、高い自由度で光の選択をおこなうことができる。
As described above, since the light irradiation step S2 is performed using the
赤血球22の光変性を促すための光の波長は、水銀ランプ11の後段に色選択フィルタを設置することで、さらには、色選択フィルタを光学特性の異なるものに取り換えることで変更することができる。
The wavelength of the light for promoting photodegeneration of the
赤血球22の光変性を促すための光の光量は、水銀ランプ11の後段の減衰フィルタを透過率の異なるものに取り換えることで変更することができる。
The amount of light for promoting photodenaturation of the
赤血球22の光変性を促すための光の照射個所は、観察ステージ18によりスライドガラス21を移動させることで変更することができる。
The location of light irradiation for promoting photodegeneration of the
赤血球22の光変性を促すための光の照射領域は、光学顕微鏡10の照明視野によって規定される。光学顕微鏡10の照明視野は、照明光路上に照明絞りを設置することで、また、照明絞りの大きさと形状を変えることで変更することができる。また、対物レンズ17を倍率の異なるものに切り換えることによっても変更することができる。
The light irradiation region for promoting the photodegeneration of the
また、光学顕微鏡には、多種の観察をおこなうために多種の光源が搭載されていることもあり、赤血球22の光変性を促す光を発するものであれば、それらの光源のいずれもが赤血球22の光変性を促すための光照射に適用されてよい。たとえば、紫外光を発する光源が赤血球22の光変性を促すための光照射に適用されてよい。
In addition, the optical microscope may be equipped with various light sources for performing various observations, and any light source that emits light that promotes photodenaturation of the
図5は、光照射工程S2と観察工程S3をおこなうための装置を示している。この装置は、光学顕微鏡10と原子間力顕微鏡30を組み合わせた構成となっている。光学顕微鏡10は、倒立型の光学顕微鏡であり、図2に示したものと同様である。言い換えれば、この装置は、図2の光学顕微鏡10に、原子間力顕微鏡30が追加された構成となっている。
FIG. 5 shows an apparatus for performing the light irradiation step S2 and the observation step S3. This apparatus has a configuration in which an
原子間力顕微鏡30は、観察ステージ18の上方に配置されるカンチレバー31と、カンチレバー31を走査する走査機構32と、カンチレバー31の変位を光学的に検出する変位検出部33と、走査機構32を駆動するとともに変位検出部33で検出される情報に基づいて原子間力顕微鏡像を形成する制御部34から構成される。
The
このような構成により、上方からの原子間力顕微鏡観察と、下方からの光照射および光学顕微鏡観察の共存が実現されている。 With such a configuration, coexistence of atomic force microscope observation from above, light irradiation from below and optical microscope observation is realized.
つまり、この装置では、緩衝溶液23と共に赤血球22を保持したスライドガラス21に、水銀ランプ11と減衰フィルタ14とダイクロイックミラー15を用いて下方から赤血球22の光変性を促す光の照射をおこない、その後、必要に応じて、ハロゲンランプ12とハーフミラー16を用いて下方から光学顕微鏡観察をおこない、さらに、上方から原子間力顕微鏡観察を行なうことができる。光学顕微鏡観察と原子間力顕微鏡観察は、別々におこなっても、同時におこなってもよい。
That is, in this apparatus, the
光照射により赤血球22の細胞質41がゲル化することにより、細胞膜42が細胞質ゲルに支えられるようになり容易に変形しなくなるため、赤血球22の細胞膜42上に存在する膜タンパク43を原子間力顕微鏡30により溶液中で良好に観察できるようになる。
Since the
図6は、ゲル化したことで表面が観察された赤血球の原子間力顕微鏡像である。観察環境は緩衝溶液中である。観察された白い粒のそれぞれの距離は約100nmであり、電子顕微鏡等で観察されるバンド3タンパクの間隔と同等の間隔が観察されている。
FIG. 6 is an atomic force microscope image of erythrocytes whose surface was observed as a result of gelation. The observation environment is in a buffer solution. The distance of each observed white grain is about 100 nm, and an interval equivalent to the interval of
観察には、図2と図5に示した装置のほか、レーザ顕微鏡と組み合われた原子間力顕微鏡が適用されてもよい。そのような原子間力顕微鏡の一例が特許文献1(特開2004−69428号公報)に開示されている。この原子間力顕微鏡について図7を参照しながら説明する。 In addition to the apparatus shown in FIGS. 2 and 5, an atomic force microscope combined with a laser microscope may be applied for observation. An example of such an atomic force microscope is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-69428. The atomic force microscope will be described with reference to FIG.
原子間力顕微鏡は、倒立型顕微鏡270と一体化されており、倒立型顕微鏡270は、試料211が載せられるステージ271と、ステージ271の下方に配置された対物レンズ272と、対物レンズ272を上下に移動させるレボルバーZ移動機構276と、対物レンズ272と共働して試料211の光学像を得る接眼レンズ273と、照明光を発する照明光源108と、試料211を上方から照明する透過照明装置274と、透過照明装置274を支持するアーム275を備えている。
The atomic force microscope is integrated with an
原子間力顕微鏡は更に、下方に突出する探針209を先端部下面に備えるカンチレバー207と、カンチレバー207を支持すると共にカンチレバー207の変位を検出する変位検出ユニット230と、カンチレバー207を試料面上に対して水平方向(X方向とY方向)と垂直方向(Z方向)にカンチレバー207を走査する走査機構である円筒形XYZスキャナー213とを有している。
The atomic force microscope further includes a
円筒形XYZスキャナー213は、通常、ピエゾアクチュエータで構成され、顕微鏡270のアーム275に固定されている。カンチレバー207は、測定時に、試料211に近づけられ、その先端の探針209が試料211の表面に当てられる。
The
変位検出ユニット230は、カンチレバーの背面に光ビーム231を照射する変位測定用光源であるレーザ発振器221と、カンチレバーの背面からの反射光ビーム232の位置を検出する検出器235とを備えている。レーザ発振器221からの光ビーム231は、カンチレバー207の背面に焦点が合った状態で照射される。
The
検出器235は、例えば上下二分割型のフォトディテクタ(PD)で構成され、受けた光量に対応する信号を出力する上側センサと下側センサとを有する。反射光ビーム232の入射位置は、二分割PD235の上側センサと下側センサの受ける光量の差、すなわちそれらの出力信号の差に基づいて求めることができる。
The
原子間力顕微鏡は更に、検出器235から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器261と、A/D変換器261からのデジタル信号を処理するデータ処理部262と、円筒形XYZスキャナー213を駆動するZ走査駆動制御部263とXY走査駆動制御部264と、システム全体を制御するCPU257と、CPU257に外部から情報を与えるための入力部109と、データを表示する表示部255とを有している。
The atomic force microscope further includes an A /
データ処理部262は、二分割PD235の上側センサと下側センサの出力の差信号と和信号を算出し、制御情報としてこれをCPU257に送る。CPU257は、データ処理部262からの情報に従ってZ走査駆動制御部263とXY走査駆動制御部264を制御すると共に、Z走査駆動制御部263とXY走査駆動制御部264から探針209の位置情報を取得して試料211のデータを取得し、得られたデータに基づいて所望のデータを表示部255に表示させる。
The
また、原子間力顕微鏡は、励起光ビームを発する光源であるレーザ105と、励起光ビーム照射の位置と領域と光量と時間を指定する光強度・時間指定部103と照射位置・領域指定部104と、励起光ビーム照射の位置と領域と光量と時間を制御する照射位置・領域制御部100と照射時間制御部101と照射光量制御部102と、試料211の全体の蛍光像を得るための撮像部106と、試料211からの蛍光を撮像部106に方向付けるミラー例えばダイクロイックミラー107を有している。
Further, the atomic force microscope includes a
この原子間力顕微鏡では、照明光源108からの光が、透過照明装置274によって、円筒形XYZスキャナー213の中を通って試料に照射される。この照明光により試料の蛍光色素が励起され蛍光を発する。この蛍光像を撮像部106において撮像し試料全体の観察像を得る。
In this atomic force microscope, light from the
また、レーザ105からのレーザ光が、光強度・時間指定部103、照射位置・領域指定部104を経由した後、試料に照射される。照射位置や領域を光学的に制御する照射位置・領域指定部104は、例えばガルバノミラーやAOM素子で構成され、照射位置・領域制御部100からの信号に応答し、それに対応した位置にレーザ光を移動させる。これを用いれば、レーザ光を観察範囲全体にラスター走査することができる。さらに領域を指定することにより、走査範囲が限定される。
Further, the laser beam from the
時間と光量の制御は、光強度・時間指定部103によって行われ、指定された強度と時間だけ、レーザ光が透過される。光強度・時間指定部103は、例えばAOTF素子で構成される。AOTF素子は、高速シャッター機能により光の透過/遮断を高速で切り換えることができ、これにより高精度な領域指定と時間指定が実現される。
The control of the time and the amount of light is performed by the light intensity /
この原子間力顕微鏡は、レーザ105が発する励起光ビームを走査することによって特定領域の蛍光画像を得るものであるが、レーザ105が、細胞たとえば赤血球22の光変性を促す光を発するものであればそのまま、そうでないならば細胞たとえば赤血球22の光変性を促す光を発するレーザに変更することにより、本実施形態の観察方法に適用できる。
This atomic force microscope obtains a fluorescence image of a specific region by scanning an excitation light beam emitted from a
この場合、赤血球22の光変性を促すための光の照射領域は、レーザ顕微鏡のレーザ光の走査範囲によって規定される。レーザ光の走査範囲は、照射位置・領域指定部104によって任意に変更可能であり、また、通常の光学顕微鏡の照明視野に比べて非常に微小である。したがって、任意な形状の微小な領域内の赤血球22だけを選択的に光変性させて、原子間力顕微鏡観察することが可能である。
In this case, the light irradiation region for promoting the photodenaturation of the
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. Also good.
実施形態は、原子間力顕微鏡による観察を例にあげて説明したが、それ以外の走査型プローブ顕微鏡に適用されてもよい。 The embodiment has been described by taking the observation with an atomic force microscope as an example. However, the embodiment may be applied to other scanning probe microscopes.
10…光学顕微鏡、11…水銀ランプ、12…ハロゲンランプ、13…コリメートレンズ、14…減衰フィルタ、15…ダイクロイックミラー、16…ハーフミラー、17…対物レンズ、18…観察ステージ、19…カメラ、21…スライドガラス、22…赤血球、23…緩衝溶液、30…原子間力顕微鏡、31…カンチレバー、32…走査機構、33…変位検出部、34…制御部、41…細胞質、42…細胞膜、43…膜タンパク、44…カンチレバー、45…探針、100…照射位置・領域制御部、101…照射時間制御部、102…照射光量制御部、103…光強度・時間指定部、104…照射位置・領域指定部、105…レーザ、106…撮像部、107…ダイクロイックミラー、108…照明光源、109…入力部、207…カンチレバー、209…探針、211…試料、213…円筒形XYZスキャナー、221…レーザ発振器、230…変位検出ユニット、231…光ビーム、232…反射光ビーム、235…検出器、255…表示部、257…CPU、261…A/D変換器、262…データ処理部、263…Z走査駆動制御部、264…XY走査駆動制御部、270…顕微鏡、271…ステージ、272…対物レンズ、273…接眼レンズ、274…透過照明装置、275…アーム、276…レボルバーZ移動機構。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
溶液中で保持された前記細胞に光を照射して前記細胞の硬さを調整する光照射工程と、
硬さが調整された前記細胞をプローブの走査により溶液中で観察する観察工程を有している、走査型プローブ顕微鏡の観察方法。 A cell holding step for holding cells that are hardened by light irradiation in a solution;
A light irradiation step of adjusting the hardness of the cells by irradiating the cells held in the solution with light;
An observation method of a scanning probe microscope, comprising an observation step of observing the cells having adjusted hardness in a solution by scanning with a probe.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012282803A JP2014126439A (en) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Observation method for scanning type probe microscope |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101603900B1 (en) | 2014-09-24 | 2016-03-16 | 연세대학교 산학협력단 | Apparatus of Measuring the Properties of Fluid Using Graphene Oxide Thin Film, and Method of Measuring the Properties of Fluid Using the Same |
JP7487404B2 (en) | 2018-09-06 | 2024-05-20 | ブルカー ナノ インコーポレイテッド | Method and apparatus for atomic force microscope-based infrared spectroscopy with controlled probing depth - Patents.com |
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2012
- 2012-12-26 JP JP2012282803A patent/JP2014126439A/en active Pending
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