並列タイトル等Development of an Atomic Force Microscope Suitable for Observation of Biological Samples
タイトル（掲載誌）平成5(1993)年度 科学研究費補助金 一般研究(B) 研究成果報告書 = 1993 Fiscal Year Final Research Report
一般注記Atomic force microscopy(AFM)holds great promise for biological science, since it allows us to observe with nanometer resolution the native surface structure of protein in an aqueous environment, and further it can quantify force exerted between the surfaces of protein and the tip of an AFM probe(or a second protein attached to the probe tip). Commercially manufactured atomic force microscopes are, however, inadequate for the biological application, since blind scanning has to be made to locate objects of interest randomly distributed on the sample substratum. To overcome this problem, we have developed an atomic force microscope integrated with an inverted fluorescence microscope. The Z-actuator is a short hollow piezo tube, on the top of which a sample is placed. The objective lens is inserted from the bottom into the hollow space. Since this piezo tube is wide (inner diameter 3.5cm), its top cannot deflect much in the XY directions. As XY actuator two piezo plates pointing at right angles to each other are placed horizontally with their tips touching a hollow plate(glued to the bottom of the Z-piezo tube)on the sides. The location of the probe tip as well as individual protein molecules that are stained with fluorescent dye can be visualized under the fluorescence microscope. By the use of an XY-stage to move a sample and another XY-stage to move the AFM head(including the probe tip), the probe tip can pinpoint a specific object of interest. This ensures an obtained AFM image to be of the object, neither of contaminants nor of an undulation of the substratum. Further, it facilitates the capture of single protein molecule at the tip of the probe. Using the developed AFM,we obtained clear images of a single actin filament and two-headed structure of myosin. We succeeded in capturing a single myosin molecule at the tip of the probe, utilizing the strong affinity between avidin and biotin. 原子間力顕微鏡(AFM)によりナノメーターの空間分解能で液中にある蛋白質のありのままの表面構造を観察できる。更に、蛋白質表面と探針先端(もしくは、探針に結合した蛋白質)との間に働く力を定量できる。従って、AFMは今後生物科学の進歩に大きく貢献することが期待されている。我々が本研究を開始した当時の市販のAFMでは、基盤にランダムに点在する試料を観察するためには何回かのめくら走査をしなければならず、生物試料の観察や操作に適したものではなかった。この問題を克服するために、倒立型蛍光顕微鏡と一体となったAFMを本研究で開発した。そのZアクチュエータは短い円筒ピエゾで、その上部がサンプルステージになる。対物レンズは下からその円筒ピエゾの中空部に挿入される。このピエゾは太いので、その上部はXY方向にほとんど変位しない。そこで、XYアクチュエータとして2枚の直交する板ピエゾを、円筒ピエゾの底部に付けた中空円盤に接触するように水平に配置した。蛍光顕微鏡で蛍光染色された生物試料と探針先端を同時に観察できる。サンプルステージとカンチレバ-・光学系のXY位置を独立に決めることができるので、見たい試料に探針をピンポイントアプローチできる。このことは得られたAFM像が基盤の凹凸や混入したごみなどでなく、観察すべき試料のものであることを保証する。更には、探針先端に蛍光染色された蛋白質を捕捉することを容易にする。完成した装置で、アクチンフィラメントやミオシン頭部が液中で鮮明に観察された。また、アビジン-ビオチンの強い結合を利用して、探針先端にミオシン1分子を捕捉することに成功した。
原子間力顕微鏡(AFM)によりナノメーターの空間分解能で液中にある蛋白質のありのままの表面構造を観察できる。更に、蛋白質表面と探針先端(もしくは、探針に結合した蛋白質)との間に働く力を定量できる。従って、AFMは今後生物科学の進歩に大きく貢献することが期待されている。我々が本研究を開始した当時の市販のAFMでは、基盤にランダムに点在する試料を観察するためには何回かのめくら走査をしなければならず、生物試料の観察や操作に適したものではなかった。この問題を克服するために、倒立型蛍光顕微鏡と一体となったAFMを本研究で開発した。そのZアクチュエータは短い円筒ピエゾで、その上部がサンプルステージになる。対物レンズは下からその円筒ピエゾの中空部に挿入される。このピエゾは太いので、その上部はXY方向にほとんど変位しない。そこで、XYアクチュエータとして2枚の直交する板ピエゾを、円筒ピエゾの底部に付けた中空円盤に接触するように水平に配置した。蛍光顕微鏡で蛍光染色された生物試料と探針先端を同時に観察できる。サンプルステージとカンチレバ-・光学系のXY位置を独立に決めることができるので、見たい試料に探針をピンポイントアプローチできる。このことは得られたAFM像が基盤の凹凸や混入したごみなどでなく、観察すべき試料のものであることを保証する。更には、探針先端に蛍光染色された蛋白質を捕捉することを容易にする。完成した装置で、アクチンフィラメントやミオシン頭部が液中で鮮明に観察された。また、アビジン-ビオチンの強い結合を利用して、探針先端にミオシン1分子を捕捉することに成功した。
研究課題/領域番号:03455011, 研究期間(年度):1991–1993
出典：「生物材料の観察に適した原子間力顕微鏡の開発」研究成果報告書 課題番号03455011(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
関連情報https://kaken.nii.ac.jp/search/?qm=50184320
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03455011/
https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-03455011/034550111993kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/
連携機関・データベース国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）