【公開日：2025.07.10】【最終更新日：2025.07.10】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22AT5026
利用課題名 / Title
溶液中高速AFM像の質に探針が与える影響の評価―長さにおける差異の検証―
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials
キーワード / Keywords
高速AFM,原子間力顕微鏡,カンチレバー,走査プローブ顕微鏡/Scanning probe microscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
伊藤 大直
所属名 / Affiliation
株式会社生体分子計測研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
井藤浩志
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
高速AFMは、従来型のAFMと同様に、振動させたカンチレバーの先端にある探針が試料表面を走査することにより像を取得する。カンチレバーと試料間に形成される空間にはバルク状態の水分子が存在しており、カンチレバーを振動させると水分子の粘性抵抗によってプローブや試料に対して好ましくない振動が発生する。これらの現象（スクイーズフィルム効果）は観察試料を低速で走査する従来型AFMであれば無視できる現象であったものの、観察試料を高速で走査する場合には、影響が顕在化すると考えられる。しかしながら、高速AFMは比較的新しい技術であり、スクイーズフィルム効果による像への影響はほとんど研究されてこなかった。そこで本研究では、探針長さが異なるカンチレバーを用いることで、探針が高速AFM像に与える影響を評価する。
実験 / Experimental
・測定試料 Ex Taq（タカラ株式会社）を10m M MgCl2, 25 mM KCl, 10 mM HEPES水溶液を用いて原液から5×10-5の濃度へ段階的に希釈した。へき開したマイカに希釈したEx Taq溶液を滴下した後5分間静置し、その後、表面を希釈に用いた水溶液で数回リンスしたものをAFM観察に使用した。 ・カンチレバー USC-F1.2-k0.15-TL（Nanoworld）にEBD法を用いて探針を形成したものを使用した。探針は約1umと約2.5umの2種類を作製しそれぞれをイメージングに使用した。 ・AFM リアル表面プローブ顕微鏡（RIBM）を用いて溶液中イメージングを行った。走査範囲は150 nm ×150 nm、ピクセル数は100×100 pixelsの条件に設定した。走査速度については、1 fpsからスキャンを開始し、5秒間ごとに走査速度を0.5 fps上昇させ、5 fpsになるとスキャンを停止するプログラムで制御を行った。これにより、探針の長さが高速AFMイメージングに与える影響を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
図1に長さの異なるカンチレバーで上記実験を行った結果の代表例を示す。赤い枠で囲っているのがTaq DNAポリメラーゼの変形が観察された前後1フレームである。測定の結果、探針の長さが1 umのカンチレバーでは1 fpsのイメージング中にTaq DNAポリメラーゼが変形し、その後完全に破壊される様子が示された。一方で、探針の長さが2.5 umのカンチレバーでは3.5 fpsでのイメージング中に変形する様子が示された。このことから、探針の長さが異なるカンチレバーを用いると、Taq DNAポリメラーゼへの侵襲性に差が生じる可能性が示された。しかしながら、本研究で使用したカンチレバーは探針の長さだけでなく、曲率半径も異なっている可能性がある。そのため、本結果が探針の長さのみに起因するものであるかどうかは不明である。さらに、Taq DNAポリメラーゼの立体構造の方向に柔軟性や吸着性に偏りがあることも考えられる。以上より、高速AFM像の質に探針の長さが与える影響を評価するためには、①先端曲率半径を規格化した探針作製方法の確立、②同一条件で基板に吸着する測定対象の選定、の2点が今後の課題である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1；走査速度を掃引した場合におけるTaq DNAポリメラーゼの変化 （上：探針長さ1 umのカンチレバー 下：探針長さ2.5 umのカンチレバー）
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件