Home九州大学先导物质化学研究所の玉田薫教授、冈本晃一准教授、臼仓英治特任助教（现在名古屋大学）、博士课程1年の増田志穂美らの研究グループは、広岛大学医歯薬保健学研究科の柳瀬雄辉助教、九州大学先导物质化学研究所の木戸秋悟教授、久保木タッサニーヤー助教らとの共同研究において、细胞が接着した「ナノ界面」の构造を高い时空间分解能で観察できる「局在プラズモンシート」（※1）の开発に成功しました。
2014年のノーベル化学赏に代表されるように、光の回折限界（※2）を超える空间分解能を持つ超解像度顕微镜（※3）の开発が现在世界中で进められています。この技术によって生きた细胞内の分子の観察が初めて可能になりましたが、観察には非常に复雑で高価な装置が必要でした。
本研究グループでは、金属ナノ粒子が规则配列した単层シートを蛍光観察基板として用いることで、现在最も「薄い」领域の観察に用いられている全反射蛍光顕微镜（※4）の约10分の１の厚みの「ナノ」の领域のイメージングに、世界で初めて成功しました。この観察には金属ナノ微粒子の持つ「局在表面プラズモン」（※5）の効果を利用しています。
この局在プラズモンシートを用いれば、细胞が接着した界面における「接着斑」（※6）の高解像度イメージングや、细胞内の分子の动きの高速観察を、ほぼ全ての生化学系の研究室が持っている汎用の蛍光顕微镜下で行うことができます（図2）。超解像度蛍光イメージングを身近なものにしてくれるこの技术は、世界の生化学、医学の研究者の标準技术となることが期待されます。
本研究成果は、国際科学誌Natureの姉妹誌である「Scientific Reports」において、2017年6月16日（金）午前10時（英国夏時間）に公開されました。
用语解説
（※1）局在プラズモンシート 大きさの揃った金属ナノ微粒子が自己组织化により规则配列した构造を持つ単层シートのこと。本実験では、直径约10ナノメートルの金微粒子を水面に展开させて作製しました。粒子と粒子の间の距离は、粒子を覆っている有机分子（アルキルアミン）により均等にわずかに离れています（ナノギャップ形成）。この微粒子シートに特定の波长の光を当てると、局在表面プラズモン（※5）と呼ばれる现象により、シート表面に均一で强力な光电场が発生します（図１补左図）。
（※2）光の回折限界 まっすぐに进む光をレンズで集めると焦点位置では光が小さな点になります。この点の最小サイズは光の波长程度で、これよりも光を小さくまとめることはできません。これを光の回折限界といいます。この现象により、光学顕微镜の分解能（解像度）は决まり、通常の光学顕微镜観察では光の波长以下の构造は観察できません。
（※3）超解像度顕微鏡 従来の光学顕微鏡が持つ回折限界を超えた分解能を持つ光学的顕微鏡を超解像度顕微鏡と呼びます。共焦点レーザ顕微鏡（CLSM）やノーベル賞を受賞したSTED, PALM(STORM)などが有名ですが、これらは基本的に観察する面内での解像度を上げるための技術で、深さ方向（厚み）の観察領域を薄くする技術ではありません。「薄い」領域の観察には、現在でも全反射蛍光顕微鏡（※4）を用いるのが一般的で、最薄観察厚みは約100ナノメートルでした（図１a右図）。
（※4）全反射蛍光顕微镜 ガラス基板に対し、全反射条件になるように光を斜めから入射して、试料侧にしみ出した光（エバネッセント光）を使って蛍光観察する顕微镜を全反射蛍光顕微镜といいます。エバネッセント光の浸み出し深さが100ナノメートル程度なので、界面から100ナノメートルの领域にある蛍光分子だけを选択的に光らせることができます。界面近くで起こる现象を见つけたり、背景光（ノイズ）の少ない蛍光検出をしたりするのに利用されます。
（※5）局在表面プラズモン 金属ナノ微粒子などの金属ナノ构造体に光が照射された际に、ある特定の波长の光と金属ナノ构造体の表面の自由电子とが共鸣的に结合し、金属ナノ构造体のごく近くにのみ大きな光电场を形成する现象を局在表面プラズモンと呼びます。局在プラズモンシートでは、この现象により、シートから10ナノメートル程度までの距离にある蛍光分子の発光だけを着しく强めることができます。
（※6）接着斑 细胞が基板などに接着する际に见られる点状构造のこと。ここで细胞外マトリックスと细胞の间の接着が生じていると考えられています。
図1 a. 蛍光観察領域を示す模式図。左は局在プラズモンシート上（深さ10 ナノメートル）、右は全反射蛍光顕微鏡（深さ100ナノメートル）。 b. 上半分を局在プラズモンシートで覆った基板上でのラット细胞株の全反射蛍光像。局在プラズモンシート上では细胞接着斑が明确に确认できるが、ガラス基板上では细胞内の蛍光が重なり、接着斑が不明瞭である。
図2 ガラス基板と同じ細胞接着条件になるようにSiO2膜で被覆した局在プラズモンシート上で観察したラット細胞株の蛍光像。深さ方向だけではなく面内の解像度も大きく向上している。この画像は通常の落射蛍光観察条件（垂直入射光）で観察したもの（露光時間：30.5ミリ秒 ）。
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掲載日 : 2017年06月19日
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