クライオ顕微鏡検査

室温以下の顕微鏡検査

クライオ顕微鏡法は、検査対象物を室温以下に冷却できるように顕微鏡を装備する技術です。技術的には、クライオ顕微鏡法はクライオスタットと顕微鏡の互換性を意味します。ほとんどのクライオスタットは、液体ヘリウムや液体窒素などの極低温流体を使用します。クライオ顕微鏡法を行う一般的な動機は 2 つあります。1 つは、標準的な顕微鏡法の実行プロセスを改善することです。たとえば、クライオ電子顕微鏡法を使用すると、放射線による損傷を最小限に抑えてタンパク質を研究できます。この場合、タンパク質の構造は温度によって変化しない可能性がありますが、極低温環境により電子顕微鏡法のプロセスを改善できます。クライオ顕微鏡法を行うもう 1 つの動機は、顕微鏡法を低温現象に適用することです。たとえば、極低温環境下での走査型トンネル顕微鏡法を使用すると、室温では存在しない超伝導を研究できます。

歴史

光学顕微鏡は何世紀も前から存在していましたが、クライオ顕微鏡法は現代的な手法です。1950年代には、イグルーの中に電子顕微鏡を設置して氷結晶を研究しました。^[1] 1980年頃、電子顕微鏡、真空、クライオスタットの応用により、現代のクライオ顕微鏡法が考案されました。このクライオ電子顕微鏡法の発展により、ジャック・デュボシェ、ヨアヒム・フランク、リチャード・ヘンダーソンは2017年のノーベル化学賞を受賞しました。^[2]

極低温電子顕微鏡

極低温条件下で実行される走査型電子顕微鏡法と透過型電子顕微鏡法のプロセスは、それぞれ cryoSEM と cryoTEM として知られています。

極低温光学顕微鏡

極低温環境は、様々なタイプの光学顕微鏡技術と組み合わせて使用されます。極低温環境は、退色を最小限に抑え、顕微鏡技術のコントラストを向上させます。例えば、人工氷結晶の成長は光学顕微鏡によって研究されています。^[3]偏光顕微鏡を用いると、例えば斜方晶系ドメイン構造からの複屈折効果を極低温で観察できます。 ^[4]生物学の分野では、蛍光顕微鏡によって回折限界を超える解像度が可能になりました。^[5] 2014年のノーベル化学賞は、超解像蛍光顕微鏡の開発により、エリック・ベツィグ、シュテファン・ヘル、ウィリアム・E・モーナーの3氏に共同で授与されました。 ^[6]

参考文献

^ 熊井基 (1951-06-01). 「電子顕微鏡による雪結晶核の研究」.大気科学ジャーナル. 8 (3): 151– 156. doi : 10.1175/1520-0469(1951)008<0151:EMSOSC>2.0.CO;2 . ISSN 1520-0469.
^ クレッシー, ダニエル; キャラウェイ, エウェン (2017年10月1日). 「クライオ電子顕微鏡法が化学ノーベル賞を受賞」. Nature . 550 (7675): 167. doi : 10.1038/nature.2017.22738 . ISSN 1476-4687. PMID 29022937. S2CID 205252059.
^ 佐崎元; ゼペダサルバドール; 中坪俊一; 横山悦郎; 古川佳則 (2010-11-16). 「先進光学顕微鏡による氷結晶表面の素過程の可視化」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 107 (46): 19702– 19707. doi : 10.1073/pnas.1008866107 . ISSN 0027-8424. PMC 2993344. PMID 20974928 .
^ 片倉郁; 徳永正; 松尾明; 川口健; 金堂健; 人見正; 赤星大; 桑原秀 (2010-04-12). 「高パルス磁場中で動作する高速偏光イメージングシステムの開発」 . Review of Scientific Instruments . 81 (4): 043701. doi :10.1063/1.3359954. ISSN 0034-6748. PMID 20441339.
^ ハレマン、クリスチャン N.;ユイスマン、マクシミリアン。モーランド、ロバート J.デヴィッド・グリュンヴァルト。スタリンガ、ショールド。リーガー、ベルント (2018)。「極低温における単一分子のオンオフスイッチングのための蛍光偏光制御」。小さなメソッド。2 (9) 1700323。土井：10.1002/smtd.201700323。ISSN 2366-9608。PMC 6592266。PMID 31240238。
^ Möckl, Leonhard; Lamb, Don C.; Bräuchle, Christoph (2014-12-15). 「超解像蛍光顕微鏡：エリック・ベッツィグ、シュテファン・ヘル、ウィリアム・E・モーナーの2014年ノーベル化学賞」 . Angewandte Chemie International Edition . 53 (51): 13972– 13977. doi :10.1002/anie.201410265. PMID 25371081.

[1] 熊井基 (1951-06-01). 「電子顕微鏡による雪結晶核の研究」.大気科学ジャーナル. 8 (3): 151– 156. doi : 10.1175/1520-0469(1951)008<0151:EMSOSC>2.0.CO;2 . ISSN 1520-0469.

[2] クレッシー, ダニエル; キャラウェイ, エウェン (2017年10月1日). 「クライオ電子顕微鏡法が化学ノーベル賞を受賞」. Nature . 550 (7675): 167. doi : 10.1038/nature.2017.22738 . ISSN 1476-4687. PMID 29022937. S2CID 205252059.

[3] 佐崎元; ゼペダサルバドール; 中坪俊一; 横山悦郎; 古川佳則 (2010-11-16). 「先進光学顕微鏡による氷結晶表面の素過程の可視化」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 107 (46): 19702– 19707. doi : 10.1073/pnas.1008866107 . ISSN 0027-8424. PMC 2993344. PMID 20974928 .

[4] 片倉郁; 徳永正; 松尾明; 川口健; 金堂健; 人見正; 赤星大; 桑原秀 (2010-04-12). 「高パルス磁場中で動作する高速偏光イメージングシステムの開発」 . Review of Scientific Instruments . 81 (4): 043701. doi :10.1063/1.3359954. ISSN 0034-6748. PMID 20441339.

[5] ハレマン、クリスチャン N.;ユイスマン、マクシミリアン。モーランド、ロバート J.デヴィッド・グリュンヴァルト。スタリンガ、ショールド。リーガー、ベルント (2018)。「極低温における単一分子のオンオフスイッチングのための蛍光偏光制御」。小さなメソッド。2 (9) 1700323。土井：10.1002/smtd.201700323。ISSN 2366-9608。PMC 6592266。PMID 31240238。

[6] Möckl, Leonhard; Lamb, Don C.; Bräuchle, Christoph (2014-12-15). 「超解像蛍光顕微鏡：エリック・ベッツィグ、シュテファン・ヘル、ウィリアム・E・モーナーの2014年ノーベル化学賞」 . Angewandte Chemie International Edition . 53 (51): 13972– 13977. doi :10.1002/anie.201410265. PMID 25371081.