2020-06-04 東京大学,科学技術振興機構
ポイント
- 「分子の動きは目に見えないほど速い」とされる。今回、１つの分子があたかも古典的物体のように往復運動をする様子を１６００枚／秒という世界最速のビデオ映像として記録した。
- 分子が素早く動く瞬間を見逃さないためには、ただ高速で撮影するだけでなく連続撮影が必須であるが、これまでは一秒に２０枚程度が最速だった。今回その速度を１００倍程度（１６００枚／秒）速くすることに成功した。
- １９世紀以来、人々は素早く動く物体の撮影に熱中してきた。今回達成した１６００枚／秒の速度のビデオ映像により、これまでは時間および空間平均の中に埋もれてしまっていたさまざまな化学現象の詳細が解明できる。
顕微鏡の発明が人々の目に見えない小さいものへの関心に火をつけたのは１７世紀である。ここに素早く動く物体を目で見たいという興味が加わり、１８７８年に疾走する馬の動画撮影が達成された。長年科学者が競って開発してきた動く分子の動画撮影は、この歴史の延長線上にある。動く分子の動画撮影の速度は、これまで２０枚／秒程度が限度であり、それは高速原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で達成された。その空間分解能は、タンパク質分子が塊として見える程度である。一方、透過電子顕微鏡（電顕）で撮影された分子の動画では１２枚／秒がこれまでの最高速度であった。今回、東京大学 大学院理学系研究科化学専攻の中村 栄一 特別教授、原野 幸治 特任准教授らの研究グループは、バージニア工科大学・九州大学の村山 光宏 教授らのグループと共同で、分子の動きを原子分解能電顕でその場撮影し、１つの分子があたかも古典的物体のように往復運動をする様子を１６００枚／秒という世界最速のビデオ映像として記録することに成功した。分子動画のこれまでの最高速度を１００倍程度上回り、かつ０．０１ナノメートル（１０００億分の１メートル）の分子位置の決定精度を実現した。今、研究は確率論的に動き回る原子や分子のイメージングという究極の目標に向かって進んでいる。
本研究成果は、２０２０年６月４日（日本時間）に日本化学会欧文誌「Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ」のオンライン版に掲載されます。
本研究成果は、科研費特別推進研究（課題番号：ＪＰ１９Ｈ０５４５９）、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 研究成果展開事業先端計測技術・機器開発プログラム（課題番号：ＪＰＭＪＳＮ１６Ｂ１）、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（ＥＡＰＳＩ ＃１７１３９８９ ａｎｄ ＤＭＲＥＦ ＃１５３３９６９）およびＶｉｒｇｉｎｉａ Ｔｅｃｈ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＮａｎｏＥａｒｔｈ）（ＮＳＦ ＥＣＣＳ ＃１５４２１００）の支援により得られたものである。本研究では、国際科学イノベーション拠点整備形成事業により導入され、東京大学分子ライフイノベーション機構により運営されている共用機器である原子分解能透過電子顕微鏡（日本電子株式会社製ＪＥＭ－ＡＲＭ２００Ｆ）および直接電子検出型高速カメラ（Ｇａｔａｎ社製Ｋ２－ＩＳ）を利用した。
