ブックタイトル日本結晶学会誌Vol56No1

概要

日本結晶学会誌Vol56No1

特集：新時代の結晶学－X線自由電子レーザー日本結晶学会誌56，27-35（2014）X線自由電子レーザーを用いた非結晶粒子のコヒーレントX線回折イメージング慶應義塾大学理工学部,理化学研究所放射光科学総合研究センター中迫雅由,苙口友隆,関口優希,小林周,橋本早紀慶應義塾大学理工学部白濱圭也理化学研究所放射光科学総合研究センター山本雅貴,高山裕貴,米倉功治,眞木さおり,引間孝明大阪大学大学院工学研究科,理化学研究所放射光科学総合研究センター高橋幸生,鈴木明大東京理科大学理工学部松永幸大,乾弥生高輝度光科学研究センター登野健介,亀島敬,城地保昌,犬伏雄一神津精機㈱星貴彦Masayoshi NAKASAKO, Tomotaka OROGUCHI, Yuki SEKIGUCHI, Amane KOBAYASHI,Saki HASHIMOTO, Keiya SHIRAHAMA, Masaki YAMAMOTO, Yuki TAKAYAMA,Koji YONEKURA, Saori MAKI-YONEKURA, Takaaki HIKIMA, Yukio TAKAHASHI, AkihiroSUZUKI, Sachihiro MATSUNAGA, Yayoi INUI, Kensuke TONO, Takashi KAMESHIMA,Yasumasa JOTI, Yuichi INUBUSHI and Takahiko HOSHI: Coherent X-ray DiffractionImaging of Non-Crystalline Particles using X-ray Free Electron LaserCoherent X-ray diffraction imaging（CXDI）is a lens-less imaging technique that can visualizethe structures of non-crystalline particles with micro- to sub-micrometer dimensions. In CXDIexperiments, spatially isolated particles are irradiated by X-ray beam with high transverse coherence.Projection images of the particles along the incident X-ray direction are then directly reconstructedfrom the diffraction amplitude using a phase retrieval algorithm. Here we report CXDI experimentscarried out at the X-ray free electron laser（XFEL）facility SACLA, and describe the theoreticalbackground of CXDI, development of a diffractometer and data processing.1．はじめに分子などの結晶に1 A程度の波長をもつX線を入射するとBragg回折現象が生じ,有機分子から生体高分子まで,結晶状態にある分子の構造を原子レベルで調べることができる.現在では,第3世代放射光源, CCD検出器,低温X線回折実験技術,洗練されたデータ処理および構造解析ソフトウェアなどの発展に支えられ,巨大な生体分子やその複合体でさえも,原子分解能の立体構造が次々と明らかにされるようになった.一方,基礎科学や材料科学分野で発見・創生された,“結晶化不可能”な分子や粒子については,構造解析が困難とされてきた.この状況は,例えば,生物細胞に代表される高度かつ多階層的に組織化された機能空間の時空間階層を理解するうえで,依然として大きな障壁となっている.細胞核1個に格納されたDNAが細胞周期に依存して示す動態を明らかにするには光学顕微鏡の解像度を超え日本結晶学会誌第56巻第1号（2014）て核を丸ごと構造解析する必要がある.近年,コヒーレントX線回折イメージング法（CoherentX-ray Diffraction Imaging：CXDI）による非結晶粒子の構造解析に期待がもてる状況になってきた. 1)-3) CXDIでは,空間に孤立した試料粒子に高空間コヒーレンスをもつX線を照射し,面検出器にて細かく記録した回折パターンに反復的位相回復法4)を適用することで,測定した構造振幅から入射X線方向への粒子の投影電子密度図を再生する.高い空間コヒーレンスを有するX線ビームが利用可能な放射光施設では,ナノ材料や生体内粒子などの構造研究に適用されている. 5)-8) CXDIはレンズを用いないので,その収差に煩わされることがない.また,透過性に優れた短波長X線を用いれば,電子顕微鏡の適用範囲を超えた厚い粒子の内部構造を,光学顕微鏡では到達困難な解像度で可視化できるであろう.これまで,細胞やオルガネラに代表される多階層性機能空間の構造研究には,細胞切片を1枚ずつ電子顕微鏡で観察した像を三次元構築するという時27