ブックタイトル日本結晶学会誌Vol59No1

概要

日本結晶学会誌Vol59No1

西野吉則，木村隆志，鈴木明大，城地保昌，別所義隆図2 MLEAチップ.（MLEA chip.）1辺12 mmの正方形のチップに，24×24＝576個の独立したマイクロ液体封入セルが配置されている．封入セルに溶液試料を保持できることを確かめている．XFEL測定では，液体ジェットなどの試料入射方式がしばしば用いられるが, 14）,15）その場合，XFELのパルスとパルスの間に反応領域を通過した試料は，測定に用いられず無駄になる．これに対して，MLEAチップを用いると，XFELのシングルショット当たりに必要な試料の量は，XFELの繰り返し周波数によらないため，微量な溶液試料を有効に測定に用いることができる．PCXSS測定では，試料からの微弱なシグナルを高精度で計測するために，バックグラウンド散乱を抑制することがきわめて重要となる．著者らは，SACLAにおいて，試料位置に何も置かない場合と比べて，試料位置に生理食塩水を封入したMLEAチップを置いたほうが，バックグラウンド散乱が抑制されることを確認した.7）これは，約20μm角の各マイクロ液体封入セルのシリコンの窓枠が，試料と同一平面内でのガードスリットの役割を果たし，上流の光学系からの寄生散乱を効率的に除去できたためと考える．さらに，XFELのビームは，MLEAチップの窒化ケイ素薄膜に垂直に入出射するため，理想的には，MLEAによって一様な位相の進みは起こるが，寄生散乱は起こらない．これに対して，試料の導入に液体ジェットを用いる場合，液体ジェットの表面が曲率をもつため，液体ジェット自身から強い寄生散乱が起きる．シリアルフェムト秒X線結晶構造解析（SFX）では，離散的なブラッグ点近傍で強い回折が起こるため，液体ジェットを用いることができるが，非結晶試料に対するCDIでは，試料からの散乱はきわめて微弱なため，液体ジェットを試料導入に用いることは現実的でない．4．SACLAを用いたPCXSS測定4.1 PCXSS実験配置著者らは，SACLAのBL3においてPCXSS実験を行っている．光子エネルギーは，より大きなコヒーレントX線回折強度が見込まれる，ビームラインで出すことのできる最も低い4.0～5.5 keV付近を使用している．コヒーレント回折測定では，狭いバンド幅は要求されないため，光学ハッチでは分光器は用いず，全反射平面ミラーを高調波除去のために使用している．実験ハッチに導かれたXFELビームは，Kirkpatrick-Baezミラーを用いて半値全幅1.5μmほどのスポットサイズに集光され, 16）焦点位置に置いたMLEAチップに照射される．MLEAチップは，SACLAで開発された汎用コヒーレントイメージング装置（MAXIC：Multiple ApplicationX-ray Imaging Chamber）17）内にマウントする．MAXIC内には，上流の光学系からの寄生散乱を除去するため，2段の4象限スリットが試料上流に設置されている．MLEAチップのX線照射窓をXFELのシングルショットで次々と照射し，コヒーレント回折パターンを計測する．コヒーレント回折パターンの計測にはSACLAで開発されたMultiPort Charge-Coupled Device（MPCCD）18）を用いている．MPCCDは2段に配置され，上流のオクタルセンサーには中心部に可変の大きさの開口があり，高角のデータはオクタルセンサーで，開口を通り抜けた小角のデータは下流のデュアルセンサーで計測する．4.2生細胞イメージング著者らは，PCXSS法による溶液中の生物試料のナノレベルイメージングの新たな可能性を示すために，生きたバクテリア細胞のナノイメージング実験を世界に先駆けて行った.7）研究は，共和化工㈱環境微生物学研究所の大島泰郎所長らと共同で行った．Microbacterium lacticum（M. lacticum）という，牛乳中に生息する耐熱菌を試料に用いた．耐熱菌による生乳の汚染は農業において大きな問題となるが，サブミクロンサイズの小さなサイズのため，通常の光学顕微鏡では内部構造を観察することは困難であり，その細胞生物学的な知見はほとんど得られていない．PCXSS実験に先立ち，MLEAチップにM. lacticum細胞を生きたまま保持できるかを確認する実験を行った．細胞の生死の判定には，Invitrogen社製のLIVE/DEADBacLight Bacterial Viability Kitを用いた．この蛍光試薬により調製したバクテリア細胞をMLEAチップに封入し，蛍光顕微鏡観察を行った．実験の結果，MLEAチップ中で，生存バクテリアを，1時間以上にわたって維持可能であることを確認した．これは，SACLAにおいて試料調製からPCXSS測定までに要する時間と比べて十分に長く，生細胞のPCXSS測定に求められる性能を満たしている．なお，PCXSS実験に用いた細胞には，この蛍光試薬による染色は行っていない．図3にM. lacticumからのシングルショットXFEL回折パターンを示す．シングルショットXFEL回折パターンには，細胞の幅に起因する一方向に伸びた明瞭な干渉縞が観察された．干渉縞の間隔から，試料の幅は194 nmで20日本結晶学会誌第59巻第1号（2017）