Development of a soft X-ray microscope with a intense laser-plasma soft X-ray source produced by a high power pulsed laser

高出力レーザーによって生成された高輝度レーザープラズマ軟X線源を用いた軟X線顕微鏡の開発

加道 雅孝; 岸本 牧; 石野 雅彦; 保 智己*; 安田 恵子*; 青山 雅人*; 刀祢 重信*; 篠原 邦夫*

Kado, Masataka; Kishimoto, Maki; Ishino, Masahiko; Tamotsu, Satoshi*; Yasuda, Keiko*; Aoyama, Masato*; Tone, Shigenobu*; Shinohara, Kunio*

高出力レーザーによって生成されたレーザープラズマ軟X線源は極めて明るいため、細胞への損傷をふせぐために瞬間露光が必要とされる生きている細胞の撮像を目的とした生物X線顕微鏡に最適である。我々は、ガラスレーザーシステムによって生成された高輝度レーザーパルスを金の薄膜ターゲットに照射することにより高輝度軟X線源を開発した。ターゲットの厚さが400nmの時に最大のX線輝度として1.310 photon/srが得られた。このときの試料上におけるX線光量は4.410 photons/mと見積もられ、この値は約80nmの空間分解能に相当する。高輝度軟X線源を密着型軟X線顕微鏡と組み合わせ、レーザープラズマ軟X線顕微鏡として装置化を行った。細胞内小器官を選択的に標識可能な蛍光色素によりあらかじめ標識を施した生きている細胞をレーザープラズマ軟X線顕微鏡と蛍光顕微鏡で同時に観察を行った。得られた軟X線顕微鏡像と蛍光顕微鏡像を直接比較することにより細胞内小器官の詳細な構造の観察に初めて成功した。

Laser-plasma soft X-ray source produced by a high power pulsed laser is extremely bright and very suitable for biological X-ray microscopy to capture an image of living specimens which require a single flash exposure to avoid any damages on the specimens. We have developed a bright soft X-ray source irradiating a highly intense laser pulse generated by a Nd:glass laser system onto a thin foiled gold target. The highest intensity was obtained at the thickness of 400 nm and the photon flux was measured to be about 1.3 10 photon/sr. The photon flux on the specimens was estimated to be about 4.4 10 photons/m and it will give the spatial resolution of about 80 nm. The bright soft X-ray source was combined with a contact soft X-ray microscope and established as a laser plasma soft X-ray microscope. Live biological cells were observed with both of the soft X-ray microscope and a fluorescence microscope at the same time.