軟X線顕微鏡による細胞内部構造のその場観察

In situ observation of inner structures of biological cells with a soft X-ray microscope

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

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

酸素と炭素のK吸収端で挟まれた波長領域(2.3nm4.4nm)は"水の窓"波長と呼ばれ、細胞の主要構成要素である炭素による吸収が大きいが、水にはほとんど吸収されないという特徴を持つ。水の窓波長の軟X線を照明光として用いた顕微鏡(軟X線顕微鏡)は生きている細胞を無染色でそのまま観察可能であるという特徴を持ち、さらに可視光に比べて波長がはるかに短いため、細胞内部構造の詳細な観察が可能である。さらに、高輝度で短パルスという特徴を持つレーザープラズマ軟X線源を光源に用いたレーザープラズマ軟X線顕微鏡は、放射線による細胞への影響や細胞内構造の揺らぎによる空間分解能の低下を抑え、生きている細胞のその場観察が可能である。我々は、波長1053nm、出力20J、パルス幅600psの高出力ガラスレーザーを金の薄膜ターゲットに集光し、水の窓波長軟X線を発生した。細胞をPMMAフォトレジスト上に直接培養することにより、レーザープラズマ軟X線顕微鏡による生きている細胞のその場観察を実現した。

Soft X-ray wavelengths between absorption K-edges of Oxygen and Carbon (2.3 nm and 4.4 nm) are so called "water window" and the X-ray were well absorbed by Carbon and less absorbed by water. Soft X-ray microscope using the water window X-ray as the light source has advantage to be able to observe live biological cells without any artifacts and can observe fine structures of cells compared to the light microscope. Combining with bright and short-pulsed laser-plasma soft X-ray the soft X-ray microscope which named a laser-plasma soft X-ray microscope can observe live biological cells in situ without radiation damages. We have generated bright water window soft X-ray irradiating a high power laser with 1053 nm in wavelength, 20 J in pulse energy and 600 ps in pulse duration onto thin foiled gold targets. Cultivating biological cells directly on the PMMA photoresists in situ observation of live biological cells with the laser-plasma soft X-ray microscope has been realized.