Correlative imaging of live biological cells with a soft X-ray microscope and a fluorescence 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*

AIP Conference Proceedings 1696, p.020019_1 - 020019_4, 2016/01

https://doi.org/10.1063/1.4937513

軟X線顕微鏡は生きている細胞の細胞内小器官を観察するための非常に強力なツールであり、これまで細胞の内部構造を観察するための多くの研究開発が行われてきた。しかし、細胞内構造は非常に複雑で、軟X線顕微鏡で取得した細胞の軟X線顕微鏡像において細胞内小器官を特定することは困難であった。我々は、同一細胞を軟X線顕微鏡と蛍光顕微鏡により同時に観察するハイブリッドイメージング法を提案した。細胞にあらかじめ蛍光標識を施すことにより蛍光顕微鏡により細胞内小器官の位置を正確に特定することができ、蛍光顕微鏡によって得られた細胞内小器官の位置情報を用いて軟X線顕微鏡で取得した細胞の軟X線顕微鏡像において細胞内構造を正確に特定可能となる。軟X線顕微鏡は蛍光顕微鏡よりはるかに高い空間分解能を持つため、正確に特定された細胞内小器官の詳細な構造の解析が可能である。ハイブリッドイメージング法により生きている細胞の観察を行った。その結果、生きている細胞内のミトコンドリアの詳細な構造が確認できた。

Imaging of fine structures of cellular organelles in hydrated biological cells by a soft X-ray microscope combined with a fluorescence microscope

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

Proceedings of SPIE, Vol.8849, p.88490C_1 - 88490C_7, 2013/09

https://doi.org/10.1117/12.2022332

これまでに、高輝度レーザープラズマ軟X線源と密着型顕微法を組合せたレーザープラズマ軟X線顕微鏡を開発し、生きている細胞の細胞内構造を100nm以下の高い空間分解能でその場観察することに成功している。さらに、同一の細胞を軟X線顕微鏡と蛍光顕微鏡により同時に観察し、直接比較することにより、軟X線顕微鏡によって取得した細胞内構造を正確に特定する手法を提案した。細胞をあらかじめ、マイトトラッカー,ファロイジン, DAPI等の蛍光色素によって蛍光標識を施し、蛍光顕微鏡で観察することにより、ミトコンドリア,アクチンフィラメント,クロマチン等の位置を正確に把握することが可能である。蛍光顕微鏡の空間分解能は数100nm程度に制限されるが、軟X線顕微鏡は100nm以下の高い空間分解能を持つため、蛍光顕微鏡で位置を把握した細胞内小器官の詳細な構造の観察が可能となった。特に、ミトコンドリアの観察では、蛍光顕微鏡では解像しきれなかったミトコンドリアのかたまりが軟X線顕微鏡では十分解像され、個々のミトコンドリアの構造も観察できることがわかった。

Observation of organelle by a laser plasma X-ray microscope

加道 雅孝; 岸本 牧; 石野 雅彦; 保 智己*; 安田 恵子*; 篠原 邦夫*

AIP Conference Proceedings 1465, p.246 - 250, 2012/07

https://doi.org/10.1063/1.4737567

生体の主要な構成要素である炭素に吸収されやすく、周囲の水にはほとんど吸収されないという特徴を持つ高輝度軟X線源と組合せた密着型軟X線顕微鏡は、自然環境下にある水を含んだ生物試料を無染色で直接観察することが可能である。しかし、反面、軟X線顕微鏡はこれまで観察できなかった生きた細胞内の構造を観察できるという新しい観察技術であるため、学術的な応用のためにはX線像で取得された構造を正確に特定することが非常に重要である。われわれは、同一の細胞のX線顕微鏡像と蛍光顕微鏡像を直接比較し、蛍光顕微鏡で観察された構造をもとにX線顕微鏡で得られた構造を特定するという新しい手法を提案した。その結果、X線顕微鏡によりミトコンドリアの構造の観察に成功した。

Removal of cesium using cobalt-ferrocyanide-impregnated polymer-chain-grafted fibers

石原 量*; 藤原 邦夫*; 原山 貴登*; 岡村 雄介*; 内山 翔一朗*; 杉山 まい*; 染谷 孝明*; 天海 亘*; 海野 理*; 小野 翼*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(10), p.1281 - 1284, 2011/10

AA2011-0190.pdf:0.45MB

https://doi.org/10.3327/jnst.48.1281

Zeolites combined with insoluble metal ferrocyanides are known as adsorbents capable of specifically capturing cesium ions and attract much attention, due to its easy operation at sites for processing water contaminated with radioisotopes. To achieve more effective adsorption, we prepared a novel M-FC-impregnated fiber by radiation-induced graft polymerization and subsequent chemical modifications. Cobalt ions were bound to a sodium styrene sulfonate-grafted 6-nylon fiber via an ion-exchange interaction. Subsequently, the bound cobalt ions were reacted with potassium ferrocyanide to form insoluble or sparingly soluble cobalt-ferrocyanide (Co-FC). The resultant Co-FC-impregnated fiber with a Co-FC content of 7.3% exhibited a high affinity to cesium ions in the presence of NaCl. Such fibers can be fabricated into various fiber modules suitable for the removal of radioisotopes at sites.

Development of a specimen holder combined with ultra thin film laser plasma X-ray source for compact contact-type soft X-ray microscope to observe hydrated living biologocal cells

石野 雅彦; 加道 雅孝; 篠原 邦夫*; 山本 容正*; 平井 到*; 岸本 牧; 錦野 将元; 長谷川 登; 保 智己*; 安田 恵子*; et al.

Proceedings of SPIE Europe Optics + Optoelectronics 2011, Vol.8139, p.81390R_1 - 81390R_8, 2011/09

https://doi.org/10.1117/12.892864

金の極薄膜ターゲットは強力な「水の窓」領域の軟X線を発生することから、軟X線顕微鏡のプラズマX線光源として適している。薄膜ターゲット背面からの発光を用いることにより、光源と試料間の距離を短縮することが可能となり、結果として試料を照射する光量を増加させることができる。光源と試料ホルダを組合せることにより、簡便な顕微鏡を設計することも可能となる。また、試料ホルダと光源以外のいかなる光学素子も必要としないので、光量減少の原因となる要素を排除することもできる。われわれは金薄膜ターゲットを組み込んだ細胞用試料ホルダの開発を行い、これを用いて生きた細胞のX線像を撮影することに成功した。本研究で開発した光源一体型試料ホルダは、実験室サイズのコンパクト軟X線顕微鏡を開発するうえで、中心要素となると期待されている。

Effect of carbon on irradiation-induced grain-boundary phosphorus segregation in reactor pressure vessel steels using first-principles-based rate theory model

海老原 健一; 山口 正剛; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄; 松澤 寛*

Journal of Nuclear Materials, 414(2), p.328 - 335, 2011/07

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.05.001

中性子照射された原子炉圧力容器鋼における実験結果は、脆化の原因となる粒界リン偏析を示しているが、偏析の照射量,照射速度などへの依存性は、実験データの不足のため明らかではない。本論文では、炭素の影響を組み入れたレート理論モデルによって、中性子照射された原子炉圧力容器鋼の粒界リン偏析をシミュレーションした。結果として、空孔と自己格子間原子のシンク強度を選ぶことにより、実験で得られた粒界リン偏析量が再現された。また、炭素の有無にかかわらず粒界リン偏析量の照射速度への依存性は見られなかった。さらに、空孔によるリンの輸送は自己格子間原子による輸送に比べ非常に小さいことを確認し、炭素は、おもに、空孔の移動を抑制することによって照射誘起リン偏析に影響することがわかった。これらの結果は、照射誘起リン偏析の数値的予測の高精度化に寄与するものであり、原子炉圧力容器鋼の経年変化の理解に向け、必須な知見を得たことを意味している。

Experimental evidence of nonthermal acceleration of relativistic electrons by an intensive laser pulse

蔵満 康浩*; 中新 信彦*; 近藤 公伯; 坂和 洋一*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和哉*; 福持 修司*; 柏原 守*; et al.

Physical Review E, 83(2), p.026401_1 - 026401_6, 2011/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevE.83.026401

宇宙に漂う宇宙線に含まれる粒子線のエネルギー分布は冪乗に比例する傾向を持つことが知られており、したがって、そのような宇宙線の起源を知るうえで非熱的な加速機構を考えることは本質的である。このような宇宙線の起源の候補として宇宙における衝撃波に沿った相対論的な航跡場加速が考えられている。ここではそのような航跡場をプラズマ中に入射した強力なレーザー光による航跡場による加速として扱い、実験室における天文物理を展開した。

FIREX project and effects of self-generated electric and magnetic fields on electron-driven fast ignition

三間 圀興*; 砂原 淳*; 白神 宏之*; 西村 博明*; 疇地 宏*; 中村 龍史; 城崎 知至*; 長友 英夫*; Garcia, C.*; Veralde, P.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 52(12), p.124047_1 - 124047_6, 2010/12

https://doi.org/10.1088/0741-3335/52/12/124047

高速点火核融合は少ないレーザーエネルギーで核融合反応を実現できると期待されている。大阪大学では10kJ, 10psの点火用レーザー(LFEX)を建設中である。現在までに、全4本のビームのうち1本のビームを完成させ統合実験を進めており、幾つか新しい課題が明らかとなってきた。特に、プリパルスによる膨張プラズマの形成により、点火用レーザーのエネルギーが効果的に電子へ変換されていないことが示唆されている。本論文では、プリプラズマの制御を目的としたターゲットのコーティング、また、ダブルコーン形状の採用による電子運動の制御について提案を行った。

溶接並びに機械加工時の残留応力分布及びき裂進展挙動の評価

伊原 涼平*; 橋本 匡史*; 三上 欣希*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 望月 正人*

日本保全学会第7回学術講演会要旨集, p.611 - 616, 2010/07

軽水型原子力発電所において、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼(SUS316L)製の再循環系配管で応力腐食割れ(SCC)が顕在化している。SCCの発生と進展に影響を及ぼす重要な因子の1つとして、残留応力がある。配管の溶接施工プロセスにおいては、表面の機械加工と溶接が施され、これらが残留応力を発生させる原因となる。本研究では、機械加工と溶接により生じる残留応力を推定するため、機械加工時の切削工具の形状、及び切削速度等の切削条件を考慮するとともに、機械加工中に摩擦により生じる発熱を考慮した有限要素解析手法を開発した。機械加工を模擬したモデル試験体を製作し、X線回折法による残留応力測定を行うとともに、本解析手法を用いて、機械加工により生じる残留応力の評価を行った。この結果、機械加工による残留応力はごく表面付近に限定されることを明らかにした。また、機械加工と溶接による残留応力分布をもとにSCC進展解析を行い、機械加工がSCC進展に大きな影響を及ぼすことを示した。

切削加工により生じる残留応力分布の数値解析とき裂進展に及ぼす影響

伊原 涼平*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 橋本 匡史*; 三上 欣希*; 望月 正人*

溶接構造シンポジウム2009講演論文集, p.393 - 396, 2009/11

近年、SUS316L鋼製の再循環系配管等の溶接部近傍においてSCCが顕在化している。非鋭敏化材におけるSCCの発生及び進展の評価に対しては、切削加工等により生じる残留応力分布が重要な因子の1つである。本研究では、切削加工により生じる残留応力分布を、切削速度を変化させた数値解析により評価し、得られた残留応力場においてき裂進展解析を行った。その結果、き裂進展は残留応力分布に対する感受性が非常に高いことを示した。