Electron microscope:0.5nm器官の動きを観察
Observation d’organes de 0,5 nm vivants !
Beobachtung von 0,5-nm-Organen am Leben!
Observation of 0.5 nm organs alive!
電子顯微鏡：觀察0.5納米活器官！
ーナノレベルで生体の動きを観察ー
ーミトコンドリアやサルコメアなどー
中部大
新谷正嶺講師（36）「DET膜法」は電子顕微鏡を使い、ナノレベルで生体の動きを観察する新技術。
中部大・新谷正嶺講師（36）らの研究グループが開発した。
生きたまま観察：
エネルギーを作り出すミトコンドリアや収縮して筋肉の動きを作り出すサルコメアなど、
「細胞内の極小器官を生きた状態」で観察できる。
「生体メカニズム解明など、さまざまな科学の進歩」に貢献する。
電子顕微鏡の制約：
電子顕微鏡は、
対象物に電子を照射し、最高0・5nmで観察できる。
立体的に見えるのが特徴だ。
しかし、
電子が、「空気で吸収されたり反射しないよう、真空にしなければならない」のだ。
「細胞などを生きたまま観察すること」は、極めて難しい。
光学顕微鏡の欠点：
生体観察には一般的に光学顕微鏡が使われている。
倍率は電子顕微鏡の約400分の1で、しかも表面しか観察できない欠点がある。
新谷講師：
電子顕微鏡を使って、生きた状態で観察したいと考えた。
半導体の絶縁コーティングに使われる化学物質「ポリイミド」に着目した。
「ポリイミド」に着目：
ポリイミドは厚さ200～300ナノメートルと極薄だ。
しかも、分子同士の結合が強いため破れにくい。
ポリイミドで覆う：
観察生体に沿って、膜を張ることもできた。
体液と同じような溶液に生体を入れ、ポリイミドで覆って観察したところ、
動く様子を立体的に見ることに成功した。
研究成果：
顕微鏡科学分野の国際学術誌「Microscopy」の電子版に掲載された。
DET膜法は、生命の巧妙な仕組みの解明できる。
動く生体観察の動機：
新谷講師は、
サルコメアの筋原線維内極小器官を観察、
数学的モデルで、「心臓が休まずに心拍リズムを刻み続ける仕組み」を研究した。
2019年、電子顕微鏡で動く生体を観察する方法の開発を始めた。
中部大に、古い廃棄予定の電子顕微鏡があった。
この顕微鏡を使、DET膜法を開発した。
毎日新聞
https://mainichi.jp/articles/20220722/k00/00m/040/192000c
Microscope électronique : Observation d’organes de 0,5 nm vivants !
-Observer le vivant à l’échelle nano-
– Mitochondries, sarcomère, etc. –
Université Chubu
Chargé de cours Masane Shintani (36)
La « méthode de la membrane DET » est une nouvelle technologie qui utilise un microscope électronique pour observer le mouvement des organismes vivants au niveau nano.
Il a été développé par un groupe de recherche dirigé par le maître de conférences Seirei Shintani (36 ans) à l’Université de Chubu.
Observation en direct :
Mitochondries qui produisent de l’énergie, sarcomère qui se contracte et produit des mouvements musculaires, etc.
Il est possible d’observer des “micro-organismes vivants dans les cellules”.
Contribuer à “l’avancement de diverses sciences telles que l’élucidation des mécanismes biologiques”.
Limites de la microscopie électronique :
microscope électronique
Les objets sont irradiés avec des électrons et peuvent être observés à un maximum de 0,5 nm.
La caractéristique est qu’il semble en trois dimensions.
mais,
Les électrons “doivent être dans le vide afin qu’ils ne puissent pas être absorbés ou réfléchis par l’air”.
Il est extrêmement difficile “d’observer des cellules vivantes”.
Inconvénients de la microscopie optique :
Un microscope optique est généralement utilisé pour l’observation du corps vivant.
Le grossissement est d’environ 1/400 de celui d’un microscope électronique, et il présente l’inconvénient que seule la surface peut être observée.
Maître de conférences Shintani :
Je voulais utiliser un microscope électronique pour observer les organismes vivants.
Nous nous sommes concentrés sur la substance chimique “polyimide” utilisée pour le revêtement isolant des semi-conducteurs.
Zoom sur “Polyimide”:
Le polyimide est extrêmement fin avec une épaisseur de 200 à 300 nanomètres.
De plus, les liaisons entre les molécules sont fortes, elles sont donc difficiles à rompre.
Recouvrir de polyimide :
Il était également possible d’étirer un film le long du corps vivant observé.
Lorsque le corps vivant a été placé dans une solution similaire aux fluides corporels et recouvert de polyimide pour observation,
J’ai réussi à voir le mouvement en trois dimensions.
résultat de la recherche :
Il a été publié dans la version électronique de Microscopy, une revue académique internationale dans le domaine de la science microscopique.
La méthode du film DET peut élucider les mécanismes complexes de la vie.
Motivation pour déplacer l’observation en direct :
Chargé de cours Shintani
Observation des organites intramyofibrillaires du sarcomère,
À l’aide d’un modèle mathématique, il a recherché “le mécanisme par lequel le cœur continue de battre sans repos”.
En 2019, il a commencé à développer une méthode d’observation d’organismes vivants en mouvement avec un microscope électronique.
À l’Université de Chubu, il y avait un vieux microscope électronique qui devait être jeté.
À l’aide de ce microscope, la méthode du film DET a été développée.
Mainichi Shimbun
Elektronenmikroskop: Beobachtung von 0,5-nm-Organen am Leben!
-Beobachtung lebender Organismen auf Nanoebene-
– Mitochondrien, Sarkomere usw. –
Chubu-Universität
Dozent Masane Shintani (36)
Die „DET-Membranmethode“ ist eine neue Technologie, die mithilfe eines Elektronenmikroskops die Bewegung lebender Organismen auf Nanoebene beobachtet.
Es wurde von einer Forschungsgruppe unter der Leitung von Dozentin Seirei Shintani (36) an der Chubu University entwickelt.
Live-Beobachtung:
Mitochondrien, die Energie produzieren, Sarkomere, die sich zusammenziehen und Muskelbewegungen erzeugen usw.
Es ist möglich, „lebende Mikroorganismen in Zellen“ zu beobachten.
Tragen Sie zum “Fortschritt verschiedener Wissenschaften wie der Aufklärung biologischer Mechanismen” bei.
Grenzen der Elektronenmikroskopie:
Elektronenmikroskop
Objekte werden mit Elektronen bestrahlt und können bei maximal 0,5 nm beobachtet werden.
Das Merkmal ist, dass es dreidimensional aussieht.
aber,
Elektronen “müssen sich in einem Vakuum befinden, damit sie nicht von Luft absorbiert oder reflektiert werden können.”
Es ist äußerst schwierig, “lebende Zellen zu beobachten”.
Nachteile der optischen Mikroskopie:
Ein optisches Mikroskop wird im Allgemeinen zur Beobachtung lebender Körper verwendet.
Die Vergrößerung beträgt etwa 1/400 eines Elektronenmikroskops und hat den Nachteil, dass nur die Oberfläche betrachtet werden kann.
Dozent Shintani:
Ich wollte mit einem Elektronenmikroskop lebende Organismen beobachten.
Wir konzentrierten uns auf die chemische Substanz „Polyimid“, die für die isolierende Beschichtung von Halbleitern verwendet wird.
Fokus “Polyimid”:
Polyimid ist mit einer Dicke von 200 bis 300 Nanometern extrem dünn.
Darüber hinaus sind die Bindungen zwischen Molekülen stark, sodass sie schwer zu brechen sind.
Abdeckung mit Polyimid:
Es war auch möglich, einen Film entlang des beobachteten lebenden Körpers zu spannen.
Wenn der lebende Körper in eine körperflüssigkeitsähnliche Lösung gelegt und zur Beobachtung mit Polyimid bedeckt wurde,
Mir ist es gelungen, die Bewegung dreidimensional zu sehen.
Forschungsergebnis:
Es wurde in der elektronischen Version von Microscopy veröffentlicht, einer internationalen wissenschaftlichen Zeitschrift auf dem Gebiet der Mikroskopie.
Die DET-Filmmethode kann die komplizierten Mechanismen des Lebens aufklären.
Motivation für bewegte Live-Beobachtung:
Dozent Shintani
Beobachtung intramyofibrillärer Sarkomerorganellen,
Anhand eines mathematischen Modells erforschte er „den Mechanismus, durch den das Herz ohne Pause weiterschlägt“.
2019 begann er mit der Entwicklung einer Methode zur Beobachtung von sich bewegenden lebenden Organismen mit einem Elektronenmikroskop.
An der Chubu-Universität gab es ein altes Elektronenmikroskop, das entsorgt werden sollte.
Unter Verwendung dieses Mikroskops wurde die DET-Filmmethode entwickelt.
Mainichi Shimbun
Real-time scanning electron microscopy of unfixed tissue in the solution using a deformable and electron-transmissive film
Microscopy
Oxford Academic
Abstract
It is difficult to use scanning electron microscopy to observe the structure and movement of biological tissue immersed in the solution.
To enable such observations,
we created a highly deformable and electron-transmissive polyimide film that can withstand the pressure difference between the high-vacuum electron column and the atmospheric-pressure sample chamber.
With this film,
we used scanning electron microscopy to measure the intrinsic fine structure and movement of the contractile fibers of excised mouse heart immersed in physiological solutions.
Our measurements revealed that
the excised heart is a dynamic tissue that undergoes relaxation oscillation based on a three-dimensional force balance.
https://academic.oup.com/jmicro/advance-article/doi/10.1093/jmicro/dfac030/6609566