【発表のポイント】

• 東北大学青葉山新キャンパスに建設中の次世代放射光施設とクライオ電子顕微鏡との相補利用で硬い材料から柔らかい材料までを可視化
• AI制御の自動データ収集システムを実装したクライオ電子顕微鏡の共用を世界で初めて開始
• クライオ電子顕微鏡を従来のタンパク質だけではなく、有機材料や有機?無機ハイブリッド材料（注１）へも適用する二刀流

【概要】

現在、東北大学青葉山新キャンパスに建設中の次世代放射光施設（注２）は、いわば「巨大な顕微鏡」ですが、この次世代放射光施設をもってしても、ミクロン以下の、タンパク質、有機薄膜、ポリマー、ハイブリッド材料は、分析?測定が困難です。

東北大学多元物質科学研究所では、次世代放射光施設では困難な部分を補完するために、「クライオ電子顕微鏡（注３）」を新規に大学として導入し、2022年6月から学内外に共用を開始しました。

クライオ電子顕微鏡は、東北大学としては２台目ですが、今回新たに導入した顕微鏡は、クライオ電子顕微鏡のために理化学研究所と東北大学が独自開発した、AI制御でデータの自動測定を可能とするソフトウェア「yoneoLocr」（注４）を装備した装置であり、共用されるのは世界で初めてです。AIでデータ測定を行える世界で唯一のシステム構成になります。

また、この装置は、タンパク質のみならず、有機材料、有機?無機ハイブリッド材料への応用を目指した生命系?材料系二刀流の装置であり、世界初の試みです。

これにより、東北大学では硬い材料から柔らかい材料までを測定?可視化し、学術研究のみならず産業界での利用により、さまざまな技術革新が期待されます。

【用語解説】

注１　有機材料や有機?無機ハイブリッド材料
界面活性剤?コロイド?ゲル?油脂?結晶性プラスチックなどの材料

注２　次世代放射光施設
次世代放射光施設は、軟X線領域で、大型放射光施設SPring-8の100倍の高輝度性と高コヒーレンス性という最先端の光源性能を有するため、軽元素や遷移金属の化学状態および不均一な材料の機能を10 nmの分解能で可視化することができる。その活用範囲は、触媒材料、磁性?スピントロニクス材料、高分子材料など材料分野はもちろん、工学、理学、農学、医学など広範な学術と産業分野に及ぶ。2019年度より東北大学青葉山新キャンパスにて次世代放射光施設の整備が開始され、2023年度のファーストビームを目指している。

注３　クライオ電子顕微鏡
タンパク質などの生体分子を、水溶液中の生理的な環境に近い状態での観察と構造解析を可能とするために開発された電子顕微鏡。試料を含む水溶液を急速凍結し、アモルファス（非晶質、ガラス状）な薄い氷中に生体分子を閉じ込め、液体窒素（-196℃以下）を使った冷却下で観察する。冷却することで電子線の照射による試料の損傷を大幅に低減できる。液体窒素冷却下もしくはそれ以下の温度での電子顕微鏡観察や、その装置自体のこともクライオ電子顕微鏡と称する。2017年に、この装置を用いたタンパク質構造解析技術の開発に対してノーベル化学賞が贈られた。

注４　「yoneoLocr」
AI技術であるディープラーニングを利用し、試料形状やデータの質を自動判定し、電子顕微鏡をコントロールしながら、単粒子解析と微小結晶からの電子回折データの自動測定を実現するソフトウェア。これを用いることで、撮影の失敗がなくなり、人間の監視を必要とせずに高品質なデータの自動測定が実現できる。

• 参考（2021年9月17日プレスリリース）

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（クライオ電子顕微鏡の利用に関すること）
東北大学多元物質科学研究所　クライオ電子顕微鏡受付
濱口、佐藤、海原
E-mail：tagen-cryo*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
総務課　江口、江崎
電話：022-217-5202
E-mail:tagen-soumu*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）