[スポンサーリンク]

一般的な話題

進化する電子顕微鏡(TEM)

“化学者は分子、原子レベルで世界を見ることが出来る人のことである”

といつかのセミナーで聞いたことがあって以来、僕はこの言葉をなかなか良い言葉だなぁと思って心に留めています。

普通の人がそのものとしてみている、“洗剤”や“料理などのプロセス”や“医薬”を分子レベルの動きとして“見る”、そんなパラダイムを胸に化学者は研究している気がします。

ただし、化学を勉強していない人が、そういった「見かた」をするのに、ちょっと勉強が必要になるのも事実です。

しかし!そんな勉強をする必要なく、分子、原子レベルで物を「見る」ことが出来るのです。そんな魔法の装置、それが「電子顕微鏡」、特に今回は近年発展の目覚しい「透過型電子顕微鏡、TEM」を紹介したいと思います。

「もの」というのはある程度小さくなると見えなくなります。そこで人はメガネをかけます。それよりも小さくなると人は顕微鏡を使います。しかし小学校で使うような一般的な顕微鏡(*1)はいくら頑張っても100ナノメートルオーダーのものしか理論的に観察することができません。光の波長の制限があるからです。

そこで光を使わない色々な顕微鏡が登場します。AFM、STM、SEM(*2)など様々な顕微鏡が提唱されていますが、ここでは透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope)、通称TEMを紹介させて頂きます。

TEM1.jpg

TEMの原理は写し絵と同じです。違いは、写し絵は光を当てて影を観察しますが、TEMでは電子ビームをあてて、その影を観察します。

電子ビームのいいところは光と比べて、波長が短く、そのぶん分解能が良くなるというところです。

つまり「光」を使うと非常に画素の荒いモザイクにしかならないものを、「電子」を使うとほぼ極限までその画素を小さくできて、結果非常に綺麗に物が移るということです。

こーゆー顕微鏡はナノテクノロジーの素材を扱う分野で日常的に使われています。

TEM2.jpg

図1:一般的な TEMの画像(ナノロッド)

 

ではどの程度の画素までみえるかというと、金属や半導体であれば、その結晶の原子配列まで綺麗にみえるのです。

但し、従来のTEMで見られる格子は、その格子を通り抜けた、電子の干渉縞として観察されるもので、直接的な電子の投影としての絵ではなく、そのため、厳密に“原子の並び”を観察することは今まで出来ませんでした。

そこでカルフォルニア州バークレーにあるのLawrence Berkeley National Laboratoryはより高解像度を求めた電子顕微鏡、その名もTransmission Electron Aberration-Corrected Microscope (TEAM) (和訳は分かりませんが、「収差補正つきTEM」みたいな感じでしょうか)に着手し2009年に従来の目標であった0.05nmの解析度を達成しました。この大きさがどれだけ凄いものかといいますと、水素の大きさの約半分でありますので、主にTEMの守備範囲である遷移金属の原子レベルの大きさは観察できるということです。

TEM3.jpg

図2:Lawrence Berkeley National LaboratoryのTEAMの画像

TEMの発展は、Resolutionだけでなく、In situなどの観測も出来るようになっており、そのどれもが素晴らしいので、機会があればまた紹介したいです。

その中で1つごく最近報告された技術を紹介します。この報告ではサンプルを傾けた写真を複数枚とることにより、そのサンプルを立体的に捉え、映像化するという技術がNatureに報告されました。

TEM4.png

図3:金ナノ粒子の3D映像( Nature 2012 doi:10.1038/nature10934より抜粋)

今まで見えなかった世界がこのように技術の発展により、どんどん「見えて」きています。個人的にはこういう技術は直接的な感覚に訴えるので、門外漢の人にも受け入れられやすくて、とってもポップで素晴らしいと思います。

先で述べた、分子原子レベルでの物の見方をするのの入り口としては最適な道具なのではないのでしょうか?

(こーゆー考え方は一度体得してしまえば、コロンブスの卵みたいなもので簡単です。そしてそーゆー見方をすれば新しいものの出来方ができて楽しいよ、みたいなのを伝えたいのがケムステ的な場で文章を書くモチベーションになったりしています。。)

これまで「見えなかった」と思っているものがみえる。これこそ、「新たな世界に光がさした」状態だし、世界の広がりではないでしょうか?しかしこの先がどこで何が見えるようになるかわかりません。いまだに「見えていない」ものが「見える」ようになる未来があるかもしれないのですよ。

(*1)光学顕微鏡を指す。

(*2)それぞれAFM:Atomic Force Microscope、STM: Scanning Tunnel、SEM: Scanning Electron Microscopeのこと。

参考

(1)The TEAM Project http://ncem.lbl.gov/TEAM-project/index.html

(2)”Electron tomography at 2.4-ångström resolution”; Jianwei Miao et al. Nature 2012 doi:10.1038/nature10934

関連記事

  1. 超原子価臭素試薬を用いた脂肪族C-Hアミノ化反応
  2. Illustrated Guide to Home Chemis…
  3. 地域の光る化学企業たち-1
  4. 近況報告Part III
  5. 1つの蛍光分子から4色の発光マイクロ球体をつくる
  6. Nature Reviews Chemistry創刊!
  7. 発想の逆転で糖鎖合成
  8. 燃えないカーテン

注目情報

ピックアップ記事

  1. 反応機構を書いてみよう!~電子の矢印講座・その1~
  2. 化学英語論文/レポート執筆に役立つPCツール・決定版
  3. <飲む発毛薬>万有製薬に問い合わせ殺到
  4. 非専門家でもデザインはできる!「ノンデザイナーズ・デザインブック」
  5. 単一分子を検出可能な5色の高光度化学発光タンパク質の開発
  6. オキソニウムイオンからの最長の炭素酸素間結合
  7. 今年も出ます!サイエンスアゴラ2014
  8. 4-ベンゾイル安息香酸N-スクシンイミジル : N-Succinimidyl 4-Benzoylbenzoate
  9. NIMSの「新しいウェブサイト」が熱い!
  10. 水分解 water-splitting

注目記事

関連商品

注目情報

試薬検索:東京化成工業



最新記事

極性表面積 polar surface area

極性表面積(polar surface area, PSA)とは、分子表面のうち極性を帯びている部分…

Late-Stage C(sp3)-H活性化法でステープルペプチドを作る

バルセロナ大学・Fernando Albericioらは、パラジウム触媒によるLate-Stage …

企業研究者たちの感動の瞬間: モノづくりに賭ける夢と情熱

概要有機合成化学およびプロセス化学に関係した研究の現場での,企業化や商品化に賭けるそれぞれの…

銅触媒と可視光が促進させる不斉四置換炭素構築型C-Nカップリング反応

カリフォルニア工科大学・Jonas C. PetersおよびGregory C. Fuの共同研究グル…

Lithium Compounds in Organic Synthesis: From Fundamentals to Applications

(さらに…)…

フェルナンド・アルベリシオ Fernando Albericio

フェルナンド・アルベリシオ(Fernando Albericio、19xx年x月x日-)は、スペイン…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP