X線回折技術で微小構造を記録的な速さで解明

January, 29, 2026, Washington--スイスとスウェーデンを拠点とする研究チームは、生物学的構造の3Dナノスケール情報を測定するために、10年前のX線回折技術を改良した(Small Methods, doi: 10.1002/smtd.202500162)。小角X線散乱テンソルトモグラフィー(SAS-TT)は、2014年に開発され、コンピュータ断層撮影の概念と走査型小角X線散乱を組み合わせている。

SAS-TTの能力を示すために、科学者たちはスイスのポール・シェラー研究所(PSI)にあるシンクロトロン、スイス光源(SLS)を用いて、人間の耳の小さな骨の一つにおけるコラーゲンファイバの配列を画像化した。「これにより、科学的方法から実用的な技術への飛躍を遂げた」と、PSIフォトンサイエンスセンタのChristian Appelが研究に付随するプレスリリースで述べている。

スキャン速度の向上
それ以前は、SAS-TTは測定に時間がかかるため、1つのサンプルに24時間以上かかることがあった。典型的なサンプルは約ミリメートルサイズで、数千回の回折パターンを含む数百の2次元投影を必要とした。

この目的のために、AppelらはSLSで高フラックスを持つ微小集束X線ビームを備えた高分子結晶学ビームラインPX-Iを使用し、サンプルの高速かつ細かいスキャンを可能にした。高スループットの低温結晶構造に最適化されているため、PX-IはX線による加熱や放射線損傷を軽減するために極低温条件下での測定も可能にした。

この方法を改良し、1時間余りで完全なトモグラムを記録できるようになった」と、PSIフォトンサイエンセンタのビームライン科学者、Meitian Wangは話している。

生物学的アプリケーション
研究者チームは、1.2時間で測定された全トモグラムの記録を報告しており、これは2014年の最初の測定の15倍の速さである。チームは中耳にある3つの聴小骨のうちの一つであるヒトインカスを対象にパイロット研究を行い、その大きさは2.8 × 1.6mm²だった。.画像診断により、鉱化したコラーゲン線維の主な配向とその異方性が明らかになり、人間の中耳をより詳細にモデル化するために活用された。

2025年8月に発表されたSLSの最近のアップグレードにより、さらに高速な測定が可能になる。SAS-TTを含むSLS実験は、これまでの最大1,000倍の強度の光の恩恵を受けることになる。

「より高い解像度と測定速度を組み合わせることで、特に生体医学応用においてテンソル断層撮影にまったく新しい可能性が開かれる」とAppelはコメントしている。