空間構造を持つ光により実現する高速な3次元蛍光イメージング

5. おわりに

本稿では,著者らのグループがこれまで開発してきたニードルスポット走査に基づく3次元蛍光イメージング法について紹介した。現在までに提案・実証されてきた高速な3次元顕微鏡システムの多くは,照明光(励起光)の工夫や高速化に主眼が置かれたものがほとんどである。

一方で,我々の方法では,励起光だけでなく,検出光(蛍光)に対する波面制御から試料の深さ情報を取得する点に独自性があり,これにより3次元イメージングの高速化を図るものである。

本原理を発展させ,顕微鏡光学系における照明光・検出光の振幅や位相(あるいは偏光)の空間分布をより積極的に制御することで,光イメージングのさらなる可能性や新たな機能性が引き出せるものと考えている。

謝辞

本研究の一部は科学技術振興機構(JST)さきがけ(JPMJPR15P8),JSPS科学研究費補助金(基盤研究(B)JP19H02622)により行われた。本研究の遂行において,共同研究者である佐藤俊一教授(東北大学多元物質科学研究所)および同研究室の皆様には多くの助言とご協力をいただいた。また,生体試料をご提供頂いた自然科学研究機構 生命創生探求センター 石井宏和博士,根本知己教授に感謝いたします。

参考文献
1) A. Ichihara et al., “High-speed confocal fluorescent microscopy using a Nipkow scanner with microlenses for 3-d imaging of single fluorescent molecule in real time,” Bioimages 4, 57-62 (1996).
2) H. Mikami et al., “Ultrafast confocal fluorescence microscopy beyond the fluorescence lifetime limit,” Optica 5, 117-126 (2018).
3) J. Huisken et al., “Optical sectioning deep inside live embryos by selective plane illumination microscopy,” Science 305, 1007-1009 (2004).
4) I. Gregor and J. Enderlein, “Image scanning microscopy,” Curr. Opin. Chem. Biol. 51, 74-83 (2019).
5) Y. Kozawa and S. Sato, “Light needle microscopy with spatially transposed detection for axially resolved volumetric imaging,” Sci. Rep. 9, 11687 (2019).
6) J. Durnin, J. Miceli, and J. H. Eberly, “Diffraction-free beams,” Phys. Rev. Lett. 58, 1499-1501 (1987).
7) E. J. Botcherby, R. Juškaitis, and T. Wilson, “Scanning two photon fluorescence microscopy with extended depth of field,” Opt. Commun. 268, 253-260 (2006).
8) G. Thériault et al., “Extended two-photon microscopy in live samples with Bessel beams: steadier focus, faster volume scans, and simpler stereoscopic imaging,” Front. Cell. Neurosci. 8, 139 (2014).
9) S. Ipponjima, “Improvement of lateral resolution and extension of depth of field in two-photon microscopy by a higher-order radially polarized beam,” Microscopy 63, 23-32 (2014).
10) R. Lu, et al., “Video-rate volumetric functional imaging of the brain at synaptic resolution,” Nat. Neurosci. 20, 620-628 (2017).
11) G. A. Siviloglou et al., “Observation of accelerating Airy beams,” Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007).
12) J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, “Optically mediated particle clearing using Airy wavepackets,” Nat. Photonics 2, 675-678 (2008).
13) S. Jia, J. C. Vaughan, and X. Zhuang, “Isotropic three-dimensional super-resolution imaging with a self-bending point spread function,” Nat. Photonics 8, 302-306 (2014).
14) T. Nakamura et al., “Non-diffracting linear-shift point-spread function by focus-multiplexed computer-generated hologram,” Opt. Lett. 43, 5949-5952 (2018).

■Rapid three-dimensional fluorescence imaging realized by structured light
■Yuichi Kozawa

■Tohoku University, Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Associate Professor

コザワ ユウイチ
所属:東北大学 多元物質科学研究所 准教授

(月刊OPTRONICS 2021年7月号)

このコーナーの研究は技術移転を目指すものが中心で,実用化に向けた共同研究パートナーを求めています。掲載した研究に興味があり,執筆者とコンタクトを希望される方は編集部までご連絡ください。 また,このコーナーへの掲載を希望する研究をお持ちの若手研究者注)も随時募集しております。こちらもご連絡をお待ちしております。
月刊OPTRONICS編集部メールアドレス:editor@optronics.co.jp
注)若手研究者とは概ね40歳くらいまでを想定していますが,まずはお問い合わせください。

同じカテゴリの連載記事

  • 半導体量子ドット薄膜により光増感した伝搬型表面プラズモンの高精度イメージング 大阪公立大学 渋田昌弘 2024年03月06日
  • 大気環境情報のレーザーセンシング技術 (国研)情報通信研究機構 青木 誠,岩井宏徳 2024年02月12日
  • 光の波長情報を検出可能なフィルタフリー波長センサの開発 豊橋技術科学大学 崔 容俊,澤田和明 2024年01月15日
  • 熱延伸技術による多機能ファイバーセンサーの新次元:生体システム解明へのアプローチ 東北大学 郭 媛元 2023年12月07日
  • 非破壊細胞診断のための新ペイント式ラマン顕微システム (国研)産業技術総合研究所 赤木祐香 2023年11月14日
  • 長波長光応答性酸窒化物光触媒の製造と水分解反応への応用 信州大学 久富 隆史 2023年11月06日
  • 柔軟モノリス型多孔体「マシュマロゲル」の内部散乱を利用した光学式触覚センサー (国研)物質・材料研究機構 早瀬 元 2023年09月26日
  • 円偏光純度と明るさを両立させる発光式円偏光コンバータの開発 京都大学 岡﨑 豊 2023年08月22日