コンプレックス光波面整形を基軸とする光アクセス可能なマウス脳空間の飛躍的拡大
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21H01393
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
渋川 敦史 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (80823244)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
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| Keywords | 波面整形 / 生体計測 / 生体イメージング / ホログラフィ / 光遺伝学 / 空間光変調 / マウス脳 / 生体深部計測 |
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| Outline of Research at the Start |
動物個体における生命現象を細胞スケールの分解能で観察・操作する場合，光学顕微鏡が必要になる．しかしながら，一般の光学顕微鏡において，横方向(x-y)のアクセス領域(視野)は，対物レンズによって1mm×1mmに制限される．また，深さ方向(z)のアクセス領域は，生体組織の散乱現象によって1mmに制限される．本研究では，光散乱をコントロール可能にする「コンプレックス波面整形」と光散乱を劇的に抑制する「近赤外光照射」の組み合わせによって，このようなアクセス領域の制限を突破する．また，解析的モデルやモンテカルロシミュレーションを通じて，「近赤外光領域で動作するコンプレックス波面整形」の理論を構築する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
―近赤外光高速波面整形システムによるマウス脳深部への集光技術の開発―
今年度は、昨年度に開発した一次元空間光変調手法を基盤としたサブミリ秒スケールのフィードバックループを持つ高速波面整形システムの開発に取り組んだ。現状、PCIeボード接続のDigitizer、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）およびPCで構成されるフィードバックループを完成させ、10ミリ秒の応答速度を達成している。この現状のシステムの応答速度は、マウス脳深部での集光を達成するために必要な応答速度（~1ミリ秒）には十分に達していない。今後は、フィードバックループ内における各種処理の並列化を行うことで、システム応答速度のさらなる高速化が必要となる。
―マウス脳皮質全体をカバーする広視野イメージング技術の開発
昨年度は，世界最速1D-SLMを基盤とした散乱レンズを開発し，開口数0.5と5mmの視野を同時実現できる散乱レンズを実験的に実証することができた．今年度は、散乱レンズのコンセプトから脱却し、波面補正とカスタム対物レンズの組み合わせによって、開口数0.5と10mmの視野を兼ね備えた広視野イメージング技術を実現する事を目指した。具体的には、光線光学シミュレーションソフトウェアZemaxを用いて、二光子励起用の対物レンズの設計を行った。色収差を二光子蛍光励起効率に影響しない程度に抑えつつ、液晶空間光変調器で補正可能な収差（非点収差、像面湾曲、コマ収差など）を含む3枚構成の対物レンズの設計に成功し、開口数0.5および視野10mmのイメージングが可能である見込みを得た。最終目標であるマウス脳皮質への開発イメージング技術の応用には到達しなかったものの、当初の計画を遥かに上回る性能を有するイメージング技術を開発できる見込みを得ることができた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(12 results)
