2015 Fiscal Year Annual Research Report
超解像ベクトリアル偏光干渉レーザ顕微鏡による微粒子イメージング
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15H03945
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
江上 力 静岡大学, 工学部, 教授 (70262798)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 顕微鏡 / 非線形光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は微粒子の表面および内部のナノ･サブミクロン領域での3次元構造・薬理特性解析のため，安価な連続発振レーザを用いたベクトリアル偏光干渉非線形レーザ顕微鏡の開発を目指し、超解像タイムラプスイメージング法を提案するものである。具体的には助成4年間で、ナノ・サブミクロン微粒子計測に特化した、ベクトリアル偏光干渉共焦点顕微鏡の構築と実際に作製したシステムを用いた特性評価を実験・理論両面から実施する。
今年度は微粒子から顕微計測された微小散乱信号にジョーンズマトリックスモデルを適用し、微粒子の異方性散乱について実験値と理論値とを比較・解析する基礎実験を行った。得られた成果はフランスで開催されたナノテクノロジー・ナノサイエンスに関する国際会議（Applied Nanotechnology and Nanoscience International Conference 2015、 Paris）と韓国で開催された電子と光を利用する有機化学に関する国際会議（KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2015、Jeju）で発表し、ナノテクノロジー分野の研究者や有機高分子化学・有機薬理化学分野の研究者に強い関心を示して頂いた。当方の開発を目指す顕微システムは様々な光化学分析装置等の領域へも応用展開出来ることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は、共焦点顕微計測された微小散乱信号にジョーンズマトリックスモデルを適用し、測定値から得られる異方性パラメータ（散乱電界強度、主軸傾き、および主軸・副軸間での位相差）等の理論解を計算する逆問題に取り組んだ。さらに実際の偏光干渉ベクトリアル共焦点非線形顕微鏡の開発にも取り組んだ。
光源に連続発振低パワーレーザを使用するため、測定される散乱信号はピコアンペア程度となる。これをロックインアンプを用いて増幅・検出するため、内部マトリックス構造の解析においては逆問題計算のアルゴリズム構築が非常に重要となる。実際に、逆問題での解を収束させるためのアルゴリズム構築に多大な時間を要してしまった。そのため、実際に予定したほどの詳細な解の解析ができず、次年度への課題として残ってしまった。それでも有機異方性フィルムについて集光光源の横モード中心部でのみのピンポイント異方性解析には成功した。また、微粒子内部、周辺部、取り巻くマトリックス部での大まかな異方性パラメータの測定にもある程度目処が立ち、これについての成果を論文投稿準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進歩状況にも記載したが今年度、昨年度の遅れを取り戻すべく、微小散乱信号にジョーンズマトリックスモデルを適用し、実験値から理論解析のための逆問題をいかに正確に解くことができるかアルゴリズムの改良に更に取り組む。また、実際に微粒子内部、微粒子を取り巻くマトリックス部での異方性パラメータ（散乱電界強度、主軸傾き、および主軸・副軸間での位相差）の詳細な3次元解析を実施する。一方、励起用光源の多波長化を目指して、使用する各種光学系の収差低減等の最適化にも取り組む。
また、本課題の申請当初は散乱光の偏光解析にポアンカレ球を使用することを想定していたが、スキャンビーム焦点付近からの異方性散乱が非常に小さな信号となってしまうため、十分なゲインが得られない可能性も考慮し、自動回転偏光子による同解析も同時進行で検討する。
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