2004 Fiscal Year Annual Research Report

3次元偏光制御顕微鏡による3次元分子配向の3次元観測

Research Project

Project/Area Number	16656024
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	橋本守大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (70237949)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	安井武史大阪大学, 基礎工学研究科, 助手 (70314408) 福島修一郎大阪大学, 基礎工学研究科, 助手 (40362644)
Keywords	レーザー走査顕微鏡 / 単一分子観測 / 空間位相変調器 / 顕微分光
Research Abstract	従来の光学顕微鏡技術では,高い空間分解能を持ちながら3次元的な分子の配向を観測することは不可能であった.これは,通常の直線偏光ビームを集光しても焦点での電場の向きは光軸に対して直行しているために,光軸方向に向いた分子を観測することはできないためである.一方,ラジアル偏光と呼ばれる放射状の偏光を高い開口数を持つ対物レンズで集光すると焦点で光軸方向の電場が形成されるために光軸方向に向いた分子も観測することができることが知られている.したがって,レーザー走査顕微鏡においてレーザービーム断面内の偏光分布を自由に制御し,直線偏光やラジアル偏光を高速に変化させることができれば焦点の電場の方向を3次元的に変化させることができ,6次元観測(3次元空間+3次元配向)することが可能となる. 平行配向した液晶からなる液晶空間位相変調素子(SLM)を2回通すことにより,任意の空間的偏光分布を作製する手法を提案した.また,この光を用いて単一分子の蛍光がどのように観測されるかシミュレーションを行った.光軸に垂直な方向に向いた分子を,直線偏光(その電場が分子方向となる)で励起した場合に比較して,光軸方向に向いた分子をラジアル偏光で励起した場合には,観測される蛍光の強度がNA=1.3の時約30%となるものの,3つの偏光(直交した一様な直線偏光と,ラジアル偏光)を用いることで分子の配向を決定できることが分かった. 現在,実際にSLMを用いた任意偏光形成システムを構築し,この光を顕微鏡に導入した検証実験を行っている.反射型のSLM2度光を入射し,直線偏光の向きを任意に変化させることが可能であることを確認した.また,実際に分子が配向した試料を様々な偏光で励起した場合に観測される強度が変化することを実験的に確かめた.今後,実験的に6次元観測が可能であるか検証してゆく.