2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of rapid three-dimensional laser scanning microscopy based on spatial coordinate transformation
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19H02622
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小澤 祐市 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90509126)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザー顕微鏡 / 3次元イメージング / 光ニードル / 2光子励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、レーザー走査型蛍光顕微鏡法において、走査励起光を長焦点深度のニードル状スポットとし、さらに蛍光信号に対する波面制御によって3次元画像を高速に取得する方法論の開発を目的としている。前年度までに導入を完了した1次元アレイ型のバンドルファイバーと、レーザー走査に同期した画像取得システムに基づいて、種々のサンプルに対する3次元画像取得の実験および検証を進めた。高速な3次元イメージングの実証実験系として、水中に分散した蛍光ビーズを観察対象とした。本システムを用いて、ビデオレートでの3次元イメージングを実施し、水中における個々の蛍光ビーズのブラウン運動を可視化できることがわかった。また、計算機合成ホログラム（CGH）の原理による線形面内シフト型の点像分布関数の設計についても進めた。一例として、本顕微鏡光学系において、20 μmの深さ範囲を16点に分割するCGHを設計し、実際に検出側光学系に設置した空間光変調器に設計波面を投影することで、設計通りの面内シフト特性が得られることを確認した。本CGHを用いることで、開口数1程度の水浸対物レンズ（倍率40）の観察条件で、20 μmの深さ範囲をニードルスポットの1回の2次元走査のみから高速に3次元画像構築が可能であることを実証した。さらに、本システムでは、コンピュータ上からCGHを切り替えるだけで、観察深度をプログラマブルに変えることが可能となり、例えば10, 15, 20, あるいは50 μmの範囲を16分割で高速に画像取得できることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計算機合成ホログラムの原理による線形面内シフト型点像分布関数について、前年度に得られた知見に基づいて各種条件での設計を進め、当初の目的である15 μm以上の深さ範囲を一挙に可視化出来る見通しが得られた。また、顕微鏡システムについてもハードウェアおよびソフトウェアの改良を進め、ビデオレートでの画像取得が十分可能なレーザー顕微鏡系を確立することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度については、本システムでの3次元観察の実証例を蓄積し、3次元結像特性について詳細に評価する。また、本原理に基づくと、より大きな深さ範囲の3次元像を少ない走査回数で取得できることも期待される。そこで、厚みのあるサンプルを対象として、本システムによって100 μmを超える深さ範囲をより短時間で可視化する試みについても進めたいと考えている。さらに、本イメージング法の適用可能性をさらに拡張するための多色化への取り組みについても着手する予定である。
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