2020 Fiscal Year Annual Research Report
Super-resolution imaging with distance measurement at 1 nm accuracy in live cells
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19H03202
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
松田 厚志 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (20585723)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浜崎 淳一 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (80399980) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超解像顕微鏡 / 補償光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
去年度に発見した計算機上で光学収差を補正できる新しい「計算補償光学」を拡充させ、距離計測や超解像顕微鏡に適用することによりこれらの顕微鏡技術の精度を向上させることを目的として研究を進めた。
今年度は、計算補償光学の高速化を実現した。計算補償光学には、波面から伝達関数を生成する過程があるが、ここには多数の2Dフーリエ変換と、3Dフーリエ変換のステップがあり、それぞれ計算コストが高い。これを回避するため、一度作成した伝達関数から異なる波面の伝達関数を近似的に得られる新しい方法を開発した。この方法を用いれば、波面計測に必要な時間を5倍程度短縮させることができる。さらに、計測する領域を小さく限定することにより、さらに高速化が推進され、全体として当初と比較して10倍以上の高速化を実現できた。この成果を、去年度に出願した特許（特願2020-120496）に追加して、国際出願をおこなった（PCT/JP2021/026265 ）。
さらに、生物の持つ複雑な屈折率差を可視化するため、新しいホログラフィック顕微鏡を応用した定量位相計測をおこなった。これにより、細胞の屈折率を可視化し、補償光学に有益なデータを取得した（Tahara et al., 2021, Rosen et al., 2021）。さらに、超解像顕微鏡と多色ライブイメージングを応用して細胞内における染色体末端集合化と染色体機能との関係を明らかにした（Rajesh et al., 2021）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
光の高次横モードを使用した超解像顕微鏡の構築を開始するにあたり、理論的検証と実験の結果、当初の予想に反し、分解能を向上できないという矛盾が生じた。研究遂行上、これを解決することが必要となり、光学シミュレーションを行い、当初の予定とは異なる手法が有効であることを突き止めた。この結果に基づき、顕微鏡の改変と追加の光学実験を実施する予定であったが、コロナウィルス感染症の感染拡大による研究所の方針により、出張や研究者の受け入れが困難となり、共同研究者と行う必須の光学実験が出来ない状況が続いた。この結果、この研究に大幅な遅れが生じた。さらに、超解像顕微鏡に海外の技術者が必要な修理が生じたが、オミクロン株の拡大による政府の方針により海外の技術者が入国できず、使用できない期間が生じた。これらの事情により、当初の予定よりも研究の進捗は遅れているが、当初の想定を超える発見に基づき、より大きな成果を期待できる状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究における光学シミュレーションにより見いだした計算による光学収差補正技術を拡充させ、距離計測法と超解像顕微鏡法に適用することを目指す。また、この方法は二光子顕微鏡を用いた生体深部イメージングでも効果を発揮できると考えられるため、深部イメージングへの適用も検討する。
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[Journal Article] Roadmap on Recent Progress in FINCH Technology2021
Author(s)
Rosen Joseph、Alford Simon、Anand Vijayakumar、Art Jonathan、Bouchal Petr、Bouchal Zden?k、Erdenebat Munkh-Uchral、Huang Lingling、Ishii Ayumi、Juodkazis Saulius、Kim Nam、Kner Peter、Koujin Takako、Kozawa Yuichi、Liang Dong、Liu Jun、Mann Christopher、Marar Abhijit、Matsuda Atsushi、他七名
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Journal Title
Journal of Imaging
Volume: 7
Pages: 197～197
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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