2020 Fiscal Year Research-status Report
フェムト秒光パルス列重なり変調による2光子光音響顕微鏡の開発
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19K12787
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
山岡 禎久 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (80405274)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光音響イメージング / 光音響顕微鏡 / 非線形光学 / 2光子吸収 / 重なり変調 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非線形光学現象を利用した2光子蛍光顕微鏡や第2高調波発生（SHG）顕微鏡は生体深部を高空間分解能に観察する方法として注目されている．本研究では，更なる深部観察を可能にするために，重なり変調と2光子光音響顕微鏡を組み合わせたイメージング技術を提案している．この方法では，焦点付近において起こる重なり変調による信号のみを検出するため，焦点以外からの信号が除去され，高コントラスト化が可能であり，光音響波を検出することにより，深部観察が可能となる．令和元年度（初年度），2光子吸収溶液に対して，発生する2光子蛍光，光音響波を測定した結果，重なり変調周波数と同じ周波数で発生していることを明らかにした．また，2光子吸収溶液を含む容器を用いて，深さ方向の強度プロファイルを測定した結果，試料のエッジ部分を描出できることが分かった．しかしながら，2光子吸収によって信号が発生していると仮定したときに推定される空間分解能の値が十分得られてはいなかった．その原因としては，ビームの重なりやビームの偏向角が最適化されていないためではないかと考えた．令和2年度は，マイクロメーターサイズのピンホールを使い，2つのビーム重なりの最適化を行った．また，変調された2光子吸収による信号の強度依存性が正確に平均パワーに対して2乗に比例するように光学系の調整を行った．加えて，偏向角の大きさに対して，変調される2光子吸収による信号の時間波形がどのように変化するのかを明らかにした．
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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
現在，2光子吸収溶液から発生する2光子蛍光，2光子光音響波が重なり変調周波数と同じ周波数で変調されていることを明らかにしている．このことは，本研究で提案している重なり変調による光音響イメージングが原理的に可能であることを意味している．令和2年度は，2光子吸収理論により推察される空間分解能が得られるように，マイクロメートルオーダーの直径であるピンホールを用いて，2本のビームの重なりの最適化に成功した．今後，生体ファントムや実際の生体を用いて評価を行う必要があるが，おおむね順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は，改良された光音響イメージングシステムを用いて，生体ファントムに対して性能評価を行う．その結果をもとに装置の改良，最適化（波長，パルスエネルギーなど）を行う．生体ファントムを用いて装置の性能を評価した後，実験動物（ラット，マウス）を用いて，生体への応用を目指す．実際の生体に対して測定した際に生じる新たな問題を解決するために，更なる装置の改良を行う．
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| Causes of Carryover |
装置の改良のための光学部品，電子部品の購入にそれほど費用を必要としなかったため，次年度使用額が発生した．実験結果に基づく装置の改良や生体ファントム，生体試料測定のために，今後有効に活用する．
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