2022 Fiscal Year Final Research Report

Development of compact super-resolution microscope using three-dimensional measurement technology based on speckle interferometry

Research Project

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Project/Area Number	20H02165
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research Institution	Kansai University
Principal Investigator	Arai Yasuhiko 関西大学, システム理工学部, 教授 (80131415)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	青柳誠司関西大学, システム理工学部, 教授 (30202493) 前泰志関西大学, システム理工学部, 教授 (50304027) 多川則男関西大学, 先端科学技術推進機構, 研究員 (50298840)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	超解像顕微鏡 / 装置のコンパクト化 / スペックル干渉計測法 / 位相検出 / シミュレーション解析 / レーリー規準 / バイオ研究
Outline of Final Research Achievements	The prototype super-resolution optical interferometer developed on the basis of the speckle interferometer technology applied as the fundamental technology in this study was improved on a compact super-resolution observation optical system for use in the biotechnology field, using a three-dimensional arrangement of optical elements and active vibration isolators. This improvement has made it possible to observe the ecology of living organisms. In addition, a device was developed using MEMS technology to facilitate observation in the micro region using this optical system. Furthermore, a discussion was held on the measurement limits of this measurement technique. In this discussion, a new view on the Rayleigh criterion, which has long been believed to be optically challenging in the achievement of super-resolution, was presented.
Free Research Field	計測工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	バイオ分野の研究が進展するに従い、生体を生きたままに観察する技術が強く求められている。特に、超解像技術を必要とする手法の開発は、2014年のノーベル化学賞を受賞した超解像顕微鏡の開発に見られるようにバイオ研究では必要不可欠な技術となっている。本研究では、100年を超えて光学顕微鏡では超えることができないと考えられていた回折限界を超える微細構造物の観察を光の強度分布の観察ではなく、位相分布の観察によって実現可能であることを示した。今後本成果を基に新たな光学顕微鏡による生体観察のための超解像顕微鏡の開発が期待され、それらの顕微鏡を用いた新たなバイオ分野の研究が深化することが期待できる。