| 研究課題/領域番号 |
25620120
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
文珠四郎 秀昭 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 放射線科学センター, 教授 (80191071)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | ラマン分光 / イメージング |
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| 研究概要 |
顕微ラマンイメージング分析は対象試料の２次元ケミカルイメージを観測する方法として注目されているが、広く用いられているマッピング方式ではデータの取得に多大な時間がかかる。本研究では、チューナブルバンドパスフィルターと高感度CCD検出器を用い、簡便にかつ高速で試料の観察領域全体の高精細な直接ラマンイメージを取得可能な装置を開発することを目的として以下の研究を行った。
現有の自作顕微ラマン分光システムに以下の改良を加えた。２枚の高性能チューナブルバンドパスフィルターをラマン散乱光の検出系に導入し、任意のラマン波数範囲のみを透過する光学系を構築、これに冷却型の16bit高感度CCD検出器を組み合わせて、顕微ラマン直接イメージング画像を取得できる装置を試作した。
ラマン励起レーザーとしては、現有の532nm 高出力2Wレーザーを用いた。顕微鏡視野全体に均一に励起光を照射するため、デフォーカシングレンズを照射系に導入した。本手法では集光を行わないため、高出力レーザーをそのまま利用でき、これにより高速イメージングが可能となる。ラマン光検出系に組み込んだ２枚のバンドパスフィルターの入射角度を微動回転ステージによりそれぞれ調節することにより、任意の波数、任意の分解能で目的のラマンピークのみを透過する光学系を構築できた。フィルターの透過特性は、現有のCCD分光器システムを用いてモニターし、入射角度を調整した。
試作した装置を用いて、ニオブ金属上に分散したイオウ、酸化ニオブ、硝酸カリウムなどの微粒子を280万画素の高精細分別イメージング、スペクトルイメージングすることができた。しかし、一枚のラマン画像を得るために1から10秒程度の時間がかかることがわかり、さらなる高感度化のために検出光学系の見直し、イメージインテンシファイアの導入を行い、0.1秒以内でのラマンイメージ取得が可能となった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
現有の装置を改良し、チューナブルフィルターを利用したラマン直接イメージング装置を開発することができた。メガピクセルの画素数でビデオレート（30画像／秒）でのメガピクセルラマンイメージ観測を目標としたが、冷却型の16bit高感度CCD 検出器を用いても1画像／秒程度の速度しか達成できなかった。この問題に対し、イメージインテンシファイアを導入することにより、ラマン散乱強度の大きな試料については、当初の目標である30画像／秒の速度で画像取得を行うことができた。このように試料ダメージを抑えた高速のイメージ取得の可能性を示すことができた。また、チューナブルフィルターの優れた特性のため、高分解能でのハイパースペクトルイメージングが可能であることがわかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
ラマン画像の取得タイミングと２枚のチューナブルフィルターの角度調整を同期するよう自動制御し、透過波数の異なる複数のラマンイメージデータから２次元の各点でのラマンスペクトルを測定、高速、高精細なケミカルイメージングが可能なシステムを試作し、その性能を評価する。
具体的には、構築した直接ラマンイメージングシステムにチューナブルバンドパスフィルター入射角度調整用の自動回転ステージを導入し、これをPC にて制御することにより、透過波長（波数）分解能を一定に保ったまま、異なる波数領域のラマンイメージを順次得ることができるシステムを構築する。この目的のためPC による自動制御用のソフトウェアを購入、これを用いて制御を行う。制御プログラムは申請者が設計、製作する。このデータ収集の自動化により、より短時間でハイパースペクトルデータの取得が可能となる。
このシステムで得られるデータの解析は以下のとおりである。各波数において得られるラマンイメージデータを並べて、任意の測定点におけるラマン光強度をプロットするとその測定点におけるラマンスペクトルが得られることになる。フィルター回転ステージの制御による波数分解能とイメージの取得速度を最適化し、200枚程度のメガピクセルのラマンイメージデータを100 秒以内に取得することを目標とする。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
光学部品として高性能フィルターを購入予定であったが、残予算では購入できなかったため。
光学部品として26年度予算と合わせて高性能フィルターを購入する。
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