2015 Fiscal Year Annual Research Report
高速構造化照明顕微鏡の開発と動的ソフトナノマテリアルのリアルタイム観察
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15H03518
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
梶本 真司 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (80463769)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福村 裕史 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50208980)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 構造化照明顕微鏡 / 溶液内柔構造 / Ouzo効果 / 相分離構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
27年度には、高繰り返しナノ秒レーザーを新たに導入し、従来の顕微鏡と組み合わせ光源として用いることで蛍光顕微鏡の光学系を構築した。また、Ouzo効果を示し、高分子を含まずにマイクロエマルジョンを形成することが知られているエタノール／水／オクタノール三成分混合溶液についてラマン散乱測定、および動的光散乱測定を行った。さらに、下部臨界点を持ち、温度上昇に伴って相分離するイソブトキシエタノール(iBE)／水混合溶液の相分離過程における相の成長過程について散乱法によって調べた。エタノール／水／オクタノール三成分混合溶液系のラマンスペクトルの濃度依存性から、三成分混合系では水の濃度が高くなるに従って、水と水素結合しているエタノールが増え、オクタノールはエタノール層に囲まれるように存在し、溶液中にナノ構造を形成することがわかった。また、iBE／水混合溶液に近赤外光を照射し相分離過程を誘起すると、Early stageと呼ばれる濃度変化を伴う相の成長過程が温度ジャンプの大きさによって異なり、温度ジャンプの幅が小さい時には500 nm程度と比較的大きな相が100 マイクロ秒程度かけて生成し、その後時間とともに成長していくことがわかった。このような不均一な溶液系における溶液内ナノ構造や過渡的に現れる溶液内構造が、本研究において構築を目指す早い時間分解能と光学限界を超える超分解能を持った高速構造化照明顕微鏡の観測対象として適していると確認した。
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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
本研究は高繰り返しレーザーを光源として用い、ハイスピードカメラ、蛍光顕微鏡と組み合わせることで、時間分解能1 ミリ秒以下、光学限界を超える空間分解能を持った高速構造化照明顕微鏡を構築し、それを用いて溶液内に存在するメゾスコピックな柔構造や性細胞の実時間観測を行うことを目的にしている。27年度には光源として重要な役割を担う高繰り返しナノ秒レーザーを導入し、既存の顕微鏡と組み合わせた。さらに、28年度においてハイスピードカメラを導入することによって高速構造化照明顕微鏡を構築する予定である。また、その観測対象として申請書に挙げた、Ouzo効果を示すエタノール／水／オクタノール三成分混合系や相分離過程にあるイソブトキシエタノール／水混合溶液について種々の分光法や光散乱法を用いて調べることにより、これらが高速構造化照明顕微鏡の観測対象として適当であることも確認できた。構造化照明顕微鏡の光源の構造化にはポッケルスセルを用いた高速での周期構造の変化を行う予定であるが、ポッケルスセル自身は導入済みであり、照明光の構造化については28年度のハイスピードカメラを導入後に実際の画像を観測しながら光学系の構築、最適化を行う予定であり、進捗状況は概ね順調であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度には、当初の予定通りハイスピードカメラを導入し、実際の顕微蛍光像を観測しながら高速構造化照明顕微鏡を構築する。高速構造化照明顕微鏡は照明光に構造を持たせ、その構造の位相を高速に変化させることが必要になる。この照明光の構造の位相の高速制御はポッケルスセルを用いて行う予定であるが、実際に高速度カメラを導入したのちに、均一な溶液の蛍光画像を観測しながらポッケルスセル、顕微鏡を含む光学系の構築、最適化を行うことによってより簡単に、精度よくポッケルスセルを含む光学系を構築できると考えている。また、高速構造化照明顕微鏡を構築したのちには、Ouzo効果を示すようなエタノール／水／オクタノール三成分混合溶液や動的に相分離過程にある溶液、またはミセル分子やポリマー分子を含むような複雑な自己組織化構造を持っている溶液を対象として観測する。蛍光顕微鏡での観測を可能にするために、これらのそれぞれの溶液に対して最適な蛍光色素を選択し、その蛍光スペクトルを観測することで溶液内での蛍光分子の挙動を調べたのちに実際に構造化照明顕微鏡による観測を行うことによって、障害なく研究を進めることが可能になると考えている。
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Research Products
(2 results)
