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徳島大・宇都宮大・JST、焦点走査の不要な光学顕微鏡を開発

発表日:2021年01月02日

光のストップウォッチで、蛍光寿命画像を一括測定

~焦点走査の不要な光学顕微鏡を開発~

[発表のポイント]

・細胞内の様々な現象を明らかにする上で有用な蛍光寿命画像を、焦点の走査無く、一括して取得可能な手法を開発した。

・44,400個にも及ぶ「光のストップウォッチ」を2次元空間に並べて、蛍光寿命を同時測定することに成功した。

・イメージ内での同時計測性が常に担保されるので、生きた細胞の動態観察が必要なライフサイエンス研究への応用が期待される。

蛍光物質に瞬間的な光を照射すると、発生した蛍光は直ちには減衰せず、その蛍光物質特有の減衰時間(蛍光寿命)をもって減衰します。この蛍光寿命を観測し、試料をマッピングする手法が蛍光寿命顕微鏡(注1)です。蛍光寿命は、実験条件に依存しないので高い定量性が得られ、細胞内の蛍光分子の環境変化などを高感度に検出することができます。しかし、蛍光寿命顕微鏡は点計測に基づいているため、画像取得には焦点位置の機械的走査(スキャン)が必要となり、高速な画像取得が制限されていました。

徳島大学ポストLEDフォトニクス研究所の水野孝彦元特任助教・安井武史教授らと宇都宮大学オプティクス教育研究センターの山本裕紹教授の研究グループは、上記の課題を解決するため、デュアル光コムを光源に用いた蛍光顕微鏡を開発しました。本研究では、光コム(注2)の「超離散マルチ光チャンネル性」という光周波数モード列(注3)が等間隔に並ぶ特徴に着目し、ひと組の光コム(デュアル光コム)による光の輪唱(光ビート(注4))と、光波長/空間/電気周波数の多次元変換を融合することにより、蛍光寿命と蛍光強度の顕微画像を焦点走査無く(スキャンレスで)高速に一括取得できる手法を開発しました。本手法により、細胞内での分子の広がりや動きをつぶさに測定することが初めて可能になり、生きた細胞の動態(ダイナミックス)の定量的観察が必要なライフサイエンス研究への応用が期待されます。

本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業 ERATO「美濃島知的光シンセサイザプロジェクト」(JPMJER1304)、科学研究費助成事業(19H00871, 26246031)、内閣府・地方大学・地域産業創生交付金事業[徳島県「次世代"光"創出・応用による産業振興・若者雇用創出計画(次世代ひかりトクシマ)」]、中谷医工計測技術振興財団(1802003)からの支援を受けて行われました。

本研究成果は、2021年1月1日(米国東部標準時)にアメリカ科学振興協会(American Association for the Advancement of Science)の電子ジャーナル「Science Advances」で公開されます。

※参考画像は添付の関連資料を参照

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

参考画像

https://release.nikkei.co.jp/attach/602596/01_202101041352.JPG

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach/602596/02_202101041352.pdf

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