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KIT、光学顕微鏡の背景除去により超解像度実現

February, 23, 2017, Karlsruhe--カールスルーエ工科大学(KIT)の研究チームは、新しい蛍光顕微鏡法を開発した。STEDD (Stimulation Emission Double Depletion)ナノスコピーは、背景を抑圧して最高解像度の画像を生成する。新方法は、画像品質を強化するので、3D、密接配置細胞下構造の分析に優位性がある。STEDDは、STED法のさらなる発展であり、Nature PHotonicsに研究成果が発表されている。
 光学顕微鏡の解像度は、光波長の1/2 (200nm程度)に制限されるので、非常に微細な細胞構造の画像は鮮明ではない。これまで、回折限界を克服し、最高解像度画像を生成する様々なナノスコピー法が開発された。KITの研究チームは、背景を効率的に抑制する方法で画像取得を改善するSTEDナノスコピー法を改良した。結果としての画像品質改善は特に、3D、稠密配置分子や細胞構造の量的データ分析に有利である。
 蛍光顕微鏡では、強く集束された光ビームでサンプルをスキャンして色素分子に蛍光を発光させて調べる。光量子はピクセルごとに記録され、画像を構築する。STEDナノスコピーでは、スキャニングに使用される励起ビームは別のビーム、つまりSTEDビームにオーバーラップしている。その光強度は励起ビーム周辺にあり、中央ではゼロになる。さらに、STEDビームは長波長側にシフトする。STEDビームは、アルバート・アインシュタインが100年前に指摘した効果、つまり誘導放出を利用して、STEDビームがゼロ強度の中央以外の至る所で蛍光励起をスイッチオフする。この方法では、励起は閉じ込められ、スキャニングで光スポットがよりシャープになる。しかし、高解像度STED画像は常に解像度の低い背景を持つ、これは不完全な誘導劣化と、STEDビーム自体によ蛍光励起が原因でする。
 研究チームは、もう1つのSTEDビームによりこのSTED法を拡張した。STED2ビームは、一定の遅延でSTEDビームに続き、中央の有用な信号を除去し、背景励起だけが残るようにする。「STED法は、2つの画像記録に基づいている。STED2ビームの前と後で記録されたフォトンは、それぞれ第1画像と第2画像になる」とNienhaus教授は説明している。背景だけを含む第2画像は、特殊重み因子で、有用信号と背景を含む第1画像からピクセルごとに引き算される。結果は、背景のない最高解像度の画像になる。
(詳細は、www.kit.edu)