TU Wien、超高感度サンプル向け顕微鏡を開発

September, 2, 2025, Wien--新しいタイプの顕微鏡は、光を円を描くように移動させる。そうすることで、サンプルと複数回相互作用することができる。

写真を撮ったことのある人なら誰でも、詳細な画像が必要な場合は、多くの光が必要であるという問題を知っている。しかし、顕微鏡では、敏感な生体構造をイメージングしたり、量子粒子を調査したりする場合など、光が多すぎるとサンプルに有害になることがよくある。したがって、目的は、所定の光量で観察対象の物体についてできるだけ多くの情報を収集することである。

ウィーン大学(University of Vienna)およびジーゲン大学(University of Siegen)との共同研究により、TU Wienの研究者は、これを実現するための新しいトリックを開発した。これにより、他の方法よりもクリアな信号を得ることができる。この技術は現在、Nature Scientific Reports誌に掲載されている。

複数の光散乱による信号の向上
「通常の顕微鏡では、光はサンプルに一度当たってからレンズに入る。われわれの顕微鏡では、サンプルを2つのミラーの間の光共振器に入れる」と、TU Wien原子力研究所のFWFからのエスプリフェローシップの一環として研究を主導したMaximilian Prüferは言う。

この共振器を顕微鏡に変えるために、研究チームは、追加のレンズを備えた珍しい実験セットアップを開発した。光線がサンプルを通過した後、円を描くように誘導され、再びサンプルに当たる。「サンプルは再び照射されるが、最初のように通常の均一な光線ではなく、いわばサンプルの画像をすでに含んだ光線で照射される」と、修士論文の一環として顕微鏡を構築したOlver Lueghamer(TU Wien)は説明している。

同じ場所に何度か押さえて、かすかなインクでも鮮明に見える像になるスタンプと同様に、顕微鏡で数回繰り返すほど、サンプルの像はどんどん鮮明になる。

Thomas Juffmann(ウィーン大学)とStefan Nimmrichter(ジーゲン大学)と共同で開発された理論計算と実験の両方が、この方法が特定の光強度で他の顕微鏡技術よりも多くの情報を提供することを示している。「重要な数値はＳＮＲである」とMaximilian Prüferは説明する。「この比率は、サンプルの同じ外乱による複数の散乱により、他の方法よりも優れている。」

小さな乱れでも安定
とは言え、新しい方法の実用的な適合性は、それがどの程度外乱の影響を受けやすいかにも依存する。「われわれのように、光共振器を使用する場合、多くの場合、その長さを極度に一定に保つことが重要である」(Maximilian Prüfer)。

「通常、2つのミラー間の距離が最小限にしか変化しないようにするために多大な努力を払う必要がある。そうしないと、望ましい効果が失われる。しかし、われわれの方法では、そうではない。」

ミラー間の距離も、強化が消えることなく、ある程度の不安定性を示すことができる。「これは、この方法が理論的に機能するだけでなく、管理可能な努力で実際に使用できることを意味するため、重要である」(Maximilian Prüfer)。

新しい顕微鏡技術の目標の1つは、超低温のボーズ・アインシュタイン凝縮体を画像化し、それによってそれらの量子物理的挙動を研究することである。