トプティカから神経科学におけるレーザ

July, 1, 2025--顕微鏡システムをシンプルに「神経科学編」
光学顕微鏡は、肉眼では見ることができないほど微細な物体の観察に使用される。対象となるのは、有機細胞、半導体表面、さらには単一分子までさまざまである。高度なイメージング技術では、高強度かつコヒーレントな光源が必要とされるため、現在ではレーザが使用されている。

TOPTICA Photonicsは、さまざまな高度な光学顕微鏡技術向けに多彩なレーザーソリューションを提供している。高性能と低コストの両立に加え、ユーザーフレンドリーな設計が特徴である。TOPTICAの使命は、顕微鏡技術を簡素化するレーザを開発することであり、産業界および科学分野の顧客にとって理想的なパートナーとなることを目指している。

神経科学における多光子顕微鏡
フェムト秒ファイバーレーザーで顕微鏡をシンプルに
二光子蛍光顕微鏡は、生体組織をマイクロメートルスケールで三次元的かつ非侵襲で観察するための重要な技術である。従来の線形蛍光顕微鏡と比較し、非線形特性と長波長の励起光によって、より深い観察が可能となり、光毒性も低減される。

これらにより、非線形蛍光顕微鏡は、生体内の神経細胞や神経活動を時空間的に直接可視化するのに最適な選択肢となる。このような実験で使用される主要な蛍光タンパク質には、緑色蛍光タンパク質（GFP）と赤色蛍光タンパク質（RFP）があり、それぞれ 920 nm および 1050 nm の二光子吸収によって励起される。

近年、固定波長モードロックフェムト秒ファイバレーザ（780 nm、920 nm、1050 nm）の導入が急速に進んでいる。これらのレーザシステムは、特に神経科学分野において、二光子顕微鏡アプリケーションに適し、コストパフォーマンスが高く、使いやすい代替技術となっている。

TOPTICAレーザの恩恵
TOPTICA のフェムト秒ファイバーレーザは、優れた性能と使いやすさを兼ね備えている。特に神経科学分野のアプリケーションにおいて、FemtoFiber ultraは、緑色蛍光タンパク質（GFP）や赤色蛍光タンパク質（RFP）のイメージングを通じて生物学的課題に対応するのに理想的であり、非線形顕微鏡に広く採用されている。

最適な画像品質を実現するために、TOPTICA の FemtoFiber ultraにはClean Pulse Technologyが搭載されており、時間的パルスプロファイルにおけるペデスタルやサイドウィングを低減している。これにより、レーザの全出力が二光子励起に寄与し、Clean Pulse Technologyによって蛍光画像の明るさとコントラストが最大化されるとともに、サンプルへの熱的影響を最小限に抑えることができる。

また、TOPTICA の FemtoFiber ultra は、科学者にとって優れた使い勝手を提供する。レーザにはビームコンディショニング機能が備わっており、入力レーザービームのパラメータを顕微鏡に適応させることが可能である。まず群遅延分散（GDD）事前補償をソフトウエア制御することで、蛍光シグナル強度の最適化が容易になる。第二に音響光学変調器（AOM）が搭載されており、ビームスキャナーと同期した高速パワーモジュレーションやフライバックブランキングが可能となり、サンプルへの損傷やフォトブリーチングを最小限に抑えることができる。そしてレーザは非常にコンパクトでパッシブ冷却型のパッケージで提供され、運用・保守コストを大幅に削減できる。

さらに、FemtoFiber ultra 920 及び1050 はファイバ出力、femtosecond fiber delivery に対応できるように。これにより、最新の顕微鏡システムへの統合の新たな可能性が開かれる。レーザと顕微鏡間の煩雑な光学調整を不要にし、光学テーブル上の光学系をシンプルな FC/APC ファイバ接続に置き換えることで、使いやすさがさらに向上しながら、高性能を維持し、最良の蛍光画像品質を確保する。

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