| チームリーダー ： |
寺川 進【浜松医科大学 メディカルフォトニクス研究センター 特任研究員、現 常葉大学 健康科学部 教授】 |
| サブリーダー ： |
井上 卓【浜松ホトニクス（株）中央研究所代研究室 室長代理】 |
| 中核機関 ： |
浜松医科大学 |
| 参画機関 ： |
浜松ホトニクス（株）、静岡大学、北海道大学
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- Ⅰ．開発の概要
- 液晶空間変調器（SLM）を顕微鏡光学系に組込み、瞳面での波面（位相）制御をすることで光学系全体の収差を補正して、広視野高深部に亘って精度の高い3D計測ができる顕微鏡を開発する。これを基本に、変調器による照射輝点の走査と多点化を開発する。その応用として二光子法、共焦点法、蛍光相関法、TIRF法などの高度な機能を持つ顕微鏡を試作検証する。これにより、照明条件などが切り替えられ、多様な機能が実現可能となる。
- Ⅱ．開発項目
- （１）LCOS-SLM：液晶型空間光変調器（LCOS-SLM）の性能を高め、その顕微鏡への応用技術を開発する。
- 開発したSLMの光利用効率については、二光子励起用波長域で90％、画素ピッチ12.5 μmと目標値を達成した。このSLMを搭載した顕微鏡において、焦点位置の変更・マルチビーム制御などの瞳関数制御機能が、機械的操作のない電子制御で実行できることを確認した。照明条件切り替えについても、全反射照明と通常照明、面照明と点照明、構造化照明とROI照明の切り替えをSLMの電子制御で実行できることを確認した。全ての項目で目標値を達成した。
- （２）収差補正：LCOS-SLMを用いて、高深度3次元観察での収差補正を電子制御によって実現する。
- 200 μm以上の深さにおいて、収差補正によって輝度・分解能ともに向上したことを確認した。同範囲において、面内空間分解能が、通常の共焦点顕微鏡と同等であることを確認し、目標値を達成した。
- （３）CMOS：新規のCMOSセンサを開発する。SLMを用いた瞳関数制御と多点同時読みだしCMOSセンサを活用することで、複数の観察モードを１台の顕微鏡上で実現する。
- CMOSセンサを切り替えることにより、全電子式共焦点走査撮像と多点同時FCS計測を可能にすることを目標としたが、CMOSセンサのFCS用の性能を向上させるために、2種類のCMOSを別々のチップで開発することに計画を変更した。全電子式共焦点走査撮像では、16×16点で128×128画素の撮像に成功し、生物サンプル観察も可能となった。
- （４）FCS計測：蛍光相関分光（FCS）計測をするための照明法と光検出法の開発をおこなう。
- LCOS-SLMにより全体が均一となる光強度で10×10の輝点を生成した。（3）で開発したCMOSセンサを用い、100kHzまでの高周波光信号を連続的に捉えた。一光子励起の場合 10×8＝80点、ニ光子励起では 5×4＝20点で時間変化の同時計測を実現し、目標値を達成した。
- Ⅲ．評 価
- 医療診断を目標にしたレーザー蛍光顕微鏡の開発で、瞳関数をLCOS素子で制御することで、人手を介さず全電子制御の下で操作可能な、より実用化を目指した装置開発である。従来の性能を凌駕するにはLCOSの性能を向上することが必要となるが、目標はほぼ達成されていると判断する。今後、従来ある手動の蛍光顕微鏡にLCOSが導入されるためには、尚一層の技術の向上と応用分野の拡大が要求される。本開発は当初の開発目標を達成し、本事業の趣旨に相応しい成果が得られたと評価する［Ａ］。
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