顕微鏡法は、研究分野から商業分野に至るまで、多くの分野において重要な技術です。顕微鏡法にはさまざまな手法が用いられており、その中には、共焦点顕微鏡、ラティス・ライト・シート顕微鏡、多光子顕微鏡などが含まれます。
これらすべての技術において、画像の分解能は重要な要素です。分解能は、顕微鏡が試料の細部を捉える能力を示すものであり、顕微鏡観察の成否に大きく関わります。
これらの技術における日々の進歩は、試料へのダメージを回避しつつ、画像の分解能の限界をさらに押し広げる一助となっています。本日は、レーザやレーザースキャン技術といった補助機器を用いて、高品質な画像を得るためのヒントをいくつかご紹介いたします。
ハイパワー or 高出力、幅広い波長範囲
最高の分解能を実現するための第一歩は、適切なレーザ光源を見つけることです。蛍光顕微鏡法では、研究者はシアニン、アット、アゾなどの色素を用いて、特定の分子の存在、位置、濃度を特定します。 各色素には励起ピーク波長があり、そこでは与えられた励起電力に対して蛍光強度が最大になります。このピーク波長に可能な限り近いレーザを使用することで効率が向上し、試料の加熱を抑えることができます。また、これにより、ハイスループット用途における撮影速度の向上や、低照度用途における画像の輝度向上も図れます。
誘導放出消光（STED）顕微鏡法では、励起レーザの焦点付近にある蛍光色素を選択的に不活性化するために第2のレーザを用いることで、回折限界を超える超高分解能画像が生成されます。 これにより、照射領域が励起レーザのスポットサイズをはるかに下回る程度に最小化されます。その結果、達成可能な分解能が向上します。
顕微鏡観察に必要なレーザ出力レベルは、多くの要因によって異なります。これには、試料領域のサイズ、試料の種類、必要な撮像速度、および採用する顕微鏡技術などが含まれます。画像の明るさと試料の寿命の適切なバランスを見つけることは、困難な場合があります。 幅広い最大出力範囲を利用でき、その最大出力以下で出力を連続的に変化させることができることは、セットアップを最適化するための重要な手段となります。
高速イメージング
レーザーの種類や波長以外にも考慮すべき重要な要素として、走査ソリューションが挙げられます。走査速度やレーザ走査部品の角度を通じて、所望のフレームレートとフィールドを実現できる走査ソリューションを選択することが重要です。そのため、各顕微鏡システムを開発する上で、適切なレーザ走査部品の選定が極めて重要です。 ケンブリッジ・テクノロジーは、性能と長期的な信頼性の両面で顕微鏡フィールドにおいて高く評価されている、ガルバノメータや共振型スキャナーなどのビームステアリングコンポーネントを提供しています。
ガルバノメータは、速度と位置を精密に制御できることから、広く採用されています。これにより、採用する顕微鏡技術に応じて、走査周波数や走査パターンを柔軟に調整することが可能になります。
ライフサイエンスの進歩に伴い、細胞や組織内の急速な動きや形態をモニタする必要性が高まる中、生体内イメージングにおいては、さらに高い走査速度が求められています。これを可能にするのが、当社のCRS共振スキャナーです。CRSは、標準的なガルバノメータよりも10倍以上速い、固定された共振周波数で振動します。 スキャン方式の多様性という点では柔軟性に欠けるものの、高速スキャン向けに最適化されたCRSにより、顕微鏡システムは毎秒数百フレームを超える速度を実現できます。
高集束の焦点スポット
分解能を向上させるためのもう一つの考慮点は、レーザのスポットサイズです。M2値が1に近い、集束性の高いTEM00レーザは、数百ナノメートル（波長および開口数に依存）という回折限界に近いスポットサイズにフォーカスさせることができ、モデル化しやすいガウス型の強度プロファイルを持つため、最高の分解能と結果の簡単な解釈を可能にします。 また、焦点スポットが狭いほど、画像の点から点へのスキャン精度が高まり、これも分解能の向上につながります。
同様に、2 光子顕微鏡法においても、試料の励起は強度依存的な 2 光子吸収プロセスに依存しています。2 光子吸収は励起ビームの焦点領域に高度に局在しているため、M2 が 1 に近い励起レーザを選択して焦点領域を狭くすることで、最高分解能の画像を生成することができます。
長寿命かつコンパクトなサイズによる容易な組み込み
どのシステムにおいても、容易な組み込み性と長い稼働寿命は不可欠です。顕微鏡分野では、業界全体が小型化を志向しているため、コンパクトなソリューションも必須要件となります。これらすべての要件を満たすレーザーおよびレーザースキャンソリューションは、長期間にわたる高品質な画像の取得を含め、システム全体の性能向上に寄与します。
例えば、Laser Quantum社のレーザは、平均故障間隔（MTTF）が40万時間以上と長寿命です。また、Cambridge Technology社のレーザースキャニング技術も、様々な環境下で極めて長い寿命と高い信頼性を提供します。
さらに、適応性に優れたコンパクトな技術を組み合わせることで、ユーザーはOEM機器への容易な組み込みを実現し、互換性と使いやすさという重要なニーズを満たすことができます。
