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(In Japanese)光学顕微鏡システム

Patent code P190016246
File No. 08169
Posted date Aug 19, 2019
Application number P2013-148638
Publication number P2015-022070A
Patent number P6206871
Date of filing Jul 17, 2013
Date of publication of application Feb 2, 2015
Date of registration Sep 15, 2017
Inventor
  • (In Japanese)市村 垂生
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人理化学研究所
Title (In Japanese)光学顕微鏡システム
Abstract (In Japanese)
【課題】
  光の回折限界サイズ内に存在する複数個の分子やナノ構造体が運動する様子を、ビデオレートと同等以上の高速で超解像観察することができる光学顕微鏡システムを得ること。
【解決手段】
  蛍光プローブを励起発光させる励起光を照射するレーザー光源3と、励起光により励起された蛍光プローブの光像を得る光学系8と、蛍光プローブの光像をイメージング分光する分光器11と、分光器で得られた分光画像を撮像して撮像画像を得る撮像装置12とを有する光学顕微鏡と、撮像画像を解析してその輝点分布から複数色の蛍光プローブそれぞれの位置を推定する解析手段とを備える。
【選択図】
  図1
Outline of related art and contending technology (In Japanese)光学顕微鏡とその周辺装置は、さまざまな分野での研究に貢献しているが、近年は特に観察対象物を撮像装置により撮像する機能を備え、撮像した静止画像や動画像の画像データをコンピュータや大型モニタなどの外部機器に送出して、画像解析や現象解析に供されるようになっている。また、光学顕微鏡により取得された画像を解析する解析手段が組み合わされることで、光学顕微鏡単体では把握不可能な、可視光域では数百ナノメートルオーダーである光の回折限界サイズ以下の微細な観察対象物を観察できる光学顕微鏡システムも実用化されている。

例えば、生命科学研究の分野では、高解像度の光学顕微鏡を用いて細胞内部の微細構造の変化や細胞分化パターンの解析など行うために、蛍光性物質を標識として用いて、その分布状況や位置の変化を観察することが行われている。生命科学研究分野における高解像度顕微鏡を用いた観察方法として、光活性化局在顕微鏡法、一分子蛍光追跡技術などが知られている。

光活性化局在顕微鏡法は、紫外線が照射されると活性化して励起光により発光する蛍光プローブによって観察対象の分子を標識し、分子内の蛍光プローブを順次活性化させてその位置を把握する作業を繰り返し、得た情報を画像として再構築するものである。活性化光の強度を制御して一度に活性化される蛍光プローブの数を制限することで、それぞれの蛍光プローブの発光を離散的な輝点として捉えることができ、得られた画像を合成することで、光学顕微鏡の光学系における回折解析サイズ以下の例えば10ナノメートルの分解能で分子像を得ることができる(非特許文献1、特許文献1参照)。

また、一分子蛍光追跡技術は、モータータンパク質や膜タンパク質の動態などを、1分
子ずつ観察する方法である。観察対象の分子を蛍光プローブで標識し、全反射照明蛍光顕微鏡などの背景光の小さい顕微鏡法により観察することで、分子の輝点の動きを動画として観察することができる。ガウスフィット法などによって輝点の位置を特定する作業を動画として得られた各フレームの画像に対して行うことで、数ミリ~数十ミリ秒の分解能で分子のナノメートルレベルでの動態を追跡することができる(非特許文献2参照)。
Field of industrial application (In Japanese)本開示は、光の回折限界サイズ以下であるナノメートルオーダーでの分解能で光学像を取得可能な超解像の光学顕微鏡システムに関し、特に、複数色の蛍光性粒子の位置を同時に把握することができる光学顕微鏡システムに関する。
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
複数色の蛍光プローブを用いて光の回折限界以下のサイズの対象物の光学画像を取得する光学顕微鏡システムであって、
前記蛍光プローブを励起発光させる励起光を照射するレーザー光源と、
前記励起光により励起された前記蛍光プローブの光像を得る光学系と、
前記光学系で得られた光像をイメージング分光する分光器と、
前記分光器で得られた分光画像を撮像して撮像画像を得る撮像装置とを有する光学顕微鏡と、
前記撮像画像を解析してその輝点分布から前記複数色の蛍光プローブそれぞれの位置を推定する解析手段とを備え、
前記光像において重なり合った複数の輝点を前記分光器によってスペクトル分離して観察することを特徴とする光学顕微鏡システム。

【請求項2】
 
前記光学系が、前記蛍光プローブの第1の光像を得る第1の部分光学系と、前記第1の光像に対して左右いずれかに90°回転した回転光像を得る第2の部分光学系とからなる分割光学系を有し、
前記分光器は、前記第1の部分光学系により得られた前記第1の光像と前記第2の部分光学系で得られた前記回転光像とを同時にイメージング分光し、
前記撮像装置は、前記第1の光像の分光画像と前記回転光像の分光画像とを一つの撮像
画像として撮像する請求項1に記載の光学顕微鏡システム。

【請求項3】
 
前記第1の光像の分光画像と前記回転光像の分光画像から得られた、前記複数色の蛍光プローブそれぞれの位置を対応させることで、前記複数色の蛍光プローブの二次元の配置位置を特定する請求項2に記載の光学顕微鏡システム。

【請求項4】
 
前記蛍光プローブとして量子ドットを用いる請求項1~請求項3のいずれかに記載の光学顕微鏡システム。

【請求項5】
 
前記解析手段が、ガウスフィット法により前記撮像画像の輝度分布から前記蛍光プローブの位置を推定する請求項1~4のいずれかに記載の光学顕微鏡システム。

【請求項6】
 
前記撮像装置がビデオレート以上で前記撮像画像を撮像し、得られた撮像画像から前記蛍光プローブの位置変化の動画像を得る請求項1~5のいずれかに記載の光学顕微鏡システム。

【請求項7】
 
前記光学顕微鏡は、当該顕微鏡装置の動作制御を行う制御部をさらに備え、前記解析手段が前記制御部の機能として組み込まれている、請求項1~6のいずれかに記載の光学顕微鏡システム。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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State of application right Registered
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