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撮像装置および撮像方法

国内特許コード P200017345
整理番号 S2019-0484-N0
掲載日 2020年12月22日
出願番号 特願2019-097873
公開番号 特開2020-193819
出願日 令和元年5月24日(2019.5.24)
公開日 令和2年12月3日(2020.12.3)
発明者
  • 原田 慶恵
  • 波多野 雄治
  • 多田隈 尚史
  • 波多野 睦子
  • 岩崎 孝之
出願人
  • 国立大学法人大阪大学
  • 国立大学法人東京工業大学
発明の名称 撮像装置および撮像方法
発明の概要 【課題】(i)励起光L1を暴露されることによって検体(18)が受けるダメージを低減し、(ii)検体(18)から生じる磁場の強度を高い位置解像度で検出する撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る撮像装置(100)は、窒素-空孔複合体中心を含有する第1領域(11)と、励起光(L1)を反射する反射領域(12)と、を備えるダイヤモンド基板(10)を備え;反射領域(12)は、(i)検体(18)に到達する励起光(L1)の光量を、第1割合以下に減衰させ、(ii)マイクロ波部(40)から第1領域(11)に照射されるマイクロ波を、第2割合以上通過させる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

ダイヤモンドに含まれる窒素-空孔複合体中心(NV中心)に緑色励起光(波長:532nm程度)を照射すると、赤色蛍光(波長:638~800nm程度)が放射される。このとき、前記NV中心にマイクロ波を照射し、その周波数を掃引すると(周波数:約2.7~約3.0GHzの範囲)、NV中心の周囲の磁場の強さに対応した特定の周波数において、赤色蛍光が減弱する現象が知られている。この現象を利用して磁場を検出する技術が、光検出磁気共鳴である(Optically Detected Magnetic Resonance;ODMR)。

ODMRを応用して、生物に由来する磁場を観測する技術が報告されている。例えば、非特許文献1は、磁性バクテリアに由来する磁場を観測したことを報告している。同文献に開示されている光学系は、NV中心層を含むダイヤモンド基板の底面から励起光を照射し、当該ダイヤモンド基板の上面と培養液との界面において、励起光を全反射させる構成である。そして、NV中心層から放射される蛍光を、ダイヤモンド基板の上面から観測している。

また、非特許文献2は、神経軸索を流れる神経電流によって生じる磁場を観測したことを報告している。同文献に開示されている光学系は、ダイヤモンド基板と神経軸索との間に金属層を設け、この金属層によって、ダイヤモンド基板の底面から入射してNV中心層に照射される励起光を反射させている。また、前記の金属層は、NV中心層にマイクロ波を照射するマイクロ波電極の機能も果たしている。

その他、生体に由来する磁場を観測する技術とは異なるが、反射膜を備えるケースにダイヤモンドセンサを格納し、励起光および蛍光をケース内に閉じ込める技術も公開されている(特許文献1)。

産業上の利用分野

本発明は、撮像装置および撮像方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
窒素-空孔複合体中心を含有する第1領域を備えるダイヤモンド基板と、
前記ダイヤモンド基板の第1表面側から該ダイヤモンド基板の前記第1領域に励起光を照射する光源部と、
前記ダイヤモンド基板の第1表面と対向する第2表面側に検体を保持する検体保持部と、
前記励起光を照射された前記第1領域から生じる蛍光であって、前記検体から生じる磁場の強度に応じて変化する蛍光の強度の二次元的な分布を蛍光画像として取得する蛍光画像取得部と、
所定の周波数のマイクロ波を、前記第1領域に照射するマイクロ波部と、
を備え、
前記ダイヤモンド基板は、前記励起光を反射する反射領域をさらに備え、
前記反射領域は、
前記第1領域と前記第2表面との間に設けられており、
前記第2表面から前記検体保持部に保持されている前記検体に到達する前記励起光の光量を、第1割合以下に減衰させ、
前記マイクロ波部から前記第2表面を経て前記第1領域に照射される前記マイクロ波を、第2割合以上通過させる、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項2】
前記反射領域の少なくとも一部の厚さをdとすると、(3×β)<d<(α/3)である、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
(ここで、αは前記反射領域を形成する物質に対する前記マイクロ波の侵入長であり;βは前記反射領域を形成する物質に対する前記励起光の侵入長である)

【請求項3】
前記反射領域の少なくとも一部の厚さをd1とし、d2=(α×β)1/2とすると、(1/10)<(d1/d2)<10である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
(ここで、αは前記反射領域を形成する物質に対する前記マイクロ波の侵入長であり;βは前記反射領域を形成する物質に対する前記励起光の侵入長である)

【請求項4】
前記ダイヤモンド基板の前記第2表面には、生体親和性を有する膜が設けられており、
前記反射領域は、前記膜を介して前記検体と接している、
ことを特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載の撮像装置。

【請求項5】
前記検体の明視野画像を取得する明視野画像取得部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の撮像装置。

【請求項6】
前記明視野画像取得部は、前記ダイヤモンド基板の前記第2表面側の明視野画像を取得する、
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。

【請求項7】
前記反射領域は、厚さが他の部分よりも薄く設けられた基準位置領域を1つ以上備える、
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。

【請求項8】
前記反射領域は、金属層である、
ことを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の撮像装置。

【請求項9】
前記反射領域の少なくとも一部は、厚みが均一に形成されている、
ことを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の撮像装置。

【請求項10】
窒素-空孔複合体中心を含有する第1領域を備えるダイヤモンド基板に、検体を設置する設置工程と、
前記第1領域に励起光を照射する光照射工程と、
前記第1領域に、マイクロ波部からマイクロ波を照射するマイクロ波照射工程と、
前記励起光を照射された前記第1領域から生じる蛍光であって、前記検体から生じる磁場の強度に応じて変化する蛍光の強度の二次元的な分布を蛍光画像として取得する蛍光画像取得工程と、
を含み、
前記ダイヤモンド基板は、前記励起光が入射する第1表面と、前記検体が設置される第2表面とを有しており、該第1表面と該第2表面とは対向しており、
前記第1領域と前記第2表面との間には、前記励起光を反射する反射領域が設けられており、
前記反射領域は、
前記第2表面から前記検体に到達する前記励起光の光量を、第1割合以下に減衰させ、
前記マイクロ波部から前記第2表面を経て前記第1領域に照射される前記マイクロ波を、第2割合以上通過させる、
ことを特徴とする、撮像方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019097873thum.jpg
出願権利状態 公開
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