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顕微鏡法:誘導放出顕微鏡法による蛍光検出不可能な発色団の画像化

Nature 461, 7267 doi: 10.1038/nature08438

蛍光、すなわち自然放出は、一般的に吸収測定よりも敏感であり、光学的画像化に広く用いられている。しかし、ヘモグロビンやシトクロムなどの多くの発色団は吸収を示すが蛍光は検出不可能で、それは自然放出の大部分が高速非放射減衰によるからである。だが、それらの吸収の検出は顕微鏡下では難しい。今回我々は、非放射減衰と効果的に拮抗する誘導放出を使ってこうした発色団を検出可能にし、光学顕微鏡法の新しいコントラスト機構について報告する。ポンプ-プローブ実験では、試料はポンプパルスによって光励起され、時間遅延プローブパルスによって基底状態へと誘導されて、その際同時にその強度が増加する。その極めて小さい強度増加は、ロックイン増幅器と高メガヘルツ周波数でのポンプビームの強度変調により、ショット雑音で制限される感度で抽出される。シグナルは入力強度に非線形依存するため、レーザー焦点でのみ発生する。このため、本来的に三次元光学的切片作製が可能となる。これに対して、従来の1ビーム吸収測定は感度が低く、三次元切片作製ができず、不均一な試料の線形散乱によって複雑化する。色素タンパク質、緑色蛍光タンパク質の非蛍光性変異体の可視化、発色レポーターを用いたlacZ遺伝子発現の検出、組織学的切片化を行わない経皮薬物分布のマッピング、ヘモグロビンの内因性コントラストに基づく無標識微小血管画像化など、誘導放出顕微鏡法のさまざまな応用が実証された。これらの応用すべてについて、感度は自然放出または吸収コントラストの場合よりも何桁も高く、分子画像化用の非蛍光性レポーターになると考えられる。

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