超解像の原理は何ですか？
超解像の原理
超解像とは、光の回折限界によって課せられる制限を超えて解像度を高めるために、画像化や顕微鏡検査で使用される一連の技術を指します。可視光の場合、回折限界は通常約 200 ～ 250 ナノメートルで、この限界よりも近い 2 点を従来の光学システムで区別する能力を制限します。超解像技術は、光の回折特性を物理的に変更するか、回折限界画像から高解像度のデータを外挿する計算方法を使用して、これを克服します。
超解像技術
- STED (誘導放出抑制):従来の蛍光顕微鏡セットアップに、非常に小さな焦点体積の外側の蛍光を選択的にオフにする追加の抑制レーザーを使用し、有効光点を鮮明にして解像度を高めます。
- 構造化照明顕微鏡 (SIM):パターン化された照明を使用してサンプルと相互作用し、高解像度の構造に関する情報を含むモアレ縞を作成します。その後、計算による再構成を使用して超解像度を実現します。
- 局在化顕微鏡法 (STORM、PALM):個々の蛍光イベントの検出と正確な局在化に依存します。特定の時点で蛍光体のまばらなサブセットのみがアクティブになるようにすることで、非常に高い精度で蛍光体の位置を特定できるようになります。
- 拡張顕微鏡法 (ExM):膨張性ゲルを使用してサンプルを物理的に拡張します。サンプルを拡大することで、以前は区別がつかなかった特徴も、標準的な顕微鏡で判別できるようになります。
超解像の応用
超解像技術は、主に生物学や医学研究の分野で、標準的な光学顕微鏡法では解像できない細胞内の構造を観察するために使用されます。細胞成分の分子および構造組織に関する重要な洞察が得られます。さらに、超解像は材料科学においてナノ構造や複合材料の研究にも役立ちます。
制限と課題
- 複雑さ:超解像技術には、複雑で高価な機器が必要になることがよくあります。
- 速度:多くの超解像法は取得速度が遅いため、動的プロセスのライブイメージングには適していません。
- 光損傷:一部の方法ではより高い光強度が必要となり、サンプルに光損傷を引き起こす可能性があります。
- 計算需要:画像の再構成にはかなりの計算能力が必要になる場合があります。