Creation of Neurophotonics and Elucidation of Brain Functions

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今年度はサブナノ秒光パルスによるスーパーコンティニュウム光発生に基づき、電気的に周波数やタイミング制御可能なSTED用パルス光源を開発、導入した。また、この導入光源を用いてSTED効率を指標にして蛍光分子のスクリーニングを実施した。レーザー波面操作によりドーナッツ状のビーム計上を発生させ、超解像イメージングが可能であることを確認した。また、新規材料を新たに用いることで、頭蓋骨に観察窓を作成するオープンスカル法での、著しい性能の改善が示唆された。一方で、in vivoイメージングにおいても画像処理を用いた技術を援用することが有効であり発展させた。前年度までに開発した光ニードル顕微鏡法について、製作デバイスによる光ニードル生成原理を精査し、これが光学ファントム計測結果と一致することを確認した。さらに、固定脳組織標本、急性脳スライス標本を用いた実証実験を実施し、200 μm厚の標本中の神経細胞群を単回走査で一挙可視化することに成功した。一連の成果をまとめた原著論文をSci. Rep. 誌に投稿し、受理された (Chang et al., Sci. Rep. 2022)。また、GFPの２光子励起用の光源開発研究を重点的に進めた。具体的には、光増幅が可能な910nm帯と980nm帯に注目して、これらの波長帯の半導体レーザー（LD）の強い利得スイッチング動作によるピコ秒時間幅の光パルスを発生させ、その動作特性を詳細に調べた。また、発生した光パルスを光ファイバ増幅器により増幅して超100Wまでの高ピークパワー化を図った。特に980nm帯に関しては、LDから発生した光パルスの分散補償を行うことで、時間幅を1/2に圧縮することができた。また、強パルス励起下では半導体量子井戸LDが第２量子準位で発振し、単峰で裾のない理想的な光パルスを生成できることを見出して、その詳細特性を明らかにした。